本发明专利技术公开了一种高压单向阀高速流动冲击测试装置及方法，属于阀门冲击测试。该装置中，高压气瓶的高压气体经一级减压器和二级减压器进行两级减压后达到测试压力，然后储存在前级缓冲罐内；背压高压气瓶通过减压器提供恒定的背压，从而在待测单向阀前后形成稳定的压力差；当高速电磁阀开启时，前级缓冲罐输出恒定压力的高速气流冲击待测单向阀，四个压力传感器同时监测待测单向阀前后压力数据，从而获得待测单向阀受到冲击后开启全过程的压力变化，实现对待测单向阀高速流动冲击的测试。本测试装置安全稳定，可测试获得高压单向阀的开启全过程压力变化，从而得到其瞬态开启特性，还可以进行不同进口压力及不同背压下的单向阀高速流动冲击测试。阀高速流动冲击测试。阀高速流动冲击测试。
【技术实现步骤摘要】
一种高压单向阀高速流动冲击测试装置及方法
[0001]本专利技术属于阀门冲击测试领域，更具体地，涉及一种高压单向阀高速流动冲击测试装置及方法。
技术介绍
[0002]第二次工业革命以来，能源危机日趋明显，迫切需要洁净、经济的新能源。氢能因其清洁、高效、零碳以及可持续利用等优点成为理想的二次能源，发展氢能已经成为世界各国的共识。我国对氢能产业十分重视，2020年一年我国各级政府发布相关氢能产业政策有62个，到年底全国共建成的加氢站有128座，燃料电池汽车保有量有7352辆。然而高速的氢能产业发展带来的是不容忽视的安全风险的增加。
[0003]加氢站的安全问题一直是加氢站建设运行中的阻力，历史上曾发生过多次加氢站泄漏爆炸事故。统计显示美国超过20％的加氢站事故是阀门冲击失效导致氢气泄漏爆炸。同时科技部“可再生能源与氢能技术”重点专项项目申报指南指出，要针对加氢站关键零部件泄漏、断裂等问题，开展相应的安全性能测试技术及装备研究。事故统计分析显示，高压氢管道单向阀在氢气充装过程中，会给阀门造成很大的冲击损伤。在冲击作用下，单向阀会快速开启，使得阀门在开启过程中瞬态压力场速度场和温度场复杂多变，且阀芯上下表面受到压差阻力使得阀芯产生较大的加速度、速度、动能撞击限位座和弹簧，容易使其发生冲击断裂失效。故研究阀门开启过程中的冲击问题对于加氢站建设和安全运行具有非常重要的意义。
技术实现思路
[0004]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种高压单向阀高速流动冲击测试装置及方法，其目的在于，针对阀门开启过程中的冲击问题提供一套灵活多变、适用广泛且能够获得阀门瞬态开启特性的测试装置及方法，以为加氢站的安全运行提供支撑和保障。
[0005]为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种高压单向阀高速流动冲击测试装置，用于待测单向阀的高速流动冲击测试，包括高压气源单元、气体缓冲单元、实验测试单元和信号采集控制单元，其中：
[0006]所述高压气源单元包括高压气瓶、一级减压器和二级减压器；所述气体缓冲单元包括前级缓冲罐、后级缓冲罐、背压减压器和背压高压气瓶；所述实验测试单元包括高速电磁阀和多个压力传感器；所述信号采集控制单元包括高速信号采集仪和信号控制器；
[0007]高压气瓶、一级减压器、二级减压器、前级缓冲罐、高速电磁阀依次串联；高速电磁阀的出口用于在试验时连接待测单向阀的进气口；后级缓冲罐的进气口用于在试验时连接待测单向阀的出口；背压高压气瓶的出口连接背压减压器，背压减压器的出口用于在试验时连接待测单向阀的出口；高速电磁阀与待测单向阀之间间隔设置两个压力传感器；后级缓冲罐与待测单向阀之间间隔设置两个压力传感器；高速信号采集仪连接压力传感器以记
录压力随时间的变化；信号控制器连接高速电磁阀；高速电磁阀的开启时间小于高速流动冲击下待测单向阀的开启时间；其中，
[0008]高速电磁阀初始处于关闭状态，高压气瓶的高压气体经一级减压器和二级减压器进行两级减压后达到测试压力，然后储存在前级缓冲罐内；高压气瓶通过减压器提供恒定的背压，从而在待测单向阀前后形成稳定的压力差；当高速电磁阀开启时，前级缓冲罐输出恒定压力的高速气流冲击待测单向阀，四个压力传感器同时监测待测单向阀前后压力数据，从而获得待测单向阀受到冲击后开启全过程的压力变化，实现对待测单向阀高速流动冲击的测试。
[0009]进一步地，高速电磁阀的开启时间为微秒级，远小于高速流动冲击下待测单向阀的开启时间。
[0010]进一步地，所述高压气瓶包括至少两个气瓶，每个气瓶的启闭相互独立。
[0011]进一步地，前级缓冲罐包括至少两个缓冲罐，每个缓冲罐的启闭相互独立。
[0012]进一步地，高速电磁阀与待测单向阀之间依次先后设置第三压力传感器和第四压力传感器；后级缓冲罐与待测单向阀之间依次先后设置第五压力传感器和第六压力传感器；第四压力传感器、第五压力传感器与待测单向阀之间的间距取不影响气流稳定性的最小间距。
[0013]进一步地，第三压力传感器、第四压力传感器、待测单向阀的阀芯、第五压力传感器和第六压力传感器依次等间距布置。
[0014]进一步地，还包括安全排空单元；所述安全排空单元分为两部分，一部分设置在二级减压器与前级缓冲罐之间，包括第一手动排空阀、安全阀和第一电磁排空阀；另一部分设置在待测单向阀的排气气路末端，包括第二手动排空阀和第二电磁排空阀。
[0015]为实现上述目的，按照本专利技术的另一个方面，提供了一种高压单向阀高速流动冲击测试方法，采用如前任一项所述的高压单向阀高速流动冲击测试装置实现，测试过程如下：
[0016]通过一级减压器和二级减压器调节试验压力至指定值，通过背压减压器调节背压至指定值；
[0017]开启前级缓冲罐和高压气瓶，在待测单向阀前后的压力值都达到设定值且稳定后，通过信号控制器开启电磁阀，高速气流冲击待测单向阀单向阀，同时四个压力传感器记录下待测单向阀从受到气流冲击到完全开启的全过程压力变化；
[0018]分析四个压力传感器得到的压力随时间的变化曲线得到待测单向阀瞬态的开启特性。
[0019]进一步地，所述瞬态的开启特性包括开启时间、最小开启压力。
[0020]总体而言，本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
[0021]1、本专利技术针对高压单向阀的复杂运行工况，设计了一种可自由调控前后压力的高压单向阀高速流动冲击测试装置，主要通过两级减压器得到恒定压力的气体，之后将气体储存在缓冲罐中，以输出稳定的高速气流，同时在测试单向阀后设置背压减压器、后级缓冲罐和高压气瓶，得到恒定的背压，从而配合前级缓冲罐实现稳定的前后压差，以对加氢站加氢过程中的各种不同工况进行模拟。本专利技术提出的高压单向阀高速流动冲击测试装置，可
以准确测试高压单向阀在不同压力工况下受到高速气流冲击时迅速开启的全过程，且具有操作简单、安全稳定等优点，可以为高压单向阀提供冲击测试平台，为加氢站阀门的长久稳定运行提供保障。
[0022]2、本专利技术配置微秒级高速电磁阀和信号采集仪，可以测得单向阀受到高速气流冲击开启的全过程压力变化，且利用微秒级高速电磁阀开启时间远小于待测单向阀的特点，降低气流时延引起的压力差，保证气流冲击单向阀时已经达到所设定的压力，提高试验准确性。
[0023]3、由于单个气瓶气量有限，维持稳定试验压力的时间较短，设置多个气瓶一方面可以保证提供稳定的压力气源，维持实验的持续进行和多次实验，另一方面可以减少气瓶更换次数，方便操作。多个缓冲罐的设置同理。
[0024]4、第四压力传感器、第五压力传感器与待测单向阀之间的间距取不影响气流稳定性的最小间距，能够更为准确地表征待测单向阀的瞬态开启特性。
[0025]5、第三压力传感器、第四压力传感器、待测单向阀、第五压力传感器和第六压力传感器等间距布置，可以更为简单地利用压力响应时间相减的方式快速估算待测单向阀的开启时间。
附图说明
[本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种高压单向阀高速流动冲击测试装置，用于待测单向阀(21)的高速流动冲击测试，其特征在于，包括高压气源单元、气体缓冲单元、实验测试单元和信号采集控制单元，其中：所述高压气源单元包括高压气瓶(1)、一级减压器(3)和二级减压器(7)；所述气体缓冲单元包括前级缓冲罐、后级缓冲罐、背压减压器(28)和背压高压气瓶(29)；所述实验测试单元包括高速电磁阀(18)和多个压力传感器；所述信号采集控制单元包括高速信号采集仪和信号控制器；高压气瓶(1)、一级减压器(3)、二级减压器(7)、前级缓冲罐、高速电磁阀(18)依次串联；高速电磁阀(18)的出口用于在试验时连接待测单向阀(21)的进气口；后级缓冲罐的进气口用于在试验时连接待测单向阀(21)的出口；背压高压气瓶(29)的出口连接背压减压器(28)，背压减压器(28)的出口用于在试验时连接待测单向阀(21)的出口；高速电磁阀(18)与待测单向阀(21)之间间隔设置两个压力传感器(19、20)；后级缓冲罐与待测单向阀(21)之间间隔设置两个压力传感器(22、23)；高速信号采集仪连接压力传感器以记录压力随时间的变化；信号控制器连接高速电磁阀(18)；高速电磁阀(18)的开启时间小于高速流动冲击下待测单向阀(21)的开启时间；其中，高速电磁阀(18)初始处于关闭状态，高压气瓶(1)的高压气体经一级减压器(3)和二级减压器(7)进行两级减压后达到测试压力，然后储存在前级缓冲罐内；高压气瓶(29)通过减压器(28)提供恒定的背压，从而在待测单向阀(21)前后形成稳定的压力差；当高速电磁阀(18)开启时，前级缓冲罐输出恒定压力的高速气流冲击待测单向阀(21)，四个压力传感器同时监测待测单向阀(21)前后压力数据，从而获得待测单向阀(21)受到冲击后开启全过程的压力变化，实现对待测单向阀(21)高速流动冲击的测试。2.如权利要求1所述的一种高压单向阀高速流动冲击测试装置，其特征在于，高速电磁阀(18)的开启时间为微秒级，远小于高速流动冲击下待测单向阀(21)的开启时间。3.如权利要求1所述的一种高压单向阀高速流动冲击测试装置，其特征在于，所述高压气...
【专利技术属性】
技术研发人员：叶建军，崔俊旭，花争立，谢军龙，叶盛，彭文珠，杜宗钢，王威，蒋鹏程，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：
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