CN104502199A - 一种快开式可控温的高压氢气环境的材料试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及材料力学性能测试设备，旨在提供一种快开式可控温的高压氢气环境的材料试验装置。该装置包括呈倒置桶状的环境箱体，只在底部设开口端；与该开口端相对地设有环境箱密封座；环境箱密封座的中心处设置贯穿的通孔，加载杆通过通孔伸入至环境箱体内部；环境箱体的开口端和环境箱密封座的外缘均具有水平向外延伸的等距间隔布置的啮合齿；该装置还包括一个环状的齿啮式卡箍，其内侧设有等距间隔布置的啮合齿，且与环境箱体开口端和环境箱密封座的外缘的啮合齿相互配合，实现啮合卡接。本发明通过在环境箱体设置控温夹套，控制环境箱内高压气体的温度，使能够测试温度对材料抗氢脆性能的影响；采用齿啮式卡箍快开结构，装拆快速方便。

Description

一种快开式可控温的高压氢气环境的材料试验装置

技术领域

本发明属于材料力学性能测试设备开发领域，特别涉及一种快开式可控温的高压氢气环境的材料试验装置。

背景技术

高压储氢设备结构简单、压缩能耗低、充放速度快，是目前占绝对主导地位的氢能储存方式。然而，在高压氢气环境下长期工作，材料的耐久性会因氢脆而下降，可能导致高压氢***零部件突然失效，甚至引发***事故。且随着储氢压力的升高，这一问题更加突出。为确保高压氢***长期、安全、稳定、可靠地运行，必须对材料在氢气环境下的使用耐久性进行测试和评估。此外，高压储氢容器在工作过程中其温度并非始终保持在常温，因此高压氢气环境耐久性测试装置须具备不同温度下的试验功能，方可真实获得温度对材料氢脆敏感性的影响。

目前，高压氢气环境下材料力学性能测试设备常采用在现有试验机主机上对接高压氢环境箱的方式，该类设备大部分仅能进行常温高压氢气环境下的力学性能测试。然而，对于高压氢环境箱需要解决以下两个问题：

(1)随着测试压力的增高，试验设备逐渐变得庞大，采用传统的螺栓法兰结构装拆耗时耗力，增加试验人员的操作难度，降低试验效率；

(2)由于材料应用的氢环境温度范围不断拓宽，迫切需要研究温度对于材料氢脆的影响规律，因此，对试验机高压氢环境箱内的气体温度进行控制是亟待解决的问题。

目前，针对问题(1)，虽然已经有文献采用快开结构降低操作难度，如ZL2011102592522测试高压氢气环境下材料耐久性的试验机采用了插销式快开结构，可以实现快速装拆。但已有文献采用的快开结构对加工精度要求高，加工较困难，而环境箱内高压会引起插销变形，进而不利于装拆，且插销本身削弱了箱体筒节的强度，特别是为抵抗插销变形采用较粗直径插销时会更加严重。针对问题(2)，尚无相关文献提出解决方案。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提出一种快开式可控温的高压氢气环境的材料试验装置。

为解决技术问题，本发明的解决方案是：

提供一种快开式可控温的高压氢气环境的材料试验装置，包括环境箱体，环境箱体呈倒置的桶状，只在底部设开口端；与该开口端相对地设有环境箱密封座；环境箱密封座的中心处设置贯穿的通孔，加载杆通过通孔伸入至环境箱体内部；环境箱体的开口端和环境箱密封座的外缘均具有水平向外延伸的等距间隔布置的啮合齿；该装置还包括一个环状的齿啮式卡箍，其内侧设有等距间隔布置的啮合齿，且与前述环境箱体开口端和环境箱密封座的外缘的啮合齿相互配合，实现啮合卡接。

本发明中，所述环境箱密封座的底部设有环形的环境箱支座，通过螺钉实现固定连接。

本发明中，所述环境箱密封座的上表面具有凸台结构，该凸台结构与环境箱体开口端的形状相配合以实现环境箱体的密封。

本发明中，所述环境箱体的外部设置控温夹套(实现对环境箱温度的控制)，通过销钉实现固定连接；控温夹套外接热媒或者冷媒的进出管路，并由控温夹套密封件实现密封(无需焊接)。

本发明中，所述的啮合齿均在其齿根处采用U型槽圆角过渡结构(相对于传统的直接圆角过渡结构，该结构增加了啮合齿间的有效接触面积，更有效地改善齿根应力分布，提高其疲劳使用寿命)。

本发明中，所述齿啮式卡箍内侧的上缘和下缘均具有水平向内延伸的结构，该上缘和下缘的间距与环境箱体的开口端和环境箱密封座的外缘的厚度之和相等；该上缘和下缘的结构形式是下述的任意一种：

(1)上缘是等距间隔布置的啮合齿，下缘是环形卡口；或

(2)下缘是等距间隔布置的啮合齿，上缘是环形卡口；或

(3)上缘和下缘均为等距间隔布置的啮合齿，且上缘和下缘的啮合齿在垂直方向上的位置是一致的。

本发明的有益效果在于：

本发明通过在环境箱体设置控温夹套，控制环境箱内高压气体的温度，使能够测试温度对材料抗氢脆性能的影响；采用齿啮式卡箍快开结构，装拆快速方便。

附图说明

图1为本发明的总体结构示意图；

图2为齿啮式卡箍俯视示意图；

图3为环境箱体开口端剖面示意图；

图4为环境箱密封座剖面示意图。

图中的附图标记为：销钉1、环境箱体2、控温夹套3、控温夹套密封件4、动密封件5、环境箱密封座6、齿啮式卡箍7、环境箱支座8、加载杆9。

具体实施方式

本实施例中的快开式可控温的高压氢气环境的材料试验装置，包括环境箱体2。环境箱体2呈倒置的桶状，只在底部设开口端；与该开口端相对地设有环境箱密封座6；环境箱密封座6的上表面具有凸台结构，该凸台结构与环境箱体2开口端的形状相配合以实现环境箱体2的密封。环境箱密封座6的底部设有环形的环境箱支座8，通过螺钉实现固定连接。环境箱密封座6的中心处设置贯穿的通孔，加载杆9通过通孔伸入至环境箱体2的内部；环境箱体2的外部设置控温夹套3，通过销钉1实现固定连接；控温夹套3外接热媒或者冷媒的进出管路，并由控温夹套密封件4实现密封。

环境箱体2的开口端和环境箱密封座6的外缘均具有水平向外延伸的等距间隔布置的啮合齿；该装置还包括一个环状的齿啮式卡箍7，其内侧设有等距间隔布置的啮合齿，且与前述环境箱体2开口端和环境箱密封座6的外缘的啮合齿相互配合，实现啮合卡接。各啮合齿均在其齿根处采用U型槽圆角过渡结构。

该装置的使用方法：

安装时：本实施例中的齿啮式卡箍7内侧的上缘和下缘均具有水平向内延伸的结构，其中，上缘是等距间隔布置的啮合齿、下缘是环形卡口，而间距则与环境箱体2的开口端和环境箱密封座6的外缘的厚度之和相等。将齿啮式卡箍7的环形卡口一侧在下放置在环境箱支座8上。通过旋转调节齿啮式卡箍7位置，使环境箱密封座6可通过齿啮式卡箍7的齿隙放置到环境箱支座8上，调整环境箱密封座6位置后以螺钉将其固定在环境箱支座8上。安装环境箱体2时，旋转调节齿啮式卡箍7，使环境箱体2可通过齿啮式卡箍7的齿隙垂直下降放置到环境箱密封座6上，并与环境箱密封座6实现啮合齿的完全重合。此时，旋转齿啮式卡箍7使其啮合齿与环境箱体2、环境箱密封座6的啮合齿相重合，由环形卡口和啮合齿共同实现快速紧密接合。

拆卸时：旋转齿啮式卡箍7使其啮合齿与环境箱体2、环境箱密封座6的啮合齿完全错开，垂直升起环境箱体2，实现快速拆卸。

控温夹套3通过销钉1在环境箱体2上固定，通过控温夹套密封件4对其进行密封。通入控温夹套3中的热媒或者冷媒，通过环境箱体2的导热作用实现与环境箱内高压气体的热交换，从而控制环境箱中高压气体的温度。试验过程中，加载杆9传递试验机控制的载荷或位移到环境箱内的试样加载部分进行试验。试验机与试样加载部分结构可参照现有的试验机和加载结构。

以上所述，仅是本发明的一个实施案例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施案例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的结构及技术内容做出某些更动或修改而成为等同变化的等效实施案例。

例如，本发明快开结构并不局限于图示齿啮式卡箍7的结构，也可采取下述方式：

(1)下缘是等距间隔布置的啮合齿，上缘是环形卡口。

这种情况下，安装时需先将环境箱体2、环境箱密封座6的啮合齿完全对齐，旋转齿啮式卡箍7使其下缘的啮合齿穿过环境箱体2、环境箱密封座6的齿隙放置到环境箱支座8上；然后，再旋转齿啮式卡箍7使其啮合齿与环境箱体2、环境箱密封座6的啮合齿相重合，由环形卡口和啮合齿共同实现快速紧密接合。

(3)上缘和下缘均为等距间隔布置的啮合齿，且上缘和下缘的啮合齿在垂直方向上的位置是一致的。

这种情况下的安装就更灵活了，采用前述两种安装方式均可。

又例如，本发明并不限定箱体内的介质为高压氢气，同样适用于硫化氢气体、二氧化碳气体、高压天然气、高压氢气和天然气混合气体、高压氮气、高压氦气、高压氩气等环境下材料的耐久性试验。

但是凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施案例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案范围内。

Claims (6)

1.一种快开式可控温的高压氢气环境的材料试验装置，包括环境箱体；其特征在于，所述环境箱体呈倒置的桶状，只在底部设开口端；与该开口端相对地设有环境箱密封座；环境箱密封座的中心处设置贯穿的通孔，加载杆通过该通孔伸入至环境箱体内部；环境箱体的开口端和环境箱密封座的外缘均具有水平向外延伸的等距间隔布置的啮合齿；该装置还包括一个环状的齿啮式卡箍，其内侧设有等距间隔布置的啮合齿，且与前述的环境箱体开口端和环境箱密封座的外缘的啮合齿相互配合，实现啮合卡接。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述环境箱密封座的底部设有环形的环境箱支座，通过螺钉实现固定连接。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述环境箱密封座的上表面具有凸台结构，该凸台结构与环境箱体开口端的形状相配合以实现环境箱体的密封。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述环境箱体的外部设控温夹套，通过销钉实现固定连接；控温夹套外接热媒或者冷媒的进出管路，并由控温夹套密封件实现密封。

5.根据权利要求1至4任意一项中所述的装置，其特征在于，所述的啮合齿均在其齿根处采用U型槽圆角过渡结构。

6.根据权利要求1至4任意一项中所述的装置，其特征在于，所述齿啮式卡箍内侧的上缘和下缘均具有水平向内延伸的结构，该上缘和下缘的间距与环境箱体的开口端和环境箱密封座的外缘的厚度之和相等；该上缘和下缘的结构形式是下述的任意一种：

(1)上缘是等距间隔布置的啮合齿，下缘是环形卡口；或

(2)下缘是等距间隔布置的啮合齿，上缘是环形卡口；或

(3)上缘和下缘均为等距间隔布置的啮合齿，且上缘和下缘的啮合齿在垂直方向上的位置是一致的。