一种液氢瓶火烧试验装置
阅读说明：本技术 一种液氢瓶火烧试验装置 (Liquid hydrogen bottle burning test device ) 是由 陈静 李广武 朱晓彤 宋建军 申娟 赵康 王遥 周博文 丛中卉 郭嘉翔 景卓 于 2020-12-03 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种液氢瓶火烧试验装置,能够可对液氢气瓶进行局部火烧和整体火烧试验。该方案包括吹除与置换系统、液氢加注系统、燃烧系统、安全防护与泄放系统、以及测控系统。吹除与置换系统用于对液氢瓶进行气体的吹除与重置。液氢加注系统包括液氢源、液氢加注管路及其上安装的低温阀门；液氢源通过液氢加注管路连接至液氢瓶的介质入口。燃烧系统包括燃烧架、远程电子点火器、燃料输送管、燃料控制阀、燃料调节阀、汇流排、手动截止阀以及燃料瓶组。安全防护与泄放系统包括连接在液氢瓶介质入口的阀门护板和放空管路。测控系统包括温度传感器、压力传感器、数据采集模块、阀门控制模块和视频监控模块。(The invention discloses a liquid hydrogen bottle burning test device which can be used for carrying out local burning and overall burning tests on a liquid hydrogen bottle. The scheme comprises a blowing and replacing system, a liquid hydrogen filling system, a combustion system, a safety protection and discharge system and a measurement and control system. The blowing and replacing system is used for blowing and resetting gas for the liquid hydrogen bottle. The liquid hydrogen filling system comprises a liquid hydrogen source, a liquid hydrogen filling pipeline and a low-temperature valve arranged on the liquid hydrogen filling pipeline; the liquid hydrogen source is connected to a medium inlet of the liquid hydrogen bottle through a liquid hydrogen filling pipeline. The combustion system comprises a combustion rack, a remote electronic igniter, a fuel delivery pipe, a fuel control valve, a fuel regulating valve, a bus bar, a manual stop valve and a fuel bottle group. The safety protection and discharge system comprises a valve guard plate connected with a medium inlet of the liquid hydrogen bottle and an emptying pipeline. The measurement and control system comprises a temperature sensor, a pressure sensor, a data acquisition module, a valve control module and a video monitoring module.)
技术领域
本发明涉及氢燃料电池汽车安全检测技术领域，具体涉及一种液氢瓶火烧试验装置。
背景技术
液氢气瓶火烧试验是液化氢气储运装备的一项重要的型式试验内容，主要考核车载液氢储存容器在火烧情况下压力泄放装置的工作能力和液氢储存容器的耐火烧性能，火烧试验结果是判定车载液氢储氢储存容器是否合格的重要依据。
联合国2013年发布了UN GTR13《氢和燃料电池汽车全球技术法规》，针对车用液氢储存系统提出了基本性能验证试验、使用性能验证试验、使用终止条件验证试验等要求，目前尚缺少液氢储运装备产品的性能测试和质量评价相关国家标准。
因此目前亟需一种用于储氢气瓶火烧试验的方案以实现液氢瓶的火烧试验性能评价。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种液氢瓶火烧试验装置，能够可对液氢气瓶进行局部火烧和整体火烧试验，试验数据用于考核气瓶在火烧情况下的安全性能，从而判定液氢储存容器是否合格。
为达到上述目的，本发明的技术方案包括吹除与置换系统、液氢加注系统、燃烧系统、安全防护与泄放系统、以及测控系统。
吹除与置换系统包括高压气源、高压气体管路、第一阀门、第一压力表和第一压力变送器。
高压气源通过高压气体管路连接至液氢瓶的介质入口；高压气体管路上顺次连接第一截止阀、第一单向阀、以及第一电磁阀。
液氢加注系统包括液氢源、液氢加注管路及其上安装的低温阀门；液氢源通过液氢加注管路连接至液氢瓶的介质入口。
燃烧系统包括燃烧架、远程电子点火器、燃料输送管、燃料控制阀、燃料调节阀、汇流排、手动截止阀以及燃料瓶组。
燃烧架上包括至少一组燃烧管，每组中燃烧管数量至少一个，燃烧管由远程电子点火器点燃。
燃料输送管一端连接燃烧管，另一端连接汇流排；燃料输入管上设置燃料控制阀和燃料调节阀。
燃料气瓶组通过汇流排将燃料汇集到燃料输送管中；手动截止阀设置于燃料输送管与汇流排连接处。
安全防护与泄放系统包括连接在液氢瓶介质入口的阀门护板和放空管路测控系统包括温度传感器、压力传感器、数据采集模块、阀门控制模块和视频监控模块。
温度传感器分别设置在液氢瓶介质入口处、以及液氢瓶与燃烧架上火焰的接触部位，用于测量实时温度并发送至数据采集模块。
压力传感器设置在高压气体管路、燃料输送管以及放空管路上，用于测量管路内实时压力，并发送至数据采集模块。
数据采集模块，接收实时温度和实时压力。
阀门控制模块，用于根据数据采集模块采集到的实时温度和实时压力，分别控制第一电磁阀、燃料控制阀和燃料调节阀打开与关闭。
视频监控模块包括防爆摄像头、显示与存储设备；防爆摄像头用于实时采集试验环境视频送入显示与存储设备中进行显示和存储。
进一步地，放空管路包括主动放空管路和被动放空管路；被动放空管路上设置换热器和放空电磁阀。
数据采集模块采集得到放空管路上的实时压力，若放空管路上压力超过设定阈值，则通过阀门控制模块控制放空电磁阀的打开进行压力泄放。
换热器设置在放空电磁阀之前，用于将液氢瓶泄放的液氢介质升温至放空电磁阀工作温度以上。
进一步地，测控系统还包括超压传感器；超压传感器布置在液氢瓶所处环境中，用于监控不同距离处空气冲击波的压力。
进一步地，燃烧架由支架和燃烧管组成；燃烧管由支架支撑在液氢瓶的底部；燃烧管在燃烧时，火焰接触液氢瓶底部。
进一步地，每组燃烧管其上等间隔开设燃料通孔，燃烧管燃料通孔开设间隔相同，不同组燃烧管上燃料通孔开设数量和位置不同；
属于不同组的燃烧管在所述燃烧架上间隔排布，形成燃烧管排，燃烧管排由所述燃烧架固定在所述液氢瓶下方；燃烧管的长度方向平行于所述液氢瓶轴向，燃烧管数量使得燃烧时火焰从侧面包裹所述液氢瓶身的一半高度。
进一步地，燃烧架上设有3组燃烧管，每组燃烧管通过一路燃料输送管连接到汇流排；每组燃烧管单独对应一个远程电子点火器；每个燃料输送管上沿燃料输送方向顺次设置燃料控制阀、燃料调节阀以及单向阀；其中燃料调节阀两侧分别设置压力传感器。
有益效果：
本发明提供的一种液氢瓶火烧试验装置，可以根据试验要求，对储氢储存容器在现场进行液氢充装，之后由燃料气瓶组提供燃料，通过燃烧架对待测储存容器底部和侧面进行加热，直至容器内部氢气受热膨胀后通过压力泄放装置(PRD)正常泄放或者气瓶受压爆炸，以此考核待测储存容器在火烧情况下的安全性能。火烧过程中，温度和压力数据通过电缆实时传入数据采集系统以显示与存储，各气控阀门通过控制系统进行远程控制。
附图说明
图1为本发明实施例中液氢储存容器火烧试验装置图。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
本发明提供了一种液氢瓶火烧试验装置，如图1所示，包括吹除与置换系统、液氢加注系统、燃烧系统、安全防护与泄放系统、以及测控系统。
吹除与置换系统包括高压气源、高压气体管路、第一阀门、第一压力表和第一压力变送器。高压气源通过高压气体管路连接至液氢瓶的介质入口；高压气体管路上顺次连接第一截止阀、第一单向阀、以及第一电磁阀。
在对液氢瓶充装液氢前，需要对液氢瓶进行吹除和置换，吹除与置换系统中高压气源中气体采用氮气和氢气，高压气源中气体压力不超过液氢瓶工作压力的90％，一般以液氢瓶工作压力的50％为宜，首先采用氮气进行吹除和置换，然后采用氢气置换，在液氢加注前，瓶内保持氢气的微正压环境，以确保液氢加注过程的安全。氮气和氢气分别通过液氢平的介质入口进入瓶内，然后可以经过放空管路排放至大气。
液氢加注系统包括液氢源、液氢加注管路及其上安装的低温阀门；液氢源通过液氢加注管路连接至液氢瓶的介质入口。
液氢瓶经气体吹除与置换后，需要加注液氢。试验所用液氢源采用液氢罐车运送至试验现场，液氢加注管路为低温软管，液氢加注管路一端连接液氢罐车液氢出口，另一端连接液氢瓶的介质入口，设置在液氢加注管路上的低温阀门打开后，则可将介质液氢充装至液氢瓶内。
燃烧系统包括燃烧架、远程电子点火器、燃料输送管、燃料控制阀、燃料调节阀、汇流排、手动截止阀以及燃料瓶组。
燃烧架上包括至少一组燃烧管，燃烧管由远程电子点火器点燃；本发明实施例中燃烧架由支架和燃烧管组成；燃烧管由支架支撑在液氢瓶的底部；燃烧管在燃烧时，火焰接触液氢瓶底部，实现对液氢瓶的火烧试验。燃料输送管一端连接燃烧管，另一端连接汇流排；燃料输入管上设置燃料控制阀和燃料调节阀；燃料气瓶组通过汇流排将燃料汇集到燃料输送管中；手动截止阀设置于燃料输送管与汇流排连接处。
本发明实施例中，燃烧架上燃烧管的数量为至少一组，每组中燃烧管至少一个，每组燃烧管其上等间隔开设燃料通孔，燃烧管上燃料通孔开设间隔相同，不同组燃烧管上燃料通孔开设数量和位置不同。每组燃烧管对应一个燃料输送管，当燃料输送管将燃料送入一组中每个燃烧管后，燃料可以通过燃料通孔经点燃后燃烧。由于设置的不同组燃烧管上燃料通孔的数量和位置不同，所以使用不同组燃烧管可以达到调节液氢瓶燃烧部位的目的。
属于不同组的燃烧管在所述燃烧架上间隔排布，形成燃烧管排，燃烧管排由所述燃烧架固定在所述液氢瓶下方，燃烧管排可以为弧形面也可以为平面，若为弧形面则其直径应当与液氢瓶直径相当，如此可以包围液氢瓶瓶身。燃烧管的长度方向平行于所述液氢瓶轴向，燃烧管数量使得燃烧时火焰从侧面包裹所述液氢瓶身的一半高度。
本发明实施例中燃烧架上设有3组燃烧管，每组燃烧管通过一路燃料输送管连接到汇流排；每组燃烧管单独对应一个远程电子点火器；每个燃料输送管上沿燃料输送方向顺次设置燃料控制阀、燃料调节阀以及单向阀；其中燃料调节阀两侧分别设置压力传感器。
燃料控制阀用于控制对应燃料输送管的打开与关闭。燃料调节阀用于在燃料控制阀打开状态时，通过调节阀门开闭的大小实现对燃料输送管燃料输入流量，从而实现对对应燃烧火源大小的有效调节。
安全防护与泄放系统包括连接在液氢瓶介质入口的阀门护板和放空管路。
本发明实施例中，放空管路包括主动放空管路和被动放空管路；被动放空管路上设置换热器和放空电磁阀。
数据采集模块采集得到放空管路上的实时压力，若放空管路上压力超过设定阈值(即为泄放值，可依据液氢瓶属性进行设定)，则通过阀门控制模块控制放空电磁阀的打开进行压力泄放。
换热器设置在放空电磁阀之前，用于将液氢瓶泄放的液氢介质升温至放空电磁阀工作温度以上。
容器内部氢介质通过泄放管路进行安全排放，其中主动放空管路是在液氢瓶内气体压力达到泄放值时，进行液氢瓶压力的主动泄放。如有意外情况，可通过主动放空管路，控制放空电磁阀的打开，以进行氢介质的主动排放。
测控系统包括温度传感器、压力传感器、数据采集模块、阀门控制模块和视频监控模块。
温度传感器分别设置在液氢瓶介质入口处、以及液氢瓶与燃烧架上火焰的接触部位，用于测量实时温度并发送至数据采集模块。
压力传感器设置在高压气体管路、燃料输送管以及放空管路上，用于测量管路内实时压力，并发送至数据采集模块。
数据采集模块，接收实时温度和实时压力。
阀门控制模块，用于根据数据采集模块采集到的实时温度和实时压力，分别控制第一电磁阀、燃料控制阀和燃料调节阀打开与关闭；
视频监控模块包括防爆摄像头、显示与存储设备；防爆摄像头用于实时采集试验环境视频送入显示与存储设备中进行显示和存储。
通过测控系统，实时监控气瓶外壁面附近区域温度、监测燃烧过程中气相压力等热响应参数，掌握试验液氢瓶火烧过程，对试验异常情况作出及时判断与处理。
本发明实施例中，测控系统还包括超压传感器；超压传感器布置在液氢瓶所处环境中，用于监控不同距离处空气冲击波的压力。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。