一种降低氢损伤风险的高压氢气驱动器制造技术

本发明专利技术属于高超声速试验设备技术领域，公开了一种降低氢损伤风险的高压氢气驱动器。包括顺序连接的驱动段和被驱动段，分界面处设置有膜片，驱动段的前端通过封头封闭，被驱动段的后端连接喷管；驱动段为双层管体，管体内衬和外管之间采用过盈装配，管体内衬和外管之间设置有密封圈，管体内衬外壁上还设置有导流通道；封头为双层封头，从内至外依次为封头内衬和封头本体，封头内衬和封头本体之间设置有密封圈；驱动段和封头通过各自的开孔接管与外置的高压氢气源或者测量设备连接。外管和封头本体的材质为高强度合金钢，管体内衬和封头内衬的材质为抗氢合金。该高压氢气驱动器实现了未爆先漏，解决了氢致损伤可能引发的管体爆炸问题。题。题。

【技术实现步骤摘要】
一种降低氢损伤风险的高压氢气驱动器


[0001]本专利技术属于高超声速试验设备
，具体涉及一种降低氢损伤风险的高压氢气驱动器。

技术介绍

[0002]激波风洞是利用激波压缩试验气体，然后通过定常膨胀方法产生高超声速试验气流的脉冲型试验装置。
[0003]激波风洞通常由驱动段、被驱动段、喷管、试验段等部段顺序连接而成。其中驱动段与被驱动段、被驱动段与喷管之间分别用膜片隔开，驱动段充入高压驱动气体，被驱动段充入较低压力的试验气体，喷管和试验段内抽成真空模拟空中环境，试验模型位于喷管出口的试验段内。然后控制驱动段与被驱动段之间的膜片(第一道膜)瞬间打开，形成强激波，压缩被驱动段的低压试验气体使其升温升压，激波压缩形成的高温高压试验气体打开被驱动段与喷管之间的膜片(第二道膜)，并喷管膨胀加速形成高马赫数试验气流。
[0004]激波强度是表征激波风洞驱动性能的参数之一，采用高压氢气作为驱动气体是提高风洞驱动性能的有效手段。氢气可以有效提升风洞驱动性能，但由于氢气很容易通过吸附、渗透、扩散进入材料内部，导致材料性能下降，发生氢致塑性损减、氢诱发裂纹、氢致延迟断裂、氢腐蚀等氢损伤(也属于广义上的氢脆)。驱动段长时间储存高压氢气，一旦管体材料发生氢损伤，可能导致发生氢气泄漏，甚至爆炸等重大事故。
[0005]解决高压氢气驱动器氢损伤问题常规的方法是采用单层抗氢脆的材料制造承压部件，但由于低强度的抗氢钢往往承压能力不足，高强度的抗氢钢承压能力高但制备难度大，难以用于制造大尺寸驱动器，且材料价格高昂；此外，在高压氢气作用下，单层管体制造的驱动器管体一旦萌发细小缺陷，裂纹将迅速扩展，可能引发管体爆炸等重大安全事故。因此，安全风险一直是制约高压氢气驱动器驱动压力和驱动性能提高的关键因素。
[0006]当前，亟需发展一种降低氢损伤风险的高压氢气驱动器。

技术实现思路

[0007]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种降低氢损伤风险的高压氢气驱动器，能够用于制造大型高压氢气驱动激波风洞和其他使用高压氢气驱动的装备。
[0008]本专利技术的降低氢损伤风险的高压氢气驱动器包括顺序连接的驱动段和被驱动段，驱动段和被驱动段均为管段；驱动段和被驱动段的分界面处设置有膜片，驱动段的前端通过封头封闭，被驱动段的后端连接喷管；驱动段和封头上还分别开有若干个通孔，各通孔分别与外置的高压氢气源和测量设备连通；其特点是，所述的驱动段为双层管体，内层为管体内衬，外层为外管，管体内衬和外管之间采用过盈装配，管体内衬上设置有用于密封管体内衬和外管的密封圈，管体内衬的外壁上还设置有导流通道；驱动段上的通孔插入管体开孔接管，管体开孔接管插入的深度与外管的厚度相同，管体开孔接管的内径与通孔的内径相同，管体开孔接管与管体内衬之间密封；管体开孔接管与外置的高压氢气源或者测量设备
连接；
[0009]封头为双层封头，从内至外依次为封头内衬和封头本体，封头内衬上设置有用于密封封头内衬和管体内衬的密封圈；封头上的通孔插入封头开孔接管，封头开孔接管插入的深度与封头本体的厚度相同，封头开孔接管的内径与通孔的内径相同，封头开孔接管与封头内衬之间密封；封头开孔接管与外置的高压氢气源或者测量设备连接；
[0010]外管和封头本体的材质为高强度合金钢，管体内衬和封头内衬的材质为抗氢合金。
[0011]进一步地，所述的驱动段的管体内衬和外管之间的过盈装配的过盈量为0.5
‰
～2
‰
分界面直径。
[0012]进一步地，所述的导流通道为正反螺旋形，采用多线螺旋线或者单线螺旋线，螺旋升角均不超过30
°
；导流通道的截面为半圆形、矩形、锥形或者椭圆形，导流通道的高度在装配后不堵塞导流通道，导流通道的高度的当量尺寸范围为0.1mm～2mm。
[0013]进一步地，所述的管体开孔接管和封头开孔接管均采用抗氢合金制造、通过螺纹固定连接。
[0014]本专利技术的降低氢损伤风险的高压氢气驱动器具有以下优点：
[0015]a.驱动段管体和封头等主要承压部件采用双层结构，主要密封均设置在管体内衬上，使用时仅管体内衬接触高压氢气，解耦了抗氢和承压，降低了高强度抗氢合金尺寸规模，使大尺寸高压氢气驱动器制造具备工程可实现性，同时降低了建设成本。
[0016]b.驱动段管体和封头等主要承压部件采用双层结构，形成了物理分界面，内部裂纹扩展到内外层分界面将自动止裂，同时高压氢气可以从贯通裂纹流出，实现“未爆先漏”，为故障处理提供先机，能够避免管体爆炸等重大安全问题发生，实现关键承压设备本质安全。
[0017]c.驱动段管体的双层管体之间采用过盈装配，降低了驱动段管体内衬在使用过程中的应力水平，降低了驱动段管体内衬材料的氢损伤风险，以及裂纹萌生、扩展风险。
[0018]d.驱动段管体内衬外表面加工的导流通道使双层管体之间可能存在的氢气能够更顺畅的流出，导流通道采用正反多线螺旋线布局设计，能够进一步降低泄漏流动阻力，防止通道堵塞、局部积聚高压氢气。
[0019]本专利技术的降低氢损伤风险的高压氢气驱动器从设计上实现了“未爆先漏”，解决了氢致损伤可能引发的管体爆炸等重大安全问题，提高了高压、超高压情况下，氢气驱动的安全性和可行性，为大尺寸高压氢气驱动器制造提供了可行的设计方案。
附图说明
[0020]图1为本专利技术的降低氢损伤风险的高压氢气驱动器的结构原理示意图；
[0021]图2为本专利技术的降低氢损伤风险的高压氢气驱动器中的导流槽示意图；
[0022]图3为本专利技术的降低氢损伤风险的高压氢气驱动器中的导流槽的导流通道布局示意图；
[0023]图中，1.封头；101.封头本体；102.封头内衬；2.驱动段管体Ⅰ；201.驱动段管体Ⅰ外管；202.驱动段管体Ⅰ管体内衬；203.驱动段管体Ⅰ导流通道；3.驱动段管体Ⅱ；301.驱动段管体Ⅱ外管；302.驱动段管体Ⅱ管体内衬；4.驱动段管体N；401.驱动段管体N外管；402.驱
动段管体N管体内衬；5.膜片；6.被驱动段；7.管体开孔接管；8.封头开孔接管。
具体实施方式
[0024]下面结合附图和实施例详细说明本专利技术。
[0025]实施例1
[0026]如图1～图3所示，本实施例的降低氢损伤风险的高压氢气驱动器由封头1、驱动段、膜片5、被驱动段6、管体开孔接管7和封头开孔接管8组成；封头1与膜片5位于驱动段的两端，封头1、驱动段与膜片5组成封闭腔体，内部通过管体开孔接管7和封头开孔接管8充入高压氢气作为驱动气体，被驱动段6的后端连接喷管。
[0027]其中，驱动段包括从前至后顺序连接的驱动段管体Ⅰ2、驱动段管体Ⅱ3、
……
、驱动段管体N4，各段驱动段管体均为双层结构。驱动段管体Ⅰ2的外层为驱动段管体Ⅰ外管201，内层为驱动段管体Ⅰ管体内衬202；驱动段管体Ⅱ3的外层为驱动段管体Ⅱ外管301，内层为驱动段管体Ⅱ管体内衬302；驱动段管体本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种降低氢损伤风险的高压氢气驱动器，所述的高压氢气驱动器包括顺序连接的驱动段和被驱动段(6)，驱动段和被驱动段(6)均为管段；驱动段和被驱动段(6)的分界面处设置有膜片(5)，驱动段的前端通过封头(1)封闭，被驱动段(6)的后端连接喷管；驱动段和封头(1)上还分别开有若干个通孔，各通孔分别与外置的高压氢气源和测量设备连通；其特征在于，所述的驱动段为双层管体，内层为管体内衬，外层为外管，管体内衬和外管之间采用过盈装配，管体内衬上设置有用于密封管体内衬和外管的密封圈，管体内衬的外壁上还设置有导流通道；驱动段上的通孔插入管体开孔接管(7)，管体开孔接管(7)插入的深度与外管的厚度相同，管体开孔接管(7)的内径与通孔的内径相同，管体开孔接管(7)与管体内衬之间密封；管体开孔接管(7)与外置的高压氢气源或者测量设备连接；封头(1)为双层封头，从内至外依次为封头内衬(102)和封头本体(101)，封头内衬(102)上设置有用于密封封头内衬(102)和管体内衬的密封圈；封头(1)上的通孔插入封头开孔接管(8)，封头开孔接管(8)插入的深度与...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖振洋，孔荣宗，钟涌，吴里银，
申请(专利权)人：中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所，
类型：发明
国别省市：