Badania zbiorników kompozytowych i innych obiektów wysokociśnieniowych

Laboratorium Wysokociśnieniowych Zbiorników Kompozytowych od wielu lat zajmuje się badaniami wysokociśnieniowych zbiorników przeznaczonych do gromadzenia wysoko sprężonych paliw gazowych (CNG, wodór) stosowanych w motoryzacji oraz rozwojem i udoskonalaniem ich konstrukcji. Większość prac z zakresu R&D realizowanych w Laboratorium związanych jest ze zbiornikami 3. oraz 4. generacji (pełen oplot kompozytowy na linerze metalowym bądź wykonanym z tworzywa, tzw. „fullcomposite”).

Wykonywane są następujące badania kompozytowych zbiorników wysokociśnieniowych (zgodnie z obowiązującymi normami m.in. PN-EN ISO 11439:2003, PN-EN 12257:2002, PN-EN 12245+A1:2012, ISO/TS 15869:2009, ISO 11119-1: 2002, ISO 11119-2: 2002, ISO 11119-3:2002, ECE R110 oraz rozporządzeniem Komisji (UE) 406/2010 z dnia 26 kwietnia 2010 r.) a mianowicie:

Ponadto w trakcie badań możliwe jest przeprowadzenie:

  • pomiarów lokalnych odkształceń powierzchni zbiornika metodami tensometrycznymi lub światłowodowymi (urządzenia pomiarowe firm: HBM, IPHT, Smartec, Fibersensing, FISO),
  • pomiarów emisji akustycznej (urządzenie pomiarowe firmy Vallen),
  • pomiarów termowizyjnych (kamera firmy InfraTec),
  • innych pomiarów (do uzgodnienia z Klientem).

Przeprowadzane są także badania na innych wysokociśnieniowych obiektach, takich jak: siłowniki hydrauliczne, przewody ciśnieniowe, obiekty eksperymentalne itp.

_______________________________________________________________________________________________________________

Próba cykliczna w temperaturze pokojowej

Próba cykliczna w temperaturze pokojowej (z ang.: ambient temperature pressure cycling test, inna nazwa badania zmęczeniowe butli do gazów w temperaturze otoczenia) symuluje wielokrotne opróżnianie i napełnianie zbiornika podczas jego normalnej pracy w temperaturze otoczenia (normalnych warunkach atmosferycznych).

Próba ta przeprowadzana jest na kompozytowych zbiornikach wysokociśnieniowych w następujący sposób:

  • napełnienie zbiornika cieczą nie powodującą korozji (np. olej, woda, glikol),
  • obciążanie cykliczne zbiornika w przedziale ciśnień od ciśnienia dolnego równego 2 MPa (lub mniejszego w zależności od użytej normy) do ciśnienia górnego równego 1,25 x NWP (z ang.: Nominal Working Pressure, nominalne ciśnienie pracy) z prędkością zmian nie większą niż 10 cykli na minutę.

Charakterystyka układu hydraulicznego:

  • max. ciśnienie cyklowania: 140 MPa,
  • min. ciśnienie cyklowania: <2 MPa,
  • liczba cykli: <10 cykli/min (w zależności od pojemności zbiornika, ciśnienia cyklowania, itp.),
  • medium robocze: olej lub glikol.

Ponadto w trakcie próby cyklicznej możliwe jest przeprowadzenie następujących pomiarów:

  • rejestracji charakterystyki każdego cyklu (czasu narastania, czasu opadania, ciśnienia maksymalnego, ciśnienia minimalnego),
  • pomiarów średniej wartości ciśnienia maksymalnego i minimalnego,
  • pomiarów lokalnych odkształceń powierzchni zbiornika metodami tensometrycznymi lub światłowodowymi,
  • pomiarów emisji akustycznej,
  • innych (do uzgodnienia).

Stanowisko do badań cyklicznychStanowisko do badań cyklicznychManometr - stanowisko do badań cyklicznych do 1200 barWybrany cykl zmiany ciśnienia dla badań cyklicznych

 

 

 

 

Próba cykliczna w temperaturach ekstremalnych

Próba cykliczna w temperaturach ekstremalnych (z ang.: extreme temperature pressure cycling test, inna nazwa badania zmęczeniowe butli do gazów w skrajnych temperaturach) imituje wielokrotne napełnianie i opróżnianie zbiornika podczas jego normalnej pracy w szerokim zakresie temperatur (w skrajnych warunkach atmosferycznych).

Próba ta przeprowadzana jest na kompozytowych zbiornikach wysokociśnieniowych w następujący sposób:

  • napełnianie zbiornika cieczą nie powodującą korozji (np. olej, woda, glikol),
  • wstępne kondycjonowanie przez 48h w podwyższonych temperaturach(z zakresu 65÷85 °C w zależności od normy) i wilgotności względnej równej min. 95 %,
  • poddanie próbie cyklowania w przedziale ciśnień od ciśnienia dolnego równego 2 MPa (lub mniejszego w zależności od normy) do ciśnienia górnego równego 1,25 x NWP (z ang.: Nominal Working Pressure, nominalne ciśnienie pracy) w warunkach wstępnego kondycjonowania,
  • wychłodzenie zbiornika oraz medium roboczego do temperatury -40 °C (lub niższej w zależności od normy),
  • poddanie zbiornika próbie cyklowania w przedziale ciśnień od ciśnienia dolnego równego 2 MPa (lub mniejszego w zależności od normy) do ciśnienia górnego równego NWP (nominalne ciśnienie pracy) w temperaturze -40 °C (lub niższej w zależności od normy).

Prędkość cyklowania nie może być większa niż 10 cykli na minutę przy badaniach w wysokich temperaturach oraz nie może być większa niż 5 cykli na minutę przy badaniach w niskich temperaturach.

Najważniejsze parametry komory klimatycznej:

  • min. temperatura: -52 °C,
  • max. temperatura: 90 °C,
  • max. wilgotność: 100 %,
  • wymiary komory: 3m x 2m x 2m.

Charakterystyka układu hydraulicznego:

  • max. ciśnienie cyklowania: 140 MPa,
  • min. ciśnienie cyklowania: <2 MPa,
  • liczba cykli: <10 cykli/min (w zależności od pojemności zbiornika, ciśnienia cyklowania, itp.),
  • medium robocze: olej lub glikol.

Ponadto w trakcie próby cyklicznej możliwe jest przeprowadzenie następujących pomiarów:

  • rejestracji charakterystyki każdego cyklu (czasu narastania, czasu opadania, ciśnienia maksymalnego, ciśnienia minimalnego),
  • pomiarów średniej wartości ciśnienia maksymalnego i minimalnego,
  • pomiarów lokalnych odkształceń powierzchni zbiornika metodami tensometrycznymi lub światłowodowymi,
  • pomiarów emisji akustycznej,
  • innych (do uzgodnienia).

Chłodnica komory klimatyczej
Temperatura medium roboczego w trakcie badań cyklicznych zbiornika w zakresie od 20 do 700 bar
Wnętrze komory klimatycznej w trakcie badań zbiornika typu II-go

 

 

 

 

Próba na rozrywanie

Celem próby na rozrywanie (z ang.: burst test, inna nazwa próba statyczna) jest określenie wartości ciśnienia, które spowoduje rozerwanie badanego zbiornika.

Zakłada ona obciążenie hydraulicznie zbiornika z ustaloną prędkością narastania ciśnienia (określoną w zależności od normy) począwszy od ciśnienia atmosferycznego, aż do jego rozerwania. Po osiągnięciu ciśnienia próby badanie powinno trwać jeszcze przez ustalony czas (określony w zależności od normy) zanim zbiornik ulegnie zniszczeniu.

Charakterystyka układu hydraulicznego:

  • max. ciśnienie: 300 MPa,
  • prędkość obciążania: <0,5 MPa/s,
  • medium robocze: woda.

Ponadto w trakcie próby na rozrywanie możliwe jest przeprowadzenie następujących pomiarów:

  • rejestracja charakterystyki zmiany ciśnienia wewnętrznego oraz
  • rejestracja ciśnienia rozrywania,
  • pomiarów lokalnych odkształceń powierzchni zbiornika metodami tensometrycznymi lub światłowodowymi,
  • pomiarów emisji akustycznej,
  • innych (do uzgodnienia).

Stanowisko badawczeZbiornik po badaniach niszczącychPrzykładowe wyniki - ciśnienie i odkształcenieZbiornik po badaniach niszczących

 

 

 

 

 

Próba rozszerzalności

Próba rozszerzalności (inna nazwa próba hydrauliczna, próba wodna, z ang.: water jacket test) zbiorników wysokociśnieniowych zakłada poddanie próbie kompletnego zbiornika zgodnie z procedurą:

  • napełnienie zbiornika testowego nieściśliwą cieczą nie powodującą korozji (np. olej, woda, glikol),
  • zanurzenie zbiornika testowego w komorze badawczej wypełnionej wodą,
  • zwiększenie ciśnienia w zbiorniku testowym do wartości równej 1,5 x NWP (z ang.: Nominal Working Pressure, nominalne ciśnienie pracy),
  • po upływie określonego czasu (określonego w zależności od normy) odciążenie zbiornika do ciśnienia atmosferycznego,
  • pomiar ilości cieczy wypartej z komory badawczej.

Głównym celem tego badania jest sprawdzenie szczelności butli ciśnieniowych przy zadanym ciśnieniu lub skontrolowania, czy doszło do widocznych i trwałych odkształceń butli po próbie. W trakcie próby butla kompozytowa poddana ciśnieniu może zwiększyć swoją objętość ulegając tzn. rozszerzeniu, jednak granica trwałego rozszerzenia powinna mieścić się w warunkach określonych przez wytwórcę, z uwzględnieniem wymagań dotyczących rozszerzenia butli zawartych w normie.

Stanowisko badawczeIdea testu na rozszerzalnośćPomiary rozszerzalności zbiornika dziewiczego

 

 

 

Próba zrzutowa

Próba zrzutowa (inna nazwa próba spadowa, z ang.: impast damage test) imituje warunki nieumyślnego upuszczenia kompozytowego zbiornika wysokociśnieniowego.

Zakłada ona poddanie próbie zbiornika kompozytowego bez zainstalowanych zaworów oraz nieobciążonego ciśnieniem wewnętrznym. Testowy zbiornik powinien zostać zrzucony na płaską, twardą powierzchnię (np. betonową) w następujący sposób:

  • w pozycji poziomej: przy dnie zbiornika znajdującego się na wysokości 1,8m ponad powierzchnią,
  • w pozycji pionowej: na każdą z dennic z wysokości odpowiadającej energii potencjalnej 488J, ale nie większej niż 1,8m ponad powierzchnią dla dolnej dennicy butli,
  • pod kątem 45° do powierzchni z wysokości, dla której środek ciężkości zbiornika znajduje się 1,8m ponad powierzchnią (jeżeli koniec zbiornika znajduje się mniej niż 0,6m ponad powierzchnią, to należy zmienić kąt tak, aby uzyskać minimalną wysokość 0,6m).

W zależności od normy, wg której realizowana jest próba, dopuszcza się przeprowadzenie zrzutów na jednym bądź trzech zbiornikach. Po próbach zrzutowych zbiornik (lub zbiorniki) poddawane są próbie cyklicznej w temperaturze pokojowej, w celu sprawdzenia czy zaistniały upadek mógł mieć negatywny wpływ na późniejsze użytkowanie zbiornika.

Przyśpieszone badania wytrzymałościowe

Przyśpieszone badanie wytrzymałościowe (z ang.: accelerated stress rupture test, inna nazwa przyspieszona próba pełzania do rozerwania) są przeprowadzone na kompletnym zbiorniku zgodnie z procedurą:

  • badany zbiornik powinien zostać wypełniony wodą, a następnie zanurzony w wodzie w komorze testowej, w której powinna panować podwyższona temperatura (określona w zależności od normy, zazwyczaj od 65°C do 85°C).
  • zbiornik obciążany jest statycznie ciśnieniem o wartości równej 1,25xNWP(z ang.: Nominal Working Pressure, nominalne ciśnienie pracy). Tak obciążony zbiornik powinien być utrzymany w opisanych warunkach przez 1000 godzin.

Po tym czasie zbiornik poddany zostaje próbie na rozrywanie. Aby próba była ukończona sukcesem, ciśnienie rozrywania powinno przekroczyć 85 %wartości średnich ciśnień z próby na rozrywanie.

Komora testowa