[發明專利]一種高壓摻氫天然氣環境材料性能損傷評價裝置

有效

• 申請號: 201910302862.2
• 申請日: 2019-04-16
• 公開（公告）號: CN110118690B
• 公開（公告）日: 2020-07-14
• 發明（設計）人: 尚娟;花爭立;鄭津洋;顧超華
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08;G01N3/32
• 代理公司: 杭州中成專利事務所有限公司 33212
• 代理人: 周世駿

本發明涉及材料力學性能測試設備，旨在提供一種高壓摻氫天然氣環境材料性能損傷評價裝置。該裝置包括氣瓶組、氣路系統和試驗環境箱；試驗環境箱的上部中心設有豎向的空腔通道并插入加載軸，在下部中心對應設置沉孔，試樣的邊緣被夾持在上下箱體之間；在試樣的上表面中心擺放鋼球，在下表面中心布置雙向應變片；試驗環境箱通過其進排氣口與氣路系統連接。本發明利用加載軸推動鋼球來對圓盤薄片試樣施加載荷的方法，避免了復雜的伺服試驗機構，縮小設備體積，降低成本；避免使用高壓動密封元件，降低氫氣發生泄漏的概率，提高了裝置的可靠性和安全性；通過增大加載軸的施力頻率加快圓盤薄片試樣的疲勞失效，縮短試驗時間，提高試驗效率。

技術領域

本發明屬于材料力學性能測試設備，特別涉及一種高壓摻氫天然氣環境材料性能損傷評價裝置及。

背景技術

隨著我國能源結構的不斷優化，可再生能源發展迅速。雖然以風能和太陽能為代表的可再生能源迅速發展，但是風/光發電的時間間歇性和不可預測性限制其大規模并入主干電網，特別是我國的風/光地理資源分布不均衡導致了發電中心與負載中心分離，給其大規模應用造成嚴重的“棄風限電”。根據國家能源局統計，僅2017年，我國棄風、棄光電量高達419億kW·h，棄風率超過12％。將多余的風電或光電電解制氫，并將制得的氫氣摻入天然氣，組成摻氫天然氣(HCNG)，然后再利用現有天然氣管網進行輸送，最終用作交通燃料、發電燃料及清潔燃氣，被認為是解決大規模風/光電消納問題的有效途徑，在提高可再生能源利用率的同時還可帶來良好的環境效益，具有廣泛的應用前景。但是，與天然氣的物化性質不同，高壓氫氣會劣化金屬材料的力學性能，引起材料的氫損傷。為保障管道輸送摻氫天然氣的安全，高壓摻氫天然氣環境用材料必須開展性能損傷的試驗研究。

要進行高壓摻氫天然氣環境材料性能損傷的研究，應當在真實的高壓摻氫天然氣環境下開展材料的性能測試。這對相應的試驗裝置提出了較高的要求。國內外目前缺乏相應的試驗裝置。僅有個別研究機構前期開發了用于純氫氣環境材料力學性能測試的裝置，但是上述設備都面臨以下關鍵問題：

(1)設備結構復雜，存在安全隱患

現有的純氫氣環境材料力學性能測試裝置大多由傳統材料試驗機改造而來，即在傳統材料試驗機上裝設能夠提供試驗所需的純氫氣環境的環境箱，為容納試樣及其夾具，環境箱內部的容積通常設計的較大，進而導致環境箱體積和壁厚較大，設備整體結構較復雜，造價昂貴。環境箱內儲存易燃易爆介質多，并且現有裝置都是靠貫穿試驗機環境箱的加載軸來對裝夾的試樣施加載荷，加載軸與環境箱接觸面之間常設計動密封結構以維持試驗箱內部的壓力，但是，動密封結構使用壽命有限，易造成介質泄漏，存在較大安全隱患。

(2)測試效率低，時間成本高

現有的高壓摻氫天然氣環境材料性能損傷裝置對裝夾的試樣施加壓力載荷較慢，無法快速實現對試樣的單次加載試驗測試，在恒壓疲勞試驗中加載軸施力頻率較低，從而造成試驗時間成本高，且每次試驗需多人操作設備，試驗人工成本高。

發明內容

本發明是解決當前試驗裝置及測試方法存在的關鍵問題，提出一種高壓摻氫天然氣環境材料性能損傷評價裝置。

為解決關鍵問題，本發明的解決方案是：

提供一種高壓摻氫天然氣環境材料性能損傷評價裝置，包括氣瓶組、氣路系統和試驗環境箱；

所述氣瓶組包括用于制備混合試驗氣體的天然氣瓶組和氫氣瓶組，以及用于吹掃的氬氣瓶組；所述氣路系統包括低壓緩沖罐、色譜分析儀、氣動增壓泵、高壓緩沖罐和真空泵；天然氣瓶組、氫氣瓶組和氬氣瓶組分別通過管路接至低壓緩沖罐和試驗環境箱，低壓緩沖罐出口通過管路分別接至色譜分析儀和氣動增壓泵，氣動增壓泵的出口接至高壓緩沖罐，高壓緩沖罐出口通過管路與試驗環境箱相接；高壓緩沖罐、試驗環境箱和色譜分析儀的出口還通過管路接至真空泵和放空管路；