碳纤维气瓶水压试验装置及水压试验方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于气瓶检测技术领域，尤其是设及一种碳纤维气瓶水压试验装置及水压 试验方法。
【背景技术】
[0002] 气瓶是一种承受压力的容器，其生产过程的最后工序是要进行水压测试（也称水 压试验，详见《气瓶水压试验方法》国家标准GB/T9251-1997)，W测量在水压作用下的变形 量和承压能力，并W此判断气瓶的质量是否合格。并且，实际使用过程中也需定期对气瓶进 行检测，检测项目包括气瓶的变形量与承压能力、气密性等。其中，对气瓶的变形量与承压 能力进行测试时，采用水压测试方法（也称水压试验方法）。目前，所采用的水压试验方法 主要有量管法和称重法，其中称重法的应用比较广泛。
[0003] 碳纤维气瓶属于复合气瓶，其采用金属内胆，通过外面缠绕碳纤维并经高溫固化 加工而成，耐压可达到30MPa。相比金属气瓶（无缝钢瓶等），碳纤维气瓶具有更好的性能， 且重量减轻了 50%W上，操作使用更加轻松，尤其是深层地下（如矿井等、石油石化等）危 险区域遇到救护情况或严重灾害情况下使用时更为方便。另外，复合气瓶也是电的不良导 体，并且复合气瓶在侵蚀和腐蚀场合下呈现中和性，因而使用更加安全。根据法律法规和实 际使用规范要求，必须对气瓶进行定期水压试验，水压试验完成后必须对气瓶进行烘干处 理，保证其洁净干燥，W方便使用。但现如今，市面上还未出现一套能对碳纤维气瓶的变形 量与承压能力进行测试的专用测试设备，并且现有的气瓶水压试验装置均不同程度地存在 使用操作不便、测试效率低、测试精度低等缺陷和不足。另外，目前还未出现一套水压试验 完成后能对碳纤维气瓶进行倒水并烘干的碳纤维气瓶水压辅助测试装置，实际操作过程中 只能依靠人为完成，存在使用操作不便、烘干效率低、费工费时等缺陷和不足。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种碳纤维气 瓶水压试验装置，其结构简单、设计合理且使用操作简便、使用效果好，能简便完成多个碳 纤维气瓶的变形量与承压能力同步测试过程，并能简便对测试后的多个碳纤维气瓶进行倒 水及烘干处理。
[0005] 为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种碳纤维气瓶水压试验装置， 其特征在于：包括对多个被测试气瓶的变形量与承压能力进行测试的水压测试装置和位于 所述水压测试装置后侧的水压辅助测试装置；
[0006] 所述水压测试装置包括测试机架、位于测试机架一侧的测试操作台、对被测试气 瓶进行加压的加压装置、安装在测试机架上的测试箱和供多个被测试气瓶平稳放置并能将 被测试气瓶平移至测试机架前侧的测试小车，装于测试小车上的多个所述被测试气瓶均呈 竖直向布设；所述被测试气瓶为碳纤维气瓶，所述碳纤维气瓶的瓶口上装有密封接头；
[0007] 所述测试机架为巧车式机架；所述巧车式机架包括下部支撑架、位于所述下部支 撑架上方且能在水平面上进行前后移动的平移支架和能在竖直面上进行上下移动的竖向 吊装架，所述竖向吊装架安装在所述平移支架上；所述下部支撑架包括左右两个对称布设 的承重支架，两个所述承重支架均呈竖直向布设且二者上部均安装有一个供所述平移支架 前后移动的第一平移轨道，两个所述第一平移轨道均呈水平布设且二者均布设在同一水平 面上，两个所述第一平移轨道呈平行布设；所述竖向吊装架包括一个能在竖直面上进行上 下移动的上支架、位于上支架正下方的安装座、多个均安装在安装座上的竖向连接管和多 个分别与多个所述竖向连接管连接的第二分支加压管，所述上支架和安装座均呈水平布 设；多个所述第二分支加压管分别布设在多个所述竖向连接管的正上方，每个所述第二分 支加压管的底端均与位于其下方的竖向连接管上端连接，且每个所述第二分支加压管上部 均固定在上支架上；每个所述竖向连接管底部均装有一个用于与密封接头进行连接的连接 接头；所述上支架和安装座均呈水平布设，且上支架与第一平移轨道呈垂直布设；所述平 移支架包括左右两个带动上支架进行上下移动的第一竖向提升架，两个所述第一竖向提升 架均呈竖直向布设，两个所述第一竖向提升架分别位于两个所述承重支架的正上方且二者 呈对称布设，所述上支架的左右两侧分别安装在两个所述第一竖向提升架上；两个所述第 一竖向提升架的底部均安装有一个能沿第一平移轨道前后移动的第一滑移座，所述第一滑 移座安装于第一平移轨道上；两个所述承重支架的后侧上部均设置有一个带动第一滑移座 进行前后移动的第一水平移动驱动机构，所述第一水平移动驱动机构位于第一滑移座后侧 且其与第一滑移座进行传动连接；所述第二分支加压管和竖向连接管的数量相同且二者均 为刚性管；
[0008] 所述测试箱包括一个安装于两个所述承重支架之间后侧的水槽和多个均布设于 水槽内的水套，多个所述水套的结构均相同且其均呈竖直向布设，所述水槽呈水平布设，且 多个所述水套均布设在同一水平面上；每个所述水套均为上部开口的圆柱形套体；所述测 试小车位于两个所述承重支架之间前侧，且测试小车位于水槽前侧；
[0009] 所述水套的数量与竖向连接管的数量相同；每个所述竖向连接管上均同轴套装有 一个对水套的上部开口进行封堵的上压盖，多个所述水套的布设位置分别与多个所述上压 盖的布设位置一一对应；多个所述上压盖均布设于同一水平面上且其均位于安装座下方， 所述安装座上安装有带动多个所述上压盖进行上下移动的压紧驱动机构，多个所述上压盖 均与所述压紧驱动机构连接；
[0010] 所述加压装置包括主加压管、与供水装置连接的供水管、与供气装置连接的供气 管、多个分别与主加压管的出口连接的第一分支加压管和一个与主加压管的出口连接的水 槽供水管，所述第一分支加压管的数量与第二分支加压管的数量相同；多个所述第一分支 加压管的出口分别与多个所述第二分支加压管的上端连接，每个所述第一分支加压管上均 装有第一电磁阀和第一压力检测单元；所述供水管和供气管的出口均与主加压管的进口连 接，所述主加压管上安装有电液增压累；所述水槽供水管上装有第二电磁阀，所述水槽底部 装有水槽排水管，所述水槽排水管上装有水溫检测单元；
[0011] 所述测试操作台包括水平操作台、第一监控装置和多个均布设在水平操作台上的 称重装置，所述称重装置的数量与水套的数量相同；每个所述称重装置上均平放有一个水 容器；每个所述水套底部均伸出至水槽外侧，且每个所述水套的底部均开有一个下开口，多 个所述水套的下开口分别通过多个第一排水管与多个所述水容器连接；每个所述第一排水 管上均装有一个第四控制阀；
[0012] 所述第一监控装置包括第一主控器W及分别与第一主控器连接的第一参数设置 单元和第一显示单元，所述水溫检测单元和多个所述第一压力检测单元均与第一主控器连 接；所述第一电磁阀、第二电磁阀和第四控制阀均由第一主控器进行控制且其均与第一主 控器连接；所述电液增压累由第一主控器进行控制且其与第一主控器连接；所述压紧驱动 机构、两个所述第一水平移动驱动机构和两个所述第一竖向提升架均由第一主控器进行控 制且其均与第一主控器连接；
[0013] 所述水压辅助测试装置包括对多个所述被测试气瓶进行夹持的气瓶夹具、对气瓶 夹具与所夹持被测试气瓶进行运送的运送小车和对被测试气瓶进行倒水及烘干处理的气 瓶倒水及烘干处理设备，所述运送小车呈水平布设且其上部设置有供气瓶夹具水平放置的 水平放置平台；所述气瓶夹具上夹持的多个所述被测试气瓶均位于同一平面上，多个所述 被测试气瓶均呈平行布设且其均与气瓶夹具呈垂直布设；所述气瓶倒水及烘干处理设备位 于测试机架后侧；
[0014] 所述气瓶倒水及烘干处理设备包括倒水及烘干处理机架、第二监控装置、对气瓶 夹具进行180°翻转的翻转倒水装置和对被测试气瓶进行烘干处理的烘干装置，所述翻转 倒水装置安装在倒水及烘干处理机架上；
[0015] 所述倒水及烘干处理机架包括主支撑架、位于所述主支撑架上方且能在水平面上 进行前后移动的平移支架、在竖直方向上对气瓶夹具进行提升的提升装置和对气瓶夹具进 行水平夹持的夹紧装置，所述提升装置安装在所述平移支架上；所述主支撑架包括左右两 个对称布设的竖向支架，两个所述竖向支架呈平行布设且二者上部均安装有一个供所述平 移支架前后移动的第二平移轨道，两个所述第二平移轨道均呈水平布设且二者均布设在同 一水平面上，两个所述第二平移轨道呈平行布设；所述平移支架为口式支架且其包括上横 梁和两个分别支撑于上横梁左右两端下方的竖向立柱，所述上横梁呈水平布设，两个所述 竖向立柱呈对称布设；两个所述竖向立柱的底部均安装有一个能沿第二平移轨道前后移动 的第二滑移座，所述第二滑移座安装于第二平移轨道上；两个所述竖向支架的后侧上部均 设置有一个带动第二滑移座进行前后移动的第二水平移动驱动机构，所述第二水平移动驱 动机构位于第二滑移座后侧且其与第二滑移座进行传动连接；所述提升装置包括一个水平 吊装架和两个对水平吊装架进行上下提升的第二竖向提升架，两个所述第二竖向提升架的 结构均相同且二者呈对称布设；两个所述第二竖向提升架分别位于两个所述竖向立柱内侧 且二者的上部分别安装在两个所述竖向立柱的内侧壁上部，所述水平吊装架的左右两侧分 别安装在两个所述第二竖向提升架左右两侧底部且其位于两个所述竖向立柱之间；所述夹 紧固定机构安装在水平吊装架上且其位于水平吊装架的正下方；所述夹紧机构包括左右两 个分别对气瓶夹具的左右两侧进行水平夹持的夹紧机构，两个所述夹紧机构的结构相同且 二者对称布设在水平吊装架的左右两侧下方；
[0016] 两个所述竖向支架之间的区域由后向前分为吊装入口区、入口侧倒水烘干区、出 口侧倒水烘干区和吊装出口区；所述翻转倒水装置包括两个分别安装在所述入口侧倒水烘 干区和所述出口侧倒水烘干区内的翻转倒水机构；所述烘干装置包括两个烘干设备和两个 分别伸入至所述入口侧倒水烘干区和所述出口侧倒水烘干区内的烘干管道，两个所述烘干 管道分别为伸入至所述入口侧倒水烘干区内的入口侧烘干管道和伸入至所述出口侧倒水 烘干区内的出口侧烘干管道，两个所述烘干设备分别为与所述入口侧烘干管道连接的入口 侧烘干设备和与所述出口侧烘干管道连接的出口侧烘干设备；
[0017] 所述运送小车包括能平推入所述吊装入口区或所述吊装出口区内的第二车架和 多个均安装在第二车架底部的行走轮，所述吊装入口区和吊装出口区内均留有供运送小车 放置的小车放置空间；所述水平放置平台位于第二车架上部；
[0018] 所述第二监控装置包括第二主控器、对所述平移支架的水平位移进行实时检测的 水平位移检测单元、对水平吊装架的提升高度进行实时检测的高度检测单元W及分别与第 二主控器连接的第二参数设置单元和第二显示单元，所述水平位移检测单元和高度检测单 元均与第二主控器连接；两个所述第二水平移动驱动机构、两个所述第二竖向提升架、两个 所述夹紧机构、两个所述翻转倒水机构和两个所述烘干设备均由第二主控器进行控制。
[0019] 上述碳纤维气瓶水压试验装置，其特征是：每个所述上压盖上均装有排气管，所述 排气管上装有排气开关；
[0020] 每个所述水套的下开口均装有一个与排水通道连接的第二排水管，每个所述第二 排水管上均装有一个第五控制阀；所述供水装置分别通过多个注水管与多个所述水套的下 开口连接，每个所述注水管上均装有一个第六控制阀；所述第五控制阀和第六控制阀均由 第一主控器进行控制且其均与第一主控器连接；
[0021] 所述加压装置还包括水枪和与所述供水装置的供水口连接的蓄能器，所述主加压 管的进口与蓄能器的出口连接；多个所述注水管的进口均通过第二连接管与所述水枪的出 水口连接，所述水枪的进水口与蓄能器的出口连接。
[0022] 上述碳纤维气瓶水压试验装置，其特征是：所述测试小车包括第一车架、多个分别 供多个所述被测试气瓶放置的气瓶放置架、安装在第一车架内侧中上部的水平托板和多个 均安装在所述第一车架底部的第一行走轮，所述第一车架呈水平布设；所述气瓶放置架的 数量与水套的数量相同，多个所述气瓶放置架的结构均相同且其均布设于同一水平面上； 多个所述气瓶放置架的布设位置分别与多个所述水套的布设位置一一对应；每个所述气瓶 放置架均包括一个上限位板、一个位于上限位板正下方的下限位板和多个分别支撑于上限 位板与下限位板之间的支撑杆，所述上限位板和下限位板均呈水平布设且二者的中部均开 有一个供被测试气瓶放置的圆形通孔，每个所述支撑杆的上端均固定在上限位板上且其下 端均固定在水平托板上，所述上限位板、下限位板和水平托板上均开有多个供支撑杆安装 的安装孔。
[0023] 上述碳纤维气瓶水压试验装置，其特征是：多个所述竖向连接管分两列进行布设， 每列所述竖向连接管均包括多个由前至后布设的竖向连接管，两列所述竖向连接管呈左右 对称布设；所述安装座包括上部支座和两个分别安装在上部支座左右两侧下方的下压座， 两个所述下压座分别布设于两列所述竖向连接管的正上方；每个所述竖向连接管上均同轴 套装有一个对上压盖进行下压的下压套管，所述下压套管位于下压座下方，所述下压套管 的上端安装在下压座上且其下端与上压盖连接；所述压紧驱动机构的数量为两个，两个所 述压紧驱动机构分别安装在两个所述下压座上。
[0024] 上述碳纤维气瓶水压试验装置，其特征是：所述压紧驱动机构为第二气缸，两个所 述第二气缸均呈竖直向布设且二者均布设在同一竖直面上；两个所述第二气缸的上部均安 装在上部支座上且二者的下端分别与两个所述下压座连接；
[00巧]所述第一水平移动驱动机构为第一气缸，所述第一气缸呈水平布设且两个所述第 一气缸均布设在同一水平面上；
[0026] 两个所述第一竖向提升架均为第Ξ气缸，两个所述第Ξ气缸均呈竖直向布设且二 者均布设在同一竖直面上；
[0027] 所述加压装置还包括与供气管连接的第Ξ连接管和Ξ个分别与第Ξ连接管的出 口连接的分支管，Ξ个所述分支管的出口分别与Ξ个电磁换向阀的进口连接；Ξ个所述分 支管分别为第一分支管、第二分支管和第Ξ分支管，Ξ个所述电磁换向阀均为气动电磁换 向阀且Ξ者分别为与所述第一分支管、第二分支管和第Ξ分支管连接的第一电磁换向阀、 第二电磁换向阀和第Ξ电磁换向阀，所述第一电磁换向阀的两个工作口分别与两个所述第 一气缸连接，所述第二电磁换向阀的两个工作口分别与两个所述第二气缸连接，所述第Ξ 电磁换向阀的两个工作口分别与两个所述第Ξ气缸连接。
[0028] 上述碳纤维气瓶水压试验装置，其特征是：所述运送小车还包括上托板和位于上 托板正下方的下托板，所述上托板和下托板均呈水平布设；所述上托板位于第二车架上部 且其为所述水平放置平台，所述上托板上开有多个分别供气瓶夹具上所夹持的多个所述被 测试气瓶放置的圆形通孔；所述下托板位于第二车架的内侧中上部；
[0029] 所述上托板底部设置有多个分别对气瓶夹具上所夹持的多个所述被测试气瓶进 行限位的上限位套筒，多个所述上限位套筒的结构和尺寸均相同且其分别布设在多个所述 圆形通孔的正下方；所述下托板上部设置有多个分别对气瓶夹具上所夹持的多个所述被测 试气瓶进行限位的下限位套筒，多个所述下限位套筒分别布设在多个所述上限位套筒的正 下方；多个所述上限位套筒和多个所述下限位套筒均呈竖直向布设。
[0030] 上述碳纤维气瓶水压试验装置，其特征是：两个所述翻转倒水机构的结构相同； 每个所述翻转倒水机构均包括一个呈水平布设的翻转轴、对翻转轴进行驱动的翻转驱动机 构和左右两个分别对气瓶夹具的左右两侧进行夹持的竖向夹持板，所述翻转驱动机构与翻 转轴进行传动连接，两个所述竖向夹持板的结构相同且二者呈对称布设；所述翻转轴与竖 向支架呈垂直布设，所述翻转轴位于两个所述竖向支架之间且其左右两端分别安装在两个 所述竖向支架上，两个所述竖向夹持板均布设在同一水平面上且二者分别安装在翻转轴的 左右两侧；所述翻转轴为能进行180°旋转的旋转轴且其左右两端分别通过轴承安装在两 个所述竖向支架上；所述翻转驱动机构由第二主控器进行控制且其与第二主控器连接。
[0031] 上述碳纤维气瓶水压试验装置，其特征是：所述气瓶夹具包括夹持框架、两个均安 装在所述夹持框架内的竖向限位板和多个分别对多个所述被测试气瓶进行限位的气瓶限 位件，所述夹持框架为平面框架，所述夹持框架、两个所述竖向限位板和多个所述气瓶限位 件均布设在同一水平面上；所述夹持框架为矩形且其由前后两个呈平行布设的侧挡板和左 右两个能在两个所述侧挡板之间进行左右水平移动的夹持板拼接而成，两个所述夹持板呈 平行布设且二者均夹持于两个所述侧挡板之间，两个所述侧挡板和两个所述夹持板均呈竖 直向布设且其均位于同一水平面上；
[0032] 两个所述侧挡板分别为位于两个所述夹持板前后两侧的前挡板和后挡板，两个所 述夹持板分别为左夹持板和位于左夹持板右侧的右夹持板，两个所述夹持板均与前挡板呈 垂直布设；所述前挡板和后挡板之间通过两个所述竖向限位板进行连接，两个所述竖向限 位板均呈竖直向布设且二者均与前挡板呈垂直布设，两个所述竖向限位板分别为左限位板 和位于左限位板右侧的右限位板；多个所述气瓶限位件分左右两列进行布设，两列所述气 瓶限位件呈对称布设；每列所述气瓶限位件均包括多个从前至后布设在同一直线上的所述 气瓶限位件，多个所述气瓶限位件的结构均相同且每个所述气瓶限位件均包括左右两个对 称布设的夹持块，两个所述夹持块分别夹持于被测试气瓶的中部左右两侧；两列所述气瓶 限位件中位于所述夹持框架左侧的一列所述气瓶限位件为左侧气瓶限位件，且位于所述夹 持框架右侧的一列所述气瓶限位件为右侧气瓶限位件；所述左侧气瓶限位件中的两个所述 夹持块分别固定在左夹持板和左限位板上，所述右侧气瓶限位件中的两个所述夹持块分别 固定在右限位板和右夹持板上。
[0033] 同时，本发明还公开了一种方法步骤简单、设计合理且实现方便、使用效果好的碳 纤维气瓶水压试验方法，其特征在于：该方法包括W下步骤：
[0034] 步骤一、水压测试：采用所述水压测试装置对多个所述被测试气瓶的变形量与承 压能力分别进行测试，测试过程如下：
[0035] 步骤1-1、测试前准备工作，过程如下：
[0036] 步骤1-101、气瓶注水及装车静置：向被测试气瓶内注满水并加盖密封接头，再将 被测试气瓶装于测试小车上，静置8小时W上；
[0037] 步骤1-102、测试小车推至吊装工位：将装有多个所述被测试气瓶的测试小车平 推至吊装工位，此时测试小车位于两个所述承重支架之间前侧且其位于水槽前侧；
[0038] 步骤1-103、初始称重值记录：对多个所述称重装置的初始称重值分别进行记录；
[0039] 多个所述称重装置中第i个称重装置的初始称重值记作nii。，其中i为正整数且i =1、2、···，Μ,Μ为称重装置的数量；
[0040] 步骤1-2、气瓶吊装：通过第一主控器控制两个所述第一水平移动驱动机构，将所 述平移支架与所述竖向吊装架同步向前平移至吊装工位，再将多个所述被测试气瓶分别 吊装于所述竖向吊装架下方，多个所述被测试气瓶均呈竖直向布设且其上所装的密封接 头分别与多个所述连接接头锁紧连接；此时，所述竖向吊装架位于水槽前侧且其位于步骤 1-102中所述测试小车上方；
[0041] 步骤1-3、气瓶移至测试工位：通过第一主控器控制两个所述第一水平移动驱动 机构，将所述平移支架、所述竖向吊装架与多个所述被测试气瓶同步向后平移至测试工位； 此时，吊装于所述竖向吊装架下方的多个所述被测试气瓶分别位于水槽内多个所述水套的 正上方；
[004引步骤1-4、加压试验：过程如下：
[0043] 步骤1-4011、气瓶下放及水套上压盖压紧密封：通过第一主控器控制两个所述第 一竖向提升架，对多个所述被测试气瓶同步进行竖直下放并分别浸入多个所述水套内；再 通过第一主控器控制所述压紧驱动机构，对多个所述上压盖同步进行下压，并将多个所述 上压盖分别压紧固定在多个所述水套上，完成多个所述水套的密封过程；
[0044] 步骤1-4012、加压：打开各第一分支加压管上所装的第一电磁阀与各第一排水管 上所装的第四控制阀，再启动电液增压累且通过电液增压累对多个所述被测试气瓶分别进 行加压，直至将各被测试气瓶均加压至预先设定的测试压力值；加压过程中，通过多个所述 第一压力检测单元对各第一分支加压管的管内压力分别进行实时检测，并将检测结果同步 传送至第一主控器；
[0045] 步骤1-4013、保压：步骤1-4012中加压完成后，关闭电液增压累与各第一分支加 压管上所装的第一电磁阀，并按照预先设计的保压时间，对多个所述被测试气瓶分别进行 保压；保压过程中，通过多个所述第一压力检测单元对各第一分支加压管的管内压力分别 进行实时检测，并将检测结果同步传送至第一主控器；
[0046] 步骤1-4014、保压后称重值记录：步骤1-4013中保压过程完成时，对此时多个所 述称重装置的称重值分别进行记录，且此时各称重装置的称重值均为保压后称重值；
[0047] 多个所述称重装置中第i个称重装置的保压后称重值记作mu;
[0048] 步骤1-4015、泄压：步骤1-4013中保压过程完成后，打开各第一分支加压管上所 装的第一电磁阀，对各被测试气瓶分别进行泄压；
[0049] 步骤1-4016、泄压后称重值记录：步骤1-4015中泄压过程完成后，对此时多个所 述称重装置的称重值分别进行记录，且此时各称重装置的称重值均为泄压后称重值；
[0050] 多个所述称重装置中第i个称重装置的泄压后称重值记作mi2;
[0051] 步骤1-4017、气瓶起吊并向前平移至吊装工位：先通过第一主控器控制所述压紧 驱动机构，对多个所述上压盖同步进行上提；再通过第一主控器控制两个所述第一竖向提 升架，对多个所述被测试气瓶同步进行竖直上提并从多个所述水套内提出；之后，通过第一 主控器控制两个所述第一水平移动驱动机构，将所述平移支架、所述竖向吊装架与多个所 述被测试气瓶同步向前平移至吊装工位；
[0052] 步骤1-5、数据整理：根据步骤1-103中记录的各称重装置的初始称重值、步骤 1-4014中记录的各称重装置的保压后称重值和步骤1-4016中记录的各称重装置的泄压后 称重值，计算得出各被测试气瓶的全变形量、残余变