[發明專利]高壓條件下材料抗穿刺/沖擊與氣體泄露檢測裝置

在審

• 申請號: 202110873675.7
• 申請日: 2021-07-30
• 公開（公告）號: CN113514334A
• 公開（公告）日: 2021-10-19
• 發明（設計）人: 楊衛民;陳學東;王修磊;謝鵬程;張宇飛;丁玉梅
• 申請（專利權）人: 北京化工大學
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08;G01N15/08;G01N3/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了高壓條件下材料抗穿刺/沖擊與氣體泄露檢測裝置，至少包括控制系統、高壓充氣系統、抽真空系統、氣體泄漏量監測與檢測系統、材料破壞情況觀測系統、材料穿刺實驗系統、環境參數控制系統、數據采集與分析系統和安全防護系統，通過實時觀察材料宏觀變化，監測被檢材料在測試過程中的氣體透過量，并通過不同的動力裝置控制穿刺，可初步實現被檢材料在特定材料結構、設定壓力、設定穿刺結構、設定溫度、設定穿刺速度等協同作用下材料的破壞情況，指導材料配方和結構設計，進而降低儲氫瓶等高壓儲罐的設計安全系數，提高材料利用率，提高儲氫瓶儲氫密度和可靠性。同時，本發明檢測裝置可減少高壓危險氣體的用量，提高實驗安全性。

技術領域

本發明涉及特種檢測裝備領域，具體涉及一種材料在高壓危險氣體條件下受尖銳物體沖擊/穿刺過程的氣體泄露過程狀態監測與檢測裝備。

背景技術

隨著制氫前端裝備與航空航天、燃料電池汽車等用氫終端裝備的優化升級，發展安全、高效、綠色和經濟的氫能儲運技術將推動氫能產業鏈的升級改造。當前，高壓儲氫技術因低成本、可靠性高和填充釋放速度快的優勢成為提高氫能儲運經濟、環境、社會效益的重要載體，但受制于高性能的高壓儲氫瓶發展短板，尤其是受制于高性能的高壓變載輕質儲氫內膽，經濟與社會效益一直未能充分體現；研發和擴大更高儲氫密度的IV型儲氫瓶應用將改善現狀，尤其是研發和批量應用高性能復合材料更是意義重大。

目前，對于應用于制造高壓儲氫瓶的材料，在材料設計階段僅檢測氫滲透系數、常規力學性能、氫等危險氣體環境下的耐老化/疲勞性能以及氫脆情況等；而在高壓儲氫條件下受其他外力破壞例如翻車時受到沖擊破壞、跌落破壞、子彈射擊破壞等都需要制造成完整內膽后，甚至于要制造出完整的高壓儲氫瓶后才能完成一系列測試，才能得到或檢測出高壓儲氫瓶受破壞的情況，并且只能檢測出其受破壞的開始情況和結束情況，未能檢測出其受破壞過程中的情況，甚至于檢測的結果無法判定是因為結構因素導致的或是材料因素導致的問題，許多過程中的破壞情況和破壞機理都是未可知的。同時，在子彈射擊等檢測過程中，儲氫罐中通常都儲存有大量的高壓氫氣，一旦發生爆炸等不可控的情況，將對實驗環境中的人和物造成極大的危險。除此之外，因為對破壞過程的未可知，設計人員在設計過程中通常會選用較大的安全系數去設計高壓儲氫瓶，以確保儲氫瓶具有較高的可靠性。但是，過大的安全系數不僅不會帶來明顯有效的優勢，而且還會造成材料的浪費，降低儲氫瓶的儲氫密度，提高了能耗。因此，在充分保障測試安全的前提下，準確了解用于制造高壓儲氣瓶的單一材料/復合材料在高壓、氫氣等危險氣體(尤其是對復合材料有腐蝕或破壞的氣體)等多因素協同作用下受外力沖擊破壞的情況將有效提高材料的利用率、優化材料設計以及提高能效。

發明內容

本發明針對上述問題，提出了高壓條件下材料抗穿刺/沖擊與氣體泄露檢測裝置。本發明通過在檢測環境中安裝攝像頭等視覺監測儀器實時觀察材料宏觀變化，以及在高壓條件下實時監測受破壞材料在單位時間內的氣體透過量，并參考線下微觀材料檢測結果，可實現單一材料或復合材料受沖擊/穿刺破壞過程中的氣體泄露安全實時檢測。同時，本發明可通過在小腔室內檢測片狀材料、拱形材料等減少高壓危險氣體在檢測過程中的使用，保證實驗安全。除此之外，本發明通過不同的動力裝置可實現穿刺速度可控，不同穿刺針的穿刺角度和穿刺面積也可控，以檢測不同穿刺速度、穿刺力、面積、角度條件下的數據。為保證本裝置的密封性能，本發明所述的所有數據均通過無線傳輸的方式與測試裝置外的設備共享。