CN111289242B - 高压储氢气瓶组合阀门氢气可回收氢循环试验装置与方法 - Google Patents

高压储氢气瓶组合阀门氢气可回收氢循环试验装置与方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种高压储氢气瓶组合阀门氢气可回收氢循环试验装置与方法，包括初级增压模块，二级增压模块以及受试件，初级增压模块具有初级增压气缸，初级增压气缸的第一压缩空间设有加气口及其加气启闭阀；所述第一压缩空间通过中间通道与二级增压模块相连通；在所述中间通道上安装有级间启闭阀；二级增压模块具有二级增压气缸，二级增压气缸的第二压缩空间通过进气口与所述中间通道相连通；所述受试件分别通过高压通道、低压通道与所述第二压缩空间以及所述第一压缩空间相连通，在高压通道、低压通道上分别设有高压启闭阀、低压启闭阀。本发明可使对受试件的每次压力循环所使用的氢气能够得到重复使用，从而大量节约氢气用量，减少氢气排放量，避免浪费。

Description

高压储氢气瓶组合阀门氢气可回收氢循环试验装置与方法
技术领域
本发明涉及高压储氢气瓶组合阀门的循环试验装置。
背景技术
高压储氢气瓶组合阀门，需要通过高压储氢气瓶组合阀门型式试验项目中的阀门氢气循环试验。试验方法依据GB/T35544中的B3.1.1条，该试验方法如下：
采用氢气对5个TPRD进行11000次压力循环，循环频率应不超过10次/min，试验要求如表1所示。
表1氢循环试验要求
循环压力 循环次数/次 试验温度/℃
(2±1)MPa～105(±1MPa) 5 85
(2±1)MPa～87.5(±1MPa) 1495 85
(2±1)MPa～87.5(±1MPa) 9500 55+5
目前，国内的阀门氢气循环试验装置均为氢气不可回收型的，完成一次增压后，受试气瓶内的氢气均被排空，造成了很大的浪费。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种高压储氢气瓶组合阀门氢气可回收氢循环试验装置，针对氢气循环过程中氢阀容积相对较小的特点，设计了一个专门进行该项试验的装置，可以使氢气重复利用，避免浪费。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种高压储氢气瓶组合阀门氢气可回收氢循环试验装置，其特征在于：包括初级增压模块，二级增压模块以及受试件，其中：
初级增压模块具有初级增压气缸，初级增压气缸的活塞能够被驱动而压缩初级增压气缸内的第一压缩空间，所述第一压缩空间设有加气口，在加气口位置设有加气启闭阀；所述第一压缩空间通过中间通道与二级增压模块相连通；在所述中间通道上安装有级间启闭阀；
二级增压模块具有二级增压气缸，二级增压气缸的活塞能够被驱动而压缩二级增压气缸内的第二压缩空间，所述第二压缩空间通过进气口与所述中间通道相连通，以供初级增压模块输送的氢气进入；
所述受试件通过高压通道与所述第二压缩空间相连通，还通过低压通道与所述第一压缩空间相连通，在高压通道上设有高压启闭阀，在低压通道上设有低压启闭阀。
所述的高压储氢气瓶组合阀门氢气可回收氢循环试验装置，其中：所述级间启闭阀、高压启闭阀、低压启闭阀以及加气启闭阀均为电磁阀。
所述的高压储氢气瓶组合阀门氢气可回收氢循环试验装置，其中：在加气启闭阀的下游位置设有第一压力传感器，在级间启闭阀与进气口之间设有第二压力传感器。
所述的高压储氢气瓶组合阀门氢气可回收氢循环试验装置，其中：在初级增压气缸相反于所述第一压缩空间的一侧设有第一泄漏氢气排放口，所述第一泄漏氢气排放口连通有氮气循环气管路。
所述的高压储氢气瓶组合阀门氢气可回收氢循环试验装置，其中：在二级增压气缸相反于所述第二压缩空间的一侧设有第二泄漏氢气排放口，所述第二泄漏氢气排放口连通有氮气循环气管路。
所述的高压储氢气瓶组合阀门氢气可回收氢循环试验装置，其中：在所述级间启闭阀与初级增压气缸之间设有第一安全阀，在所述高压通道上设有第二安全阀。
一种高压储氢气瓶组合阀门氢气可回收氢循环试验方法，采用所述的高压储氢气瓶组合阀门氢气可回收氢循环试验装置，其特征在于，包括如下步骤：
充气阶段：关闭级间启闭阀、低压启闭阀，打开第二高压启闭阀和加气启闭阀，通过加气口向初级增压气缸的第一压缩空间内输入高压氢气，完毕后关闭加气启闭阀；
一级增压阶段：打开所述级间启闭阀，启动初级增压气缸的第一液压驱动装置，使第一压缩空间的压力达到预定值，关闭所述级间启闭阀；
二级增压保压阶段：打开高压启闭阀，启动二级增压气缸的第二液压驱动装置，使第二压缩空间以及受试件的压力值到达高压目标值，并按照试验要求保压一段时间；
低压保压阶段：关闭高压启闭阀，打开低压启闭阀，第一液压驱动装置使初级增压气缸的第一压缩空间增大，使***压力下降；然后关闭低压启闭阀，打开高压启闭阀，第二液压驱动装置使二级增压气缸的第二压缩空间增大，时***压力继续下降至低压目标值，根据实验要求保压一定时长后，打开级间启闭阀；
重复进行上述一级增压阶段、二级增压保压阶段与低压保压阶段，以实现对受试件的多次压力循环试验。
所述的高压储氢气瓶组合阀门氢气可回收氢循环试验方法，其中：在充气阶段前还有置换布置，是将初级增压气缸、二级增压气缸的活塞移动至第一压缩空间、第二压缩空间容积最大位置，所述级间启闭阀、高压启闭阀、低压启闭阀以及加气启闭阀均处于开启位置，然后向加气口通入氮气来置换***，氮气置换后向加气口通入氢气来置换***。
本发明的优点在于，对受试件的每次压力循环所使用的氢气能够得到重复使用，可大量节约氢气用量，减少氢气排放量，避免浪费。
附图说明
图1是本发明提供的高压储氢气瓶组合阀门氢气可回收氢循环试验装置的设计原理图。
附图标记说明：初级增压模块I；初级增压气缸11；第一液压驱动装置12；加气口13；加气启闭阀14；第一压力传感器15；中间通道16；级间启闭阀17；第一安全阀18；第一泄漏氢气排放口19；二级增压模块II；二级增压气缸21；第二液压驱动装置22；第二压力传感器23；第二泄漏氢气排放口24；受试件T；高压通道31；低压通道32；高压启闭阀33；第二安全阀34；低压启闭阀35；氮气循环气管路N。
具体实施方式
如图1所示，本发明提供一种高压储氢气瓶组合阀门氢气可回收氢循环试验装置，主要包括初级增压模块I，二级增压模块II、受试件T以及氢气管路，其中：
初级增压模块I：用于对进入***的气体进行初级增压；
其具有初级增压气缸11，初级增压气缸11的活塞由第一液压驱动装置12驱动，而能够压缩初级增压气缸11内的第一压缩空间，所述第一压缩空间设有加气口13，以供具有初始压力的氢气进入，在加气口13位置设有加气启闭阀14，在加气启闭阀14的下游设有第一压力传感器15；所述第一压缩空间通过中间通道16与二级增压模块II相连通；在所述中间通道16上安装有级间启闭阀17与第一安全阀18；
在初级增压气缸11相反于所述第一压缩空间的一侧设有第一泄漏氢气排放口19，能够排出从活塞位置泄漏的氢气，所述第一泄漏氢气排放口19连通有氮气循环气管路N，凭借循环氮气将泄漏的氢气带走；
二级增压模块II：用于对从初级增压模块I过来的气体进行二次增压；
其具有二级增压气缸21，二级增压气缸21的活塞由第二液压驱动装置22驱动，而能够压缩二级增压气缸21内的第二压缩空间，所述第二压缩空间通过进气口与所述中间通道16相连通，以供初级增压模块I输送的氢气进入，在进气口位置设有第二压力传感器23；
在二级增压气缸21相反于所述第二压缩空间的一侧设有第二泄漏氢气排放口24，能够排出从活塞位置泄漏的氢气，所述第二泄漏氢气排放口24也连通有氮气循环气管路N，凭借循环氮气将泄漏的氢气带走；
所述受试件T通过高压通道31与所述第二压缩空间相连通，还通过低压通道32与所述第一压缩空间相连通，在高压通道31上设有高压启闭阀33与第二安全阀34，在低压通道32上设有低压启闭阀35。
所述级间启闭阀17、高压启闭阀33、低压启闭阀35、加气启闭阀14优选采用电磁阀，以便于通过电子控制***实现自动化控制与操作。
工作流程介绍：
开始试验前，将初级增压气缸11、二级增压气缸21的活塞移动至第一压缩空间、第二压缩空间容积最大位置，所述级间启闭阀17、高压启闭阀33、低压启闭阀35、加气启闭阀14均处于开启位置，向加气口13通入氮气来置换***，置换后向加气口13通入氢气来置换***；
置换完毕后，关闭级间启闭阀17、低压启闭阀35，打开第二高压启闭阀33和加气启闭阀14，通过加气口13向初级增压气缸11的第一压缩空间内输入高压氢气，初始压力为8MPa，初级增压气缸11的第一压缩空间的容积约为9L；充气完毕后关闭加气启闭阀14；
一级增压阶段：打开级间启闭阀17，由于二级增压气缸21的第二压缩空间的容积约为2L，管路及受试件T的容积约为0.5L，所以***内部压力下降到6.3MPa，此时启动初级增压气缸11的第一液压驱动装置12，使活塞向左活动，待第一压力传感器15的压力达到22MPa时，初级增压气缸11的第一液压驱动装置12停止增压，然后关闭级间启闭阀17；
二级增压保压阶段：打开高压启闭阀33，启动二级增压气缸21的第二液压驱动装置22，当第二压力传感器23的压力值到达105MPa时，二级增压气缸21的第二液压驱动装置22停止工作；此时受试件T压力达到试验压力，按照试验要求保压一段时间；
低压保压阶段：关闭高压启闭阀33，打开低压启闭阀35，同时第一液压驱动装置12使初级增压气缸11的活塞向右运动直至最大位置，使***压力降至约6MPa，然后关闭低压启闭阀35，打开高压启闭阀33，然后控制***控制二级增压气缸21的第二液压驱动装置22向上移动活塞，根据计算，最低压力为1.2MPa，此时根据实验要求进行保压；
以上一级增压阶段、二级增压保压阶段与低压保压阶段即为对受试件T进行的一次压力循环；
然后打开级间启闭阀17，可重复多次进行上述一级增压阶段、二级增压保压阶段与低压保压阶段，实现多次压力循环。
由本发明的工作过程可知，对受试件T的每次压力循环所使用的氢气能够得到重复使用，可大量节约氢气用量，减少氢气排放量，避免浪费。
以上说明对本发明而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人员理解，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可作出许多修改、变化或等效，但都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种高压储氢气瓶组合阀门氢气可回收氢循环试验装置，其特征在于：包括初级增压模块，二级增压模块以及受试件，其中：
初级增压模块具有初级增压气缸，初级增压气缸的活塞能够被驱动而压缩初级增压气缸内的第一压缩空间，所述第一压缩空间设有加气口，在加气口位置设有加气启闭阀；所述第一压缩空间通过中间通道与二级增压模块相连通；在所述中间通道上安装有级间启闭阀；
二级增压模块具有二级增压气缸，二级增压气缸的活塞能够被驱动而压缩二级增压气缸内的第二压缩空间，所述第二压缩空间通过进气口与所述中间通道相连通，以供初级增压模块输送的氢气进入；
所述受试件通过高压通道与所述第二压缩空间相连通，还通过低压通道与所述第一压缩空间相连通，在高压通道上设有高压启闭阀，在低压通道上设有低压启闭阀。
2.根据权利要求1所述的高压储氢气瓶组合阀门氢气可回收氢循环试验装置，其特征在于：所述级间启闭阀、高压启闭阀、低压启闭阀以及加气启闭阀均为电磁阀。
3.根据权利要求1所述的高压储氢气瓶组合阀门氢气可回收氢循环试验装置，其特征在于：在加气启闭阀的下游位置设有第一压力传感器，在级间启闭阀与进气口之间设有第二压力传感器。
4.根据权利要求1所述的高压储氢气瓶组合阀门氢气可回收氢循环试验装置，其特征在于：在初级增压气缸相反于所述第一压缩空间的一侧设有第一泄漏氢气排放口，所述第一泄漏氢气排放口连通有氮气循环气管路。
5.根据权利要求1所述的高压储氢气瓶组合阀门氢气可回收氢循环试验装置，其特征在于：在二级增压气缸相反于所述第二压缩空间的一侧设有第二泄漏氢气排放口，所述第二泄漏氢气排放口连通有氮气循环气管路。
6.根据权利要求1所述的高压储氢气瓶组合阀门氢气可回收氢循环试验装置，其特征在于：在所述级间启闭阀与初级增压气缸之间设有第一安全阀，在所述高压通道上设有第二安全阀。
7.一种高压储氢气瓶组合阀门氢气可回收氢循环试验方法，采用如权利要求1-6中任一项所述的高压储氢气瓶组合阀门氢气可回收氢循环试验装置，其特征在于，包括如下步骤：
充气阶段：关闭级间启闭阀、低压启闭阀，打开第二高压启闭阀和加气启闭阀，通过加气口向初级增压气缸的第一压缩空间内输入高压氢气，完毕后关闭加气启闭阀；
一级增压阶段：打开所述级间启闭阀，启动初级增压气缸的第一液压驱动装置，使第一压缩空间的压力达到预定值，关闭所述级间启闭阀；
二级增压保压阶段：打开高压启闭阀，启动二级增压气缸的第二液压驱动装置，使第二压缩空间以及受试件的压力值到达高压目标值，并按照试验要求保压一段时间；
低压保压阶段：关闭高压启闭阀，打开低压启闭阀，第一液压驱动装置使初级增压气缸的第一压缩空间增大，使***压力下降；然后关闭低压启闭阀，打开高压启闭阀，第二液压驱动装置使二级增压气缸的第二压缩空间增大，时***压力继续下降至低压目标值，根据实验要求保压一定时长后，打开级间启闭阀；
重复进行上述一级增压阶段、二级增压保压阶段与低压保压阶段，以实现对受试件的多次压力循环试验。
8.根据权利要求7所述的高压储氢气瓶组合阀门氢气可回收氢循环试验方法，其特征在于：在充气阶段前还有置换布置，是将初级增压气缸、二级增压气缸的活塞移动至第一压缩空间、第二压缩空间容积最大位置，所述级间启闭阀、高压启闭阀、低压启闭阀以及加气启闭阀均处于开启位置，然后向加气口通入氮气来置换***，氮气置换后向加气口通入氢气来置换***。
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