一种固态氢容器形变的检测方法与流程

本发明属于容器形变检测领域，具体涉及一种固态氢容器形变的检测方法。

背景技术：

1、钒基储氢合金主要组分包括钒、钛、铬，钒基储氢合金在吸氢过程中最大体积膨胀率可达35％，体积膨胀产生的高应力是制约储氢合金容器填充密度提高的关键问题。此外，钒基储氢合金在吸放氢过程中焓变约为40kj/mol h2，高密度填装的储氢容器在使用中易出现热失控问题，影响合金吸放氢动力学特性，增加储氢合金容器的失效风险。

2、因此，需要开发出储氢合金粉高密度填充技术和储氢合金容器基于钒基储氢合金的低压固态储运氢安全与事故防治关键技术，而现有缺少一种能够检测钒基固态氢容器膨胀形变的检测方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于：本发明提供了一种固态氢容器形变的检测方法，解决了现有缺少一种检测钒基固态氢容器膨胀方法的问题。

2、本发明目的通过下述技术方案来实现：

3、一种固态氢容器形变的检测方法，包括底座和固态氢容器，还包括在杠杆支架上形成铰接支点的检测杠杆，将固态氢容器贴合放置在底座的容器放置槽内，检测杠杆的一端与固态氢容器接触，检测杠杆的另一端与检测装置相对，通过检测装置判断检测杠杆的另一端的状态，实现对固态氢容器形变的检测。

4、进一步的，底座内设有加热装置，利用加热装置对固态氢容器进行加热。

5、进一步的，的固态氢容器为钒基固态氢容器。

6、进一步的，检测杠杆的一端铰接有杠杆支块，检测杠杆通过杠杆支块与固态氢容器贴合接触。

7、进一步的，检测装置设在检测支架上，检测装置为压力检测装置或位移检测装置。

8、进一步的，检测杠杆的一端与固态氢容器顶部的位置接触。

9、进一步的，检测杠杆包括左检测杠杆和右检测杠杆，检测支架为设在底座中部的中检测支架，左检测杠杆的一端与固态氢容器的前端接触，右检测杠杆的一端与固态氢容器的后端接触，左检测杠杆的另一端、右检测杠杆的另一端均与中检测支架上的压力检测装置接触。

10、进一步的，检测杠杆包括左检测杠杆和右检测杠杆，左检测杠杆的一端与固态氢容器的前端接触，左检测杠杆的另一端与第一压力检测装置接触，右检测杠杆的一端与固态氢容器的后端接触，左检测杠杆的另一端与第二压力检测装置接触，检测时，通过第一压力检测装置和第二压力检测装置的压力大小判断固态氢容器形变的前后端位置，再通过抬升装置将固态氢容器的非形变端抬起，通过第一压力检测装置和第二压力检测装置的压力判断固态氢容器形变的具体位置及形变量。

11、进一步的，本方法针对的对象是椭圆形的固态氢容器，不考虑容器与其它部件连接处的局部应力，当固态氢容器加注吸氢的过程中，内部合金和氢化物体积加大，对容器壳体形成较大压力，这里的压力是容器的径向压力和环向压力，认为径向应力和环向应力是沿壁厚均匀分布的，那么我们就能找出容器最大应力点固态氢容器的顶点，通过以下设计容器应力计算方程；

12、固态氢容器外壳应力分析公式：

13、

14、其中：σ为容器应力；p为容器内部工作压力；δ为壁厚；θ为容器中心压力偏移角度；rc为容器中心至壁距离；

15、环向、径向应力分析公式：

16、

17、其中：ρ1为第一曲率半径；ρ2为第二曲率半径；σm为径向应力；σθ为环向应力；

18、椭圆壳经线为一椭圆：

19、

20、其中：x，y：容器壁的坐标，a，b分别为椭圆的长短轴半径；

21、由此方程可得第一、第二曲率半径：

22、

23、

24、代入方程(1)和(2)可得径向应力σm和环向应力σθ；

25、

26、

27、椭圆顶点处应力：

28、

29、本方法中，控制器把采集到的模拟量电信号，根据上述固态氢容器形变的理论公式，得到固态氢容器产生形变的数据，判断容器所受到压力，判断容器形变的严重程度，通过系统性的分析设计氢气加注过程中的安全策略。

30、进一步的，控制器分析数据方法：由式(6)和式(7)得到径向应力σm和环向应力σθ，通过本方法中设计的杠杆原理，把数据传递给薄膜压力装置，薄膜压力装置采集到的数值就作为径向应力σm和环向应力σθ的一种数据反映形式，理论如下：

31、薄膜压力装置的电流信号与施加薄膜压力装置的压力的关系，查表生成图表得出；根据薄膜压力就是径向应力σm和环向应力σθ，带入以下公式：

32、或

33、

34、其中：pm，pθ：容器内部工作压力；得到径向应力和环向应力对于的容器内部压力，因安全策略原则，实时比较σm和σθ，取其最大值。

35、本发明的有益效果：设计一种检测钒基固态氢容器的膨胀方法，通过此方法，可以有效监控容器在合金膨胀过程中产生的形变问题，保证固态储氢运输和使用中的安全与事故防治。

36、前述本发明主方案及其各进一步选择方案可以自由组合以形成多个方案，均为本发明可采用并要求保护的方案；且本发明，(各非冲突选择)选择之间以及和其他选择之间也可以自由组合。本领域技术人员在了解本发明方案后根据现有技术和公知常识可明了有多种组合，均为本发明所要保护的技术方案，在此不做穷举。

技术特征：

1.一种固态氢容器形变的检测方法，包括底座(1)和固态氢容器(2)，其特征在于：还包括在杠杆支架(3)上形成铰接支点的检测杠杆(4)，将固态氢容器(2)贴合放置在底座(1)的容器放置槽(8)内，检测杠杆(4)的一端与固态氢容器(2)接触，检测杠杆(4)的另一端与检测装置相对，通过检测装置判断检测杠杆(4)的另一端的状态，实现对固态氢容器(2)形变的检测。

2.根据权利要求1所述的固态氢容器形变的检测方法，其特征在于：所述的底座(1)内设有加热装置，利用加热装置对固态氢容器(2)进行加热。

3.根据权利要求1所述的固态氢容器形变的检测方法，其特征在于：所述的固态氢容器(2)为钒基固态氢容器。

4.根据权利要求1所述的固态氢容器形变的检测方法，其特征在于：所述的检测杠杆(4)的一端铰接有杠杆支块(5)，检测杠杆(4)通过杠杆支块(5)与固态氢容器(2)贴合接触。

5.根据权利要求1所述的固态氢容器形变的检测方法，其特征在于：所述的检测装置设在检测支架(7)上，检测装置为压力检测装置或位移检测装置。

6.根据权利要求1所述的固态氢容器形变的检测方法，其特征在于：所述的检测杠杆(4)的一端与固态氢容器(2)顶部的位置接触。

7.根据权利要求1所述的固态氢容器形变的检测方法，其特征在于：所述的检测杠杆(4)包括左检测杠杆(41)和右检测杠杆(42)，检测支架(7)为设在底座(1)中部的中检测支架(43)，左检测杠杆(41)的一端与固态氢容器(2)的前端接触，右检测杠杆(42)的一端与固态氢容器(2)的后端接触，左检测杠杆(41)的另一端、右检测杠杆(42)的另一端均与中检测支架(43)上的压力检测装置接触。

8.根据权利要求1所述的固态氢容器形变的检测方法，其特征在于：所述的检测杠杆(4)包括左检测杠杆(41)和右检测杠杆(42)，左检测杠杆(41)的一端与固态氢容器(2)的前端接触，左检测杠杆(41)的另一端与第一压力检测装置接触，右检测杠杆(42)的一端与固态氢容器(2)的后端接触，左检测杠杆(41)的另一端与第二压力检测装置接触，检测时，通过第一压力检测装置和第二压力检测装置的压力大小判断固态氢容器(2)形变的前后端位置，再通过抬升装置将固态氢容器(2)的非形变端抬起，通过第一压力检测装置和第二压力检测装置的压力判断固态氢容器(2)形变的具体位置及形变量。

9.根据权利要求1所述的固态氢容器形变的检测方法，其特征在于：本方法针对的对象是椭圆形的固态氢容器(2)，不考虑容器与其它部件连接处的局部应力，当固态氢容器加注吸氢的过程中，内部合金和氢化物体积加大，对容器壳体形成较大压力，这里的压力是容器的径向应力和环向应力，认为径向应力和环向应力是沿壁厚均匀分布的，那么我们就能找出容器最大应力点固态氢容器的顶点，通过以下设计容器应力计算方程；

10.根据权利要求1所述的固态氢容器形变的检测方法，其特征在于：控制器分析数据方法：由式(6)和式(7)得到径向应力σm和环向应力σθ，通过本方法中设计的杠杆原理，把数据传递给薄膜压力装置，薄膜压力装置采集到的数值就作为径向应力σm和环向应力σθ的一种数据反映形式，理论如下：

技术总结
本发明公开了一种固态氢容器形变的检测方法，包括底座和固态氢容器，还包括在杠杆支架上形成铰接支点的检测杠杆，将固态氢容器贴合放置在底座的容器放置槽内，检测杠杆的一端与固态氢容器接触，检测杠杆的另一端与检测装置相对，通过检测装置判断检测杠杆的另一端的状态，实现对固态氢容器形变的检测。本发明的有益效果：设计一种检测钒基固态氢容器的膨胀方法，通过此方法，可以有效监控容器在合金膨胀过程中产生的形变问题，保证固态储氢运输和使用中的安全与事故防治。

技术研发人员：李彦坤,曾章龙,杨君宇,顾小明,李会林,林建,李小涛,杨昊,李艳琴,杜菊红
受保护的技术使用者：厚普智慧物联科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15