CN110285315A - 一种两端带密封结构的高压储氢容器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及高压储氢容器技术领域，其公开了一种两端带密封结构的高压储氢容器，包括储氢筒体、安装在所述储氢筒体的两端内孔中的柱塞、安装在所述储氢筒体的两端孔口部位用于顶住所述柱塞的顶紧圈、用于将所述柱塞轴向拉紧在所述顶紧圈上的拉紧装置；所述顶紧圈与所述柱塞之间设置有密封圈，所述储氢筒体的内孔表面、所述柱塞的表面分别设置有一层低氢脆的不锈钢金属堆焊层。本发明提高了产品寿命周期、提高了产品可靠性，并有利于产品使用后的检测维护。
Description
技术领域
本发明涉及高压储氢容器技术领域，具体涉及一种两端带密封结构的高压储氢容器。
背景技术
高压储氢容器属于加氢站的氢气储气设备，其主要是为满足70MPa加氢站站内的压缩机压缩氢气后的存储需要。
现有技术中的高压储氢容器存在以下问题：
一是现有的高压储氢容器，其整体结构是采用钢制内容器+层板包扎结构，其疲劳强度低、充装次数少，产品寿命周期较短，一般只有10年。
二是高压储氢容器的层板包扎层数多、壁厚厚度大，焊接工作量大，容易造成泄露点，导致其密封的可靠性较差。
三是高压储氢容器的两端采用的是封头焊接形式，无法拆卸，不利于产品使用后的检测维护。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出一种两端带密封结构的高压储氢容器，旨在提高产品寿命周期、提高产品可靠性，并有利于产品使用后的检测维护。具体的技术方案如下：
一种两端带密封结构的高压储氢容器，包括储氢筒体、安装在所述储氢筒体的两端内孔中的柱塞、安装在所述储氢筒体的两端孔口部位用于顶住所述柱塞的顶紧圈、用于将所述柱塞轴向拉紧在所述顶紧圈上的拉紧装置；所述顶紧圈与所述柱塞之间设置有密封圈，所述储氢筒体的内孔表面、所述柱塞的表面分别设置有一层低氢脆的不锈钢金属堆焊层。
上述技术方案中，一方面通过在储氢筒体的内孔表面及柱塞的表面分别设置一层低氢脆的不锈钢金属堆焊层，以较低的成本大幅度提高了储氢筒体的抗氢脆性能，由此提高了储氢筒体的疲劳强度，延长了产品寿命周期；另一方面相比现有技术中层板包扎结构的高压储氢容器大幅度较少了焊接工作量，从而可以减少由焊接造成的可能的泄露点，提高了密封的可靠性较。
另外，本发明中储氢筒体两端的密封部采用了内置式的柱塞，该密封结构具有自紧密封作用，其依靠储氢筒体内部的高压来推动柱塞向密封圈和顶紧圈的方向靠紧，储氢筒体内部压力越高其靠紧力越大，由此进一步提高了密封面的可靠性。
而且，本发明中的密封结构是可拆卸的，非常有利于产品使用后的检测维护。
作为本发明中拉紧装置的优选方案，所述拉紧装置包括一体化地连接在所述柱塞上的螺柱、连接在所述螺柱上的螺母，所述顶紧圈上设置有与所述储氢筒体的内孔同轴的台阶孔，所述螺母的外圆定位在所述的台阶孔中，所述螺母的端面、所述顶紧圈的端面分别设置有用于自身拧紧的扳紧螺栓。
上述拉紧装置中由于螺母的外圆定位于与储氢筒体的内孔同轴的台阶孔中，因此能够在装配时起到对柱塞良好的导向作用，从而能够有效避免柱塞移动时与储氢筒体的内孔表面之间的划伤。
优选的，所述螺母与所述台阶孔的底端面之间设置有垫圈，所述螺母上设置有若干数量用于顶压所述垫圈以用于预紧所述柱塞的顶压螺栓。
上述通过在螺母上设置若干数量的顶压螺栓，方便了柱塞装配时的预紧。
优选的，所述低氢脆的不锈钢金属堆焊层为310S不锈钢堆焊层。
由于310S不锈钢(即0Cr25Ni20不锈钢)具有良好的抗氢脆性能，因此采用310S不锈钢堆焊层的高压储氢容器其抗疲劳强度好，相比相比现有技术中层板包扎结构的高压储氢容器其使用寿命增加了50％以上，其能够满足15年甚至更久的寿命使用要求。
本发明中，所述柱塞上设置有密封圈的安装外圆和外锥面，所述密封圈的内孔与所述密封圈的安装外圆相适配，所述密封圈的一侧侧面与所述密封圈的外锥面相适配，所述密封圈的外圆与所述储氢筒体的内孔相适配，所述密封圈的另一侧侧面与所述顶紧圈的端面相适配。
本发明中，所述顶紧圈通过螺纹连接结构与所述储氢筒体的孔口部位相连接并实现所述顶紧圈和所述柱塞在轴向位置上的可调整。
优选的，所述顶紧圈与所述密封圈之间设置有压环。
本发明中，所述柱塞上设置有连通所述储氢筒体内部的连接口。
作为一种优选方案，本发明的所述储氢筒体为采用两节锻打筒体轴向对接焊接而成的储氢筒体。
上述储氢筒体为采用两节锻打筒体轴向对接焊接结构，其能够大幅度降低制造成本。
作为本发明的更进一步改进，在所述螺母上朝向所述储氢筒体内腔一侧的端面位置设置有径向自膨胀防松组件，所述径向自膨胀防松组件包括带开口的弹性金属环、连接在所述弹性金属环上且沿圆周方向分布的若干数量的楔形块，所述楔形块上沿储氢筒体的轴向设置有可拆卸的安装用临时定位销，在所述螺母上朝向所述储氢筒体内腔一侧的端面位置沿周向开设有多干数量的楔形槽，在所述螺母上朝向所述储氢筒体内腔一侧的端面孔口位置设置有用于容纳所述弹性金属环的内止口，所述楔形槽内沿储氢筒体的轴向设置有贯通的插销孔，所述楔形块与所述楔形槽沿径向滑动配合，所述临时定位销与所述插销孔滑动配合，且所述临时定位销插入所述插销孔时其弹性金属环在径向处于弹性压缩状态。
其中，所述楔形槽与所述楔形块上轴向相对的配合斜面为自锁斜面。
使用时，在楔形块上装好临时定位销，然后将自膨胀防松组件整体装入螺母中(临时定位销插入插销孔中)，最后将带有自膨胀防松组件的螺母装配到高压储氢容器上。螺母拧紧后，拆去临时定位销。
高压储氢容器在使用过程中，受容器内部高压的影响，其柱塞会挤压密封圈使得密封圈变形，导致柱塞向着筒体端部方向偏移，并使得螺母的端面与顶紧圈的台阶孔底端面之间产生松动(间隙)，这时自膨胀防松组件的楔形块在的弹性金属环的膨胀力作用下沿楔形槽向外周方向移动，使得楔形块的轴向的两面分别顶住螺母和柱塞，从而可以消除这种松动(间隙)，由此进一步提高了高压储氢容器密封的可靠性。
需要指出的是，高压储氢容器内部压力的大小在使用过程中是经常变化的，这种压力的变化可能会导致密封部位松动情况的变化和密封可靠性的下降，本发明在螺母上设置自膨胀防松组件有效消除了密封部位的松动，有利于提高密封部位的寿命，并提高密封的可靠性。
本发明的有益效果是：
第一，本发明的一种两端带密封结构的高压储氢容器，通过在储氢筒体的内孔表面及柱塞的表面分别设置一层低氢脆的不锈钢金属堆焊层，以较低的成本大幅度提高了储氢筒体的抗氢脆性能，由此提高了储氢筒体的疲劳强度，延长了产品寿命周期。
第二，本发明的一种两端带密封结构的高压储氢容器，相比现有技术中层板包扎结构的高压储氢容器大幅度较少了焊接工作量，从而可以减少由焊接造成的可能的泄露点，提高了密封的可靠性较。
第三，本发明的一种两端带密封结构的高压储氢容器，其储氢筒体两端的密封部采用了内置式的柱塞，该密封结构具有自紧密封作用，其依靠储氢筒体内部的高压来推动柱塞向密封圈和顶紧圈的方向靠紧，储氢筒体内部压力越高其靠紧力越大，由此进一步提高了密封面的可靠性。
第四，本发明的一种两端带密封结构的高压储氢容器，其密封结构是可拆卸的，非常有利于产品使用后的检测维护。
第五，本发明的一种两端带密封结构的高压储氢容器，其拉紧装置中由于螺母的外圆定位于与储氢筒体的内孔同轴的台阶孔中，因此能够在装配时起到对柱塞良好的导向作用，从而能够有效避免柱塞移动时与储氢筒体的内孔表面之间的划伤。
第六，本发明的一种两端带密封结构的高压储氢容器，通过在螺母上设置若干数量的顶压螺栓，方便了柱塞装配时的预紧。
第七，本发明的一种两端带密封结构的高压储氢容器，由于310S不锈钢(即0Cr25Ni20不锈钢)具有良好的抗氢脆性能，因此采用310S不锈钢堆焊层的高压储氢容器其抗疲劳强度好，相比相比现有技术中层板包扎结构的高压储氢容器其使用寿命增加了50％以上，其能够满足15年甚至更久的寿命使用要求。
第八，本发明的一种两端带密封结构的高压储氢容器，储氢筒体为采用两节锻打筒体轴向对接焊接结构，其能够大幅度降低制造成本。
第九，本发明的一种两端带密封结构的高压储氢容器，在螺母上设置自膨胀防松组件有效消除了密封部位的松动，有利于提高密封部位的寿命，并提高密封的可靠性。
附图说明
图1是本发明的一种两端带密封结构的高压储氢容器的结构示意图；
图2是图1中涉及密封部的局部放大视图；
图3是在螺母上设置径向自膨胀防松组件的结构示意图；
图4是图3中的自膨胀防松组件的结构示意图(右视图)；
图5图3中的螺母的结构示意图；
图6是图5的右视图。
图中：00、密封部，01、储氢筒体，02、柱塞，03、顶紧圈，04、密封圈，05、不锈钢金属堆焊层，06、螺柱，07、螺母，08、垫圈，09、顶压螺栓，10、螺纹连接结构，11、压环，12、连接口，13、顶压螺栓安装螺孔。
图中：20、径向自膨胀防松组件，21、带开口的弹性金属环，22、楔形块，23、临时定位销，24、楔形槽，25、内止口，26、插销孔。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1至2所示为本发明的一种两端带密封结构的高压储氢容器的实施例，包括储氢筒体01、安装在所述储氢筒体01的两端内孔中的柱塞02、安装在所述储氢筒体01的两端孔口部位用于顶住所述柱塞02的顶紧圈03、用于将所述柱塞02轴向拉紧在所述顶紧圈02上的拉紧装置；所述顶紧圈03与所述柱塞02之间设置有密封圈04，所述储氢筒体01的内孔表面、所述柱塞02的表面分别设置有一层低氢脆的不锈钢金属堆焊层05。
上述技术方案中，一方面通过在储氢筒体01的内孔表面及柱塞02的表面分别设置一层低氢脆的不锈钢金属堆焊层05，以较低的成本大幅度提高了储氢筒体01的抗氢脆性能，由此提高了储氢筒体01的疲劳强度，延长了产品寿命周期；另一方面相比现有技术中层板包扎结构的高压储氢容器大幅度较少了焊接工作量，从而可以减少由焊接造成的可能的泄露点，提高了密封的可靠性较。
另外，本实施例中储氢筒体01两端的密封部00采用了内置式的柱塞02，该密封结构具有自紧密封作用，其依靠储氢筒体01内部的高压来推动柱塞02向密封圈04和顶紧圈03的方向靠紧，储氢筒体01内部压力越高其靠紧力越大，由此进一步提高了密封面的可靠性。
而且，本实施例中的密封结构是可拆卸的，非常有利于产品使用后的检测维护。
作为本实施例中拉紧装置的优选方案，所述拉紧装置包括一体化地连接在所述柱塞02上的螺柱02、连接在所述螺柱02上的螺母07，所述顶紧圈03上设置有与所述储氢筒体01的内孔同轴的台阶孔，所述螺母07的外圆定位在所述的台阶孔中，所述螺母07的端面、所述顶紧圈03的端面分别设置有用于自身拧紧的扳紧螺栓(图中未画出)。
上述拉紧装置中由于螺母07的外圆定位于与储氢筒体01的内孔同轴的台阶孔中，因此能够在装配时起到对柱塞02良好的导向作用，从而能够有效避免柱塞02移动时与储氢筒体01的内孔表面之间的划伤。
优选的，所述螺母07与所述台阶孔的底端面之间设置有垫圈08，所述螺母07上设置有若干数量用于顶压所述垫圈08以用于预紧所述柱塞02的顶压螺栓09。
上述通过在螺母07上设置若干数量的顶压螺栓09，方便了柱塞02装配时的预紧。
优选的，所述低氢脆的不锈钢金属堆焊层05为310S不锈钢堆焊层。
由于310S不锈钢(即0Cr25Ni20不锈钢)具有良好的抗氢脆性能，因此采用310S不锈钢堆焊层的高压储氢容器其抗疲劳强度好，相比相比现有技术中层板包扎结构的高压储氢容器其使用寿命增加了50％以上，其能够满足15年甚至更久的寿命使用要求。
本实施例中，所述柱塞02上设置有密封圈04的安装外圆和外锥面，所述密封圈04的内孔与所述密封圈的安装外圆相适配，所述密封圈04的一侧侧面与所述密封圈的外锥面相适配，所述密封圈04的外圆与所述储氢筒体01的内孔相适配，所述密封圈04的另一侧侧面与所述顶紧圈03的端面相适配。
本实施例中，所述顶紧圈03通过螺纹连接结构10与所述储氢筒体01的孔口部位相连接并实现所述顶紧圈03和所述柱塞02在轴向位置上的可调整。
优选的，所述顶紧圈03与所述密封圈04之间设置有压环11。
本实施例中，所述柱塞02上设置有连通所述储氢筒体01内部的连接口。
作为一种优选方案，本实施例的所述储氢筒体01为采用两节锻打筒体轴向对接焊接而成的储氢筒体。
上述储氢筒体01为采用两节锻打筒体轴向对接焊接结构，其能够大幅度降低制造成本。
作为本实施例的更进一步改进，在所述螺母07上朝向所述储氢筒体01内腔一侧的端面位置设置有径向自膨胀防松组件20，所述径向自膨胀防松组件20包括带开口的弹性金属环21、连接在所述弹性金属环21上且沿圆周方向分布的若干数量的楔形块22，所述楔形块22上沿储氢筒体01的轴向设置有可拆卸的安装用临时定位销23，在所述螺母07上朝向所述储氢筒体01内腔一侧的端面位置沿周向开设有多干数量的楔形槽24，在所述螺母07上朝向所述储氢筒体01内腔一侧的端面孔口位置设置有用于容纳所述弹性金属环21的内止口25，所述楔形槽24内沿储氢筒体01的轴向设置有贯通的插销孔26，所述楔形块22与所述楔形槽24沿径向滑动配合，所述临时定位销23与所述插销孔26滑动配合，且所述临时定位销23插入所述插销孔26时其弹性金属环21在径向处于弹性压缩状态。
其中，所述楔形槽24与所述楔形块22上轴向相对的配合斜面为自锁斜面。
使用时，在楔形块22上装好临时定位销23，然后将自膨胀防松组件20整体装入螺母07中(临时定位销23插入插销孔26中)，最后将带有自膨胀防松组件20的螺母07装配到高压储氢容器01上。螺母07拧紧后，拆去临时定位销23。
高压储氢容器在使用过程中，受容器内部高压的影响，其柱塞02会挤压密封圈04使得密封圈04变形，导致柱塞02向着筒体01端部方向偏移，并使得螺母07的端面与顶紧圈03的台阶孔底端面之间产生松动(间隙)，这时自膨胀防松组件20的楔形块22在的弹性金属环21的膨胀力作用下沿楔形槽24向外周方向移动，使得楔形块22的轴向的两面分别顶住螺母07和柱塞02，从而可以消除这种松动(间隙)，由此进一步提高了高压储氢容器密封的可靠性。
需要指出的是，高压储氢容器内部压力的大小在使用过程中是经常变化的，这种压力的变化可能会导致密封部位松动情况的变化和密封可靠性的下降，本实施例在螺母07上设置自膨胀防松组件有效消除了密封部位的松动，有利于提高密封部位的寿命，并提高密封的可靠性。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种两端带密封结构的高压储氢容器，其特征在于，包括储氢筒体、安装在所述储氢筒体的两端内孔中的柱塞、安装在所述储氢筒体的两端孔口部位用于顶住所述柱塞的顶紧圈、用于将所述柱塞轴向拉紧在所述顶紧圈上的拉紧装置；所述顶紧圈与所述柱塞之间设置有密封圈，所述储氢筒体的内孔表面、所述柱塞的表面分别设置有一层低氢脆的不锈钢金属堆焊层。
2.根据权利要求1所述的一种两端带密封结构的高压储氢容器，其特征在于，所述拉紧装置包括一体化地连接在所述柱塞上的螺柱、连接在所述螺柱上的螺母，所述顶紧圈上设置有与所述储氢筒体的内孔同轴的台阶孔，所述螺母的外圆定位在所述的台阶孔中，所述螺母的端面、所述顶紧圈的端面分别设置有用于自身拧紧的扳紧螺栓。
3.根据权利要求2所述的一种两端带密封结构的高压储氢容器，其特征在于，所述螺母与所述台阶孔的底端面之间设置有垫圈，所述螺母上设置有若干数量用于顶压所述垫圈以用于预紧所述柱塞的顶压螺栓。
4.根据权利要求1所述的一种两端带密封结构的高压储氢容器，其特征在于，所述低氢脆的不锈钢金属堆焊层为310S不锈钢堆焊层。
5.根据权利要求1所述的一种两端带密封结构的高压储氢容器，其特征在于，所述柱塞上设置有密封圈的安装外圆和外锥面，所述密封圈的内孔与所述密封圈的安装外圆相适配，所述密封圈的一侧侧面与所述密封圈的外锥面相适配，所述密封圈的外圆与所述储氢筒体的内孔相适配，所述密封圈的另一侧侧面与所述顶紧圈的端面相适配。
6.根据权利要求1所述的一种两端带密封结构的高压储氢容器，其特征在于，所述顶紧圈通过螺纹连接结构与所述储氢筒体的孔口部位相连接并实现所述顶紧圈和所述柱塞在轴向位置上的可调整。
7.根据权利要求1所述的一种两端带密封结构的高压储氢容器，其特征在于，所述顶紧圈与所述密封圈之间设置有压环。
8.根据权利要求1所述的一种两端带密封结构的高压储氢容器，其特征在于，所述柱塞上设置有连通所述储氢筒体内部的连接口。
9.根据权利要求1所述的一种两端带密封结构的高压储氢容器，其特征在于，所述储氢筒体为采用两节锻打筒体轴向对接焊接而成的储氢筒体。
10.根据权利要求2所述的一种两端带密封结构的高压储氢容器，其特征在于，在所述螺母上朝向所述储氢筒体内腔一侧的端面位置设置有径向自膨胀防松组件，所述径向自膨胀防松组件包括带开口的弹性金属环、连接在所述弹性金属环上且沿圆周方向分布的若干数量的楔形块，所述楔形块上沿储氢筒体的轴向设置有可拆卸的安装用临时定位销，在所述螺母上朝向所述储氢筒体内腔一侧的端面位置沿周向开设有多干数量的楔形槽，在所述螺母上朝向所述储氢筒体内腔一侧的端面孔口位置设置有用于容纳所述弹性金属环的内止口，所述楔形槽内沿储氢筒体的轴向设置有贯通的插销孔，所述楔形块与所述楔形槽沿径向滑动配合，所述临时定位销与所述插销孔滑动配合，且所述临时定位销插入所述插销孔时其弹性金属环在径向处于弹性压缩状态。
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