LNG車用低溫經(jīng)濟閥檢測試驗臺的設(shè)計開發(fā)

李珍珍 姜斌 王建京 楊軍社

摘 要

低溫經(jīng)濟閥產(chǎn)品應(yīng)用于LNG汽車氣瓶供氣系統(tǒng)中的經(jīng)濟回路，以達到節(jié)約能源的目的。根據(jù)低溫經(jīng)濟閥的原理，提出了其出廠測試需要滿足的功能和技術(shù)條件，對低溫經(jīng)濟閥檢測試驗臺進行了結(jié)構(gòu)、檢測流程、管路布局的設(shè)計，并進行差壓法測試及流量檢測原理的闡述。該試驗臺能夠在常溫下自動進行外密封、開啟壓力、鎖閉壓力、內(nèi)密封和動作靈活性的檢測，滿足了具體工況要求，達到出廠檢測的目的，極大提高了生產(chǎn)測試效率。

關(guān)鍵詞

LNG;低溫經(jīng)濟閥;檢測試驗臺

中圖分類號： TM621? ? ? 文獻標(biāo)識碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.19.028

0 引言

目前，客車以及重型汽車上大量采用LNG清潔能源，由于一次充液后行駛里程長，原料價格低廉等較多優(yōu)點，目前發(fā)展勢態(tài)良好[1-2]。低溫經(jīng)濟閥產(chǎn)品主要應(yīng)用于LNG汽車氣瓶供氣系統(tǒng)中的經(jīng)濟回路，以利用氣瓶頂部氣相空間增壓時過多的飽和蒸汽，從而達到節(jié)約能源的目的

因低溫經(jīng)濟閥的介質(zhì)為LNG，其溫度極低為-162℃，且動作頻繁，這就對產(chǎn)品的密封性和可靠性提出了較高的要求[3-4]。需要低溫經(jīng)濟閥有很好的外密封、內(nèi)密封性能，且開啟、鎖閉壓力穩(wěn)定可靠。所以，利用LNG低溫經(jīng)濟閥的測試試驗臺進行檢測，不僅能提高生產(chǎn)效率，更重要的是消除人為誤判等因素，產(chǎn)品的性能更加可靠。

1 檢測試驗臺實現(xiàn)功能和技術(shù)條件

LNG車用低溫經(jīng)濟閥屬于一種溢流閥。高于經(jīng)濟閥的設(shè)定壓力時，經(jīng)濟閥開啟，反之則關(guān)閉。設(shè)定的經(jīng)濟閥開啟壓力為1.1 MPa。基于對低溫經(jīng)濟閥的實際應(yīng)用要求，確定其測試試驗臺的功能和技術(shù)條件如下：

（1）基本技術(shù)參數(shù)：

①主管路通徑 ≥DN10;支管路通徑 ≥DN6;

②氣源：氮氣，15MPa;

③系統(tǒng)工作壓力：0～5MPa;

④壓力表精度：≥0.25級;

⑤傳感器精度：≥0.25%FS;

⑥系統(tǒng)過濾精度：≥40μm

⑦流量計測量范圍：0-30 g /s;流量計精度：±0.1g /s;

（2）所有測試參數(shù)均采用電測/直測兩種測試方式，且可遠程/本地顯示;

（3）試驗操作方面，試驗系統(tǒng)須自動化操作，產(chǎn)品需實現(xiàn)快速裝拆，即被試閥門的進、出氣口采用非螺紋方式連接;被試閥門進氣有帶接頭和不帶接頭兩種形式，試驗工裝應(yīng)能在兩種模式下切換;

（4）試驗臺自動調(diào)壓，能自動測量、判斷、記錄試驗數(shù)據(jù)，并根據(jù)需要輸出數(shù)據(jù)。

（5）試驗臺的試驗工位應(yīng)預(yù)留擴展空間;

（6）試驗系統(tǒng)需配置緩沖罐以穩(wěn)定試驗壓力，避免因供氣不足對測試造成影響。

2 檢測試驗臺的設(shè)計

2.1 檢測試驗臺的結(jié)構(gòu)設(shè)計

低溫經(jīng)濟閥常溫下性能測試試驗臺系統(tǒng)包括試驗臺控制柜體和測試件安裝平臺兩個部分，如下圖1所示。試驗臺工作臺面采用加厚不銹鋼板制作。連接管路及接頭均采用不銹鋼材質(zhì)，接頭使用球頭和37°喇叭口密封形式螺紋連接。試驗臺采用側(cè)方進氣，后方出氣的氣路布局。整個柜體采用碳鋼板加工成型，所有焊點均在柜體內(nèi)部完成。柜體的表面烤漆處理，柜體前方設(shè)置兩個門，后方設(shè)置兩個可拆卸結(jié)構(gòu)門，方便維修或觀察。試驗臺工作臺面設(shè)計有預(yù)留的擴展空間，方便后期的擴展功能。

2.2 檢測試驗臺的流程設(shè)

經(jīng)濟閥在檢測時，需要依次進行閥門的外密封檢測、開啟壓力調(diào)定、鎖閉壓力檢測、內(nèi)密封檢測及動作靈活性檢測。每一個檢測分項都需要合格才能進入下一步的檢測，如某一分項不合格會自動報警。

2.3 檢測試驗臺的整體管路布局設(shè)計

圖1為經(jīng)濟閥常溫試驗臺具體的實施方案圖。該試驗系統(tǒng)采用高純壓縮氮氣作為氣源，整體分為兩路，一路氣供檢測使用，另一路氣供工裝夾具使用。

為了提高檢測效率，設(shè)計兩個完全相同的工位同時進行檢測。試驗件入口壓力可以通過比例減壓閥調(diào)節(jié)到0～2.5 MPa的范圍內(nèi)。比例減壓閥后端設(shè)置排氣管路和4 MPa的安全閥，以利于管路排氣，防止超壓。每個被試閥后端并行4路，在進行不同測試項目時按照需求進行切換使用。

工裝夾具支路也是分為兩個完全相同的工位，每個工位各有兩個氣缸，一個氣缸臥式布置，用于側(cè)面推進密封接頭;另一個氣缸立式布置，用于壓緊被試閥。工裝夾具支路的氣路被分為4路，并行進入每個氣缸，氣缸的控制壓力范圍0.4～0.7MPa。

2.4 檢測試驗臺的差壓法測試設(shè)

在經(jīng)濟閥檢測外密封性的具體實施過程中，經(jīng)過試驗發(fā)現(xiàn)，通過常規(guī)的壓降法難以達到預(yù)期目的。主要原因有兩個：其一，閥的泄漏量微小，常規(guī)的壓降法在等待很長時間后，壓降仍不足以分辨;其二，壓降法測試時，等待時間過長，效率太低。

所以，在測試外密封性的時候，需要考慮其他方式的泄露檢測，最終采用了差壓力變化法[5-7]。差壓力變化法是采用差壓傳感器實現(xiàn)被檢測產(chǎn)品密閉容器內(nèi)的壓力測量，差壓傳感器的兩端分別連接被測容器和基準容器，其中基準容器是一個相對被檢件來說是無泄漏存在的密閉容器，如果被測容器有泄漏存在，會導(dǎo)致被測容器的壓力發(fā)生變化，而基準容器壓力不會發(fā)生變化，差壓傳感器會給出了這一微小壓力變化量，從而實現(xiàn)漏率測量。具體實施時，需要使用一個外密封性能良好的經(jīng)濟閥作為對比閥，對比閥與工位上的被測閥之間連接差壓傳感器，在供氣結(jié)束，即前端電磁閥關(guān)閉后，兩個經(jīng)濟閥均為密閉腔，內(nèi)腔壓力相等，如被測閥沒有外泄漏，則差壓為零;如被測閥有泄漏，壓差便會有顯示。經(jīng)大量測試反饋，結(jié)果準確可靠，且反應(yīng)時間迅速。

2.5 檢測試驗臺的流量檢測設(shè)計

被測經(jīng)濟閥后分為4個并行支路。在外密封檢測完成后，需要進行調(diào)定壓力設(shè)定，使其在規(guī)定的壓力下達到規(guī)定的流量值要求。經(jīng)濟閥后的第一路電磁閥打開，通過omega熱式質(zhì)量流量計（200sccm量程）檢測在合適范圍，調(diào)定壓力即完成。但這一過程中，由于波動和氣流沖擊，經(jīng)常造成測試不穩(wěn)定，所以設(shè)計了第四路，通氣到水容器進行觀測調(diào)定。閥前壓力穩(wěn)定為1.1MPa，觀測閥門出口在連續(xù)冒泡時，鎖緊調(diào)節(jié)螺栓上的螺母，便可以準確調(diào)定經(jīng)濟閥的開啟壓力為1.1MPa。被測經(jīng)濟閥的第二路采用小量程omega熱式質(zhì)量流量計（20sccm量程）的流量計，用來檢測是否出現(xiàn)內(nèi)密封泄漏的情況。第三路用來檢測閥門動作靈活性，反復(fù)通斷電磁閥，因流量大，所以單獨設(shè)置一路即第四路，防止沖擊流量計造成損壞。

3 結(jié)論

通過對經(jīng)濟閥常溫試驗臺的設(shè)計及具體實施，目前經(jīng)濟閥的批量檢測連續(xù)高效且穩(wěn)定。檢測時，兩個工位同時進行，大大提高了生產(chǎn)效率。對于有故障的被測件，均能夠及時預(yù)警，達到了預(yù)期的使用要求。測試系統(tǒng)的可靠性、測試故障件的真實性和測試型號種類的多樣性（對于不同調(diào)定壓力要求，可單獨開發(fā)程序模塊）均能夠滿足要求，能夠很好地服務(wù)生產(chǎn)及其試驗開發(fā)等工作，是很成功的小流量檢測試驗臺開發(fā)的案例。

參考文獻

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