根據(jù)相關(guān)標準規(guī)定,車用壓縮氫氣鋁內(nèi)膽碳纖維全纏繞氣瓶的型式試驗內(nèi)容主要包括基線性能驗證試驗、耐久性能驗證試驗、預期車載性能驗證試驗以及服務終止性能的驗證試驗。各項目的試驗目的內(nèi)容如下:
1、基線性能試驗
1.1 基線性能試驗的目的
基線性能試驗的目的主要有以下幾個方面:
1.1.1 確保提供的樣品與驗證批次的性能一致,并且與制造商產(chǎn)品質(zhì)量控制一致。
1.1.2 確定初始爆破壓力中值,用于后續(xù)性能試驗驗證,并且可用于產(chǎn)品質(zhì)量控制。
1.1.3 確保在泄漏前滿足最小爆破壓力和壓力循環(huán)次數(shù)的要求。
此驗證條件為車用氫瓶的“未爆先漏”的設計模式,即不允許直接破裂或爆破?!奥北憩F(xiàn)形式為裂紋,而“爆”的表現(xiàn)形式為破口。
無論儲氫氣瓶的故障模式如何,“未爆先漏”的失效模式這一要求為氣瓶在車輛壽命內(nèi)提供了足夠的安全保護前提。按最小的設計循環(huán)次數(shù) 5500 次計算,每次加注行駛 320km,則氣瓶泄漏失效前最少可行駛(5500×320)=160萬km;按 2.2 萬次計算,則 22000×320=704萬km,基本超過了車輛在路上行駛壽命的真實極限。從而有效防止車輛在氣瓶泄漏后繼續(xù)使用可能導致的破裂現(xiàn)象發(fā)生,進而證明有能力避免行駛中壓力循環(huán)造成的失效(泄漏或破裂)。
1.2 基線性能試驗中液壓循環(huán)次數(shù)的確定
當決定液壓試驗壓力循環(huán)次數(shù)時,主要是考慮預期的最壞情況下,車輛服務年限內(nèi)續(xù)駛里程的差異以及不同的司法管轄區(qū)最壞情況下的燃料加注頻率。各區(qū)預期的的加注次數(shù)的差異主要與當?shù)馗呤褂寐实纳虡I(yè)出租車應用相關(guān),這受制于各區(qū)域的車輛運行規(guī)定。
2、耐久性能驗證試驗(液壓順序試驗)
2.1 耐久性能驗證試驗的目的
順序性能復制了氣瓶全生命周期內(nèi)受到不同暴露條件的極限情況的道路體驗,預期氣瓶在車輛壽命內(nèi)只能種類型的暴露是不現(xiàn)實的。
由于破裂后果的嚴重程度高,破裂后果并不會因為其他可采取的措施減輕(通過與政策相關(guān)的車載泄漏檢輕泄漏),這些耐久性測試側(cè)重于在苛刻的外部條件下驗證結(jié)構(gòu)抗破裂能力。因為這些條件集中在結(jié)構(gòu)應勞上,所以是以液壓方式進行的。
耐久性試驗確保氣瓶完夠在使用條件下避免破裂,包括加注頻率,物理損壞和惡劣環(huán)境條件。
在整個的耐久性能驗證試驗過程中,模擬了延長和過度使用的惡劣工況,例如使用壽命內(nèi)從空到滿(85℃nwp,-40℃ 的 0.8nwp)以及在使用過程中可能出現(xiàn)的過壓工況。
2.2 耐久性能驗證試驗內(nèi)容
2.2.1 耐壓試驗
耐壓試驗是對安全強度的驗證,檢查氣瓶制造過程中是否存在缺陷并確定缺陷的嚴重程度,同時對氣瓶的載能力進行驗證。
2.2.2 跌落試驗
跌落試驗要求氣瓶從高的叉車分別以幾個角度跌落。驗證汽車維修過程中的風險,例如裝卸過程中從落,旨在驗證氣瓶承受安裝過程中的抗跌落能力。
2.2.3 表面損傷
表面損傷會削減氣瓶外表面的耐磨損特性,可能導致保護涂層的嚴重磨損;降低外部結(jié)構(gòu)強度。
2.2.4 化學暴露
車輛在使用過程中,有可能會接觸到各種各樣的化學品,例如車輛上使用的液體(電池酸和洗劑液),道路近使用的化學品(化肥硝酸鹽和堿液),加油站用液體(甲醇和汽油)。根據(jù)cng氣瓶使用經(jīng)驗,造成破裂的主要應力腐蝕破裂(同時接觸腐蝕性化學品和加壓后破裂,受到撞擊或磨損后的涂層滲透會降低保護功能,是造成蝕開裂的危險因素)。
2.2.5 化學暴露下常溫壓力循環(huán)試驗
在常溫壓力循環(huán)試驗的后需要進行 10 次 5nwp 的循環(huán)試驗,主要是考慮到加氫站過壓情況,一般加求限制在 ≤5nwp,驗證在 10 次暴露于 5nwp 加注期間不會泄漏,確保儲氫氣瓶在加氫站故障導致超壓時有抵抗破壞的能力。
2.2.6 高溫靜壓試驗
高溫靜壓試驗用來模擬高溫加注停車 25a(車輛在滿加注條件下維修、遺棄、收藏)利用試驗室數(shù)據(jù)確定應試驗的等效性,根據(jù)應力破裂概率失效的等同性,0nwp 下使用 25a 等同于 25nwp 下使用 1000h。
在高溫靜壓試驗中選取了 85℃,主要是考慮一些復合材料表現(xiàn)出溫度依賴性疲勞速率(與樹脂氧化潛在相汽車停放在陽光直射瀝青路面,50℃ 的環(huán)境,測量發(fā)動機艙溫度 82℃;在 49℃ 的陽光直射的黑色皮卡車的箱子有蓋子的黑色儲氫瓶的大/平均測量表面溫度為 87℃。綜合進行考慮選取 85℃ 作為試驗用溫度值。
2.2.7 極限溫度壓力循環(huán)試驗
在極限溫度壓力循環(huán)試驗中,我們采取的溫度范圍為 -40~85℃。氣象記錄顯示溫度為 -40℃ 或低于 -40℃ 位于北緯 45° 以北;溫度為 50° 多是低緯度國家的沙漠地區(qū);有地區(qū)政府記錄顯示,當?shù)氐臏囟瘸霈F(xiàn)頻率為測數(shù)據(jù)顯示每年 5% 的時間會出現(xiàn) -30℃ 的低氣溫。而且每天的低溫度不會超過 24h,因此,車輛持續(xù)暴 0℃ 的時間不到車輛使用壽命的 5%,所以選取 -40℃ 作為試驗用的低溫度值。
2.2.8 剩余強度液壓爆破
在跌落、磨損、腐蝕、疲勞循環(huán)以及高溫靜壓 1000h 后,爆破壓力下降不到 20%;保證有 ±10% 制造偏差容而保證在 0nwp 下具有 25a 的抗破裂能力
3、預期車載性能試驗(氣壓順序試驗)
3.1 預期車載性能試驗目的
驗證氣瓶在預期暴露的惡劣條件下保證基本安全功能的能力;這種預期的暴露包括燃料(氫氣)、環(huán)境端溫度)和正常使用條件(如預期車輛壽命、每次加注行駛里程、加注條件和頻率、停車)。連續(xù)的停車和加注應個車輛可預期的的兩個用途,在預期服務內(nèi)必須有能力承受。
3.2 預期車載性能試驗內(nèi)容
3.2.1 常溫和極限溫度下的氣壓循環(huán)試驗
a)加注循環(huán)次數(shù)的確定
車輛預期服務年限內(nèi),且不發(fā)生泄漏的加注次數(shù) 500 次=車輛預期總續(xù)航里程/單次里程=25萬km/500km
通過常溫和極限溫度下的氣壓循環(huán)試驗證明在 500 次加注中表現(xiàn)出無泄漏的能力,目的是建立基本的車性,為車載氣瓶泄漏的風險進一步發(fā)展前進行監(jiān)測及關(guān)閉車輛系統(tǒng)。由于*加注的應力超過了部分加注的應計驗證試驗為證明燃料無泄漏/泄放能力提供了明顯額外的可靠性。
b)燃料加注條件的確定
3min 是快的由空至滿加注時間要求,相當于典型的汽油加油時間以及現(xiàn)有的加氫站加注技術(shù)發(fā)展水平 pa 快速加注要求氫氣溫度為 -40℃。
預期的大熱沖擊條件為系統(tǒng)在環(huán)境溫度 50℃ 達到平衡并經(jīng)受 -40℃ 氫氣的沖擊,以及系統(tǒng)在 -40℃ 時達到經(jīng)受加注 20℃ 氫氣的沖擊。
3.2.2 溫度靜壓泄漏/滲透試驗
泄漏和滲透是車輛停在封閉空間比如車庫時發(fā)生火災的風險因素。之所以定義泄漏/滲透極限,是要限制度,在溫度高(55℃)、空間小、空氣交換率低(0.03體積/h)的車庫里,不要超過 25%lfl 可燃下限(1% 氫氣)。輛存儲系統(tǒng)總水容積不超過 330l,車庫大小不小于 50m,那么 46ml/(h?l)水容積的滲透率會使氫氣濃度 1% 以內(nèi)。
55℃ 環(huán)境下,把儲罐加滿的大壓力 15nwp(與 85℃ 下 25nwp 和 15℃ 時 0nwp 兩種狀態(tài)相同)。
3.2.3 剩余耐壓試驗
加氫站要求規(guī)定加氫站過壓不得超 5nwp。(這一項加氫站要求應當結(jié)合當?shù)丶託湔緲藴史ㄒ?guī)建立)。
靜態(tài)應力破裂實驗數(shù)據(jù)曾用于定義以下兩種壞情況,具備等效的復合材料靜態(tài)應力破裂概率:一是在 1 下持續(xù) 4min;二是在 5nwp 下持續(xù) 10h(sae 技術(shù)報告 2009-01-0012)。預計將為加注站設計提供超壓保護可達到 5nwp。
3.2.4 剩余強度液壓爆破
儲罐經(jīng)過一系列服務后,爆破壓力要降低 20% 以內(nèi),此要求旨在保證部件的穩(wěn)定性,能夠具備抗破裂能求提供一種保證,即允許存在 10% 的制造變更范圍,以此保證在 0nwp下,抗破裂性能夠維持超過 25a。
關(guān)于氣瓶內(nèi)膽,建議注意內(nèi)膽性能的削弱。氣瓶內(nèi)膽可在爆破后檢查。然后,可以檢查內(nèi)膽和內(nèi)膽/末端界處,看是否出現(xiàn)任何性能下降,比如疲勞斷裂、塑料脫離、密封性降低或靜電放電導致的損壞。
4、服務終止驗證試驗—火燒試驗
4.1 服務終止驗證試驗目的
火燒試驗是為了驗證按設計規(guī)定帶有防火保護系統(tǒng)(瓶閥、壓力泄放裝置和/或整體絕熱層)的成品氣瓶,處的火燒條件下防止爆炸的能力。
4.2 火燒試驗依據(jù)
過去十年,對cng儲罐使用過程中出現(xiàn)故障的全面檢測表明,大部分的火災事故發(fā)生在使用設計不恰當裝置(prd),其余火災事故是由于即便局部火情已經(jīng)燒到瓶壁,但仍未能使罐體釋放足夠的熱量,從而沒有觸裝置(prd),進而未能起到保護儲罐的作用,終導致儲存容器爆炸。局部火燒在以前的法規(guī)或行業(yè)標準中及。本法規(guī)中火燒試驗規(guī)定了局部火燒和整體火燒。
火燒試驗基于日本汽車研究所(jari)和美國制造商車輛級別的測試。主要研究結(jié)果如下:
約 40% 的實驗室車輛燃燒調(diào)查結(jié)果表明,在被視為局部火燒的情況中,數(shù)據(jù)顯示,復合材料壓縮氣體儲罐末端的泄壓裝置(prd,離火源遠)還沒來得及被激活時,就會被局部燒壞。(注意:300℃ 溫度作為局部火災發(fā)度條件是因為熱重分析(tga)表明容器材料在這個溫度下會迅速降解);雖然實驗室車輛燃燒通常持續(xù) 30~60 其儲存容器的局部火燒降解容器的時間不到 10min;局部火平均高溫度低于 570℃,峰值溫度在某些情況下 00~880℃;在局部火燃燒后期時,其峰值溫度的上升,通常是局部火過渡到整體/吞噬火的標志。