編者按：

燃料電瓶車輛儲氫系統(tǒng)的密封功耗是決定整車安全的關(guān)鍵功耗，只是保障氫燃料電瓶車輛整車安全最為重要的技術(shù)功耗指標(biāo)之一。

減壓閥作為車載儲氫系統(tǒng)中的關(guān)鍵零部件，不僅壓力-流量特征需滿足燃電系統(tǒng)要求外，亦是在大學(xué)壓氣體在調(diào)節(jié)過程會考驗(yàn)密封功耗的重要部位。其密封功耗除了還要滿足在高低溫交變、高低壓、腐蝕等極端環(huán)境下指標(biāo)要求，更須要在減壓閥的使用壽命周期內(nèi)全程保證氣體的密封性。

然而，高功耗密封解決方案對于減壓閥的設(shè)計(jì)應(yīng)用而言十分關(guān)鍵。

一緒論

氫用減壓閥因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)簡略、安裝空間小，可增加氣體壓力等優(yōu)勢被廣泛應(yīng)適于氫燃料電瓶車輛儲氫系統(tǒng)模塊?，F(xiàn)在，主流市場氫用減壓閥普遍選用閥門、閥座密封式，單級或多級減壓方式，主要密封部件包括有三處：啟閉件與噴嘴兩密封面間的接觸處，濾料與導(dǎo)輪和濾料函的配合處；閥門與閥蓋的連結(jié)處。市場大部份減壓閥產(chǎn)品均選用內(nèi)部套件結(jié)構(gòu)，通過“大件套大件”連接方式，容積和凈重都較大，且泄露點(diǎn)較差，容易發(fā)生部件故障與泄露隱患。未勢能源選用外殼直接連結(jié)結(jié)構(gòu)，將汽缸及關(guān)鍵密封件“包裹”在外殼中，減少零部件數(shù)目及泄露點(diǎn)，大大增加了整閥門積和凈重以及泄露風(fēng)險，增加了減壓閥整體安全功耗。

基于生物質(zhì)能安全應(yīng)用需求，未勢能源儲氫技術(shù)團(tuán)隊(duì)依照氣體化學(xué)特征，以及減壓閥的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則及管件密封功耗的基本理論，從避免泄露視角出發(fā)，通過在室溫或密封力作用的變化下，對影響減壓閥密封的關(guān)鍵要素與密封副結(jié)構(gòu)、密封比壓等，進(jìn)行充分設(shè)計(jì)、性能估算與檢測驗(yàn)證。

二設(shè)計(jì)準(zhǔn)則

融合寬溫、寬壓、輸出壓力穩(wěn)定、集成化需求

因?yàn)檎噾?yīng)用載荷環(huán)境復(fù)雜，且氣體的化學(xué)介質(zhì)特征，減壓閥的設(shè)計(jì)與制造面臨一系列的技術(shù)瓶頸，比如，材料的選擇、低溫密封、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、固溶處理、深冷處理、絕熱、質(zhì)量測試、維修、安全等。

在設(shè)計(jì)減壓閥時，不僅應(yīng)遵守通常球閥的設(shè)計(jì)原則外，應(yīng)按照使用的

條件，依照減壓閥以下特殊設(shè)計(jì)要求，包括：

①鑒于整車使用環(huán)境，球閥應(yīng)滿足（-50~85）℃使用環(huán)境。

②根據(jù)不同顧客需求，球閥應(yīng)滿足寬壓使用范圍，現(xiàn)在氫燃料電瓶車輛通用鋼瓶分為35MPa和70MPa兩種，在設(shè)計(jì)球閥時，應(yīng)使球閥在（0.2~70）MPa范圍內(nèi)巨有輸出穩(wěn)定壓力能力。

③根據(jù)整車需求，球閥應(yīng)集成雙向閥、安全泄放閥、服務(wù)口等結(jié)構(gòu)。

在減壓閥設(shè)計(jì)過程中，不僅考慮減壓閥流通能力等通常性要求外，還須要考慮一些其他指標(biāo)，從而更好地對高溫球閥的技術(shù)水平進(jìn)行評價。一般通過考量能量消耗是否合理對減壓閥的技術(shù)水平進(jìn)行評價，包括考量：

①減壓閥的絕熱功耗

②減壓閥的冷卻功耗

③減壓閥啟閉密封件的工作功耗

④減壓閥耐延性

氫用減壓閥與其它通用管件的工作環(huán)境有巨大的差別，在減壓閥設(shè)計(jì)、制造和檢測等過程中不僅要遵循管件設(shè)計(jì)、制造和檢測的通常規(guī)則外，還必須留意對減壓閥所處的載荷環(huán)境，如低溫、高壓、腐蝕性等給予充分權(quán)衡。

三基本理論

真正做到避免泄露和保證密封

影響減壓閥密封的誘因主要有密封副結(jié)構(gòu)、密封面比壓、介質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)及密封副的品質(zhì)等，只有在真正了解減壓閥密封原理的前提下，充分考慮各類影響其密封功耗的誘因，能夠真正做到避免泄露和保證密封。

密封副品質(zhì)：23g

密封比壓：/cm2

流體的數(shù)學(xué)性質(zhì)：極易泄露

未勢能源70MPa減壓閥密封原理：

在基于生物質(zhì)能減壓閥以上密封要素特征基礎(chǔ)上，未勢能源70MPa減壓閥高壓端選用創(chuàng)新型SAE密封方式減壓閥，爆破壓力可達(dá)；減壓模塊密封副選用斜面、錐面密封方式，采用高硬度密封材料，既保證密封療效，又保證使用壽命。

四創(chuàng)新密封結(jié)構(gòu)

獲得國家多項(xiàng)專利授權(quán)

傳統(tǒng)的減壓閥密封結(jié)構(gòu)一般使用平面密封或線密封方式，未勢能源通過三種創(chuàng)新式密封結(jié)構(gòu)，解決高壓氫閥中的內(nèi)漏問題，并榮獲了專利認(rèn)證。

1.徑向密封的密封結(jié)構(gòu)：傳統(tǒng)方案選用硬密封方式，對密封活門和活塞兩個密封面的加工要求極高，而且在密封過程中，極易對密封面導(dǎo)致形變，進(jìn)而造成氣密性遭到影響。未勢能源創(chuàng)新提出了一種徑向密封的密封結(jié)構(gòu)，通過小倒角與工件接觸進(jìn)行密封，保證減壓閥在鎖閉狀態(tài)下的密封功耗。相較傳統(tǒng)方案，密封力大減壓閥，且更容易密封。

2.斜面密封結(jié)構(gòu)：傳統(tǒng)減壓閥或其他高壓氫閥中，一般使用平面密封方式或工件密封方式，傳統(tǒng)方案難以保證在低壓狀態(tài)下的密封，且壽命較多，在高壓減壓閥結(jié)構(gòu)中，若使用彈簧結(jié)構(gòu)，會使減壓閥整體容積偏大，凈重大。未勢能源創(chuàng)新提出了一種斜面密封方式的減壓閥結(jié)構(gòu)，通過塑性材料的斜面與金屬材料倒角接觸級行密封，保證密封副的穩(wěn)定性與持久性。相較傳統(tǒng)方案，結(jié)構(gòu)更簡略，密封功耗好，且容積、重量較小。

3.彈性密封方式的雙向閥結(jié)構(gòu)：傳統(tǒng)方案選用硬密封方式，對密封活門和外殼兩個密封面的加工精度要求極高，而且在低壓（≤5MPa）時未能密封，泄露量較大。未勢能源創(chuàng)新提出了一種彈性密封方式的雙向閥結(jié)構(gòu)，改結(jié)構(gòu)使用彈性體TPU材料進(jìn)行密封，適用于高壓、氫氣環(huán)境，保證在3-70MPa壓力下的氣密性。相較傳統(tǒng)方案，具備結(jié)構(gòu)簡略、密封作用強(qiáng)、加工難度低、可調(diào)節(jié)流量等優(yōu)勢。

五實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

按照整車運(yùn)行載荷、系統(tǒng)高效運(yùn)行及安全功耗技術(shù)需求，未勢能源70MPa減壓閥共計(jì)進(jìn)行17大類少于1000次的臺架檢測，包括壽命檢測、液壓循環(huán)檢測、高低溫內(nèi)外漏檢測等多項(xiàng)關(guān)鍵檢測，并配套多款氫燃料電瓶車型完成春季校準(zhǔn)、續(xù)航里程等多項(xiàng)整車級載荷功耗檢測，用大量實(shí)測數(shù)據(jù)展現(xiàn)安全功耗、驗(yàn)證卓越質(zhì)量。

在最為關(guān)鍵的泄露檢測環(huán)節(jié)，通過常規(guī)性高低溫內(nèi)外漏檢測，全壽命周期、全殼體純氫檢測＜，氣體外漏率大于0.6Nml/h，球閥上任意一點(diǎn)的氣體泄露含量大于50ppm，且遠(yuǎn)超國外外通用標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)則＜10Nml/h泄露指標(biāo)，整體達(dá)到高檔密封設(shè)計(jì)療效，保證在密封過程中實(shí)現(xiàn)二氧化碳“0”泄漏，從本質(zhì)上排除泄露隱患。

六、結(jié)束語

現(xiàn)在，未勢能源70MPa減壓閥攻破了儲氫高靠譜性、高安全性瓶頸，榮獲了多項(xiàng)專利，彌補(bǔ)了自主企業(yè)在高壓球閥領(lǐng)域的多項(xiàng)技術(shù)空白，早已通過“國家機(jī)動力產(chǎn)品品質(zhì)監(jiān)督檢測中心（北京）”、“德國聯(lián)邦鐵路貨運(yùn)管理局（KBA）EC79”等權(quán)威認(rèn)證，且具有燃料電瓶車輛規(guī)模化配套能力，廣泛適用于35MPa/70MPa車載儲氫系統(tǒng)，可提供多元化開發(fā)需求及安全有效的解決方案。同時，未勢能源減壓閥產(chǎn)品自6月末新上市以來，已累計(jì)產(chǎn)量超百套，并與行業(yè)多家主機(jī)廠簽訂合作意向書，綜合功耗廣受市場顧客好評。

閥門廠家專業(yè)針對各類減壓閥、球閥、防腐閥門

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