气瓶型式试验设备与配套装置

气瓶型式试验设备与配套装置
 Gas cylinder type test equipment and supporting devices

一、简介

气瓶型式试验设备与配套装置依据《GBT 35544-2017 车用压缩氢气铝内胆碳纤维全缠绕气瓶》中关于6.2.3 水压试验、6.2.5 水压爆破实验、6.2.6 常温压力循环实验、6.2.8 极限温度压力循环实验、6.2.9 加速应力破裂实验、6.2.10 裂纹容限实验、6.2.11 环境实验、6.2.12 跌落试验、6.2.15 耐久性实验相关技术要求进行研制，能够实现最大公称压力70MPa、最大公称容积690L，储存介质为压缩氢气、工作温度不低于-40℃且不高于85℃、固定在道路车辆上用作燃料箱的可重复充装车用压缩氢气铝内胆碳纤维全缠绕气瓶的型式试验。

二、设备介绍

2.1.油压疲劳试验机

2.1.1.设备概述

油压疲劳试验机主要对氢气缠绕瓶进行常温压力循环试验、极限温度压力循环试验、裂纹容限实验、环境实验、跌落试验和耐久性试验以评估部件的使用寿命。参照GB/T 35544-2017《车用压缩氢气铝内胆碳纤维全缠绕气瓶》6.2.8极限温度压力循环试验的测试要求进行搭建，兼顾6.2.6常温压力循环试验。

2.1.2.设备参数

1)                      测试对象：钢瓶，铝内丹碳纤维缠绕瓶；

2)                      被测气瓶长度：600～3200mm；

3)                      被测气瓶外径: Φ219～Φ550mm；

4)                      试验介质：液压油，红油；

5)                      实验温度：-45～85℃；

6)                      增压方式：液压站驱动增压缸增压模式；

7)                      输出压力：≥140MPa；

8)                      输出流量：≥80L/min；

9)                      测试频率：1-10次/min；

10)                      压力控制精度：

11)                      循环压力上限：压力范围20-120MPa可设置，控制精度目标压力±1％；循环压力下限：压力范围1-3MPa可设置，控制精度目标压力±0.2MPa；

12)                      输出路数：3路输出；

13)                      采集精度：

14)                      压力采集精度≤0.25级；

15)                      温度采集精度≤0.5℃；

16)                      设备噪音：≤88分贝；

17)                      冷却系统: 采用压缩机制冷的油冷却系统；

2.1.3.设备功能

1)                      油压疲劳试压机内核心管件部件如液压增压泵、增压缸、液压换向阀等采用冗余设计，其中一个关键件损坏时，不影响设备整体功能，设备可照常使用；

2)                      油压疲劳试压机全自动操作，在设备控制软件界面上可自行设定循环压力上下限、升压速率、保压时间和运行周期，记录脉冲次数，试验完毕后可自动停机，试验结果以word报告或PDF格式打印或通过USB输出实验数据包括试验设置参数、试验完成参数、试验数据和曲线；

3)                      油压疲劳试压机控制软件实时监测和记录脉冲压力、脉冲次数、介质温度参数，可设置报警压力、报警温度和报警液位，当介质泄漏或者介质温度超过安全温度时，可立刻报警，并且提示报警信息，以提示作业人员做出正确处理，当压力超过安全压力时，系统会自动泄压停机；

4)                      油压疲劳试验机具有泄漏检测功能，测试件或者系统发生泄漏时，能够自动停机报警，并能显示故障原因和故障点；

5)                      油压疲劳试验机具有自动排气功能，可以自动对增压缸和测试气瓶进行排气；

6)                      油压疲劳试验机内阀门具有动作反馈功能，可以反馈出阀门的工作状态；

7)                      油压疲劳试验机增压缸具有运动检测功能，可实时检测增压缸的运动状态；

8)                      油压疲劳试验机具备自检功能，可自动检测设备内部仪器仪表是否正常工作；

9)                      油压疲劳试验机介质可回收循环使用，符合节能环保要求；

10)                      油压疲劳试验机同时试验气瓶数量≥3件；

11)                      油压疲劳试压机具备无人值守功能，设备参数设置完毕后，设备可自动运行，当设备运行状态出现异常时，设备可自动停机泄压；

12)                      油压疲劳试验机具有油污收集装置，液压站、增压缸以及测试气瓶出现漏油时，油污可收集；

13)                      安全防护：液压站、增压缸采用安全防护箱、安全防护罩、安全防护隔板等安全防护措施；

14)                      超压保护：设备设有超压报警功能，试验回路中的压力发生突变时，设备自动报警，其超过安全范围时（1%-100%可以任意设定），设备自动停机；

15)                      超温保护：温度传感器检测介质箱、动力油箱、温控箱、冷油机温度，超过限定范围，自动停止测试；

16)                      漏电保护：设备设置了高灵敏度漏电保护模块，当漏电保护装置动作时，断路器切断主回路电源；

17)                      液位保护：动力油箱和介质箱油量液位低报警，自动停止测试；

18)                      泄漏保护：积油盘底部泄漏传感器，探测动力单元和测试单元液体介质泄漏，警报提示；

19)                      检测高压/回油过滤器堵塞，警报提示；

20)                      系统硬件设计选择漏电保护器，过流保险，三相强电设计相序指示功能，当系统漏电、短路、过流或缺相时，不能启动试验。

2.1.4.设备外观

采用密闭式箱体结构，采用方管作为框架，门板设计加强筋，保证强度。撬装箱体前后设置开门，维修空间充裕，箱体材质采用优质碳钢，双面喷塑处理，喷塑颜色为天蓝色。机柜样式如下图：

 

液压泵站外观样式

增压油缸卧式，安装在集装箱内部，增压缸外表面喷涂防锈漆，颜色为天蓝色。增压缸高压腔体外部增压一个安全防护罩，保证增压缸运行的安全性。

增压缸外观样式

气瓶测试防护箱用于防止被测气瓶，一方面起到防护作用，另一方面可以收集气瓶测试过程中泄漏的油污，气瓶测试防护箱带有高低温功能，整体安装在集装箱内。

气瓶测试防护箱外观样式

远程操控台

远程操作台外观样式图

2.2. 外测法水压实验机

2.2.1.设备概述

外测法水压试验机主要对氢气缠绕瓶进行外测法水压实验，参照GB/T 35544-2017《车用压缩氢气铝内胆碳纤维全缠绕气瓶》6.2.3水压实验测试要求进行搭建。

2.2.2.设备参数

1)                      测试对象：钢瓶，铝内丹碳纤维缠绕瓶；

2)                      被测气瓶长度：600～3200mm；

3)                      被测气瓶外径: Φ219～Φ550mm；

4)                      试验介质：自来水；

5)                      增压方式：气动增压泵；

6)                      输出压力：200MPa；

7)                      输出流量:≥7.5L/min；

8)                      阀门管路工作压力：≥450MPa；

9)                      压力控制精度：≤1％；

10)                      压力采集精度：

压力传感器：≤0.25级；

精密压力表：≤0.25级；

普通机械压力表：≤1.6级；

天平测量精度：≤0.1g；

2.2.3.设备功能

1)                      设备能够实现立式外测法水压试验，气瓶在不同工序(打压、称重、倒水烘干)之间的移动、变位由专用装置实现；

2)                      自动读取空瓶重量、瓶加水重量，自动计算气瓶容积；

3)                      自动记录并计算受试气瓶试验压力、变形量、残余变形量、残余变形率及判定试验结果，试验数据自动保存；

4)                      动态显示并记录压力-进水量、压力-时间、时间-进水量曲线；

5)                      完成气瓶水压试验参数设定，自动采集水量、压力、时间数据组并保存，自动生成、输出水压试验报告；并能够查询、再现已经做过水压试验的气瓶的试验参数和试验过程；

6)                      加压过程：可多级升压、保压、降压，保压压力值以及保压时间可随意设定。设备可实现到达设定压力后自动或手动停止升压；

7)                      设备具备多级安全防护措施，有机械自动泄压功能（安全阀、爆破片），有电气控制保护（系统配置压力传感器，系统到压后反馈信号，系统自动控制气动阀关闭保压），系统控制程序中设置超压报警且系统自动泄压。确保在系统非正常状态下（如压力信号异常或电脑死机）保证实验工件安全，不超压；

8)                      试验用介质为循环用水(气瓶打压用水可重复使用)；

9)                      水套盖与水套间采用气动密封方式；

10)                      设备具有自检功能：计算机上电之前，计算机均自动对以下设备功能进行自检：电源电压是否在偏差允许范围内，模拟量采集通道采集值是否在误差允许范围内。软件专门设计自检界面，对上述所列功能的每一分项进行巡检，巡检通过给出“正常”提示，任何一项不满足要求均给出报警。

2.2.4.设备外观

采用机电一体式机柜设计，采用方管作为框架，门板设计加强筋，保证强度，操作面板采用不锈钢，箱体前后设置开门，维修空间充裕，箱体材质采用优质碳钢，双面喷塑处理。

外测法水压试验机外观

2.3.水压爆破试验机

2.3.1.设备概述

水压爆破试验机按照GB/T15385-2011《气瓶水压爆破试验方法》等法规和产品标准要求，具有对承压设备进行耐压、爆破的功能。

2.3.2.设备参数

1)                      测试对象：钢瓶，铝内丹碳纤维缠绕瓶；

2)                      被测气瓶长度：600～3200mm；

3)                      被测气瓶外径: Φ219～Φ550mm；

4)                      试验介质：自来水；

5)                      增压方式：气动增压泵；

6)                      最大输出压力：420MPa；

7)                      最大输出流量：3L/min；

8)                      阀门管路工作压力：≥450MPa；

9)                      压力控制精度：≤1％；

10)                      采集精度：

压力传感器：≤0.25级；

机械压力表：≤2.0级；

环境温度传感器：量程0~100℃，精度等级≤0.5℃；

介质温度传感器：量程0~100℃，精度等级≤0.5℃；

2.3.3.设备功能

1)                      主控单元：采用集成式控制台，控制台整体为304不锈钢，所有试验指令均在控制台完成； 具有紧急切断功能，紧急情况下可快速实现停止升压；

2)                      主控单元采用工控机控制，配备键盘、显示器、打印机、鼠标等输入输出设备；

3)                      典型的试验程序有：

恒速升压-爆破；

恒速升压-保压-爆破；

恒速升压-保压-卸压；

恒速升压-保压-恒速升压-保压—直至爆破（递增升压）。

4)                      可实现到达设定压力后自动或手动停止升压；可实现不设定具体试验压力，升压直至试件爆破；

5)                      可实现上述2种试验模式的组合操作；试验过程中，流量、升压速率可实时调整；实时采集并显示实验压力数据和试件进水量数据曲线；

6)                      可实现自动判断试件爆破终止和手工终止2种试验终止方式；

7)                      测试过程中可根据设定值进行泄压排气处理；

8)                      其他配件：高压不锈钢管路6m（根据现场配置）及管路连接附件；400MPa的高压软管5根，长度根据现场配；根据试验需求配置相应的截止阀、电磁阀。

2.3.4.设备外观

采用机电一体式机柜设计，采用方管作为框架，门板设计加强筋，保证强度，操作面板采用不锈钢，箱体前后设置开门，维修空间充裕，箱体材质采用优质碳钢，双面喷塑处理。

水压爆破试验机外观

气瓶测试防爆筒用于放置被测气瓶，一方面起到防护作用，另一方面可以收集气瓶测试过程中泄漏的污水。

防爆舱内部有排水口，排水口处安装有过滤器，有效过滤缠绕瓶爆破测试后缠绕纤维的碎屑。同时防爆舱电动门安装有门禁，可与电气控制台软件具备的门禁功能联动。防爆舱安装在集装箱内部，具备二次防冲击功能。

防爆舱外型样式图

2.4.大容积气瓶气密测试试验台

2.4.1.设备概述

气密测试试验台参照GB/T 35544-2017《车用压缩氢气铝内胆碳纤维全缠绕气瓶》6.2.4气密性试验要求进行搭建，主要检验气瓶气密性能。

2.4.2.设备参数

1)                      测试对象：钢瓶，铝内丹碳纤维缠绕瓶；

2)                      被测气瓶长度：600～3200mm；

3)                      被测气瓶外径: Φ219～Φ550mm；

4)                      驱动方式：液压驱动；

5)                      适用介质：氮气、氦气等；

6)                      工作增压压力：70MPa；

7)                      最大增压压力：100MPa；

8)                      设计排量：6.5nm³/min（入口35MPa）；

9)                      工作入口压力：15-40MPa；

10)                      最大入口压力：100MPa；

11)                      管道、阀门承压：140MPa；

12)                      冷却水供量：20m3/h；

13)                      工作温度：≤100℃；

14)                      进气温度：≤60℃；

15)                      排气温度：≤35℃；

16)                      外形尺寸：压缩机撬4686mm（L）×2618mm（W）×2588mm（H）；

2.4.3.设备功能

1)                      核心部件如液压增压泵、液压换向阀等采用冗余设计，其中一个关键件损坏时，不影响设备整体功能，设备可照常使用；

2)                      设备出口自带冷却功能，防止气体充装时气瓶外表面过热；

3)                      可以在运行过程中实现大范围的调速。

4)                      在同等输出功率下，液压传动装置的体积小、重量轻、运动惯量小、动态性能好。

5)                      采用液压传动可实现无间隙传动，运动平稳。

6)                      便于实现自动工作循环和自动过载保护。

7)                      由于采用液压油作为传动介质，因此液压元件有自我润滑作用，有较长的使用寿命。

2.4.4.设备外观

液压站与液驱增压泵集成在一个撬装上，撬装安装在集装箱中，便于设备的搬运，同时大大降低设备噪音，设备的美观性大大增强。

2.5.小容器气瓶气密测试台

2.5.1.设备概述

气密测试试验台参照GB/T 35544-2017《车用压缩氢气铝内胆碳纤维全缠绕气瓶》6.2.4气密性试验要求进行搭建，主要检验气瓶气密性能。

2.5.2.设备参数

1)                      测试对象：钢瓶，铝内丹碳纤维缠绕瓶；

2)                      被测气瓶长度：600～1800mm；

3)                      被测气瓶外径: Φ219～Φ400mm；

4)                      工作介质：氮气、氦气、氩气等；

5)                      工作压力：0-140MPa；

6)                      气体品质：颗粒度＜5μ；

7)                      压力采集精度：0.25%F.S；

8)                      控制控制精度：0.2%.F.S；

9)                      控制方式：远程自动控制；

2.5.3.设备功能

1)                      设备管路均为316 不锈钢，内壁抛光处理，卡套式密封，

2)                      密封可靠，无焊接，无多余物；

3)                      设备内仪表、安全阀进行第三方检定，提供检定合

4)                      格报告；

5)                      所有操作按钮集中设置于面板上，并配有指示牌，便于操作；

6)                      具有安全保护、紧急停机功能，安全可靠；

7)                      集成专业测控软件，开机前自检，设置参数后自动运行，实现完全自动化生产；

8)                      前面板有人机交互界面，可实时监视系统内部参数，也可设置各动作点参数及报警值；

9)                      具有声光报警功能，报警时触摸屏实时显示当前报警内容；

2.5.4设备外观

气密测试台管路系统与测控系统集成于一个封闭式机柜中，机柜采用Q235B冷轧钢板，钣金焊接制作，内外喷塑，计算机灰面板为2mm拉丝不锈钢，柜体外形尺寸：1670×1100×1300。

气密设备外观