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根据GB/T35544要求,瓶阀的最小爆破压力应大于2.5倍工作压力,即175MPa。阀体材料为铝合金6061T6,屈服强度为320MPa,抗拉强度为350MPa。通过ANSYS workbench软件建立仿真模型、进行强度分析:
如图2所示,在175MPa的最小爆破压力作用下,阀体最大应力值为290MPa,小于阀体的屈服强度,满足设计强度要求。
图2
仿真结果如下:
02先进的试验设备,满足高严苛测试标准
据专家介绍,未势能源储氢系统研发团队在产品研发过程中,遵循以客户需求为导向的“ V”流程正向开发理念,从产品研发的价值到产品质量的应用,尤其针对产品概念设定前的痛点研究,均进行了大量的科学数据分析和核心技术研究,并针对产品试制测试需求,相应地引进了多套欧美高端专业检测设备,建立了完善试验室等,从源头着手、从各个精细环节着手,全力保障其产品质量在应用过程中的安全,液压爆破试验室就是其中之一。
未势能源液压爆破试验室测试专用设备为德国MAXIMATOR公司p17030型号液压爆破测试系统,该系统输出结果准确可靠,最高压力可达400MPa,压力传感器精度为0.25级,测试介质为Frezzium-60,具有压缩系数低、耐高低温的优点。
专家指出,液循环系统能够模拟环境的温湿度和调整充入介质的温度,通过该试验过程中的失效模式分析,能够得出阀体开裂、应急泄放阀泄漏、手动阀泄露、TPRD破裂等可能存在的安全隐患问题,为改进产品工艺、保障质量安全提供重要技术支撑。
图3
图4
在测试过程中,实际测试结果为介质从TPRD泄放口喷出,阀体及其他位置均未发生泄漏和破裂,与强度仿真结果相符。测试压力曲线如图6所示,最终爆破压力为233.58MPa。经拆解发现,失效方式为TPRD玻璃球破裂,密封圈破损,如图3所示。瓶阀中TPRD结构由玻璃感温球、密封圈、活门、支架及排放口组成,如图4所示,玻璃感温球受力方向为轴向,轴向最低承受载荷为4800N,受力面积为直径5.5mm圆孔,轴向最低承受压力为202MPa。因此,瓶阀玻璃球处破裂的爆破压力应大于202MPa,与实际测试结果一致。
经过多次抽样测试,未势能源自主研发的首款70MPa车用高压储氢瓶阀最小爆破压力大于214.72MPa,大于2.5倍的瓶阀工作压力(175MPa),其性能指标数据均达到预期设计要求,完全满足国标35544的测试要求。
另外,据专家透露,未势能源70MPa车用高压储氢瓶阀截止目前已经完成10余项关键测试,包括瓶阀液压爆破测试、液压循环测试、高低温内外漏测试等,测试结果显示,整体性能指标均达到预期设计要求,并满足市场高性能需求,该产品现已进入量产前最后测试阶段,生产制造工作也已初步启动,并计划于2020年下半年正式投放市场。
03写在结尾
液压爆破试验是保证瓶阀安全性的最基本测试,总体来说对储氢系统的整体性能及燃料电池汽车的安全性能起着决定性作用。该试验的顺利通过,进一步验证了未势能源70MPa车用高压储氢瓶阀产品设计高稳定性和安全性特点, 且远超国际行业标准需求,为自主车载储氢系统及更高压高端部件研制提供了重要参考经验,引领我国氢能产业链关键技术实现向上突破。
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