一种用于Ⅳ型储氢气瓶的BOSS结构密封实验装置、系统及测试方法

一种用于ⅳ型储氢气瓶的boss结构密封实验装置、系统及测试方法
技术领域
1.本发明属于储氢气瓶技术领域，具体涉及一种用于ⅳ型储氢气瓶的boss结构密封实验装置、系统及测试方法。


背景技术：

2.氢能作为一种卓越的清洁能源而备受世界瞩目，各国争相对氢能的利用进行大力开发。在我国，氢能汽车领域正在蓬勃发展，结合氢能在汽车行业的实际应用情况，储氢气瓶瓶口密封结构的密封问题仍然是亟待解决的问题。
[0003]ⅳ型储氢气瓶的构造由内向外分别是塑料内胆、碳纤维缠绕层、玻璃纤维缠绕层。boss结构是用于塑料内胆与金属瓶阀之间的固定导向结构。作用是保证塑料内胆与金属瓶阀之间的密封及连接。由于强度与刚度的需要，boss结构需要采用金属材料设计，目前很多专利技术中，塑料内衬与boss结构的连接大多采用注塑工艺直接成型或者焊接连接。注塑工艺采用金属与塑料直接包裹的方式，导致塑料与金属连接不牢，容易导致两种材料分层从而导致泄漏，焊接形式的连接方式则会在内胆瓶口位置形成一条焊缝，成为气瓶的泄漏点。由于ⅳ型储氢气瓶瓶口结构的密封复杂性以及boss结构在ⅳ型储氢气瓶中承担密封功能的重要性，开发一种研究ⅳ型储氢气瓶boss结构密封性能的实验装置、系统及测试方法具有重要意义。


技术实现要素：

[0004]
针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种适用于ⅳ型储氢气瓶的boss结构密封实验装置、系统及测试方法。
[0005]
本发明提供如下技术方案：一种用于ⅳ型储氢气瓶的boss结构密封实验装置，包括高压腔室、密封泄漏结构、瓶口阀以及低压腔室，所述高压腔室和密封泄漏结构之间以及密封泄漏结构和低压腔室之间通过螺栓紧固连接，在密封泄漏结构的上下端部设置有密封圈，通过螺栓紧固作用压紧密封圈，所述瓶口阀设置在密封泄漏结构内部，与密封泄漏结构内壁密封连接，瓶口阀内部设置有内螺纹。
[0006]
作为进一步的技术方案，所述高压腔室的腔内设置有一个凸起的螺纹柱，螺纹柱具有与内螺纹相配合的外螺纹，螺纹柱与瓶口阀螺纹连接，为密封泄漏结构泄漏接触面提供预紧密封力，高压腔室还开设有两个高压气体进出口，实现高压气体的加压和泄压，在高压腔室法兰处开设有沿周向分布的第一螺栓孔用于与密封泄漏结构进行紧固连接。
[0007]
作为进一步的技术方案，所述密封泄漏结构包括塑料内衬和boss结构，塑料内衬和boss结构通过梯形凹槽配合装配。
[0008]
作为进一步的技术方案，所述boss结构上下两端面开设有密封凹槽，密封凹槽内设置有密封圈，boss结构沿周向分布有第二螺栓孔，通过第二螺栓孔与高压腔室紧固连接
压紧密封圈，加强boss结构密封实验装置的气密性。
[0009]
作为进一步的技术方案，瓶口阀开设有密封带凹槽、密封带和内螺纹，密封带与密封带凹槽过盈配合，密封带外表面成锥面设计且在外表面设置有橡胶凸起，塑料内衬其内表面成锥度设计，密封带外锥面和塑料内衬的内表面过盈配合实现不同接触压力下的密封性能实验。
[0010]
作为进一步的技术方案，低压腔室设置有泄漏气体出口和第三螺栓孔，提供泄漏气体检测通道，并实现与密封泄漏结构紧固连接。
[0011]
本发明还提出了一种用于ⅳ型储氢气瓶的boss结构密封实验系统，包括如上所述的boss结构密封实验装置、高压气体供给装置以及泄漏气体检测装置。
[0012]
作为进一步的技术方案，所述高压气体供给装置包括管路连接的氢气源、压缩机、缓冲罐、第一阀门、压力表以及第二阀门。
[0013]
作为进一步的技术方案， 所述泄漏气体检测装置包括气体混合室、运载气体、气体泄漏检测仪。
[0014]
本发明还提出了如上所述的用于ⅳ型储氢气瓶的boss结构密封实验系统的测试方法，包括如下步骤：（1）将boss结构密封实验装置、高压气体供给装置、泄漏气体检测装置利用高压管道连接；（2）在高压气体供给装置中，开启压缩机和第一阀门，氢气源提供氢气经过压缩机压缩进入缓冲罐，观察压力表示数，当氢气压缩达到稳定压力后，打开第二阀门，高压氢气进入boss结构密封实验装置的高压腔室；（3）高压腔室中高压氢气经密封泄漏结构与瓶口阀之间接触面泄漏进入低压腔室，泄漏气体检测装置中运载气体将泄漏氢气运入气体混合室混合，由气体泄漏检测仪检测气体泄漏量。
[0015]
通过采用上述技术方案，与现有技术相比，本发明的有益效果如下：1）本发明中，高压腔室有螺栓柱与瓶口阀内螺纹紧固连接，能够为密封泄漏结构与瓶口阀之间的泄漏界面提供不同的接触面密封预紧力；2）本发明中，高压腔室、密封泄漏结构、瓶口阀、低压腔室之间采用螺栓紧固连接，压紧密封垫，保证了在密封实验过程中整个boss结构密封实验装置的气密性能；3）本发明中，泄漏密封结构中boss结构内表面开设有内陷梯形凹槽与塑料内衬过盈配合，保证了boss结构与塑料内衬的连接稳定性；4）本发明中，瓶口阀内表面开设有内螺纹与与高压腔室螺纹柱紧固连接，提供密封实验接触面预紧力；5）本发明中，瓶口阀设置有密封带凹槽与密封带配合，密封带外表设置锥度和环状密封凸起，密封带与塑料内衬锥度内表面过盈配合，为boss结构密封实验提供不同压缩量。
[0016]
6）本发明中，高压气体供给系统缓冲罐提供不同压力、温度高压氢气；瓶口阀橡胶密封带与密封泄漏结构塑料内衬提供不同密封件压缩量、预紧力。
[0017]
综上所述，本发明能满足不同压力、温度、压缩量和预紧力等因素下的boss结构密封性能实验。
附图说明
[0018]
图1为本发明中boss结构密封实验装置装配示意图；图2为图1中a处的局部结构放大示意图；图3为本发明中高压腔室结构示意图；图4为本发明中密封泄漏结构示意图；图5为本发明中密封圈结构示意图；图6为本发明中瓶口阀结构示意图；图7为本发明中低压腔室结构示意图；图8为本发明boss结构密封实验系统结构示意图。
[0019]
图中：1、boss结构密封实验装置；11、高压腔室；111、高压气体进出口；112、第一螺栓孔；113、螺纹柱；12、密封圈； 13、密封泄漏结构；131、第二螺栓孔；132、密封凹槽；133、梯形凹槽；134、塑料内衬；135、boss结构；14、瓶口阀；141、内螺纹；142、密封带；143、密封带凹槽； 15、低压腔室；151、第三螺栓孔；152、泄漏气体出口；2、高压气体供给装置；21、氢气源；22、压缩机；23、第一阀门；24、缓冲罐；25、压力表；26、第二阀门；3、泄漏气体检测装置；31、气体混合室；32、运载气体；33、气体泄漏检测仪。
具体实施方式
[0020]
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合说明书附图对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0021]
相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。
[0022]
参考图1-8，本发明中boss结构密封实验装置装配图如图1所示，boss结构密封实验装置1由高压腔室11、密封圈12、密封泄漏结构13、瓶口阀14、低压腔室15组成，高压腔室11与密封泄漏结构13、高压腔室11与瓶口阀14、密封泄漏结构13与低压腔室15之间螺栓紧固连接。
[0023]
本发明中密封件接触面如图2所示，瓶口阀14的密封带142外表面成锥面设计且在锥度外表面设置有橡胶凸起，与塑料内衬134内锥面进行过盈配合，能为boss结构密封实验提供不同密封件压缩量。
[0024]
本发明中高压腔室结构如图3所示，高压腔室11的腔内设置有一个凸起的螺纹柱113，用于连接瓶口阀14，为密封泄漏结构13泄漏接触面提供预紧力。在高压腔室11开设有两个高压气体进出口111，实现高压气体的加压和泄压。高压腔室11法兰处开设有沿周向分布的第一螺栓孔112用于与密封泄漏结构13进行紧固连接。
[0025]
本发明中密封泄漏结构如图4所示，密封泄漏结构13由塑料内衬134和boss结构135组成，两者通过梯形凹槽133配合装配。boss结构135开设有密封凹槽132和第二螺栓孔131，通过第二螺栓孔131与高压腔室11紧固连接压紧在密封凹槽132里的密封圈12，加强装置的气密性，密封圈12结构如图5所示。塑料内衬134其内表面成锥度设计，与瓶口阀14的密
封带142外锥面过盈配合来实现不同接触压力下的密封性能实验。
[0026]
本发明中瓶口阀结构如图6所示，瓶口阀14开设有密封带凹槽143、密封带142和内螺纹141，密封带142与密封带凹槽143过盈配合，内螺纹141与螺纹柱113螺纹紧固连接为boss结构密封实验装置提供不同的密封预紧力条件。
[0027]
本发明中低压腔室结构如图7所示，低压腔室15设置有泄漏气体出口152和第三螺栓孔151，提供泄漏气体检测通道，并实现密封泄漏结构13紧固连接。
[0028]
本发明中boss结构密封实验系统如图8所示，包括boss结构密封实验装置1、高压气体供给装置2和泄漏气体检测装置3三部分共同组成boss结构密封实验系统。其中，高压气体供给装置2包括管路连接的氢气源21、压缩机22、缓冲罐24、第一阀门23、压力表25以及第二阀门26；泄漏气体检测装置3包括气体混合室31、运载气体32、气体泄漏检测仪33。
[0029]
泄漏气体检测装置3的运载与混合工序主要考虑到泄漏气体浓度的均匀稳定性。气体运载和混合考虑到该装置的适用性（可以保证检测不同泄露介质时，不同的泄露介质都能均匀稳定进入气体泄漏检测仪33中）。如果泄漏气体密度大于空气或惰性气体（排除泄漏室内空气干扰），且低压腔室15出口在上方，则泄漏气体不会进入检测仪器。运载气体32使用惰性气体，低压腔室15配置两个孔，运载气体32从入口进入与泄漏气体一起从出口出去。
[0030]
本发明中boss结构密封性能测试方法：将boss结构密封实验装置1、高压气体供给装置2、泄漏气体检测装置3利用高压管道连接，在高压气体供给装置2中，开启压缩机22和第一阀门23，氢气源21提供氢气经过压缩机22压缩进入缓冲罐24，观察压力表25示数，当氢气压缩达到稳定压力后，打开第二阀门26，高压氢气进入boss结构密封实验装置1的高压腔室11，高压腔室11中高压氢气经密封泄漏结构13与瓶口阀14之间接触面泄漏进入低压腔室15，泄漏气体检测装置3中运载气体32将泄漏氢气运入气体混合室31混合，由气体泄漏检测仪33检测气体泄漏量。
[0031]
本发明中boss结构密封性能实验控制参数：高压气体供给系统2中缓冲罐24提供不同压力、温度氢气；瓶口阀14橡胶密封带142与密封泄漏结构13塑料内衬134提供不同密封件压缩量、预紧力。综上所述，本发明能满足不同压力、温度、压缩量和预紧力等因素下的boss结构密封性能实验。
[0032]
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。