一種固態(tài)儲(chǔ)氫系統(tǒng)振動(dòng)試驗(yàn)裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種固態(tài)儲(chǔ)氫系統(tǒng)的抗振性檢測(cè)裝置及方法，尤其涉及一種固態(tài)儲(chǔ)氫系統(tǒng)振動(dòng)試驗(yàn)裝置和方法，屬于固態(tài)儲(chǔ)氫系統(tǒng)的可靠性測(cè)試領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]氫能是一種清潔高效的能源，具有高效率、低污染和可循環(huán)使用等優(yōu)良特性，被認(rèn)為是人類未來(lái)的理想能源。在氫能系統(tǒng)中，氫的儲(chǔ)存和運(yùn)輸是最重要的環(huán)節(jié)，也是實(shí)現(xiàn)氫能應(yīng)用的難點(diǎn)。固態(tài)儲(chǔ)氫系統(tǒng)是通過(guò)固態(tài)儲(chǔ)氫材料與氫氣反應(yīng)生成固態(tài)氫化物而達(dá)到氫能的儲(chǔ)存和運(yùn)輸功能的儲(chǔ)能系統(tǒng)，其主要由儲(chǔ)氫材料、儲(chǔ)氫容器等部件組成，主要外形為長(zhǎng)圓筒型。固態(tài)儲(chǔ)氫能有效克服氣態(tài)、液態(tài)兩種儲(chǔ)存方式的不足，而且儲(chǔ)氫體積密度大、安全度高、運(yùn)輸便利，已在諸多領(lǐng)域得到應(yīng)用，尤其在氫燃料電池應(yīng)用方面具有廣闊前景。
[0003]考慮到汽車等應(yīng)用對(duì)象在使用固態(tài)儲(chǔ)氫系統(tǒng)時(shí)可能受到振動(dòng)沖擊，所以將振動(dòng)試驗(yàn)作為固態(tài)儲(chǔ)氫系統(tǒng)的可靠性測(cè)試中的一項(xiàng)，與固態(tài)儲(chǔ)氫系統(tǒng)的循環(huán)性能和應(yīng)變性能測(cè)試交替進(jìn)行。固態(tài)儲(chǔ)氫系統(tǒng)的振動(dòng)試驗(yàn)，主要是對(duì)固態(tài)儲(chǔ)氫系統(tǒng)施加預(yù)定的振動(dòng)信號(hào)，并使系統(tǒng)本身處于相近的振動(dòng)狀態(tài)下，并保持預(yù)定的振動(dòng)時(shí)間。在振動(dòng)試驗(yàn)后，可對(duì)固態(tài)儲(chǔ)氫系統(tǒng)進(jìn)行循環(huán)性能測(cè)試和應(yīng)變性能測(cè)試，并與振動(dòng)試驗(yàn)前的測(cè)試結(jié)果向比較，以評(píng)價(jià)該固態(tài)儲(chǔ)氫系統(tǒng)的抗振性。
[0004]而現(xiàn)有技術(shù)中還沒(méi)有針對(duì)固態(tài)儲(chǔ)氫系統(tǒng)的抗振性試驗(yàn)的裝置和方法，使得固態(tài)儲(chǔ)氫容器在生產(chǎn)、購(gòu)買和使用中都缺乏相應(yīng)的安全性依據(jù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種固態(tài)儲(chǔ)氫系統(tǒng)振動(dòng)試驗(yàn)裝置，用于檢測(cè)固態(tài)儲(chǔ)氫系統(tǒng)的抗振性能。
[0006]本發(fā)明的另一目的在于提供一種采用所述裝置的固態(tài)儲(chǔ)氫系統(tǒng)振動(dòng)試驗(yàn)方法。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0008]一種固態(tài)儲(chǔ)氫系統(tǒng)振動(dòng)試驗(yàn)裝置，包括振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)、附加臺(tái)面和固態(tài)儲(chǔ)氫系統(tǒng)，附加臺(tái)面通過(guò)連接螺栓安裝在振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)上，固態(tài)儲(chǔ)氫系統(tǒng)安裝在附加臺(tái)面上，所述振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)的臺(tái)面上安裝有控制振動(dòng)信號(hào)傳感器，固態(tài)儲(chǔ)氫系統(tǒng)的表面上安裝有至少一個(gè)監(jiān)測(cè)振動(dòng)信號(hào)傳感器。
[0009]優(yōu)選地,所述附加臺(tái)面距離振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)的臺(tái)面100?120mm。所述振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)優(yōu)選為數(shù)字式電磁振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)。
[0010]優(yōu)選地，所述固態(tài)儲(chǔ)氫系統(tǒng)水平安裝在附加臺(tái)面上，水平度偏差不大于0.3mm，且固態(tài)儲(chǔ)氫系統(tǒng)的重心與所述附加臺(tái)面中軸線重合，偏差不大于2_。
[0011]當(dāng)所述固態(tài)儲(chǔ)氫系統(tǒng)長(zhǎng)度< 200_時(shí)，可以采用一個(gè)裝夾點(diǎn)，該裝夾點(diǎn)位于固態(tài)儲(chǔ)氫容器長(zhǎng)度的1/2處。當(dāng)所述固態(tài)儲(chǔ)氫系統(tǒng)長(zhǎng)度為200mm?1500mm時(shí)，可以采用兩個(gè)裝夾點(diǎn)對(duì)稱裝夾的方式，兩個(gè)裝夾點(diǎn)分別位于固態(tài)儲(chǔ)氫系統(tǒng)長(zhǎng)度的1/4和3/4處。
[0012]在安裝固態(tài)儲(chǔ)氫系統(tǒng)的過(guò)程中，應(yīng)保證固態(tài)儲(chǔ)氫系統(tǒng)在安裝部位四周受力均勻。例如，可以在固態(tài)儲(chǔ)氫系統(tǒng)的外部設(shè)置環(huán)形夾具。
[0013]所述監(jiān)測(cè)振動(dòng)信號(hào)傳感器應(yīng)與所述固態(tài)儲(chǔ)氫系統(tǒng)表面充分接觸。因此，優(yōu)選將監(jiān)測(cè)振動(dòng)信號(hào)傳感器安裝在所述固態(tài)儲(chǔ)氫系統(tǒng)的平直表面上。當(dāng)固態(tài)儲(chǔ)氫系統(tǒng)的表面不平直時(shí)，可以使用填充物將固態(tài)儲(chǔ)氫系統(tǒng)表面填平，形成平直表面，再將振動(dòng)信號(hào)傳感器安裝在該平直表面上。
[0014]采用上述固態(tài)儲(chǔ)氫系統(tǒng)振動(dòng)試驗(yàn)裝置進(jìn)行固態(tài)儲(chǔ)氫系統(tǒng)的振動(dòng)試驗(yàn)方法，在試驗(yàn)之前需要預(yù)先設(shè)定振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)的振動(dòng)參數(shù)，振動(dòng)參數(shù)為正弦波，掃頻方式為對(duì)數(shù)掃描，每個(gè)循環(huán)包括以下六個(gè)階段，具體參數(shù)如下:
[0015]第一階段:加速度設(shè)定為Ign，頻率初始值設(shè)定為7Hz，最終值設(shè)定為18Hz ；
[0016]第二階段:振幅設(shè)定為0.8mm,頻率初始值設(shè)定為18Hz，最終值設(shè)定為50Hz ；
[0017]第三階段:加速度設(shè)定為8gn，頻率初始值設(shè)定為50Hz，最終值設(shè)定為200Hz ；
[0018]第四階段:加速度設(shè)定為8gn，頻率初始值設(shè)定為200Hz，最終值設(shè)定為50Hz ；
[0019]第五階段:振幅設(shè)定為0.8mm,頻率初始值設(shè)定為50Hz，最終值設(shè)定為18Hz ；
[0020]第六階段:加速度設(shè)定為lgn，頻率初始值設(shè)定為18Hz，最終值設(shè)定為7Hz ；
[0021]將每個(gè)循環(huán)時(shí)間設(shè)為30min，并設(shè)定總循環(huán)次數(shù)為12次；
[0022]振動(dòng)參數(shù)設(shè)定完成后，開啟振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)電源，進(jìn)行振動(dòng)試驗(yàn)；在振動(dòng)試驗(yàn)的同時(shí)，通過(guò)所述振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)軟件記錄振動(dòng)控制信號(hào)和監(jiān)測(cè)信號(hào)。
[0023]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0024]本發(fā)明首次提出固態(tài)儲(chǔ)氫系統(tǒng)的振動(dòng)試驗(yàn)的裝置及方法，使固態(tài)儲(chǔ)氫系統(tǒng)經(jīng)歷特定的振動(dòng)條件，可以模擬固態(tài)儲(chǔ)氫系統(tǒng)在運(yùn)輸和應(yīng)用過(guò)程中可能發(fā)生幾乎所有振動(dòng)環(huán)境，對(duì)振動(dòng)信號(hào)的設(shè)定和控制準(zhǔn)確便捷，并可防止固態(tài)儲(chǔ)氫系統(tǒng)在裝夾過(guò)程中受力不均勻所造成的損壞。將本發(fā)明的振動(dòng)試驗(yàn)方法與后續(xù)的循環(huán)和應(yīng)力應(yīng)變相結(jié)合，能夠準(zhǔn)確評(píng)價(jià)該固態(tài)儲(chǔ)氫系統(tǒng)的抗振性。
【附圖說(shuō)明】
[0025]圖1為本發(fā)明固態(tài)儲(chǔ)氫系統(tǒng)振動(dòng)試驗(yàn)裝置的側(cè)視圖。
[0026]圖2為本發(fā)明固態(tài)儲(chǔ)氫系統(tǒng)振動(dòng)試驗(yàn)裝置的俯視圖。
[0027]圖3為安裝在固態(tài)儲(chǔ)氫系統(tǒng)外殼上的環(huán)形夾具的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]圖4為用填充物在固態(tài)儲(chǔ)氫系統(tǒng)表面形成平直表面的示意圖。
[0029]圖5為本發(fā)明固態(tài)儲(chǔ)氫系統(tǒng)振動(dòng)試驗(yàn)方法的流程圖。
[0030]圖6顯示實(shí)施例1和實(shí)施例2中監(jiān)測(cè)振動(dòng)信號(hào)傳感器的不同安裝方式對(duì)試驗(yàn)效果的影響。
[0031]圖7顯示實(shí)施例4中固態(tài)儲(chǔ)氫系統(tǒng)的夾具安裝方式對(duì)試驗(yàn)效果的影響。
【具體實(shí)施方式】
[0032]以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0033]如圖1、2所示，本發(fā)明的固態(tài)儲(chǔ)氫系統(tǒng)振動(dòng)試驗(yàn)裝置包括振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)1、附加臺(tái)面2，振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)I上安裝有圓柱形振動(dòng)臺(tái)動(dòng)圈3，該振動(dòng)臺(tái)動(dòng)圈上表面安裝有數(shù)個(gè)連接螺栓4，附加臺(tái)面2安裝在該些連接螺栓4的頂端，固態(tài)儲(chǔ)氫系統(tǒng)5安裝在附加臺(tái)面2上，振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)I的臺(tái)面上安裝有控制振動(dòng)信號(hào)傳感器6，固態(tài)儲(chǔ)氫系統(tǒng)I的表面上安裝有至少一個(gè)監(jiān)測(cè)振動(dòng)信號(hào)傳感器7。
[0034]其中，振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)為數(shù)字式電磁振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)，該試驗(yàn)臺(tái)振動(dòng)頻率范圍寬，可以精確控制振動(dòng)參數(shù)，并進(jìn)行編程式操作，可更好的適應(yīng)上述振動(dòng)試驗(yàn)參數(shù)的要求。
[0035]在振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)啟動(dòng)時(shí)，應(yīng)將振動(dòng)體位置設(shè)在正的最大振幅處，因此，需要將附加臺(tái)面2距離振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)I臺(tái)面控制在100?120mm,最佳距離為110mm。
[0036]為保證振動(dòng)信號(hào)方向的準(zhǔn)確性，將振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)安裝在硬質(zhì)地面上，該硬質(zhì)地面的硬度應(yīng)滿足在振動(dòng)試驗(yàn)過(guò)程中地面未發(fā)生明顯形變。并保證數(shù)字式電磁振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)的臺(tái)面水平度偏差不大于0.3mm。
[0037]固態(tài)儲(chǔ)氫系在充氫狀態(tài)下具有較高的內(nèi)部壓力，且由于高頻振動(dòng)中容易發(fā)生放氫反應(yīng)，因此，在安裝固態(tài)儲(chǔ)氫系統(tǒng)時(shí)，為防止在振動(dòng)中引起的爆炸等安全問(wèn)題，在防爆條件有限的前提下，需要預(yù)先將固態(tài)儲(chǔ)氫系統(tǒng)進(jìn)行放氫處理，將儲(chǔ)存的氫氣放出；然后將固態(tài)儲(chǔ)氫系統(tǒng)水平安裝在附加臺(tái)面上。
[0038]根據(jù)試驗(yàn)，振動(dòng)試驗(yàn)中固態(tài)儲(chǔ)氫容器不同位置的振動(dòng)信號(hào)會(huì)存在差別，一般地，靠近裝夾點(diǎn)的位置振動(dòng)信號(hào)十分接近于控制信號(hào)，而遠(yuǎn)離裝夾點(diǎn)位置的振動(dòng)振幅將大于控制信號(hào)。為把這種偏差控制在一定范圍內(nèi)，需要根據(jù)固態(tài)儲(chǔ)氫容器的尺寸設(shè)置安裝點(diǎn)，應(yīng)設(shè)置至少一個(gè)安裝點(diǎn)；當(dāng)所述固態(tài)儲(chǔ)氫系統(tǒng)長(zhǎng)度< 200_時(shí)，可以采用一個(gè)安裝點(diǎn)，該安裝點(diǎn)位于固態(tài)儲(chǔ)氫容器長(zhǎng)度的1/2處。當(dāng)所述固態(tài)儲(chǔ)氫系統(tǒng)長(zhǎng)度為200mm?1500mm時(shí)，可以米用兩個(gè)裝夾點(diǎn)對(duì)稱裝夾的方式，兩個(gè)裝夾點(diǎn)分別位于固態(tài)儲(chǔ)氫系統(tǒng)長(zhǎng)度的1/4和3/4處。
[0039]為盡量避免偏振，并保證固態(tài)儲(chǔ)氫容器與振動(dòng)臺(tái)振動(dòng)狀態(tài)一致，固態(tài)儲(chǔ)氫系統(tǒng)的水平度偏差應(yīng)不大于0.3mm，且需要保證固態(tài)儲(chǔ)氫系統(tǒng)的重心與附加臺(tái)面的中軸線重合，偏差不大于2mm。
[0040]在安裝固態(tài)儲(chǔ)氫系統(tǒng)的過(guò)程中，應(yīng)保證固態(tài)儲(chǔ)氫系統(tǒng)在安裝部位四周受力均勻。所謂受力均勻是指固態(tài)儲(chǔ)氫系統(tǒng)在安裝部位處各個(gè)點(diǎn)受到的因裝夾而產(chǎn)生的壓力近似相同，以防止試驗(yàn)中固態(tài)儲(chǔ)氫系統(tǒng)在安裝部位局部受力過(guò)大而影響固態(tài)儲(chǔ)氫系統(tǒng)的機(jī)械性能。使固態(tài)儲(chǔ)氫系統(tǒng)在安裝部位受力均勻的方法包括采用與固態(tài)儲(chǔ)氫系統(tǒng)外殼相貼合的環(huán)形夾具。所述環(huán)形夾具可以由碳素結(jié)構(gòu)鋼制成，如圖3所示，環(huán)形