LNG车用低温经济阀检测试验台的设计开发

李珍珍 姜斌 王建京 杨军社

摘 要

低温经济阀产品应用于LNG汽車气瓶供气系统中的经济回路，以达到节约能源的目的。根据低温经济阀的原理，提出了其出厂测试需要满足的功能和技术条件，对低温经济阀检测试验台进行了结构、检测流程、管路布局的设计，并进行差压法测试及流量检测原理的阐述。该试验台能够在常温下自动进行外密封、开启压力、锁闭压力、内密封和动作灵活性的检测，满足了具体工况要求，达到出厂检测的目的，极大提高了生产测试效率。

关键词

LNG;低温经济阀;检测试验台

中图分类号： TM621      文献标识码： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.19.028

0 引言

目前，客车以及重型汽车上大量采用LNG清洁能源，由于一次充液后行驶里程长，原料价格低廉等较多优点，目前发展势态良好[1-2]。低温经济阀产品主要应用于LNG汽车气瓶供气系统中的经济回路，以利用气瓶顶部气相空间增压时过多的饱和蒸汽，从而达到节约能源的目的

因低温经济阀的介质为LNG，其温度极低为-162℃，且动作频繁，这就对产品的密封性和可靠性提出了较高的要求[3-4]。需要低温经济阀有很好的外密封、内密封性能，且开启、锁闭压力稳定可靠。所以，利用LNG低温经济阀的测试试验台进行检测，不仅能提高生产效率，更重要的是消除人为误判等因素，产品的性能更加可靠。

1 检测试验台实现功能和技术条件

LNG车用低温经济阀属于一种溢流阀。高于经济阀的设定压力时，经济阀开启，反之则关闭。设定的经济阀开启压力为1.1 MPa。基于对低温经济阀的实际应用要求，确定其测试试验台的功能和技术条件如下：

（1）基本技术参数：

①主管路通径 ≥DN10;支管路通径 ≥DN6;

②气源：氮气，15MPa;

③系统工作压力：0～5MPa;

④压力表精度：≥0.25级;

⑤传感器精度：≥0.25%FS;

⑥系统过滤精度：≥40μm

⑦流量计测量范围：0-30 g /s;流量计精度：±0.1g /s;

（2）所有测试参数均采用电测/直测两种测试方式，且可远程/本地显示;

（3）试验操作方面，试验系统须自动化操作，产品需实现快速装拆，即被试阀门的进、出气口采用非螺纹方式连接;被试阀门进气有带接头和不带接头两种形式，试验工装应能在两种模式下切换;

（4）试验台自动调压，能自动测量、判断、记录试验数据，并根据需要输出数据。

（5）试验台的试验工位应预留扩展空间;

（6）试验系统需配置缓冲罐以稳定试验压力，避免因供气不足对测试造成影响。

2 检测试验台的设计

2.1 检测试验台的结构设计

低温经济阀常温下性能测试试验台系统包括试验台控制柜体和测试件安装平台两个部分，如下图1所示。试验台工作台面采用加厚不锈钢板制作。连接管路及接头均采用不锈钢材质，接头使用球头和37°喇叭口密封形式螺纹连接。试验台采用侧方进气，后方出气的气路布局。整个柜体采用碳钢板加工成型，所有焊点均在柜体内部完成。柜体的表面烤漆处理，柜体前方设置两个门，后方设置两个可拆卸结构门，方便维修或观察。试验台工作台面设计有预留的扩展空间，方便后期的扩展功能。

2.2 检测试验台的流程设

经济阀在检测时，需要依次进行阀门的外密封检测、开启压力调定、锁闭压力检测、内密封检测及动作灵活性检测。每一个检测分项都需要合格才能进入下一步的检测，如某一分项不合格会自动报警。

2.3 检测试验台的整体管路布局设计

图1为经济阀常温试验台具体的实施方案图。该试验系统采用高纯压缩氮气作为气源，整体分为两路，一路气供检测使用，另一路气供工装夹具使用。

为了提高检测效率，设计两个完全相同的工位同时进行检测。试验件入口压力可以通过比例减压阀调节到0～2.5 MPa的范围内。比例减压阀后端设置排气管路和4 MPa的安全阀，以利于管路排气，防止超压。每个被试阀后端并行4路，在进行不同测试项目时按照需求进行切换使用。

工装夹具支路也是分为两个完全相同的工位，每个工位各有两个气缸，一个气缸卧式布置，用于侧面推进密封接头;另一个气缸立式布置，用于压紧被试阀。工装夹具支路的气路被分为4路，并行进入每个气缸，气缸的控制压力范围0.4～0.7MPa。

2.4 检测试验台的差压法测试设

在经济阀检测外密封性的具体实施过程中，经过试验发现，通过常规的压降法难以达到预期目的。主要原因有两个：其一，阀的泄漏量微小，常规的压降法在等待很长时间后，压降仍不足以分辨;其二，压降法测试时，等待时间过长，效率太低。

所以，在测试外密封性的时候，需要考虑其他方式的泄露检测，最终采用了差压力变化法[5-7]。差压力变化法是采用差压传感器实现被检测产品密闭容器内的压力测量，差压传感器的两端分别连接被测容器和基准容器，其中基准容器是一个相对被检件来说是无泄漏存在的密闭容器，如果被测容器有泄漏存在，会导致被测容器的压力发生变化，而基准容器压力不会发生变化，差压传感器会给出了这一微小压力变化量，从而实现漏率测量。具体实施时，需要使用一个外密封性能良好的经济阀作为对比阀，对比阀与工位上的被测阀之间连接差压传感器，在供气结束，即前端电磁阀关闭后，两个经济阀均为密闭腔，内腔压力相等，如被测阀没有外泄漏，则差压为零;如被测阀有泄漏，压差便会有显示。经大量测试反馈，结果准确可靠，且反应时间迅速。

2.5 检测试验台的流量检测设计

被测经济阀后分为4个并行支路。在外密封检测完成后，需要进行调定压力设定，使其在规定的压力下达到规定的流量值要求。经济阀后的第一路电磁阀打开，通过omega热式质量流量计（200sccm量程）检测在合适范围，调定压力即完成。但这一过程中，由于波动和气流冲击，经常造成测试不稳定，所以设计了第四路，通气到水容器进行观测调定。阀前压力稳定为1.1MPa，观测阀门出口在连续冒泡时，锁紧调节螺栓上的螺母，便可以准确调定经济阀的开启压力为1.1MPa。被测经济阀的第二路采用小量程omega热式质量流量计（20sccm量程）的流量计，用来检测是否出现内密封泄漏的情况。第三路用来检测阀门动作灵活性，反复通断电磁阀，因流量大，所以单独设置一路即第四路，防止冲击流量计造成损坏。

3 结论

通过对经济阀常温试验台的设计及具体实施，目前经济阀的批量检测连续高效且稳定。检测时，两个工位同时进行，大大提高了生产效率。对于有故障的被测件，均能够及时预警，达到了预期的使用要求。测试系统的可靠性、测试故障件的真实性和测试型号种类的多样性（对于不同调定压力要求，可单独开发程序模块）均能够满足要求，能够很好地服务生产及其试验开发等工作，是很成功的小流量检测试验台开发的案例。

参考文献

[1]冯陈玥，段兆芳，单卫国.LNG汽车发展现状及相关问题分析[J].中国能源，2014， 36（2）：32-35.

[2]李宁.LNG新能源汽车发展现状及相关问题分析[J].科技经济导刊，2018，26（17）：113+127.

[3]张晶，李明，林娜.LNG低温阀门的安全性设计[J].液压气动与密封， 2018，38（06）：45-47.

[4]张晶，赵磊，黄元红，李明.LNG超低温阀门低温气密试验设计[J].液压气动与密封，2015，35（06）：26-28.

[5]王涛，王东颖，范伟.气体泄漏检测新方法的研究进展[J].液壓与气动，2015，No.290（10）：13-23.

[6]胡牡香，曾灿灿，陈静.一种差压式气密性检测方案及其误差分析[J].机械工程师，2018（11）：87-88+91.

[7]高磊.复杂腔体零件差压式气密性检测建模与仿真[J].现代机械，2016（5）：15-19.