[發明專利]測試高壓氫氣環境下材料耐久性的試驗機

有效

• 申請號: 201110259252.2
• 申請日: 2011-09-03
• 公開（公告）號: CN102297807A
• 公開（公告）日: 2011-12-28
• 發明（設計）人: 鄭津洋;劉賢信;孫國有;趙永志;儲進科;周池樓;施建峰;顧超華
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01N3/10
• 分類號: G01N3/10;G01N3/02
• 代理公司: 杭州中成專利事務所有限公司 33212
• 代理人: 金祺

技術領域

本發明屬于材料力學性能測試設備開發領域，特別涉及一種測試高壓氫氣環境下材料耐久性的試驗機。

背景技術

氫能具有轉化效率高、燃燒產物潔凈及用途多樣化等優點，是新世紀重要的二次能源。經濟、高效、安全、可靠的儲氫技術是氫能利用走向產業化的關鍵。高壓儲氫設備結構簡單、壓縮能耗低、充放速度快，是目前占絕對主導地位的氫能儲存方式。為滿足氫能汽車續駛里程的要求，高壓氫氣的儲存壓力多在35MPa以上。

然而，在高壓氫氣環境下長期工作，材料的耐久性會因氫脆而下降，可能導致高壓氫系統零部件突然失效，甚至引發爆炸事故。且隨著儲氫壓力的升高，這一問題更加突出。為確保高壓氫系統長期、安全、穩定、可靠地運行，必須對材料在高壓氫氣環境下的使用耐久性進行測試和評估。

目前，高壓氫氣環境下材料力學性能測試設備主要有兩類。一類采用非標試樣，如圓盤試樣、中空管狀試樣等，這類設備對試樣加工精度等因素依賴性較強，難以形成標準統一的測試方法和材料性能評價指標。另一類采用在現有試驗機主機上對接高壓氫環境箱的方式，該類設備可借鑒現有的材料力學性能測試與評價方法。然而，這種測試設備的設計開發面臨以下難題：

(1)高壓試驗腔內氫氣在加載桿軸向可產生高達數噸的推力，這部分力在被測試樣品斷裂時，會對主機動力輸出裝置造成沖擊，降低其控制精度和使用壽命；

(2)施加到試樣上的真實載荷是材料力學性能測試的重要參數。根據載荷傳感器與高壓試驗腔的位置關系，可以分為內置式和外置式兩種。若采用內置式，載荷傳感器置于高壓試驗腔內，氫氣可滲入載荷測量元件，改變其阻值等性能，造成測量結果失真；若將載荷傳感器外置，則需剔除高壓氫氣動密封處摩擦力的影響，而這一摩擦力是隨加載次數變化的，難以準確測量。

目前，國內外尚未見述相關試驗機對上述問題給出較好的解決方案。

發明內容

本發明要解決的技術問題是，克服現有技術中的不足，提出一種測試高壓氫氣環境下材料耐久性的試驗機。

為解決技術問題，本發明采取以下措施：

提供一種測試高壓氫氣環境下材料耐久性的試驗機，包括裝有動力輸出桿的主機，以及內部設試樣支架的高壓氫氣環境箱，高壓氫氣環境箱上設高壓氫氣接口；所述高壓氫氣環境箱只在其箱體的一側設置開口，一個密封座通過柱銷在箱體開口處實現與箱體的密閉接合；沿該密封座的中心線設有貫穿的通孔，通孔內置一個帶活塞的加載桿；加載桿上設置至少兩道接合于密封座的密封件，所述活塞位于兩道密封件之間；在靠近通孔內部開口的一側，活塞與密封件之間的空間與外部大氣相通；活塞的另一側與密封件之間的通孔空間構成平衡腔，平衡腔與箱體內腔由密封座中開設的氫氣通道連通。

作為一種改進，所述加載桿為中空結構，在其伸入箱體內腔的端部設自緊式的密封堵頭；在加載桿的內壁設載荷敏感元件，載荷敏感元件的引線由加載桿內部從另一端引出。

作為一種改進，所述高壓氫氣環境箱的外側設升降裝置，高壓氫氣環境箱與主機具有如下位置關系中的任意一種：高壓氫氣環境箱位于主機上方且主機相對于地面固定，升降裝置連接至高壓氫氣環境箱；主機上固定設置導向立柱，高壓氫氣環境箱上設置導向環板，導向立柱位于導向環板上的通孔中；或，高壓氫氣環境箱位于主機下方且高壓氫氣環境箱相對于地面固定，升降裝置連接至主機；高壓氫氣環境箱上固定設置導向立柱，主機上設置導向環板，導向立柱位于導向環板上的通孔中。

作為一種改進，所述高壓氫氣環境箱內置冷卻管，密封座上設冷卻管進出口及內部傳感器引線出口。

作為一種改進，所述冷卻管進出口及內部傳感器引線出口在箱體內的一側設可拆卸的錐面密封結構。

本發明的有益效果在于：

本發明通過在箱體密封座設置氫氣通道，利用高壓試驗腔內的氣壓實現加載桿氣體推力的平衡；通過在加載桿內部設置載荷敏感元件，直接測量試樣載荷，避免高壓密封元件對載荷測量精度的干擾。

附圖說明

圖1為本發明的總體結構示意圖；

圖2為柱銷結構所在截面的剖視圖；

圖3為箱體密封座局部放大圖；

圖4為試樣真實載荷測量結構局部放大圖。