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1、(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201410728625.X (22)申请日 2014.12.03 G01N 3/10(2006.01) G01N 3/02(2006.01) (71)申请人 浙江大学 地址 310058 浙江省杭州市西湖区余杭塘路 866 号 (72)发明人 郑津洋 张鑫 赵永志 周池楼 顾超华 孙国有 (74)专利代理机构 杭州中成专利事务所有限公 司 33212 代理人 周世骏 (54) 发明名称 一种快开式可控温的高压氢气环境的材料试 验装置 (57) 摘要 本发明涉及材料力学性能测试设备， 旨在提 供一种快开式可控温的高压氢气环境的材料试验 装。
2、置。 该装置包括呈倒置桶状的环境箱体， 只在底 部设开口端 ； 与该开口端相对地设有环境箱密封 座 ； 环境箱密封座的中心处设置贯穿的通孔， 加 载杆通过通孔伸入至环境箱体内部 ； 环境箱体的 开口端和环境箱密封座的外缘均具有水平向外延 伸的等距间隔布置的啮合齿 ； 该装置还包括一个 环状的齿啮式卡箍， 其内侧设有等距间隔布置的 啮合齿， 且与环境箱体开口端和环境箱密封座的 外缘的啮合齿相互配合， 实现啮合卡接。 本发明通 过在环境箱体设置控温夹套， 控制环境箱内高压 气体的温度， 使能够测试温度对材料抗氢脆性能 的影响 ； 采用齿啮式卡箍快开结构， 装拆快速方 便。 (51)Int.Cl. 。
3、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书3页 附图2页 (10)申请公布号 CN 104502199 A (43)申请公布日 2015.04.08 CN 104502199 A 1/1 页 2 1.一种快开式可控温的高压氢气环境的材料试验装置， 包括环境箱体 ； 其特征在于， 所述环境箱体呈倒置的桶状， 只在底部设开口端 ； 与该开口端相对地设有环境箱密封座 ； 环境箱密封座的中心处设置贯穿的通孔， 加载杆通过该通孔伸入至环境箱体内部 ； 环境箱 体的开口端和环境箱密封座的外缘均具有水平向外延伸的等距间隔布置的啮合齿 ； 该装置 还包括一个环状的齿啮式。
4、卡箍， 其内侧设有等距间隔布置的啮合齿， 且与前述的环境箱体 开口端和环境箱密封座的外缘的啮合齿相互配合， 实现啮合卡接。 2.根据权利要求 1 所述的装置， 其特征在于， 所述环境箱密封座的底部设有环形的环 境箱支座， 通过螺钉实现固定连接。 3.根据权利要求 1 所述的装置， 其特征在于， 所述环境箱密封座的上表面具有凸台结 构， 该凸台结构与环境箱体开口端的形状相配合以实现环境箱体的密封。 4.根据权利要求 1 所述的装置， 其特征在于， 所述环境箱体的外部设控温夹套， 通过销 钉实现固定连接 ； 控温夹套外接热媒或者冷媒的进出管路， 并由控温夹套密封件实现密封。 5.根据权利要求1至4。
5、任意一项中所述的装置， 其特征在于， 所述的啮合齿均在其齿根 处采用 U 型槽圆角过渡结构。 6.根据权利要求1至4任意一项中所述的装置， 其特征在于， 所述齿啮式卡箍内侧的上 缘和下缘均具有水平向内延伸的结构， 该上缘和下缘的间距与环境箱体的开口端和环境箱 密封座的外缘的厚度之和相等 ； 该上缘和下缘的结构形式是下述的任意一种 ： (1) 上缘是等距间隔布置的啮合齿， 下缘是环形卡口 ； 或 (2) 下缘是等距间隔布置的啮合齿， 上缘是环形卡口 ； 或 (3) 上缘和下缘均为等距间隔布置的啮合齿， 且上缘和下缘的啮合齿在垂直方向上的 位置是一致的。 权 利 要 求 书 CN 10450219。
6、9 A 2 1/3 页 3 一种快开式可控温的高压氢气环境的材料试验装置 技术领域 0001 本发明属于材料力学性能测试设备开发领域， 特别涉及一种快开式可控温的高压 氢气环境的材料试验装置。 背景技术 0002 高压储氢设备结构简单、 压缩能耗低、 充放速度快， 是目前占绝对主导地位的氢能 储存方式。然而， 在高压氢气环境下长期工作， 材料的耐久性会因氢脆而下降， 可能导致高 压氢系统零部件突然失效， 甚至引发爆炸事故。且随着储氢压力的升高， 这一问题更加突 出。 为确保高压氢系统长期、 安全、 稳定、 可靠地运行， 必须对材料在氢气环境下的使用耐久 性进行测试和评估。 此外， 高压储氢容器。
7、在工作过程中其温度并非始终保持在常温， 因此高 压氢气环境耐久性测试装置须具备不同温度下的试验功能， 方可真实获得温度对材料氢脆 敏感性的影响。 0003 目前， 高压氢气环境下材料力学性能测试设备常采用在现有试验机主机上对接高 压氢环境箱的方式， 该类设备大部分仅能进行常温高压氢气环境下的力学性能测试。 然而， 对于高压氢环境箱需要解决以下两个问题 ： 0004 (1) 随着测试压力的增高， 试验设备逐渐变得庞大， 采用传统的螺栓法兰结构装拆 耗时耗力， 增加试验人员的操作难度， 降低试验效率 ； 0005 (2) 由于材料应用的氢环境温度范围不断拓宽， 迫切需要研究温度对于材料氢脆 的影响。
8、规律， 因此， 对试验机高压氢环境箱内的气体温度进行控制是亟待解决的问题。 0006 目 前， 针 对 问 题 (1)， 虽 然 已 经 有 文 献 采 用 快 开 结 构 降 低 操 作 难 度， 如 ZL2011102592522 测试高压氢气环境下材料耐久性的试验机采用了插销式快开结构， 可以 实现快速装拆。 但已有文献采用的快开结构对加工精度要求高， 加工较困难， 而环境箱内高 压会引起插销变形， 进而不利于装拆， 且插销本身削弱了箱体筒节的强度， 特别是为抵抗插 销变形采用较粗直径插销时会更加严重。针对问题 (2)， 尚无相关文献提出解决方案。 发明内容 0007 本发明要解决的技术。
9、问题是， 克服现有技术中的不足， 提出一种快开式可控温的 高压氢气环境的材料试验装置。 0008 为解决技术问题， 本发明的解决方案是 ： 0009 提供一种快开式可控温的高压氢气环境的材料试验装置， 包括环境箱体， 环境箱 体呈倒置的桶状， 只在底部设开口端 ； 与该开口端相对地设有环境箱密封座 ； 环境箱密封 座的中心处设置贯穿的通孔， 加载杆通过通孔伸入至环境箱体内部 ； 环境箱体的开口端和 环境箱密封座的外缘均具有水平向外延伸的等距间隔布置的啮合齿 ； 该装置还包括一个环 状的齿啮式卡箍， 其内侧设有等距间隔布置的啮合齿， 且与前述环境箱体开口端和环境箱 密封座的外缘的啮合齿相互配合，。
10、 实现啮合卡接。 0010 本发明中， 所述环境箱密封座的底部设有环形的环境箱支座， 通过螺钉实现固定 说 明 书 CN 104502199 A 3 2/3 页 4 连接。 0011 本发明中， 所述环境箱密封座的上表面具有凸台结构， 该凸台结构与环境箱体开 口端的形状相配合以实现环境箱体的密封。 0012 本发明中， 所述环境箱体的外部设置控温夹套 ( 实现对环境箱温度的控制 )， 通过 销钉实现固定连接 ； 控温夹套外接热媒或者冷媒的进出管路， 并由控温夹套密封件实现密 封 ( 无需焊接 )。 0013 本发明中， 所述的啮合齿均在其齿根处采用 U 型槽圆角过渡结构 ( 相对于传统的 直接。
11、圆角过渡结构， 该结构增加了啮合齿间的有效接触面积， 更有效地改善齿根应力分布， 提高其疲劳使用寿命 )。 0014 本发明中， 所述齿啮式卡箍内侧的上缘和下缘均具有水平向内延伸的结构， 该上 缘和下缘的间距与环境箱体的开口端和环境箱密封座的外缘的厚度之和相等 ； 该上缘和下 缘的结构形式是下述的任意一种 ： 0015 (1) 上缘是等距间隔布置的啮合齿， 下缘是环形卡口 ； 或 0016 (2) 下缘是等距间隔布置的啮合齿， 上缘是环形卡口 ； 或 0017 (3) 上缘和下缘均为等距间隔布置的啮合齿， 且上缘和下缘的啮合齿在垂直方向 上的位置是一致的。 0018 本发明的有益效果在于 ： 。
12、0019 本发明通过在环境箱体设置控温夹套， 控制环境箱内高压气体的温度， 使能够测 试温度对材料抗氢脆性能的影响 ； 采用齿啮式卡箍快开结构， 装拆快速方便。 附图说明 0020 图 1 为本发明的总体结构示意图 ； 0021 图 2 为齿啮式卡箍俯视示意图 ； 0022 图 3 为环境箱体开口端剖面示意图 ； 0023 图 4 为环境箱密封座剖面示意图。 0024 图中的附图标记为 ： 销钉 1、 环境箱体 2、 控温夹套 3、 控温夹套密封件 4、 动密封件 5、 环境箱密封座 6、 齿啮式卡箍 7、 环境箱支座 8、 加载杆 9。 具体实施方式 0025 本实施例中的快开式可控温的高压。
13、氢气环境的材料试验装置， 包括环境箱体2。 环 境箱体 2 呈倒置的桶状， 只在底部设开口端 ； 与该开口端相对地设有环境箱密封座 6 ； 环境 箱密封座 6 的上表面具有凸台结构， 该凸台结构与环境箱体 2 开口端的形状相配合以实现 环境箱体2的密封。 环境箱密封座6的底部设有环形的环境箱支座8， 通过螺钉实现固定连 接。环境箱密封座 6 的中心处设置贯穿的通孔， 加载杆 9 通过通孔伸入至环境箱体 2 的内 部 ； 环境箱体 2 的外部设置控温夹套 3， 通过销钉 1 实现固定连接 ； 控温夹套 3 外接热媒或 者冷媒的进出管路， 并由控温夹套密封件 4 实现密封。 0026 环境箱体2的。
14、开口端和环境箱密封座6的外缘均具有水平向外延伸的等距间隔布 置的啮合齿 ； 该装置还包括一个环状的齿啮式卡箍 7， 其内侧设有等距间隔布置的啮合齿， 且与前述环境箱体2开口端和环境箱密封座6的外缘的啮合齿相互配合， 实现啮合卡接。 各 说 明 书 CN 104502199 A 4 3/3 页 5 啮合齿均在其齿根处采用 U 型槽圆角过渡结构。 0027 该装置的使用方法 ： 0028 安装时 ： 本实施例中的齿啮式卡箍 7 内侧的上缘和下缘均具有水平向内延伸的结 构， 其中， 上缘是等距间隔布置的啮合齿、 下缘是环形卡口， 而间距则与环境箱体 2 的开口 端和环境箱密封座 6 的外缘的厚度之和。
15、相等。将齿啮式卡箍 7 的环形卡口一侧在下放置在 环境箱支座 8 上。通过旋转调节齿啮式卡箍 7 位置， 使环境箱密封座 6 可通过齿啮式卡箍 7 的齿隙放置到环境箱支座 8 上， 调整环境箱密封座 6 位置后以螺钉将其固定在环境箱支座 8 上。安装环境箱体 2 时， 旋转调节齿啮式卡箍 7， 使环境箱体 2 可通过齿啮式卡箍 7 的齿 隙垂直下降放置到环境箱密封座 6 上， 并与环境箱密封座 6 实现啮合齿的完全重合。此时， 旋转齿啮式卡箍 7 使其啮合齿与环境箱体 2、 环境箱密封座 6 的啮合齿相重合， 由环形卡口 和啮合齿共同实现快速紧密接合。 0029 拆卸时 ： 旋转齿啮式卡箍 7。
16、 使其啮合齿与环境箱体 2、 环境箱密封座 6 的啮合齿完 全错开， 垂直升起环境箱体 2， 实现快速拆卸。 0030 控温夹套 3 通过销钉 1 在环境箱体 2 上固定， 通过控温夹套密封件 4 对其进行密 封。通入控温夹套 3 中的热媒或者冷媒， 通过环境箱体 2 的导热作用实现与环境箱内高压 气体的热交换， 从而控制环境箱中高压气体的温度。试验过程中， 加载杆 9 传递试验机控制 的载荷或位移到环境箱内的试样加载部分进行试验。 试验机与试样加载部分结构可参照现 有的试验机和加载结构。 0031 以上所述， 仅是本发明的一个实施案例而已， 并非对本发明做任何形式上的限制， 虽然本发明已以较。
17、佳实施案例揭示如上， 然而并非用以限定本发明， 任何熟悉本专业的技 术人员， 在不脱离本发明技术方案范围内， 当可利用上述揭示的结构及技术内容做出某些 更动或修改而成为等同变化的等效实施案例。 0032 例如， 本发明快开结构并不局限于图示齿啮式卡箍 7 的结构， 也可采取下述方式 ： 0033 (1) 下缘是等距间隔布置的啮合齿， 上缘是环形卡口。 0034 这种情况下， 安装时需先将环境箱体 2、 环境箱密封座 6 的啮合齿完全对齐， 旋转 齿啮式卡箍 7 使其下缘的啮合齿穿过环境箱体 2、 环境箱密封座 6 的齿隙放置到环境箱支 座 8 上 ； 然后， 再旋转齿啮式卡箍 7 使其啮合齿与。
18、环境箱体 2、 环境箱密封座 6 的啮合齿相 重合， 由环形卡口和啮合齿共同实现快速紧密接合。 0035 (3) 上缘和下缘均为等距间隔布置的啮合齿， 且上缘和下缘的啮合齿在垂直方向 上的位置是一致的。 0036 这种情况下的安装就更灵活了， 采用前述两种安装方式均可。 0037 又例如， 本发明并不限定箱体内的介质为高压氢气， 同样适用于硫化氢气体、 二氧 化碳气体、 高压天然气、 高压氢气和天然气混合气体、 高压氮气、 高压氦气、 高压氩气等环境 下材料的耐久性试验。 0038 但是凡是未脱离本发明技术方案的内容， 依据本发明的技术实质对以上实施案例 所作的任何简单修改、 等同变化与修饰， 均仍属于本发明技术方案范围内。 说 明 书 CN 104502199 A 5 1/2 页 6 图 1 图 2 图 3 说 明 书 附 图 CN 104502199 A 6 2/2 页 7 图 4 说 明 书 附 图 CN 104502199 A 7 。