一种用于隔膜式压缩机膜片的寿命试验装置的制作方法

1.本发明涉及压缩机技术领域，尤其是涉及一种新型的往复运动式隔膜式压缩机膜片氢气环境的寿命试验装置。


背景技术：

2.氢气隔膜压缩机利用膜片的往复运动压缩氢气，氢气隔膜压缩机的膜片一般采用金属材料制成，膜片长期在高压氢气环境中承受交变载荷。膜片在高压氢气环境中的抗氢脆能力影响着膜片的使用寿命，膜片的使用寿命是氢气隔膜压缩机的一个重要可靠性指标。因此使用试验来验证膜片在高压氢气环境中的使用寿命对于氢气隔膜压缩机的设计是非常重要的。
3.现行的试验手段，一种是在氢气隔膜压缩机的使用过程中去验证膜片的性能，另外一种是将膜片装在被试组件中，然后将被试组件放到振动台上去试验。两种方法都存在着试验成本高的问题。此外第一种方法隔膜压缩机种可能会存在其他干扰因素，比如膜头中会存在异物、膜头会存在加工问题，这些都会影响实际的试验效果。第二种方法，由于振动台价格较高，且需要到第三方去进行试验，这样试验的周期和人力成本也会较高，另外调试时也会不便利。


技术实现要素：

4.本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种用于隔膜式压缩机膜片的寿命试验装置。
5.本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
6.一种用于隔膜式压缩机膜片的寿命试验装置，包括电机、偏心轮、连杆、被试组件和滑轨；
7.所述被试组件包括上端盖、下端盖和膜片，上端盖和下端盖相连接，所述上端盖和下端盖之间形成腔体，膜片安装在所述腔体中，在所述腔体上设有加气孔，所述膜片上安装有配重块；
8.所述电机的输出轴连接偏心轮，连杆的两端分别与偏心轮和被试组件连接，所述被试组件设置在滑轨上，随电机的工作，所述被试组件由连杆带动在滑轨上滑动，做变加速度的往复运动，配重块给膜片提供交变载荷。
9.优选地，所述膜片上安装有多个翅片，翅片的形状、位置和数量通过试验设计确定。
10.优选地，所述膜片的中间开孔形成中心孔，配重块通过配重连接件安装在膜片的中心孔上。
11.优选地，所述膜片与上端盖和下端盖之间安装有密封组件。
12.优选地，所述连杆连接下端盖，所述上端盖上设有压盖，压盖不与腔体接触。
13.优选地，所述连杆连接下端盖，所述下端盖通过关节轴承连接到连杆上。
14.优选地，所述被试组件上设有连接板，连接板上设有与滑轨配合的滑动组件。
15.优选地，还包括变频器，所述变频器与电机相连接。
16.优选地，还包括轴承座，所述轴承座上设有直线轴承，所述连杆通过直线轴承后与被试组件相连接。
17.优选地，还包括同步连接机构，电机通过连杆和同步连接机构带动多个被试组件，每个被试组件设置在相应的滑轨上。
18.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
19.(1)电机通过偏心轮和连杆带动被试组件在滑轨上运动，被试组件中上下端盖组成的腔体内充入氢气提供高压氢气环境，膜片上安装配重块，为膜片提供交变载荷，从而可以试验高压氢气环境中承受交变载荷的膜片的使用寿命。
20.(2)通过调整配重块和电机，可以改变膜片的负载和频率，可试验不同应力水平下膜片在高压氢气环境中的使用寿命。
21.(3)设置压盖，在满足被试组件的受力需求的前提下控制了装置的整体尺寸，同时节省了成本。
22.(4)膜片上设有翅片，翅片的形状经过设计保证最大应力在翅片根部附近，且近似为等应力区域，便于在调试时候的测量应变(标定应力)，避免了局部应力集中对试验结果的影响。
23.(5)通过同步连接机构，可以一台电机连接2～3组被试组件，能够同时进行多组试验，减少试验时间，节省试验成本。
24.(6)结构简单，调试方便，体积小，可以灵活更换各个部件，结构可靠性高，发生故障的概率低，设备维护成本低，能够低成本地实现膜片氢气环境寿命试验。
附图说明
25.图1为本发明的结构示意图；
26.图2为被试组件的整体结构示意图；
27.图3为被试组件的剖视图；
28.图4为膜片的轴测图；
29.附图标记：1、电机，2、底座，3、偏心轮，4、连杆，5、直线轴承，6、被试组件，7、连接板，8、滑轨，9、关节轴承，10、翅片，11、压盖，12、上端盖，13、下端盖，14、膜片，15、配重块，16、螺钉，17、螺母，18、连接螺钉，19、加气孔。
具体实施方式
30.下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
31.在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，展示各个部件之间的配合关系，附图中有些地方适当放缩了部件，并增减了部件之间的距离。
32.在本技术实施例的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
33.此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
34.在本技术实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
35.实施例1：
36.本技术提供低成本的、小体积的、便于调试的、往复运动式隔膜式压缩机膜片氢气环境寿命试验装置，如图1至图4所示，包括电机1、偏心轮3、连杆4、被试组件6和滑轨8；
37.被试组件6包括上端盖12、下端盖13和膜片14，上端盖12和下端盖13相连接，上端盖12和下端盖13之间形成腔体，膜片14安装在腔体中，在腔体上设有加气孔19，膜片14上安装有配重块15；
38.电机1的输出轴连接偏心轮3，连杆4的两端分别与偏心轮3和被试组件6连接，被试组件6设置在滑轨8上。
39.本实施例中，还包括底座2和轴承座，底座2用于安装固定电机1，轴承座上设有直线轴承5，连杆4的一端与偏心轮3连接，通过直线轴承5后连杆4的另一端与被试组件6连接，直线轴承5的设置保证连杆4沿直线往复运动。底座2和轴承座可以一体设计，避免安装误差，保证连杆4的直线运动。
40.电机1、底座2、偏心轮3、连杆4和直线轴承5组成了一个往复电机组件，往复电机组件为被试组件6的运动提供了动力源。往复电机组件为一个曲柄滑块机构，曲柄滑块机构的运动特点是滑块的加速度呈正弦曲线变化，本技术中被试组件6就相当于曲柄滑块机构中的滑块。
41.本技术的工作原理为：通过加气孔19向腔体内充入高压氢气，电机1通过偏心轮3和连杆4连接被试组件6，电机1输出轴转动，通过连杆4带动被试组件6在滑轨8上做变加速度的往复运动，在电机1推动被试组件6运动的时候，因为被试组件6是做变加速度的往复运动，膜片14上的配重块15由于惯性也会做变加速度的往复运动，这样就可以给膜片14提供一个交变载荷。通过改变配重块15安装在膜片14上的数量，从而改变膜片14的负载，这样可以试验在不同应力水平下膜片14在高压氢气环境中的使用寿命。
42.寿命试验装置还包括变频器，变频器与电机1相连接，电机1可以通过变频器调节转速，从而可以改变膜片14的负载和运动频率。
43.本实施例中，被试组件6上设有连接板7，如图2所示，连接板7上设有与滑轨8配合的滑动组件，可以选用滑块、导向套等结构，被试组件6通过连接板7装在滑轨8上，避免运动磨损被试组件6本身，滑轨8自带润滑系统，可以降低维护成本。此外，滑轨8摩擦系数低，起
到支撑作用的同时不产生过多的额外功耗。
44.本实施例中，连杆4连接下端盖13，且下端盖13通过关节轴承9连接在往复电机组件的连杆4上。关节轴承9采用自润滑材质，可以降低寿命试验装置长时间运行时的维护成本。关节轴承9自由度高可以起到对安装误差的补偿，同时让被试组件6沿滑轨8方向运动，不产生额外的负载。
45.本实施例中，被试组件6还包括密封组件，加氢装置通过加气孔19向设置膜片14的腔体内充入高压氢气，为膜片14提供高压氢气环境，本实施例中密封组件为o型圈，膜片14被上端盖12和下端盖13夹持在中间，上端盖12和膜片14之间、下端盖13和膜片14之间都装有o型圈，可以起到密封作用，防止高压氢气泄漏。
46.被试组件6可以承受不低于45mpa的压力。
47.本实施例中，上端盖12、下端盖13均为316不锈钢材质，这种材质是一种耐氢脆材质，可以保证试验时压力容器的安全。本实施例中，如图3所示，上端盖12上装有压盖11，压盖11不直接和氢气接触，可以用其他成本更低且屈服强度更高的材质。因为316材质的屈服强度在200mpa左右，如果要满足被试组件6的受力需求，上端盖12就必须做的很厚，压盖11的设计保证了在受力满足的情况下设备的尺寸得到了控制，同时也节省了成本。为了保证结构的稳定性，本实施例中，压盖11还通过连接螺钉18与下端盖13相连接。
48.膜片14上安装有多个翅片10，翅片10的形状、位置和数量通过试验设计确定。本实施例中，如图4所示，经过特殊设计，膜片14有3个翅片10，保证翅片10的稳定性，不发生偏转影响试验。另外翅片10的形状经过设计保证最大应力在翅片10根部附近，且近似为等应力区域，便于在调试时候的测量应变(标定应力)，避免了局部应力集中对试验结果的影响。
49.膜片14的中间开孔形成中心孔，配重块15通过配重连接件安装在膜片14的中心孔上，在电机1推动被试组件6运动的时候，因为被试组件6是做变加速度的往复运动，膜片14上的配重块15由于惯性也会做变加速度的往复运动，这样就可以给膜片14提供一个交变载荷。
50.本实施例中，配置连接件为螺钉16和螺母17，便于更换调整配重块15，安装配重块15的螺钉16、螺母17和配重块15本身都使用了耐氢脆的316不锈钢材质，这样保证了在长期的试验过程中配重块15不会因为氢脆现象而脱落从而影响试验进程。
51.根据试验的需要，配重块15的数量可以进行增减，可以对称或不对称地设置在膜片14两侧，从而改变膜片14的负载。这样可以试验在不同应力水平下膜片14在高压氢气环境中的使用寿命。
52.实施例2：
53.寿命试验装置还包括同步连接机构，电机1通过连杆4和同步连接机构带动多个被试组件6，这样每个被试组件6中可以改变膜片14的材料和配重块15的数量，这样就可以同时验证不同材料、不同应力水平下的膜片14在高压氢气环境中的使用寿命，从而节约试验时间。本实施例中，滑轨8的数量为2～3个，同步连接机构为转接板，连杆4连接转接板，每个被试组件6通过关节轴承9连接转接板，同实施例1一样，每个被试组件6设置在相应的滑轨8上。
54.以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术
人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。