高壓氫脆結(jié)構(gòu)試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種高壓氫脆結(jié)構(gòu)試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法。本試驗(yàn)裝置包括壓縮空氣系統(tǒng)、氫氣管路系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)，本發(fā)明以壓縮空氣作為驅(qū)動(dòng)氣源驅(qū)動(dòng)氣體增壓器，氫氣被氣體增壓器加壓后通過(guò)管路分別輸送至試驗(yàn)容器或夾持裝置，達(dá)到預(yù)定的試驗(yàn)壓力后進(jìn)行耐壓試驗(yàn)，或者不斷升壓直至試樣爆破實(shí)現(xiàn)爆破試驗(yàn)并測(cè)定其爆破壓力。本發(fā)明既可以通過(guò)圓盤試驗(yàn)完成對(duì)金屬材料的抗氫脆性能試驗(yàn)，也可以通過(guò)實(shí)物或模擬容器完成高壓臨氫環(huán)境下結(jié)構(gòu)件的氫脆損傷試驗(yàn)；本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)最高壓力為80MPa的高壓臨氫試驗(yàn)環(huán)境，并且能夠?qū)崿F(xiàn)試驗(yàn)壓力、保壓時(shí)間等試驗(yàn)關(guān)鍵參數(shù)調(diào)節(jié)與控制單元操作，特別是升壓速率的大范圍調(diào)整與穩(wěn)定控制，能夠完全滿足氫脆相關(guān)試驗(yàn)的要求。
【專利說(shuō)明】高壓氫脆結(jié)構(gòu)試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與材料性能試驗(yàn)裝置，更具體說(shuō)是高壓臨氫特種設(shè)備壓力容 器和壓力管道最高試驗(yàn)壓力達(dá)80MPa的氫環(huán)境下結(jié)構(gòu)件氫脆試驗(yàn)成套裝置及試驗(yàn)方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 高壓臨氫設(shè)備在高壓氫環(huán)境下長(zhǎng)期使用，在應(yīng)力與高壓氫氣的聯(lián)合作用下將會(huì)出 現(xiàn)金屬材料性能劣化如塑性、韌性下降等環(huán)境氫脆現(xiàn)象，導(dǎo)致設(shè)備整體結(jié)構(gòu)件服役性能下 降，是高壓臨氫結(jié)構(gòu)件的主要失效模式之一。因此開展高壓臨氫環(huán)境下結(jié)構(gòu)件的氫脆研究 具有重要意義。
[0003] 在氫脆試驗(yàn)研究中，目前主要采用兩種方式：
[0004] 其一，在材料力學(xué)試驗(yàn)機(jī)上加裝高壓氫環(huán)境箱，仍然米用常規(guī)材料力學(xué)試樣（如 疲勞試樣或斷裂力學(xué)試樣）及試驗(yàn)方法，檢測(cè)金屬材料在氫氣及應(yīng)力協(xié)同作用下，材料遭 受氫致?lián)p傷的程度（或金屬材料力學(xué)性能退化的程度）；此方法也是目前采用較多的氫脆 試驗(yàn)方法，但是在已有的研究中，大部分試驗(yàn)環(huán)境氫氣壓力在15MPa以下，壓力仍然較低， 未能達(dá)到氫脆產(chǎn)生條件。
[0005] 其二，進(jìn)行結(jié)構(gòu)件或模擬結(jié)構(gòu)件的氫脆試驗(yàn)方法。研究表明，影響氫脆的相關(guān)因素 包括：化學(xué)和熱處理結(jié)合導(dǎo)致的微觀結(jié)構(gòu)、材料的力學(xué)性能、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、導(dǎo)致局部應(yīng)力集中 的內(nèi)部表面缺陷及氣體特征（成分，質(zhì)量，壓力等）?？梢娨粋€(gè)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度 安全不僅僅取決于組成這個(gè)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的材料抗氫脆性能，還與其自身結(jié)構(gòu)、尺寸、制造及 服役情況等有著密不可分的關(guān)系。目前這種針對(duì)在氫環(huán)境工況下結(jié)構(gòu)的承載能力和實(shí)際工 作狀況方面的試驗(yàn)研究較少，基本上未見報(bào)道。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明是為避免上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足之處，研制出的最高試驗(yàn)壓力達(dá) 80MPa的高壓氫脆結(jié)構(gòu)試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法，可以完全模擬高壓臨氫環(huán)境的實(shí)際工況，為開 展高壓臨氫壓力容器及壓力管道的氫脆損傷研究提供試驗(yàn)手段的保證。
[0007] 為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明中的高壓氫脆結(jié)構(gòu)試驗(yàn)裝置包括如下組成部分：
[0008] 氫氣管路系統(tǒng)，包括依次串接的氫氣低壓供氣管路和氫氣高壓試驗(yàn)管路兩部分， 所述氫氣高壓試驗(yàn)管路中設(shè)有彼此并聯(lián)的圓盤壓力試驗(yàn)管段和容器耐壓試驗(yàn)管段，氫氣高 壓試驗(yàn)管路中還設(shè)有與圓盤壓力試驗(yàn)管段和容器耐壓試驗(yàn)管段相串接的卸壓管段；
[0009] 壓縮空氣系統(tǒng)，包括壓縮空氣管路和氣體增壓器，所述壓縮空氣管路的出口與氣 體增壓器的低壓驅(qū)動(dòng)端相聯(lián)接，所述氣體增壓器的高壓端上分別設(shè)有氫氣進(jìn)口和氫氣出 口，所述高壓端上的氫氣進(jìn)口與所述氫氣低壓供氣管路相聯(lián)接，所述高壓端上的氫氣出口 與所述氫氣高壓試驗(yàn)管路相聯(lián)接；
[0010] 數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)，用于控制氫氣試驗(yàn)壓力和升壓速率，采集并記錄試驗(yàn)數(shù)據(jù)。 [0011] 所述氫氣低壓供氣管路自氫氣接口端至氣體增壓器高壓端上的氫氣進(jìn)口之間依 次串接有氫氣過(guò)濾器、低壓氫氣壓力表、輸入截止閥和進(jìn)口單向閥；所述氫氣高壓試驗(yàn)管路 自氣體增壓器高壓端上的氫氣出口至圓盤壓力試驗(yàn)管段或容器耐壓試驗(yàn)管段之間依次串 接有出口單向閥和高壓氫氣壓力表；所述圓盤壓力試驗(yàn)管段包括依次串接的第一高壓閥、 試樣夾持裝置和第二高壓閥；所述容器耐壓試驗(yàn)管段包括依次串接的第三高壓閥、試驗(yàn)容 器和第四高壓閥；所述卸壓管段包括依次串接的記憶壓力表、壓力傳感器、卸壓閥和真空 泵，所述真空泵設(shè)置在遠(yuǎn)離圓盤壓力試驗(yàn)管段和容器耐壓試驗(yàn)管段的一側(cè)。
[0012] 所述壓縮空氣管路自壓縮空氣接口端至氣體增壓器的低壓驅(qū)動(dòng)端之間依次串接 有空氣過(guò)濾器、調(diào)壓閥、空氣壓力表、驅(qū)動(dòng)開關(guān)閥、電磁閥和節(jié)流閥。
[0013] 所述數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)包括通過(guò)信號(hào)線彼此相連的計(jì)算機(jī)和控制柜，所述控制 柜還通過(guò)信號(hào)線與所述壓力傳感器和電磁閥的控制端相連。
[0014] 所述氣體增壓器為活塞式增壓器。
[0015] 本發(fā)明中的試驗(yàn)方法包括如下步驟：
[0016] 1)、開始試驗(yàn)前，完成如下準(zhǔn)備工作
[0017] 將空氣壓縮機(jī)通過(guò)管道與所述壓縮空氣管路的壓縮空氣接口端相連接；
[0018] 將氫氣氣瓶通過(guò)管道與所述氫氣低壓供氣管路的氫氣接口端相連接；
[0019] 檢查并確認(rèn)驅(qū)動(dòng)開關(guān)閥、輸入截止閥、卸壓閥均處于關(guān)閉狀態(tài)；
[0020] 逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)調(diào)壓閥直至調(diào)壓閥輸出壓力為零；
[0021] 2)、當(dāng)進(jìn)行圓盤壓力試驗(yàn)時(shí)，將圓盤試樣安裝到氫氣高壓試驗(yàn)管路中的試樣夾持 裝置的對(duì)應(yīng)接口上，檢查并確認(rèn)第一高壓閥和第二高壓閥處于打開狀態(tài)，第三高壓閥和第 四高壓閥處于關(guān)閉狀態(tài)；
[0022] 當(dāng)進(jìn)行容器耐壓試驗(yàn)時(shí)，將試驗(yàn)容器安裝在第三高壓閥和第四高壓閥之間，檢查 并確認(rèn)第三高壓閥和第四高壓閥處于打開狀態(tài)，第一高壓閥和第二高壓閥處于關(guān)閉狀態(tài)；
[0023] 3)、緩慢打開氫氣氣瓶的出口閥及輸入截止閥，氫氣通過(guò)氫氣低壓供氣管路和氫 氣高壓試驗(yàn)管路充入試樣夾持裝置或試驗(yàn)容器；當(dāng)氫氣氣瓶的出口壓力與氫氣高壓試驗(yàn)管 路中的壓力趨于平衡時(shí)，啟動(dòng)空氣壓縮機(jī)，開啟驅(qū)動(dòng)開關(guān)閥，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)調(diào)壓閥，直到氣動(dòng) 增壓器開始啟動(dòng)，并使所述氣動(dòng)增壓器動(dòng)作時(shí)的運(yùn)行頻率為40次/分鐘；隨著出口單向閥 輸出壓力的上升，氣動(dòng)增壓器的運(yùn)行頻率將隨著降低；繼續(xù)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)調(diào)壓閥的手柄升高 驅(qū)動(dòng)氣壓，使氫氣高壓試驗(yàn)管路中的氫氣壓力繼續(xù)恒速上升，在此過(guò)程中，通過(guò)調(diào)壓閥、電 磁閥及節(jié)流閥控制與調(diào)節(jié)氫氣進(jìn)氣壓力和流量，以實(shí)現(xiàn)對(duì)升壓速率的控制與調(diào)節(jié)或使氫氣 壓力達(dá)到設(shè)定試驗(yàn)壓力；
[0024] 當(dāng)進(jìn)行圓盤壓力試驗(yàn)時(shí)，使氫氣壓力繼續(xù)恒速上升直到圓盤試樣發(fā)生破裂，通過(guò) 記憶壓力表及壓力傳感器記錄圓盤試樣的破裂壓力，破裂壓力數(shù)據(jù)通過(guò)信號(hào)線上傳至計(jì)算 機(jī)；同時(shí)停止空氣壓縮機(jī)，關(guān)閉驅(qū)動(dòng)開關(guān)閥、輸入截止閥，打開卸壓閥對(duì)系統(tǒng)卸壓，試驗(yàn)結(jié) 束；
[0025] 當(dāng)進(jìn)行容器耐壓試驗(yàn)時(shí)，則在氫氣壓力達(dá)到設(shè)定試驗(yàn)壓力時(shí)停止空氣壓縮機(jī)，關(guān) 閉驅(qū)動(dòng)開關(guān)閥，系統(tǒng)進(jìn)入保壓狀態(tài)；保壓完畢后，關(guān)閉輸入截止閥，緩慢打開卸壓閥對(duì)系統(tǒng) 卸壓，試驗(yàn)結(jié)束。
[0026] 在每次試驗(yàn)前后，啟動(dòng)真空泵對(duì)整個(gè)試驗(yàn)裝置行抽氣凈化，以清除空氣或瓶壁吸 收的水分的痕跡。
[0027] 本發(fā)明中，所述氣體增壓器為活塞式增壓器，包括驅(qū)動(dòng)組件、增壓活塞及壓縮空氣 驅(qū)動(dòng)腔、氣體壓縮腔，壓縮空氣驅(qū)動(dòng)腔和氣體壓縮腔相互分離；通過(guò)與壓縮空氣驅(qū)動(dòng)腔裝配 一體的二位四通換向閥驅(qū)動(dòng)增壓活塞來(lái)回行程，再通過(guò)活塞連接桿使增壓活塞來(lái)回動(dòng)作， 實(shí)現(xiàn)被壓縮氣體即氫氣的增壓。
[0028] 本發(fā)明中，所述試樣夾持裝置專門用于圓盤試驗(yàn)，圓盤試樣承受恒速上升的氣壓 直至爆破或裂開，測(cè)定其破裂壓力及氫脆指數(shù)。試樣夾持裝置為上下法蘭對(duì)夾結(jié)構(gòu)，圓盤試 樣置于中間，采用〇形圈與下法蘭密封，與下法蘭之間圓錐形空腔容積約為5cm 3,圓盤試樣 上方安裝高強(qiáng)度鋼環(huán)llOOMPa)。最上方為上法蘭，上下法蘭裝配采用10個(gè)M10高強(qiáng) 度鋼螺栓緊固。下法蘭底部通過(guò)接頭與氫氣高壓系統(tǒng)連接，上法蘭中間設(shè)置圓盤爆破后氫 氣排放孔。
[0029] 本發(fā)明中，所述試驗(yàn)容器為統(tǒng)稱，具體結(jié)構(gòu)根據(jù)試驗(yàn)要求確定，可以為實(shí)物容器、 模擬容器或其它任意形狀的管狀試樣，通過(guò)兩側(cè)接頭與氫氣高壓試驗(yàn)管路連接。
[0030] 本發(fā)明中，所述控制柜中還包括上位控制軟件、上位數(shù)據(jù)采集軟件、數(shù)據(jù)采集卡、 通訊卡及通訊線等組成部分。
[0031] 與已有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在：
[0032] 1)、本發(fā)明通過(guò)設(shè)置成套壓縮空氣系統(tǒng)、氫氣管路系統(tǒng)及數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)，可 實(shí)現(xiàn)最商壓力為80MPa的商壓臨氧試驗(yàn)環(huán)境。
[0033] 2)、本發(fā)明功能完善，具備多種試驗(yàn)功能，既可通過(guò)試樣夾持裝置完成圓盤試樣破 裂試驗(yàn)，測(cè)定圓盤試樣的破裂壓力及氫脆指數(shù)，完成對(duì)金屬材料的抗氫脆性能試驗(yàn)；也可以 通過(guò)實(shí)物或模擬容器完成高壓臨氫環(huán)境下結(jié)構(gòu)件的氫脆損傷試驗(yàn)。
[0034] 3)、本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠，可實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)壓力、保壓時(shí)間等試驗(yàn)關(guān)鍵參數(shù)調(diào)節(jié) 與控制單元操作。氫脆試驗(yàn)要求在試驗(yàn)過(guò)程中，壓力升高率即升壓速率保持恒定，而且圓盤 壓力試驗(yàn)還要求壓力升高率在0. lbar/min與1000bar/min的大跨度范圍之間精確可調(diào)，因 此氫脆試驗(yàn)的要求較為嚴(yán)格和苛刻，試驗(yàn)難度較大。本發(fā)明中的試驗(yàn)裝置通過(guò)調(diào)壓閥、電磁 閥、節(jié)流閥以及計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)升壓速率的大范圍調(diào)整與穩(wěn)定控制，能夠完全滿足氫脆相關(guān) 試驗(yàn)的要求，為高壓臨氫壓力容器和壓力管道的氫脆損傷試驗(yàn)研究提供保證。
[0035] 4)、本發(fā)明中的數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)具備有兩個(gè)功能，其一，試驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集記錄 和曲線顯示，包括時(shí)間、壓力、壓力-時(shí)間曲線等，當(dāng)試驗(yàn)結(jié)束后通過(guò)對(duì)采集數(shù)據(jù)的處理，能 夠還原升壓速率及爆破點(diǎn)峰值壓力等關(guān)鍵參數(shù)，具有高度的靈活性和可靠性；其二，系統(tǒng)通 過(guò)調(diào)壓閥、電磁閥及節(jié)流閥的彼此配合來(lái)控制與調(diào)節(jié)進(jìn)氣壓力和流量，并通過(guò)控制柜中的 上位控制軟件設(shè)定系統(tǒng)保護(hù)壓力、升壓間隔壓力和升壓間隔時(shí)間，實(shí)現(xiàn)氫氣試驗(yàn)壓力及升 壓速率的控制與調(diào)節(jié)，并確保整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的安全性、可靠性和穩(wěn)定性。
[0036] 5)、本發(fā)明中的真空泵在每次試驗(yàn)前后對(duì)整個(gè)試驗(yàn)裝置氫氣系統(tǒng)進(jìn)行抽氣凈化， 可以有效清除空氣或瓶壁吸收的水分的痕跡，從而減少氧氣或水蒸氣的殘留，提高試驗(yàn)裝 置的清潔率，極大地減少了雜質(zhì)對(duì)試驗(yàn)的影響。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0037] 圖1為本發(fā)明中試驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0038] 圖2為本發(fā)明手動(dòng)/自動(dòng)操作邏輯框圖。
[0039] 圖中標(biāo)注符號(hào)的含義如下：
[0040] 1 一氫氣過(guò)濾器 2-低壓氫氣壓力表 3-輸入截止閥
[0041] 4-1 一進(jìn)口單向閥 4-2-出口單向閥 5-高壓氫氣壓力表
[0042] 6-第一高壓閥 7-試樣夾持裝置 8-圓盤試樣 9 一第二高壓閥
[0043] 10-記憶壓力表 11 一壓力傳感器 12-卸壓閥 13-真空栗
[0044] 14 一第二商壓閥 15-試驗(yàn)容器 16-第四商壓閥
[0045] 17-空氣過(guò)濾器 18-調(diào)壓閥 19 一空氣壓力表
[0046] 20 一驅(qū)動(dòng)開關(guān)閥 21-電磁閥 22-節(jié)流閥 23-氣動(dòng)增壓器
[0047] 24-計(jì)算機(jī) 25-控制柜
[0048] I 一氫氣低壓供氣管路 II一氫氣高壓試驗(yàn)管路
[0049] III 一壓縮空氣管路

【具體實(shí)施方式】
[0050] 下面將結(jié)合本發(fā)明中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描 述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。
[0051] 本發(fā)明的系統(tǒng)設(shè)置包括：壓縮空氣系統(tǒng)、氫氣管路系統(tǒng)及數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)，可 實(shí)現(xiàn)最高壓力為80MPa的高壓臨氫試驗(yàn)環(huán)境。本發(fā)明的主要工作原理是以壓縮空氣作為驅(qū) 動(dòng)氣源驅(qū)動(dòng)氣體增壓器，試驗(yàn)介質(zhì)氫氣（H 2)作為被增壓氣體通過(guò)氣體增壓器加壓，然后通 過(guò)管路分別輸送至試驗(yàn)容器或試樣夾持裝置，達(dá)到預(yù)定的試驗(yàn)壓力（最高為80MPa)后進(jìn)行 耐壓試驗(yàn)，或者不斷升壓直至試樣爆破實(shí)現(xiàn)爆破試驗(yàn)并測(cè)定其爆破壓力。
[0052] 壓縮空氣系統(tǒng)：壓縮空氣作為驅(qū)動(dòng)氣源，通過(guò)依序串聯(lián)設(shè)置在壓縮空氣管路III中 的空氣過(guò)濾器17、調(diào)壓閥18、空氣壓力表19、驅(qū)動(dòng)開關(guān)閥20、電磁閥21及節(jié)流閥22,進(jìn)入氣 體增壓器23的低壓驅(qū)動(dòng)端。
[0053] 氫氣管路系統(tǒng)：包括低壓部分（即氫氣低壓供氣管路I )和高壓部分（即氫氣高 壓試驗(yàn)管路II )。在低壓部分，氫氣作為試驗(yàn)介質(zhì)，通過(guò)在氫氣低壓供氣管路I依序串聯(lián)設(shè) 置氫氣過(guò)濾器1、氫氣壓力表2、輸入截止閥3及進(jìn)口單向閥4-1，進(jìn)入氣體增壓器23高壓端 的氫氣進(jìn)口；高壓部分，氫氣增壓后由氫氣高壓試驗(yàn)管路II依序串聯(lián)設(shè)置出口單向閥4-2、 高壓壓力表5,然后根據(jù)不同試驗(yàn)需要分別設(shè)置第一高壓閥6、試樣夾持裝置7和第二高壓 閥9,或通過(guò)第三高壓閥14、試驗(yàn)容器15和第四高壓閥16 ;最后依序串聯(lián)設(shè)置記憶壓力表 10、壓力傳感器11、卸壓閥12和真空泵13。
[0054] 數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)：包括計(jì)算機(jī)24和控制柜25,控制柜25通過(guò)信號(hào)線與所述 壓力傳感器11和電磁閥21的控制端相連。
[0055] 本實(shí)施例中氫脆試驗(yàn)裝置的試驗(yàn)方法是按如下步驟進(jìn)行：
[0056] 系統(tǒng)工作前，將空氣壓縮機(jī)、氫氣氣瓶分別與試驗(yàn)裝置的壓縮空氣接口端、氫氣接 口端通過(guò)管道連接，將圓盤試樣8安裝到氫氣高壓試驗(yàn)管路II的對(duì)應(yīng)接口上，確認(rèn)無(wú)誤后， 檢查并確認(rèn)驅(qū)動(dòng)開關(guān)閥20、輸入截止閥3、卸壓閥12處于關(guān)閉狀態(tài)。
[0057] 逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)調(diào)壓閥18直至調(diào)壓閥18的輸出壓力為零。
[0058] 緩慢打開氫氣氣瓶出口閥及輸入截至閥3,氫氣通過(guò)氫氣低壓供氣管路I和氫氣 高壓試驗(yàn)管路II充入試樣夾持裝置7或試驗(yàn)容器15 (在進(jìn)行圓盤壓力試驗(yàn)時(shí)，打開第一高 壓閥6和第二高壓閥9,關(guān)閉第三高壓閥14和第四高壓閥16 ;如進(jìn)行容器耐壓試驗(yàn)即試驗(yàn) 對(duì)象為各類試驗(yàn)容器時(shí)，則關(guān)閉第一高壓閥6及第二高壓閥9,打開第三高壓閥14和第四高 壓閥16,兩種試驗(yàn)不同時(shí)進(jìn)行）；當(dāng)氫氣氣瓶的出口壓力與氫氣高壓試驗(yàn)管路II中的壓力 趨于平衡時(shí)，啟動(dòng)空氣壓縮機(jī)，開啟驅(qū)動(dòng)開關(guān)閥20,順時(shí)針旋轉(zhuǎn)調(diào)壓閥18,直到氣體增壓器 23開始啟動(dòng)（此時(shí)注意運(yùn)行頻率應(yīng)控制在40次/分鐘）；隨著出口單向閥4-2的輸出壓力 的上升，氣體增壓器運(yùn)行頻率將隨著降低，繼續(xù)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)調(diào)壓閥手柄升高驅(qū)動(dòng)氣壓，通過(guò) 控制和調(diào)節(jié)電磁閥21、節(jié)流閥22使氣體增壓器23的運(yùn)行頻率保持不變，確保氫氣壓力繼續(xù) 恒速上升。
[0059] 如進(jìn)行圓盤壓力試驗(yàn)，氫氣壓力繼續(xù)恒速上升直到圓盤試樣8發(fā)生破裂，通過(guò)記 憶壓力表10及壓力傳感器11記錄破裂壓力，試驗(yàn)數(shù)據(jù)并通過(guò)控制柜25上傳至計(jì)算機(jī)24。 同時(shí)關(guān)閉驅(qū)動(dòng)開關(guān)閥20、輸入截止閥3,打開卸壓閥12,系統(tǒng)停機(jī)。通過(guò)比較氫破裂壓力P H2 和氦破裂壓力P&證明氫氣的脆化作用（氦作為參照氣體）。
[0060] 如試驗(yàn)對(duì)象為試驗(yàn)容器，則在達(dá)到設(shè)定壓力時(shí)關(guān)閉驅(qū)動(dòng)開關(guān)閥20,系統(tǒng)進(jìn)入保壓 狀態(tài)。保壓完畢后，關(guān)閉輸入截止閥3,緩慢打開卸壓閥12對(duì)系統(tǒng)卸壓，試驗(yàn)結(jié)束。
[0061] 在每次試驗(yàn)前后通過(guò)真空泵13對(duì)整個(gè)試驗(yàn)裝置的氫氣進(jìn)行抽氣凈化，以清除空 氣或瓶壁吸收的水分的痕跡，提高清潔率減少雜質(zhì)對(duì)試驗(yàn)的影響。
[0062] 數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)具備有兩個(gè)功能，其一，試驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集記錄和曲線顯示，包 括時(shí)間、壓力、壓力-時(shí)間曲線等；其二，通過(guò)氣體增壓器23低壓驅(qū)動(dòng)端前的調(diào)壓閥18、電 磁閥21及節(jié)流閥22控制與調(diào)節(jié)進(jìn)氣壓力和流量，最終實(shí)現(xiàn)氫氣試驗(yàn)壓力及升壓速率的控 制與調(diào)節(jié)。
[0063] 在升壓的過(guò)程中，壓力傳感器11即nextkit nano便攜式信號(hào)采集設(shè)備對(duì)壓力數(shù) 據(jù)的電壓信號(hào)進(jìn)行高速采集，在進(jìn)行處理后通過(guò)USB連接線發(fā)送到計(jì)算機(jī)24,計(jì)算機(jī)24采 集處理部分由專門開發(fā)軟件設(shè)計(jì)制作，USB的快速傳輸保證壓力信號(hào)快速準(zhǔn)確地反映到軟 件曲線界面中。當(dāng)試驗(yàn)結(jié)束后通過(guò)對(duì)采集數(shù)據(jù)的處理，來(lái)還原升壓速率及爆破點(diǎn)峰值壓力 等關(guān)鍵參數(shù)，具有高度的靈活性和可靠性。通過(guò)nextkit nano便攜式信號(hào)采集設(shè)備同步把 壓力信號(hào)生成一個(gè)1?5V電壓信號(hào)，供西門子PLC采集并進(jìn)行相關(guān)控制。控制柜25中的 上位控制軟件采用世紀(jì)星組態(tài)軟件制作，通過(guò)串口和控制柜25中的西門子PLC通訊。主要 功能包括設(shè)定系統(tǒng)保護(hù)壓力、設(shè)定升壓間隔壓力和升壓間隔時(shí)間、保護(hù)整個(gè)試驗(yàn)裝置等。 [0064] 數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)設(shè)置了選擇手動(dòng)/自動(dòng)操作模式，每種模式都可以進(jìn)行數(shù)據(jù) 記錄，并調(diào)用數(shù)據(jù)進(jìn)行升壓曲線還原，找出爆破壓力峰值點(diǎn)。手動(dòng)模式主要應(yīng)用在升壓過(guò)程 隨意性大、無(wú)固定規(guī)律的情況下；自動(dòng)模式主要應(yīng)用在提前設(shè)定升壓模式及速率的情況下。
[0065] 1.手動(dòng)操作
[0066] A :把記憶壓力表10的指針復(fù)位，確?？梢赃M(jìn)行爆破壓力記憶。
[0067] B:打開上位機(jī)控制軟件，進(jìn)行系統(tǒng)保護(hù)壓力設(shè)定，單位為MPa，如果試件在達(dá)到設(shè) 定壓力時(shí)還沒有爆破，則系統(tǒng)停機(jī)保護(hù)，并進(jìn)行相關(guān)提示。
[0068] C:打開上位機(jī)數(shù)據(jù)記錄軟件，輸入本次數(shù)據(jù)記錄文件名，并點(diǎn)擊開始，進(jìn)行數(shù)據(jù)記 錄。
[0069] D :在監(jiān)控柜面板上進(jìn)行增壓泵的啟動(dòng)和停止操作。
[0070] E :試驗(yàn)結(jié)束后按下停止按鈕。
[0071] F:打開數(shù)據(jù)記錄文件，還原曲線找出爆破壓力并和記憶壓力表進(jìn)行比對(duì)。
[0072] G :必要時(shí)可手動(dòng)開啟真空泵13進(jìn)行排空。
[0073] 2.自動(dòng)操作
[0074] A :把記憶壓力表10的指針復(fù)位，確保可以進(jìn)行爆破壓力記憶。
[0075] B:打開上位機(jī)控制軟件，進(jìn)行系統(tǒng)保護(hù)壓力設(shè)定，單位為MPa，如果試件在達(dá)到設(shè) 定壓力時(shí)還沒有爆破，則系統(tǒng)停機(jī)保護(hù)，并進(jìn)行相關(guān)提示；進(jìn)行升壓間隔壓力和升壓間隔時(shí) 間進(jìn)行設(shè)定，單位分別為MPa和ms，以便能達(dá)到預(yù)期的升壓速率。
[0076] C:打開上位機(jī)數(shù)據(jù)記錄軟件，輸入本次數(shù)據(jù)記錄文件名，并點(diǎn)擊開始，進(jìn)行數(shù)據(jù)記 錄。
[0077] D:在上位機(jī)控制軟件上點(diǎn)擊試驗(yàn)開始，則試驗(yàn)按照設(shè)定的參數(shù)自動(dòng)進(jìn)行，到達(dá)保 護(hù)壓力或者完成爆破的基礎(chǔ)上會(huì)自行停機(jī)，并進(jìn)行相關(guān)提示。
[0078] F:打開數(shù)據(jù)記錄文件，還原曲線找出爆破壓力并和記憶壓力表進(jìn)行比對(duì)。
[0079] G :必要時(shí)可手動(dòng)開啟真空泵13進(jìn)行排空。
【權(quán)利要求】
1. 一種高壓氫脆結(jié)構(gòu)試驗(yàn)裝置，其特征在于包括如下組成部分： 氫氣管路系統(tǒng)，包括依次串接的氫氣低壓供氣管路（I )和氫氣高壓試驗(yàn)管路（II ) 兩部分，所述氫氣高壓試驗(yàn)管路（II )中設(shè)有彼此并聯(lián)的圓盤壓力試驗(yàn)管段和容器耐壓試 驗(yàn)管段，氫氣高壓試驗(yàn)管路（II )中還設(shè)有與圓盤壓力試驗(yàn)管段和容器耐壓試驗(yàn)管段相串 接的卸壓管段； 壓縮空氣系統(tǒng)，包括壓縮空氣管路（III)和氣體增壓器（23)，所述壓縮空氣管路（III) 的出口與氣體增壓器（23)的低壓驅(qū)動(dòng)端相聯(lián)接，所述氣體增壓器（23)的高壓端上分別設(shè) 有氫氣進(jìn)口和氫氣出口，所述高壓端上的氫氣進(jìn)口與所述氫氣低壓供氣管路（I )相聯(lián)接， 所述高壓端上的氫氣出口與所述氫氣高壓試驗(yàn)管路（II )相聯(lián)接； 數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)，用于控制氫氣試驗(yàn)壓力和升壓速率，采集并記錄試驗(yàn)數(shù)據(jù)。
2. 如權(quán)利要求1所述的高壓氫脆結(jié)構(gòu)試驗(yàn)裝置，其特征在于： 所述氫氣低壓供氣管路（I)自氫氣接口端至氣體增壓器高壓端上的氫氣進(jìn)口之間依 次串接有氫氣過(guò)濾器（1)、低壓氫氣壓力表（2)、輸入截止閥（3)和進(jìn)口單向閥（4-1); 所述氫氣高壓試驗(yàn)管路（II )自氣體增壓器高壓端上的氫氣出口至圓盤壓力試驗(yàn)管 段或容器耐壓試驗(yàn)管段之間依次串接有出口單向閥（4-2)和高壓氫氣壓力表（5);所述圓 盤壓力試驗(yàn)管段包括依次串接的第一高壓閥（6)、試樣夾持裝置（7)和第二高壓閥（9);所 述容器耐壓試驗(yàn)管段包括依次串接的第三高壓閥（14)、試驗(yàn)容器（15)和第四高壓閥（16); 所述卸壓管段包括依次串接的記憶壓力表（10)、壓力傳感器（11)、卸壓閥（12)和真空泵 (13)，所述真空泵（13)設(shè)置在遠(yuǎn)離圓盤壓力試驗(yàn)管段和容器耐壓試驗(yàn)管段的一側(cè)。
3. 如權(quán)利要求2所述的高壓氫脆結(jié)構(gòu)試驗(yàn)裝置，其特征在于：所述壓縮空氣管路（III) 自壓縮空氣接口端至氣體增壓器（23)的低壓驅(qū)動(dòng)端之間依次串接有空氣過(guò)濾器（17)、調(diào) 壓閥（18)、空氣壓力表（19)、驅(qū)動(dòng)開關(guān)閥（20)、電磁閥（21)和節(jié)流閥（22)。
4. 如權(quán)利要求3所述的高壓氫脆結(jié)構(gòu)試驗(yàn)裝置，其特征在于：所述數(shù)據(jù)采集與控制系 統(tǒng)包括通過(guò)信號(hào)線彼此相連的計(jì)算機(jī)（24)和控制柜（25)，所述控制柜（25)還通過(guò)信號(hào)線 與所述壓力傳感器（11)和電磁閥（21)的控制端相連。
5. 如權(quán)利要求4所述的高壓氫脆結(jié)構(gòu)試驗(yàn)裝置，其特征在于：所述氣體增壓器（23)為 活塞式增壓器。
6. -種如權(quán)利要求4所述的高壓氫脆結(jié)構(gòu)試驗(yàn)裝置的試驗(yàn)方法，其特征在于包括如下 步驟： 1) 、開始試驗(yàn)前，完成如下準(zhǔn)備工作 將空氣壓縮機(jī)通過(guò)管道與所述壓縮空氣管路（III)的壓縮空氣接口端相連接； 將氫氣氣瓶通過(guò)管道與所述氫氣低壓供氣管路（I)的氫氣接口端相連接； 檢查并確認(rèn)驅(qū)動(dòng)開關(guān)閥（20)、輸入截止閥（3)、卸壓閥（12)均處于關(guān)閉狀態(tài)； 逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)調(diào)壓閥（18)直至調(diào)壓閥輸出壓力為零； 2) 、當(dāng)進(jìn)行圓盤壓力試驗(yàn)時(shí)，將圓盤試樣（8)安裝到氫氣高壓試驗(yàn)管路（II )中的試樣 夾持裝置（7)的對(duì)應(yīng)接口上，檢查并確認(rèn)第一高壓閥（6)和第二高壓閥（9)處于打開狀態(tài)， 第三高壓閥（14)和第四高壓閥（16)處于關(guān)閉狀態(tài)； 當(dāng)進(jìn)行容器耐壓試驗(yàn)時(shí)，將試驗(yàn)容器（15)安裝在第三高壓閥（14)和第四高壓閥（16) 之間，檢查并確認(rèn)第三高壓閥（14)和第四高壓閥（16)處于打開狀態(tài)，第一高壓閥（6)和第 二高壓閥（9)處于關(guān)閉狀態(tài)； 3)、緩慢打開氫氣氣瓶的出口閥及輸入截止閥（3)，氫氣通過(guò)氫氣低壓供氣管路（I ) 和氫氣高壓試驗(yàn)管路（II )充入試樣夾持裝置（7)或試驗(yàn)容器（15);當(dāng)氫氣氣瓶的出口 壓力與氫氣高壓試驗(yàn)管路（II )中的壓力趨于平衡時(shí)，啟動(dòng)空氣壓縮機(jī)，開啟驅(qū)動(dòng)開關(guān)閥 (20)，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)調(diào)壓閥（18)，直到氣動(dòng)增壓器（23)開始啟動(dòng)，并使所述氣動(dòng)增壓器（23) 動(dòng)作時(shí)的運(yùn)行頻率為40次/分鐘；隨著出口單向閥（4-2)輸出壓力的上升，氣動(dòng)增壓器 (23)的運(yùn)行頻率將隨著降低；繼續(xù)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)調(diào)壓閥（18)的手柄升高驅(qū)動(dòng)氣壓，使氫氣高 壓試驗(yàn)管路（II )中的氫氣壓力繼續(xù)恒速上升，在此過(guò)程中，通過(guò)調(diào)壓閥（18)、電磁閥（21) 及節(jié)流閥（22)控制與調(diào)節(jié)氫氣進(jìn)氣壓力和流量，以實(shí)現(xiàn)對(duì)升壓速率的控制與調(diào)節(jié)或使氫 氣壓力達(dá)到設(shè)定試驗(yàn)壓力； 當(dāng)進(jìn)行圓盤壓力試驗(yàn)時(shí)，使氫氣壓力繼續(xù)恒速上升直到圓盤試樣（8)發(fā)生破裂，通過(guò) 記憶壓力表（10)及壓力傳感器（11)記錄圓盤試樣（8)的破裂壓力，破裂壓力數(shù)據(jù)通過(guò)信 號(hào)線上傳至計(jì)算機(jī)（24);同時(shí)停止空氣壓縮機(jī)，關(guān)閉驅(qū)動(dòng)開關(guān)閥（20)、輸入截止閥（3)，打 開卸壓閥（12)對(duì)系統(tǒng)卸壓，試驗(yàn)結(jié)束； 當(dāng)進(jìn)行容器耐壓試驗(yàn)時(shí)，則在氫氣壓力達(dá)到設(shè)定試驗(yàn)壓力時(shí)停止空氣壓縮機(jī)，關(guān)閉驅(qū) 動(dòng)開關(guān)閥（20)，系統(tǒng)進(jìn)入保壓狀態(tài)；保壓完畢后，關(guān)閉輸入截止閥（3)，緩慢打開卸壓閥 (12)對(duì)系統(tǒng)卸壓，試驗(yàn)結(jié)束。
7.如權(quán)利要求6所述的高壓氫脆結(jié)構(gòu)試驗(yàn)裝置的試驗(yàn)方法，其特征在于：在每次試驗(yàn) 前后，啟動(dòng)真空泵（13)對(duì)整個(gè)試驗(yàn)裝置行抽氣凈化，以清除空氣或瓶壁吸收的水分的痕 跡。
【文檔編號(hào)】G01N3/12GK104215513SQ201410401253
【公開日】2014年12月17日 申請(qǐng)日期:2014年8月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月14日
【發(fā)明者】陳學(xué)東, 徐鵬, 吳玉月, 郭飛, 崔軍, 危書濤, 張志偉 申請(qǐng)人:合肥通用機(jī)械研究院