RU228336U1 - Двухкамерная автоклавная сборка для проведения испытаний на газопроницаемость - Google Patents
Двухкамерная автоклавная сборка для проведения испытаний на газопроницаемость Download PDFInfo
- Publication number
- RU228336U1 RU228336U1 RU2024113421U RU2024113421U RU228336U1 RU 228336 U1 RU228336 U1 RU 228336U1 RU 2024113421 U RU2024113421 U RU 2024113421U RU 2024113421 U RU2024113421 U RU 2024113421U RU 228336 U1 RU228336 U1 RU 228336U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- pressure
- low
- autoclave
- chamber
- hydrogen
- Prior art date
Links
- 230000035699 permeability Effects 0.000 title claims abstract description 34
- 238000012360 testing method Methods 0.000 title claims abstract description 27
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 55
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims abstract description 42
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 42
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 37
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 23
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims abstract description 23
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 13
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims abstract description 8
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000003466 welding Methods 0.000 claims abstract description 7
- 229910000963 austenitic stainless steel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 claims abstract description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 9
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 9
- 230000008859 change Effects 0.000 description 8
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 5
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 5
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 5
- 238000013461 design Methods 0.000 description 4
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 230000009471 action Effects 0.000 description 2
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 2
- 235000013305 food Nutrition 0.000 description 2
- 230000000155 isotopic effect Effects 0.000 description 2
- 229920006254 polymer film Polymers 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- YZCKVEUIGOORGS-UHFFFAOYSA-N Hydrogen atom Chemical compound [H] YZCKVEUIGOORGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 1
- 230000000593 degrading effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000010494 dissociation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005593 dissociations Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- ZZUFCTLCJUWOSV-UHFFFAOYSA-N furosemide Chemical compound C1=C(Cl)C(S(=O)(=O)N)=CC(C(O)=O)=C1NCC1=CC=CO1 ZZUFCTLCJUWOSV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003292 glue Substances 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 1
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
Заявленное техническое решение относится к области исследования газопроницаемости материалов, а именно к оценке проницаемости стали водородсодержащим газом, находящимся под высоким давлением. Сущность полезной модели состоит в том, что двухкамерная автоклавная сборка для проведения испытаний на проницаемость водородсодержащего газа манометрическим методом включает цилиндрическую камеру высокого давления с трубкой, представляющие собой автоклав высокого давления, изготовленный из нержавеющей стали аустенитного класса, препятствующей диффузии водорода и имеющей высокую стойкость к водородному охрупчиванию, оборудованный запорным устройством на входе и устройством для измерения давления внутри автоклава высокого давления, закрепленных свинчиванием, свариванием или иным доступным способом, а также цилиндрическую камеру низкого давления с трубкой, представляющие собой автоклав низкого давления, изготовленный из нержавеющей стали аустенитного класса и оборудованный запорным устройством на выходе и устройством для измерения давления внутри автоклава низкого давления, закрепленных свинчиванием, свариванием или иным доступным способом, причем камеры высокого и низкого давления соединены шпилечным соединением по горизонтальной оси симметрии с разных сторон от испытуемого стального образца произвольной толщины, примыкающего к каждой из камер через уплотнительные прокладки, установленные в торцы цилиндрических камер высокого и низкого давления, которые позволяют выполнить закрепление разделяющего двухкамерную автоклавную сборку образца герметично без зазоров при соосном свинчивании. Также возможно герметичное закрепление камер высокого и низкого давления на испытуемом образце при помощи сварки.
Description
Заявленное техническое решение относится к области исследования газопроницаемости материалов, а именно к оценке проницаемости стали водородсодержащим газом, находящимся под высоким давлением.
Из существующего уровня техники известен «Gas permeability measurement method and gas permeability measurement device» (US 20040123646 A1, опубл. 01.07.2004), который направлен на оценку газопроницаемости исследуемого образца, разделяющего две камеры, в одной из которых находится изотопный газ, имеющий массовое число, отличное от массового числа газа для измерения, находящегося в другой камере. Недостатком данного технического решения является необходимость использования высокочувствительного масс-спектрометра для обнаружения признаков изотопного газа, а также изготовление камер из материалов способных деградировать вследствие водородного охрупчивания и пропускать водородсодержащий газ под давлением, что препятствует получению технического результата по оценке газопроницаемости металла под действием водородсодержащего газа, находящимся под высоким давлением.
Из существующего уровня техники известен «Способ и устройство для измерения проницаемости газа через пленку или стенки тары» (RU 2447424 C2, опубл. 27.03.2008), который направлен на оценку газопроницаемости полимерной пленки для пищевых, химических, фармацевтических, электронных продуктов и т.п. Недостатком данного технического решения является возможность его применения только к полимерным образцам малой толщины и низкий перепад давления, не позволяющий проводить исследование таких материалов как стали.
Из существующего уровня техники известен «Способ и устройство для исследования барьерных свойств полимерных материалов» (RU 2808428 C1, опубл. 28.11.2023), который состоит из трех независимых камер, позволяющих одновременно исследовать газопроницаемость по трем различным газам. Недостатком данного технического решения является исследование только полимерных материалов без возможности исследования газопроницаемости стали водородсодержащим газом высокого давления.
Наиболее близким к заявленному техническому решению является «Measuring rate of permeation» (GB 2437136 A, опубл. 17.10.2007), которое используется для оценки барьерного эффекта широкого спектра материалов в том числе и при повышенных температурах. В устройстве используются две камеры, расположенные вертикально и разделенные испытуемым образцом, которые вакуумируются, а затем камера, расположенная выше по потоку, заполняется через клапан паром, газом или парогазовой смесью из заправочного устройства. Давление в камере, расположенной ниже по потоку, контролируется датчиком давления и регистрируется. Изменение давления говорит о проницаемости испытуемого образца. Недостатками данного технического решения является наличие камер, изготовленных из материалов без подтвержденной водородной стойкости, к которым предъявляется требование по вакуумированию и в которые помещается испытуемый образец, к которому должны применяться жесткие требования для сохранения герметичности системы. При этом испытуемый образец предлагается прикреплять путем прижатия или с помощью клея, что не подходит для измерения проницаемости газа под высоким давлением до 160 атм. В качестве примеров использования оценки скорости проницаемости указаны материалы (главным образом тонкие полимерные пленки), используемые в упаковке пищевых продуктов, медицинских принадлежностей, электронных компонентов и мембран в топливных элементах, не предполагающие оценку газопроницаемости водородсодержащего газа высокого давления через относительно толстостенный стальной образец.
Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является оценка газопроницаемости стали водородсодержащим газом высокого давления, т.е. определение свойства металлического материала со временем пропускать водородсодержащий газ при наличии перепада давления манометрическим методом.
Технический результат заключается в упрощении устройства и его приспособлении для анализа газопроницаемости стали водородсодержащим газом, находящимся под высоким давлением.
Сущность полезной модели состоит в том, что двухкамерная автоклавная сборка для проведения испытаний на проницаемость водородсодержащего газа манометрическим методом, включает цилиндрическую камеру высокого давления с трубкой, представляющие собой автоклав высокого давления, изготовленный из нержавеющей стали аустенитного класса, препятствующей диффузии водорода и имеющей высокую стойкость к водородному охрупчиванию, оборудованный запорным устройством на входе и устройством для измерения давления внутри автоклава высокого давления, закрепленных свинчиванием, свариванием или иным доступным способом на цилиндрическую камеру высокого давления с трубкой, а также цилиндрическую камеру низкого давления с трубкой, представляющие собой автоклав низкого давления, изготовленный из нержавеющей стали аустенитного класса и оборудованный запорным устройством на выходе и устройством для измерения давления внутри автоклава низкого давления, закрепленных свинчиванием, свариванием или иным доступным способом на цилиндрическую камеру низкого давления с трубкой, причем камеры высокого и низкого давления соединены шпилечным соединением по горизонтальной оси симметрии с разных сторон от испытуемого стального образца произвольной толщины, примыкающего к каждой из камер через водородостойкие уплотнительные прокладки, установленные в торцы цилиндрических камер высокого и низкого давления, которые позволяют выполнить закрепление разделяющего двухкамерную автоклавную сборку образца герметично без зазоров при соосном свинчивании. Также возможно герметичное закрепление камер высокого и низкого давления на испытуемом образце при помощи сварки.
Сущность полезной модели поясняется чертежом.
Фигура 1. Общая схема двухкамерной автоклавной сборки для проведения испытаний на газопроницаемость, где
1. Шаровой кран камеры высокого давления в коррозионностойком исполнении;
2. Гидрозаполненный манометр в коррозионностойком исполнении;
3. Цилиндрическая камера высокого давления с трубкой (автоклав высокого давления), изготовленная из стали аустенитного класса, заполненная водородсодержащим газом (с концентрацией водорода до 100%);
4. Шпильки с гайками, соединяющие автоклав высокого давления и автоклав низкого давления, а также затягивающие образец между камерами;
5. Водородостойкие уплотнительные прокладки для герметизации фланцевого соединения двухкамерной автоклавной сборки;
6. Исследуемый образец из стали;
7. Цилиндрическая камера низкого давления с трубкой (автоклав низкого давления), изготовленная из стали аустенитного класса, в которой обеспечен низкий вакуум;
8. Гидрозаполненный мановакуумметр в коррозионностойком исполнении;
9. Шаровой кран камеры низкого давления в коррозионностойком исполнении.
Для осуществления данного технического решения - двухкамерной автоклавной сборки (фиг.1) - применяются компоненты поддержания и контроля высокого давления в цилиндрической камере высокого давления с трубкой (3), а именно запорное оборудование - шаровой кран (1) и контрольно-измерительный прибор - гидрозаполненный манометр (2) с диапазоном измерений и классом точности, соответствующим задаче контроля уровня давления, соответствующего эксплуатационному, а также компоненты поддержания и контроля низкого давления в цилиндрической камере низкого давления с трубкой (7), а именно шаровой кран (9) и гидрозаполненный мановакуумметр (8) с диапазоном измерений и классом точности, соответствующим задаче явной фиксации проницаемости водородсодержащего газа сквозь исследуемый металл за счет создания форвакуума. Цилиндрические камеры располагаются по горизонтальной оси симметрии и зафиксированы шпильками с гайками (4), находящимися на фланцевом соединении камер высокого и низкого давления. Камеры (3 и 7) герметизируются исследуемым опытным образцом (6), располагающимся между ними, за счет жесткого соосного свинчивания шпилек с гайками (4) и уплотнения водородостойкими прокладками (5), находящимися в выемках на торцах камер (3 и 7). Исследуемый образец (6) представляет собой часть металла, подвергающуюся испытанию на газопроницаемость и имеющую непосредственный контакт с водородсодержащей средой высокого давления с одной стороны и с камерой поддержания низкого вакуума с другой, путем измерения изменения давления в условиях проходящей диффузии водорода через стальную стенку (6) и оценку разности измеряемых в камерах (3 и 7) давлений. При этом к образцу (6) предъявляется требование к плоскопараллельности исследуемой и противоположной поверхности и не предъявляется жестких требований к форме, толщине, шероховатости поверхности или к качеству торцевых кромок.
Автоклав высокого давления (3) имитирует эксплуатационные параметры сосуда высокого давления при температуре окружающей среды, который работает с высоким давлением водородсодержащего газа с содержанием водорода до 100%. В автоклаве низкого давления (7) поддерживается форвакуум, который может быть обеспечен форвакуумным насосом и необходим для явной индикации изменения давления в случае газопроницаемости исследуемого металла. Изменение давления в камерах (3 и 7) говорит о газопроницаемости стали водородсодержащим газом высокого давления за промежуток времени равный продолжительности испытания.
Автоклавы высокого и низкого давления (3 и 7) изготавливаются из стали аустенитного класса, а компоненты поддержания и контроля уровня высокого давления и низкого вакуума (1, 2, 8, 9) изготавливаются в коррозионностойком исполнении с использованием стали аустенитного класса, препятствующей диффузии водорода вне исследуемой поверхности образца (6). Части двухкамерной автоклавной сборки (1, 2, 3, 5, 7, 8, 9), контактирующие с водородсодержащим газом высокого давления, имеют стойкость к водородному охрупчиванию и позволяют многократно выполнять испытания на газопроницаемость со значительной выдержкой. Металлические шпильки с гайками (4) находятся вне зоны влияния водородсодержащего газа и обеспечивают конструктивное единство и реализацию устройством общего функционального назначения за счет жесткого соосного свинчивания двухкамерной автоклавной сборки и закрепления образца (6).
Результатом применения устройства является обеспечение возможности оценки кинетики газопроницаемости стали вследствие проходящего механизма адсорбции молекул газообразного водорода, находящихся на границе раздела между газовой средой и стальной стенкой, и их диссоциации на атомы под действием повышенного давления (в цилиндрической камере высокого давления с трубкой), абсорбции атомарного водорода в более энергетически выгодное положение в глубине исследуемого металла и постепенной диффузии к противоположной поверхности исследуемой толщины металла, контактирующей с цилиндрической камерой низкого давления с трубкой, в которой в свою очередь может пройти процесс молизации и изменение давления, свидетельствующее о проходящих процессах и газопроницаемости исследуемой стали. Использование заявляемой полезной модели позволяет обосновать применение металла исследуемой толщины и свойств в условиях контакта с водородсодержащим газом высокого давления.
Двухкамерная автоклавная сборка для проведения испытаний на газопроницаемость работает следующим образом:
Для создания эксплуатационных условий испытаний стального образца (6) на газопроницаемость водородсодержащего газа высокого давления по горизонтальной оси симметрии методом соосного свинчивания шпилек с гайками (4) соединяются конструктивные элементы двухкамерной автоклавной сборки. С разных сторон к образцу герметично с использованием водородостойких уплотнительных прокладок (5) и шпилек с гайками (4) притягиваются находящиеся в сборе компоненты автоклава высокого давления (1, 2, 3), а также компоненты автоклава низкого давления (7, 8, 9). Через шаровой кран (1) происходит ввод водородсодержащего газа, уровень давления которого контролируется гидрозаполненным манометром (2), до давления в автоклаве высокого давления (3), соответствующего исследуемому на газопроницаемость. После чего шаровой кран (1) герметично закрывается. Через шаровой кран (9) со стороны автоклава низкого давления (7) происходит создание форвакуума, уровень которого контролируется гидрозаполненным мановакуумметром (8). После достижения требуемого значения низкого вакуума шаровой кран (9) герметично закрывается. Далее происходит фиксация продолжительности испытания и контроль изменения измеряемого давления водородсодержащего газа по показаниям манометра (2) и изменение форвакуума - мановакуумметром (8), которое возможно вследствие диффузии водорода через исследуемую металлическую поверхность. Таким образом за счет измерения изменения давления в исследуемый промежуток времени осуществляется оценка кинетики газопроницаемости стали.
Claims (2)
1. Двухкамерная автоклавная сборка для проведения испытаний на проницаемость водородсодержащего газа манометрическим методом, отличающаяся тем, что включает цилиндрическую камеру высокого давления с трубкой, представляющие собой автоклав высокого давления, изготовленный из нержавеющей стали аустенитного класса, препятствующей диффузии водорода и имеющей высокую стойкость к водородному охрупчиванию, оборудованный запорным устройством на входе и устройством для измерения давления внутри автоклава высокого давления, а также цилиндрическую камеру низкого давления с трубкой, представляющие собой автоклав низкого давления, изготовленный из нержавеющей стали аустенитного класса и оборудованный запорным устройством на выходе и устройством для измерения давления внутри автоклава низкого давления, причем камеры высокого и низкого давления соединены шпилечным соединением по горизонтальной оси симметрии с разных сторон от испытуемого стального образца произвольной толщины, примыкающего к каждой из камер через уплотнительные прокладки, установленные в торцы цилиндрических камер высокого и низкого давления, которые позволяют выполнить закрепление разделяющего двухкамерную автоклавную сборку образца герметично без зазоров при соосном свинчивании.
2. Двухкамерная автоклавная сборка для проведения испытаний на газопроницаемость стали манометрическим методом по п. 1, отличающаяся тем, что крепление и герметизация камер высокого и низкого давления на испытуемом образце осуществляются за счет сварки без использования прокладок.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU228336U1 true RU228336U1 (ru) | 2024-08-23 |
Family
ID=
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20040123646A1 (en) * | 2002-12-25 | 2004-07-01 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd | Gas permeability measurement method and gas permeability measurement device |
| GB2437136A (en) * | 2006-03-30 | 2007-10-17 | Ltd Technolox | Measuring rate of permeation |
| RU2447424C2 (ru) * | 2006-09-19 | 2012-04-10 | Экстрасолюшн С.Р.Л. | Способ и устройство для измерения проницаемости газа через пленку или стенки тары |
| RU2808428C1 (ru) * | 2022-11-11 | 2023-11-28 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова" (КБГУ) | Способ и устройство для исследования барьерных свойств полимерных материалов |
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20040123646A1 (en) * | 2002-12-25 | 2004-07-01 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd | Gas permeability measurement method and gas permeability measurement device |
| GB2437136A (en) * | 2006-03-30 | 2007-10-17 | Ltd Technolox | Measuring rate of permeation |
| RU2447424C2 (ru) * | 2006-09-19 | 2012-04-10 | Экстрасолюшн С.Р.Л. | Способ и устройство для измерения проницаемости газа через пленку или стенки тары |
| RU2808428C1 (ru) * | 2022-11-11 | 2023-11-28 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова" (КБГУ) | Способ и устройство для исследования барьерных свойств полимерных материалов |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Jung et al. | Two volumetric techniques for determining the transport properties of hydrogen gas in polymer | |
| CN106525683A (zh) | 一种薄膜渗透率测量装置和测量方法 | |
| CN103592206B (zh) | 一种金属中氢扩散或渗透性能测试方法及其专用装置 | |
| Keeling et al. | On the long-term stability of reference gases for atmospheric O2/N2 and CO2 measurements | |
| CN101865754A (zh) | 一种复合材料层合板气密性检测装置 | |
| Herzig et al. | An experimental set-up to analyse the oxygen consumption of elastomers during ageing by using a differential oxygen analyser | |
| US11408795B2 (en) | Sealability evaluation method and the like and standard artificial leak device | |
| CN117169088A (zh) | 一种高压氢渗透连续监测装置及其测试方法 | |
| CN101038267A (zh) | 一种流动注射式溶解氧表检验方法及装置 | |
| CN106482913A (zh) | 基于氦气分离膜的压力产品总漏率测试方法 | |
| RU228336U1 (ru) | Двухкамерная автоклавная сборка для проведения испытаний на газопроницаемость | |
| WO2005030109A2 (en) | Regimen for the administration of rifamycin-class antibiotics | |
| RU186174U1 (ru) | Устройство для экспресс-оценки газопроницаемости протонпроводящей мембраны топливного элемента | |
| Firpo et al. | High-vacuum setup for permeability and diffusivity measurements by membrane techniques | |
| CN114624319B (zh) | 一种基于热解析-四极质谱测量原理定量获取材料中ppm级氢同位素含量的方法 | |
| CN214894673U (zh) | 一种u型振荡管测密度的变压器油含气量测试装置 | |
| EP1673597A2 (en) | Method and apparatus for determining the volume of a container through permeation measures | |
| RU2823440C1 (ru) | Устройство для определения газопроницаемости полимерных материалов | |
| Lee et al. | Development of Volumetric and Manometric Techniques for Measuring Gas Emission Concentration and Diffusivity in Gas Enriched Polymers | |
| RU2527659C1 (ru) | Способ контроля герметичности | |
| RU2808428C1 (ru) | Способ и устройство для исследования барьерных свойств полимерных материалов | |
| RU2858506C1 (ru) | Способ испытания изделия на суммарную герметичность в вакуумной камере | |
| 이지훈 et al. | Development of Gas Sensors based on Volumetric and Manometric Analysis for Measuring Gas Emission and Diffusion Coefficient in Low-density Polyethylene Polymer | |
| Langohr et al. | Development of a volumetric method—experimental test bench for hydrogen storage characterisation | |
| RU149687U1 (ru) | Устройство для контроля герметичности |