CN110848569A - 一种非金属内胆纤维缠绕气瓶的瓶口连接部 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种非金属内胆纤维缠绕气瓶的瓶口连接部，包括内胆、纤维缠绕层及金属套，内胆上设置瓶口，一体制作的金属套通过凹槽套装在瓶口上，金属套设置凸牙，施加外力，金属套将瓶口夹紧，使凸牙嵌入瓶口，金属套的底部法兰与内胆衬肩相适配，衬肩与底部法兰、凹槽与瓶口的结合面设置密封胶，此方案克服了金属与塑料的物性差别，在环境温度变化、持续高温高湿、充压泄压等条件下，防止充装介质从金属套与内胆的界面泄露。

Description

一种非金属内胆纤维缠绕气瓶的瓶口连接部

技术领域

本发明涉及纤维缠绕储运气瓶，特别涉及一种非金属内胆纤维缠绕气瓶的瓶口连接部。

背景技术

纤维缠绕储运气瓶，主要用于存储各类高压气体或液化气体，采用非金属内胆纤维缠绕的复合材料气瓶，以其重量轻、耐腐蚀等优点正逐步取代金属气瓶。非金属内胆纤维缠绕复合气瓶一般由塑料内胆兼芯模、树脂及纤维缠绕层、内胆与阀门的连接部、阀门、外防护罩等几部分组成。内胆兼芯模一般由高分子塑料制成。内胆与阀门的连接部既是塑料内胆与阀门的连接部分，也是阀门的安装部分，是塑料内胆纤维缠绕复合材料气瓶密封的关键部件，连接部的可靠密封是复合材料气瓶的核心技术。

在现有技术中，连接部通常由金属制作，而内胆由塑料制作，金属材料与塑料内胆结合的界面是气瓶口部密封的薄弱点，充装介质极易通过金属与塑料之间的界面泄露。金属与塑料的材料力学性能和膨胀系数不同，在环境温度变化、持续高温高湿、充压泄压过程中金属与塑料的变形不一致，会导致界面分离，形成泄露通道，充装的高压介质极易泄露。国际标准化组织发布的《ISO 11119-3-2013复合材料构造——气瓶规范和试验方法》中要求复合材料气瓶须满足70℃到-50℃环境温度循环充放实验，还需满足70℃环境温度、95％环境湿度持续耐压2000小时的高温蠕变实验,从环境温度变化、持续高温高湿、充压泄压等试验环境因素对气瓶的密封提出了具体的测试要求。

诸如美国专利No.5476189所公开的发明内容,通过引用将该美国专利结合于此。如图1和图2所示，内衬20嵌入在法兰30的燕尾咬合装置40中，而在现有技术中，内衬通常由高分子塑料制作，法兰通常由金属制作，塑料与金属的材料物性不同，在环境温度变化、持续高温、充压泄压过程中，极易产生泄露，特别是充装氢气介质时，工作压力可达到70Mpa，实验爆破压力超过210Mpa，在上述极端条件下，其公开的技术方案所示塑料内衬20与金属法兰30的机械互锁结构，不能对塑料内胆与金属连接部的界面分离提供强烈充足的抵抗，进而不能保证可靠密封。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺陷，本发明要解决的技术问题是提供一种非金属内胆纤维缠绕气瓶的瓶口连接部，能够保障复合材料储运瓶在充装和使用过程中不发生泄漏，且结构及工艺合理。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为：

一种非金属内胆纤维缠绕气瓶的瓶口连接部，包括内胆、纤维缠绕层及金属套，所述内胆具有由容器内部向容器外部延伸的瓶口，所述金属套为一体制作，且所述金属套设置与内胆瓶口相适配的凹槽，以便金属套能借助所述凹槽套接在内胆的瓶口上，所述金属套还设置连通容器内部与容器外部的流体进出口，所述纤维缠绕层设置在内胆及金属套外表面。

优选的，所述金属套还设置金属内套与金属外套，所述金属内套沿瓶口轴线方向向容器内部延伸，所述金属外套沿瓶口轴线方向向瓶口根部延伸。

优选的，所述金属套底部还设置径向延伸的底部法兰，所述内胆设置与底部法兰相适配的衬肩，所述底部法兰环向设置若干贯通的锁孔，所述内胆的衬肩上设置若干凸起的扭力柱，所述扭力柱穿过所述锁孔并深入至纤维缠绕层。

优选的，所述金属外套内壁上环向设置若干凸牙，施加外力，使所述金属外套与金属内套将瓶口夹紧，并促使所述凸牙嵌入瓶口。

优选的，所述凸牙横截面轮廓为圆弧。

优选的，所述凹槽与瓶口的结合界面设置粘接密封胶。

优选的，所述衬肩与底部法兰的结合界面设置粘接密封胶。

优选的，所述金属套内部还设置螺纹，用于连接气瓶的阀门。

优选的，所述螺纹根部还设置承台，所述承台为由螺纹根部径向收缩的环状水平面，所述承台用于承载密封圈。

优选的，所述金属套顶部还设置径向延伸的顶部法兰，所述纤维缠绕层可以完全覆盖底部法兰外表面及金属外套外表面，也可以仅完全覆盖底部法兰外表面。

采用上述技术方案，在内胆上设置瓶口，一体制作的金属套通过凹槽套装在瓶口上，金属套设置凸牙，施加外力，金属套将瓶口夹紧，使凸牙嵌入瓶口，金属套的底部法兰与内胆衬肩相适配，衬肩与底部法兰、凹槽与瓶口的结合面设置粘接密封胶，以上技术方案克服了金属与塑料的物性差别，在环境温度变化、持续高温高湿、充压泄压等环境因素下，有效防止了高压充装介质从金属套与塑料内胆的连接界面泄露，可靠地解决了现有技术中气密薄弱部位容易泄露的问题。

附图说明

将参考附图进一步解释所公开的主题，其中贯穿于若干视图的相同的结构或系统元件由相同的参考数字表示。

图1为本发明引用专利中所描述典型的压力容器正面图；

图2为本发明引用专利中所描述典型的压力容器正面图的2-2剖切图；

图3为本发明第一实施例的纵剖切图；

图4为本发明第二实施例的纵剖切图；

图5为本发明第一、第二实施例纵剖切图的局部放大图；

图6为本发明所描述金属套局部被剖切的一个角度透视图；

图7为本发明所描述金属套与阀门的第一种密封形式纵剖切图；

图8为本发明所描述金属套与阀门的第二种密封形式纵剖切图；

图9为本发明所描述金属套与阀门的第三种密封形式纵剖切图；

图10为本发明所描述金属套与阀门的第四种密封形式纵剖切图。

图中：1-内胆，11-扭力柱，12-衬肩，13-瓶口，2-纤维缠绕层，3-金属套，31-承台，32-螺纹，33-顶部法兰，34-凸牙，35-凹槽，36-底部法兰，361-底部法兰外表面，37-金属内套，38-金属外套，381-金属外套外表面，39-锁孔，4-容器内部，5-容器外部，6-流体进出口，7-密封圈，8-阀门。

附图可以不按比例绘制。而且，其中使用了诸如上、下、上方、下方、顶、底、侧、右、左、横、纵之类的术语，将会理解，它们仅仅用于容易理解说明书。期望的是可以以其它方式定向这些结构。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

实施例一：

如图3所示，一种非金属内胆纤维缠绕气瓶的瓶口连接部，包括内胆1、纤维缠绕层2及金属套3，内胆1用来储存盛装的介质，是气瓶的密封层，同时也作为纤维缠绕的模具。纤维缠绕层2是由纤维增强树脂复合材料制作，将浸润树脂后的长丝纤维缠绕在内胆1及金属套3上，纤维缠绕层2完全覆盖底部法兰外表面361及金属外套外表面381，纤维可采用玻璃纤维、碳纤维、凯夫拉纤维等，缠绕完成后进行高温固化，固化后的纤维缠绕层2是气瓶的承压结构层。

内胆1一般由高分子塑料经吹塑、滚塑制作，具有由容器内部4向容器外部5延伸的瓶口13，瓶口13是内胆1的一部分，瓶口13与内胆1经吹塑、滚塑一次成型。金属套3为整体制作，金属套3上还设置与内胆瓶口13相适配的凹槽35，金属套3能借助凹槽35套接在内胆1的瓶口13上，金属内套37沿瓶口13轴线方向向容器内部4延伸，金属外套38沿瓶口13轴线方向向瓶口13根部延伸，金属外套38内壁上环向设置若干凸牙34。金属外套38经液压装置施加外力，使金属外套38径向收缩，同时在流体进出口6内设置等径芯轴，以支撑金属内套37，抵抗金属内套37的径向收缩，在此过程中，金属外套38与金属内套37将瓶口13夹紧，设置在金属外套38内壁上的凸牙34嵌入瓶口13。金属套3底部还设置径向延伸的底部法兰36，内胆1设置与底部法兰36相适配的衬肩12，在衬肩12与底部法兰36、凹槽35与瓶口13的结合界面涂覆粘接密封胶，以上技术方案克服了金属与塑料的物性差别，在环境温度变化、持续高温高湿、充压泄压等环境因素下，有效防止了高压充装介质从金属套3与塑料内胆1的界面泄露，在金属套3与塑料内胆1瓶口13的结合部位实现了可靠的密封，有效地解决了现有技术中气密薄弱部位容易泄露的问题。

如图3、图7所示，金属套3上还设置螺纹32，用于连接阀门8，底部法兰36上环向设置若干贯通的锁孔39，内胆1的衬肩12上设置若干凸起的扭力柱11，扭力柱11穿过锁孔39深入至纤维缠绕层2。以上结构将金属套3锁定在塑料内胆1和纤维缠绕层2之间，以抵抗安装拆卸阀门8的旋转扭力。金属套3顶部还设置顶部法兰33，提供了纤维在金属套3外壁缠绕的限位，并对缠绕在金属套3外壁的纤维顶部端面提供保护。

实施例二：

在本实施例中，如图4所示，与实施例一所描述的实施方式区别在于纤维缠绕层2仅完全覆盖底部法兰外表面361，实施例二作为本发明的另一种结构形式，仍落入本发明的保护范围。

在本发明公开的实施例一、实施例二中，如图5所示，凸牙34横截面轮廓为圆弧，圆弧形横截面减轻应力集中，避免瓶口13出现疲劳裂纹和承载断裂，从而可靠的保证瓶口13与金属套3界面的密封。

非金属内胆纤维缠绕气瓶的瓶口结构中，金属套3一般还用于连接阀门8，金属套3与阀门8之间的密封形式一般为现有技术中常用的密封结构，如图7、图8、图9、图10所示，提供了四种金属套3与阀门8之间密封结构的实施方式。

如图7所示，金属套3上设置承台31，承台31为由螺纹32根部径向收缩的环状水平面，承台31承载密封圈7，密封圈7实现塑料金属套3与阀门8之间的密封。

如图8所示，金属套3与阀门8为一种凹凸配合密封结构。

如图9所示，金属套3与阀门8为另一种凹凸配合密封结构。

如图10所示，金属套3与阀门8为锥管螺纹密封结构。

以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种非金属内胆纤维缠绕气瓶的瓶口连接部，包括内胆(1)、纤维缠绕层(2)及金属套(3)，其特征在于：所述内胆(1)具有由容器内部(4)向容器外部(5)延伸的瓶口(13)，所述金属套(3)为一体制作，且所述金属套(3)设置与内胆(1)瓶口(13)相适配的凹槽(35)，以便金属套(3)能借助所述凹槽(35)套接在内胆(1)的瓶口(13)上，所述金属套(3)还设置连通容器内部(4)与容器外部(5)的流体进出口(6)，所述纤维缠绕层(2)设置在内胆(1)及金属套(3)外表面。

2.根据权利要求1所述的一种非金属内胆纤维缠绕气瓶的瓶口连接部，其特征在于：所述金属套(3)还设置金属内套(37)与金属外套(38)，所述金属内套(37)沿瓶口(13)轴线方向向容器内部(4)延伸，所述金属外套(38)沿瓶口(13)轴线方向向瓶口(13)根部延伸。

3.根据权利要求1所述的一种非金属内胆纤维缠绕气瓶的瓶口连接部，其特征在于：所述金属套(3)底部还设置径向延伸的底部法兰(36)，所述内胆(1)设置与底部法兰(36)相适配的衬肩(12)，所述底部法兰(36)环向设置若干贯通的锁孔(39)，所述内胆(1)的衬肩(12)上设置若干凸起的扭力柱(11)，所述扭力柱(11)穿过所述锁孔(39)并深入至纤维缠绕层(2)。

4.根据权利要求2所述的一种非金属内胆纤维缠绕气瓶的瓶口连接部，其特征在于：所述金属外套(38)内壁上环向设置若干凸牙(34)，施加外力，使所述金属外套(38)与金属内套(37)将瓶口(13)夹紧，并促使所述凸牙(34)嵌入瓶口(13)。

5.根据权利要求4所述的一种非金属内胆纤维缠绕气瓶的瓶口连接部，其特征在于：所述凸牙(34)横截面轮廓为圆弧。

6.根据权利要求1所述的一种非金属内胆纤维缠绕气瓶的瓶口连接部，其特征在于：所述凹槽(35)与瓶口(13)的结合界面设置粘接密封胶。

7.根据权利要求3所述的一种非金属内胆纤维缠绕气瓶的瓶口连接部，其特征在于：所述衬肩(12)与底部法兰(36)的结合界面设置粘接密封胶。

8.根据权利要求1所述的一种非金属内胆纤维缠绕气瓶的瓶口连接部，其特征在于：所述金属套(3)内部还设置螺纹(32)，用于连接气瓶的阀门(8)。

9.根据权利要求8所述的一种非金属内胆纤维缠绕气瓶的瓶口连接部，其特征在于：所述螺纹(32)根部还设置承台(31)，所述承台(31)为由螺纹(32)根部径向收缩的环状水平面，所述承台(31)用于承载密封圈(7)。

10.根据权利要求1所述的一种非金属内胆纤维缠绕气瓶的瓶口连接部，其特征在于：所述金属套(3)顶部还设置径向延伸的顶部法兰(33)，所述纤维缠绕层(2)可以完全覆盖底部法兰外表面(361)及金属外套外表面(381)，也可以仅完全覆盖底部法兰外表面(361)。

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