一种高压氢气PCHE换热器疲劳试验样机的制作方法

本发明属于换热器性能测试，具体涉及一种高压氢气pche换热器疲劳试验样机。

背景技术：

0、技术背景

1、微通道换热器(pche)是一种通过在薄板片上蚀刻换热通道，并通过扩散焊将板片焊合在一起所制成的换热器。这种换热器具有结构紧凑、换热效率高、耐高温、耐高压等优点，在lng浮式储存和再汽化领域，核电、火电等布雷顿循环发电领域，制氢、储氢和充氢等领域将会有广泛的应用。

2、应用于加氢站充氢过程的高压氢气pche换热器最高操作压力可达到90mpa，并伴有频繁的压力波动，使得该场景下的pche换热器存在疲劳破坏的可能性。但目前用于制造这类换热器的钢板材料及扩散焊接头在90mpa以上氢气环境中的适用性以及在90mpa以上氢气环境中的疲劳性能均处于研究阶段，缺少安全保障。此外，加工、制造过程中的缺陷也可能会对此类换热器在使用过程中的安全性产生影响。

3、提供一种试验样机以简单快速确认设计的pche换热器在测试条件下的抗疲劳性能，由此确认设计的合理性，是十分有必要的。

技术实现思路

1、本发明是为了解决上述问题，提供一种高压氢气pche换热器疲劳试验样机。

2、本发明采用了以下技术方案：

3、一种高压氢气pche换热器疲劳试验样机，包括两台串联的pche换热器模型机，两台pche换热器模型机设计参数相同，其中第一模型机包括：在pche换热器结构基础上，沿低压氢侧管箱靠近流道区域的一侧进行直线切除以及沿缓冲槽靠近流道区域和低压氢侧管箱的l型边线进行切除后得到的结构；第二模型机包括：在pche换热器结构基础上，增大高压流道半径r的尺寸得到的结构；

4、所述串联为：第一模型机的进口连接充放氢试验系统进气口，第一模型机的出口连接第二模型机的进口，第二模型机的出口连接充放氢试验系统出气口。

5、优选的，所述pche换热器模型机中，高压氢侧板片上的流道区域内布置呈几字型紧密排列的高压流道，所述高压氢侧板片和低压氢侧板片在流道区域的两侧相同位置布置缓冲流道，所述缓冲流道垂直于高压流道几字型排列产生的转弯间隙，缓冲流道叠合形成缓冲槽；高压氢侧管箱与所述缓冲流道同侧设置且设置位置相避让，低压氢侧管箱布置在流道区域两侧并于所述高压氢侧管箱呈十字型。

6、优选的，所述缓冲槽与每个所述高压氢侧板片的高压流道区域之间设置释放通道，所述释放通道布置在所述高压流道几字型排列产生的转弯间隙中。

7、优选的，所述pche换热器模型机中，记相邻高压流道的中轴线之间的距离为s1，记缓冲槽与其最靠近的流道区域间的距离为s2，则s2满足s2≥0.5s1。

8、优选的，所述第二模型机中，增大高压流道半径r的尺寸的原则是：在保证流道肋不遭受一次应力破坏的前提下，通过有限元模拟测试，使第二模型机的抗疲劳性能下降至原结构的80％以下。

9、本发明的有益效果在于：

10、针对pche换热器在使用过程中因制造换热器的材料在高压氢下发生劣化而发生断裂或因循环压力载荷引起疲劳断裂抑或因制造缺陷引起破坏时会泄漏氢气，设计了带有缓冲槽的pche换热器。本试验样机基于带缓冲槽的pche换热器进行搭建，构建出一套能够简单测试pche换热器结构设计合理性以及缓冲槽效果验证的测试方法。

11、本试验样机由第一模型机和第二模型机串联构成，向第一模型机和第二模型机重复充气和泄压过程即可进行抗疲劳测试。本发明中第一试模型机仅保留包括高压氢侧板片、低压氢侧板片和端板在内的涉及pche换热器基本功能的结构，以消除板片流道区域以外的材料对流道结构强度及疲劳性能的影响，以便于将试验结果与理论预测结果进行更好的比较。第二模型机在新设计的pche结构基础上，保持高压流道的间距不变，仅增大流道半径，使得高压流道的流道肋减小，则应力增大，高压氢侧板片的抗疲劳性能减弱，从而在抗疲劳试验中提前于第一试模型机发生断裂，以验证高压氢气pche换热器流道区域以外部分结构设计的合理性。第二模型机发生断裂后，泄漏氢气至缓冲槽，还能够检验缓冲槽的有效性。

1.一种高压氢气pche换热器疲劳试验样机，其特征在于，包括两台串联的pche换热器模型机，两台pche换热器模型机设计参数相同，其中第一模型机包括：在pche换热器结构基础上，沿低压氢侧管箱(31)靠近流道区域的一侧进行直线切除以及沿缓冲槽(40)靠近流道区域和低压氢侧管箱(31)的l型边线进行切除后得到的结构；第二模型机包括：在pche换热器结构基础上，增大高压流道半径r的尺寸得到的结构；

2.如权利要求1所述的一种高压氢气pche换热器疲劳试验样机，其特征在于，所述pche换热器模型机中，高压氢侧板片(20)上的流道区域内布置呈几字型紧密排列的高压流道(22)，所述高压氢侧板片(20)和低压氢侧板片(30)在流道区域的两侧相同位置布置缓冲流道，所述缓冲流道垂直于高压流道(22)几字型排列产生的转弯间隙，缓冲流道叠合形成缓冲槽(40)；高压氢侧管箱(21)与所述缓冲流道同侧设置且设置位置相避让，低压氢侧管箱(31)布置在流道区域两侧并于所述高压氢侧管箱(21)呈十字型。

3.如权利要求1所述的一种高压氢气pche换热器疲劳试验样机，其特征在于，所述缓冲槽(40)与每个所述高压氢侧板片(20)的高压流道(22)区域之间设置1个或多个释放通道(41)，所述释放通道(41)的进口布置在所述高压流道(22)几字型排列产生的转弯间隙中。

4.如权利要求1所述的一种高压氢气pche换热器疲劳试验样机，其特征在于，所述pche换热器模型机中，记相邻高压流道(22)的中轴线之间的距离为s1，记缓冲槽(40)与其最靠近的流道区域间的距离为s2，则s2满足s2≥0.5s1。

5.如权利要求1所述的一种高压氢气pche换热器疲劳试验样机，其特征在于，所述第二模型机中，增大高压流道半径r的尺寸的原则是：在保证流道肋不遭受一次应力破坏的前提下，通过有限元模拟测试，使第二模型机的抗疲劳性能下降至原结构的80％以下。