CN111174083A - 一种新型高压复合气瓶 - Google Patents
一种新型高压复合气瓶 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111174083A CN111174083A CN201911377456.9A CN201911377456A CN111174083A CN 111174083 A CN111174083 A CN 111174083A CN 201911377456 A CN201911377456 A CN 201911377456A CN 111174083 A CN111174083 A CN 111174083A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- flange
- block
- hole
- inner container
- winding
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
- F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
- F17C1/00—Pressure vessels, e.g. gas cylinder, gas tank, replaceable cartridge
- F17C1/02—Pressure vessels, e.g. gas cylinder, gas tank, replaceable cartridge involving reinforcing arrangements
- F17C1/08—Integral reinforcements, e.g. ribs
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
- F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
- F17C1/00—Pressure vessels, e.g. gas cylinder, gas tank, replaceable cartridge
- F17C1/14—Pressure vessels, e.g. gas cylinder, gas tank, replaceable cartridge constructed of aluminium; constructed of non-magnetic steel
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
- F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
- F17C1/00—Pressure vessels, e.g. gas cylinder, gas tank, replaceable cartridge
- F17C1/16—Pressure vessels, e.g. gas cylinder, gas tank, replaceable cartridge constructed of plastics materials
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
- F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
- F17C13/00—Details of vessels or of the filling or discharging of vessels
- F17C13/002—Details of vessels or of the filling or discharging of vessels for vessels under pressure
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
- F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
- F17C2201/00—Vessel construction, in particular geometry, arrangement or size
- F17C2201/01—Shape
- F17C2201/0104—Shape cylindrical
- F17C2201/0109—Shape cylindrical with exteriorly curved end-piece
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
- F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
- F17C2201/00—Vessel construction, in particular geometry, arrangement or size
- F17C2201/03—Orientation
- F17C2201/035—Orientation with substantially horizontal main axis
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
- F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
- F17C2203/00—Vessel construction, in particular walls or details thereof
- F17C2203/01—Reinforcing or suspension means
- F17C2203/011—Reinforcing means
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
- F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
- F17C2221/00—Handled fluid, in particular type of fluid
- F17C2221/01—Pure fluids
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
- F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
- F17C2223/00—Handled fluid before transfer, i.e. state of fluid when stored in the vessel or before transfer from the vessel
- F17C2223/03—Handled fluid before transfer, i.e. state of fluid when stored in the vessel or before transfer from the vessel characterised by the pressure level
- F17C2223/035—High pressure (>10 bar)
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)
Abstract
一种新型高压复合气瓶,包括内胆、瓶口、内衬、顶部胶带、密封圈、底部法兰、底部胶带、缠绕层;密封结构设置于内胆的一端,密封结构配合瓶口实现与内胆固定;内衬设置于内胆的一端;内胆与内衬的接缝处通过顶部胶带包裹固定;密封圈与密封结构固定;底部法兰设置于内胆的底端;底部法兰与内胆的接缝处通过底部胶带包裹固定;缠绕层设置于内胆的外壁,缠绕层通过绕卷与内胆实现固定。本发明设计有密封结构,密封性能高,结构强度高,瓶体结构性能强,且气瓶的重量轻便。
Description
技术领域
本发明涉及高压复合气瓶领域,特别是一种新型高压复合气瓶。
背景技术
气瓶是用以贮运永久气体,液化气体和溶解气体的一次性或可重复充气的移动式的压力容器,从结构上分类有无缝气瓶和焊接气瓶,从材质上分类有钢质气瓶,铝合金气瓶,复合气瓶以及其他材质气瓶,从充装介质上分类为永久性气体气瓶,液化气体气瓶和溶解乙炔气瓶;高压容器的内胆采用塑料材质,此类产品具备耐腐蚀、耐疲劳、重量轻等优越性能,且满足轻量化的要求。
在现有的高压复合气瓶的结构中存在与如下的技术缺陷:(1)瓶体结构采用塑料材质,与瓶口处的金属材质的密封结构配合连接时,两者贴合的紧密程度较低,气瓶处于长期时候过程时,瓶口处的密封结构因振动、磕碰等因素影响后,密封结构易产生松动现象,影响气瓶的使用寿命。(2)现有技术中内胆的制造技术为,内胆头部进行注塑成型,再与瓶身进行焊接,此种生产工艺的生产效率较低。(3)内胆加工完成后后续需要进行缠绕工艺,瓶口处采用金属材质,金属由于本身的加工特性,无法实现与内胆的紧密贴合过渡,可能造成后续缠绕不紧,有空腔产生,或对碳纤维本身造成割断等伤害。(3)瓶体的缠绕层通常采用碳纤维材料,当对容积较大的气瓶进行缠绕时,由于气瓶长度及重量原因,需要将气瓶两头固定,以防止气瓶在缠绕时晃动,现有技术中未有结构可对瓶底进行夹持固定。(4)现有的气瓶结构的整体瓶体重量较重。
发明内容
为了解决上述存在的问题,本发明公开了一种新型高压复合气瓶,其具体技术方案如下:一种新型高压复合气瓶,包括内胆、瓶口、密封结构、内衬、顶部胶带、密封圈、底部法兰、底部胶带、缠绕层;
所述瓶口的截面呈“工”字形结构,所述瓶口设置于所述内胆的端部,所述内胆与所述瓶口通过吹塑一体成型,所述瓶口与所述内胆之间周向呈凹槽状结构,形成瓶口卡槽;所述瓶口的顶面周向设有瓶口连接孔;
所述密封结构包括第一法兰块、密封垫、第二法兰和锁紧螺钉;所述第一法兰块的数量为两个,呈对称设置,每个所述第一法兰块呈半圆状结构,所述第一法兰块的顶面呈凹槽状结构,形成第一法兰块槽;每个所述第一法兰块的顶面设有第一法兰块孔,每个所述第一法兰块孔内壁周向呈螺纹状,形成法兰块孔内螺纹;两个所述第一法兰块嵌入所述瓶口卡槽内,所述瓶口贴合设置于所述第一法兰块槽内,实现所述瓶口与所述第一法兰块插接;所述密封垫贴合设置于所述瓶口的顶面;所述密封垫周向设有密封垫孔;所述第二法兰设置于所述密封垫的顶面,所述第二法兰包括锁紧盘和嵌入筒,所述嵌入筒设置于所述锁紧盘的底端,并与所述锁紧盘垂直固定连接呈一体式结构;所述第二法兰的中心呈通孔状结构,形成第二法兰通孔,所述第二法兰通孔贯穿所述锁紧盘和嵌入筒,所述第二法兰通孔的内壁周向呈螺纹状结构,形成法兰通孔内螺纹;所述第二法兰通孔的顶端呈凹槽状结构,形成密封圈卡槽;所述锁紧盘的顶面四周设有锁紧盘连接孔,所述锁紧盘连接孔贯穿所述锁紧盘;所述嵌入筒插入所述瓶口的内壁,实现所述第二法兰与所述瓶口固定,通过所述锁紧螺钉依次贯穿所述锁紧盘连接孔、密封垫孔、瓶口连接孔,并伸入所述第一法兰块孔内配合法兰块孔内螺纹,实现第二法兰、瓶口和第一法兰块实现固定;
所述内衬设置于所述内胆的一端,所述内衬的侧面呈圆弧状结构,所述内衬的中心呈通孔状结构,形成内衬通孔;所述内衬通孔套于所述第一法兰的外壁,所述内衬的一侧贴合于所述内胆的外壁;所述内胆与所述内衬的接缝处通过顶部胶带包裹固定;所述密封圈嵌入设置于所述密封圈卡槽内,实现与密封结构固定;
所述底部法兰设置于所述内胆的底端,所述底部法兰嵌入设置于所述内胆内,实现与所述内胆固定连接;所述底部法兰与所述内胆的接缝处通过底部胶带包裹固定;
所述缠绕层设置于所述内胆的外壁,所述缠绕层通过绕卷与所述内胆实现固定。
进一步的,每个所述第一法兰块孔呈盲孔结构。
进一步的,每个所述第一法兰块的侧壁设有第一法兰块凹槽,所述第一法兰块凹槽周向设置于所述第一法兰块侧壁。
进一步的,所述密封垫呈圆环状结构,所述密封垫的内径尺寸与所述瓶口的内径尺寸相适应;所述密封垫的外径尺寸与所述第一法兰块槽的内径尺寸相适应,所述密封垫嵌入设置于所述第一法兰块槽内。
进一步的,所述锁紧盘的外径与所述第一法兰块的外径一致。
进一步的,所述嵌入筒的直径小于所述锁紧盘的直径,所述嵌入筒的外径与所述瓶口的内壁直径相适应。
进一步的,所述密封圈卡槽的外径略大于所述第二法兰通孔的直径,所述密封圈卡槽与所述第二法兰通孔呈同轴心设置。
进一步的,所述第二法兰的侧壁设有第二法兰凹槽,所述第二法兰凹槽周向设置于所述第二法兰侧壁。
进一步的,所述内衬呈中心厚外圈薄的结构。
进一步的,所述底部法兰包括嵌入块和缠绕块,所述嵌入块嵌入设置于所述内胆的底端,并与所述内胆贴合设置;所述缠绕块设置于所述嵌入块的一侧,并与所述嵌入块固定连接呈一体式结构。
进一步的,所述嵌入块的底面呈波浪状的圆弧结构,所述嵌入块的底面中心呈凹圆弧状结构。
进一步的,所述缠绕块呈一端窄一端宽的圆锥状结构,所述缠绕块的窄侧与所述嵌入块固定连接;所述缠绕块的端面呈凸圆弧状结构。
进一步的,所述缠绕块的端面中心呈凹槽状结构,形成缠绕块凹槽。
进一步的,所述缠绕层分为碳纤维层以及玻璃纤维层,所述碳纤维层贴合设置于所述内胆的外壁,所述玻璃纤维层包裹设置于所述碳纤维层的外侧。
本发明的有益效果是:
(1)本发明对气瓶的密封结构进行了结构改进设计,密封结构通过将第一法兰块与瓶口卡接,并将第二法兰与瓶口结构插接,通过锁紧螺栓将第一法兰块和第一法兰块夹持瓶口结构;第一法兰块采用AL7075系列铝合金,具有高强度,表面进行阳极氧化处理,外观美观且极具耐腐蚀性能,单个零件具有较强的结构性能;各部件间采用插接、卡接及螺栓连接的多种连接方式,使本装置具有较强的结构强度,各部件之间连接紧密形成统一整体,整体结构具有较强的连接强度;同时在接缝处设有密封垫进行密封,密封垫采用VMQ硅橡胶,具有良好的高低温性能效果,能够在-55℃~250℃的温度下保持机械性能,使本装置具有较强密封性。本密封结构的各个部件可实现拆卸更换清洗保养;瓶口处受到震动、磕碰因素影响时,密封结构均能保持良好的结构强度,不易产生松动现象,极大提升了气瓶的使用寿命。
(2)本发明内胆采用一体吹塑成型技术,相较于其他头部注塑后再与瓶身焊接的技术, 制备过程更加具有效率,提高了生产节拍。同时,内胆的材质采用改性PA6,PET等对气体(空气,氧气,二氧化碳,氢气等)具有高阻隔性的材料,也可以使用具有同等阻隔性的多层材料(中间添加阻隔层,例如EVOH)。此种技术使内胆的制备时可根据不同的工作压力方便的调节内胆的壁厚;可保证内胆上下瓶肩部位需圆滑过渡,保证了后续缠绕工艺的实施。由于吹塑工艺过程中,内胆的顶部与底部处于模具闭合夹紧闭合位置,造成头部内外表面无法做到密封所需的尺寸公差(所需公差为±0.5mm)所以本发明采用内胆最上表面作为密封面,平面度可以保证为0.2mm,所以能够作为头部密封面。
(3)本发明将内胆与瓶口处新增设计有内衬结构,内衬的材料选用PA66耐温及强度性能优良的工程塑料材质,增设内衬结构使内胆与瓶口处具有平滑过渡的特性,保证了后续对内胆进行缠绕工艺的顺畅,并且塑料材质的内衬结构与内胆侧壁贴合紧密,内胆与内衬之间不产生气泡,软质的材料对碳纤维接触形成良好的保护,防止碳纤维割断,碳纤维通过接触内衬与内胆之间形成良好的缓压作用,后续的缠绕紧密。
(4)本发明在内胆的底面端部新增设置有底部法兰,底部法兰采用AL7075系列铝合金材料,底部法兰自身结构强度高;该采用底部法兰的结构适用于容积大于5升的较大气瓶。通过与内胆外底面的贴合设置,底部法兰一侧呈内凹结构,使其固定设置方式简便且固定牢固,通过设计底部法兰增强了瓶底处的结构强度,底部法兰与内胆不易产生滑落;底部法兰另一端有凸起的缠绕块结构,方便自动化生产时的设备对底部法兰进行抓取,且碳纤维缠绕完成后,能够限制碳纤维丝在轴向的自由度,避免法兰在高压下的窜动,使碳纤维丝缠绕后固定,并与内胆侧壁贴合紧密。
(5)本发明将内胆与内衬连接处,内胆与底部法兰连接处均设计有环形胶带进行粘贴固定,安装定位过程快速便捷;胶带的基材采用PET材料,具有耐高、低温的特性,不会在正常或极端工作环境下失效,保证了粘接强度之余,胶带采用单层结构,可保持外表面光滑,圆环状的定制胶带避免了条状胶带粘贴时的曲面不贴合性,使内胆与内衬之间、内胆与底部法兰之间均无空隙,实现紧密贴合。
(6)本发明摒弃使用单一碳纤维作为包裹内胆的缠绕层材料,采用碳纤维与芳纶纤维的混合缠绕带,将二者按比例进行编织。芳纶较碳纤维具有优越的断裂伸长率,以此来弥补碳纤维的脆性;且芳纶较碳纤维具有更高的抗断裂强度,且芳纶的密度比碳纤维低20%,这使得气瓶的缠绕层具有更高的结构强度,具有更强的性能,且气瓶的重量得到了降低。
附图说明
图1是本发明的整体结构的安装示意图。
图2是本发明的剖视结构示意图。
图3是本发明密封结构处的剖视结构示意图。
图4是本发明底部法兰处的剖视结构示意图。
图5是本发明瓶口处的剖视结构示意图。
图6是本发明瓶口的结构示意图。
图7是本发明瓶口的剖视示意图。
图8是本发明单个第一法兰块的结构示意图。
图9是本发明两个第一法兰块的结构示意图。
图10是本发明密封垫的结构示意图。
图11是本发明第二法兰的结构示意图。
图12是本发明缠绕层的剖视示意图。
图13是碳纤维材料的性能参数表。
图14是芳纶材料的性能参数表。
图15是内胆的不同气体阻隔性能表。
图16是底部胶带的结构。
图17是底部胶带的粘贴强度。
附图标记列表:内胆1、瓶口2、瓶口卡槽2-1、瓶口连接孔2-2、第一法兰块3、第一法兰块槽3-1、第一法兰块孔3-2、法兰块孔内螺纹3-2-1、第一法兰块凹槽3-3、密封垫4、密封垫孔4-1、第二法兰5、锁紧盘5-1、锁紧盘连接孔5-1-1、嵌入筒5-2、第二法兰通孔 5-3、法兰通孔内螺纹5-3-1、密封圈卡槽5-4、第二法兰凹槽5-5、锁紧螺钉6、内衬7、内衬通孔7-1、顶部胶带8、密封圈9、底部法兰10、嵌入块10-1、缠绕块10-2、缠绕块凹槽 10-2-1、底部胶带11、缠绕层12、碳纤维层12-1、碳纤维12-1-1、芳纶纤维12-1-2、玻璃纤维层12-2。
具体实施方式
为使本发明的技术方案更加清晰明确,下面结合附图对本发明进行进一步描述,任何对本发明技术方案的技术特征进行等价替换和常规推理得出的方案均落入本发明保护范围。本实施例中所提及的固定连接,固定设置、固定结构均为胶粘、焊接、吹塑成型、螺钉连接、螺栓螺母连接、铆接等本领域技术人员所知晓的公知技术。
结合附图可见,一种新型高压复合气瓶,包括内胆、瓶口、密封结构、内衬、顶部胶带、密封圈、底部法兰、底部胶带、缠绕层;
所述瓶口的截面呈“工”字形结构,所述瓶口设置于所述内胆的端部,所述内胆与所述瓶口通过吹塑一体成型,所述瓶口与所述内胆之间周向呈凹槽状结构,形成瓶口卡槽;所述瓶口的顶面周向设有瓶口连接孔;
所述密封结构包括第一法兰块、密封垫、第二法兰和锁紧螺钉;所述第一法兰块的数量为两个,呈对称设置,每个所述第一法兰块呈半圆状结构,所述第一法兰块的顶面呈凹槽状结构,形成第一法兰块槽;每个所述第一法兰块的顶面设有第一法兰块孔,每个所述第一法兰块孔内壁周向呈螺纹状,形成法兰块孔内螺纹;两个所述第一法兰块嵌入所述瓶口卡槽内,所述瓶口贴合设置于所述第一法兰块槽内,实现所述瓶口与所述第一法兰块插接;所述密封垫贴合设置于所述瓶口的顶面;所述密封垫周向设有密封垫孔;所述第二法兰设置于所述密封垫的顶面,所述第二法兰包括锁紧盘和嵌入筒,所述嵌入筒设置于所述锁紧盘的底端,并与所述锁紧盘垂直固定连接呈一体式结构;所述第二法兰的中心呈通孔状结构,形成第二法兰通孔,所述第二法兰通孔贯穿所述锁紧盘和嵌入筒,所述第二法兰通孔的内壁周向呈螺纹状结构,形成法兰通孔内螺纹;所述第二法兰通孔的顶端呈凹槽状结构,形成密封圈卡槽;所述锁紧盘的顶面四周设有锁紧盘连接孔,所述锁紧盘连接孔贯穿所述锁紧盘;所述嵌入筒插入所述瓶口的内壁,实现所述第二法兰与所述瓶口固定,通过所述锁紧螺钉依次贯穿所述锁紧盘连接孔、密封垫孔、瓶口连接孔,并伸入所述第一法兰块孔内配合法兰块孔内螺纹,实现第二法兰、瓶口和第一法兰块实现固定;
所述内衬设置于所述内胆的一端,所述内衬的侧面呈圆弧状结构,所述内衬的中心呈通孔状结构,形成内衬通孔;所述内衬通孔套于所述第一法兰的外壁,所述内衬的一侧贴合于所述内胆的外壁;所述内胆与所述内衬的接缝处通过顶部胶带包裹固定;所述密封圈嵌入设置于所述密封圈卡槽内,实现与密封结构固定;
所述底部法兰设置于所述内胆的底端,所述底部法兰嵌入设置于所述内胆内,实现与所述内胆固定连接;所述底部法兰与所述内胆的接缝处通过底部胶带包裹固定;
所述缠绕层设置于所述内胆的外壁,所述缠绕层通过绕卷与所述内胆实现固定。
进一步的,每个所述第一法兰块孔呈盲孔结构。
进一步的,每个所述第一法兰块的侧壁设有第一法兰块凹槽,所述第一法兰块凹槽周向设置于所述第一法兰块侧壁。
进一步的,所述密封垫呈圆环状结构,所述密封垫的内径尺寸与所述瓶口的内径尺寸相适应;所述密封垫的外径尺寸与所述第一法兰块槽的内径尺寸相适应,所述密封垫嵌入设置于所述第一法兰块槽内。
进一步的,所述锁紧盘的外径与所述第一法兰块的外径一致。
进一步的,所述嵌入筒的直径小于所述锁紧盘的直径,所述嵌入筒的外径与所述瓶口的内壁直径相适应。
进一步的,所述密封圈卡槽的外径略大于所述第二法兰通孔的直径,所述密封圈卡槽与所述第二法兰通孔呈同轴心设置。
进一步的,所述第二法兰的侧壁设有第二法兰凹槽,所述第二法兰凹槽周向设置于所述第二法兰侧壁。
进一步的,所述内衬呈中心厚外圈薄的结构。
进一步的,所述内衬的材质可采用但不限于PA66工程塑料。
进一步的,所述底部法兰包括嵌入块和缠绕块,所述嵌入块嵌入设置于所述内胆的底端,并与所述内胆贴合设置;所述缠绕块设置于所述嵌入块的一侧,并与所述嵌入块固定连接呈一体式结构。
进一步的,所述嵌入块的底面呈波浪状的圆弧结构,所述嵌入块的底面中心呈凹圆弧状结构。
进一步的,所述缠绕块呈一端窄一端宽的圆锥状结构,所述缠绕块的窄侧与所述嵌入块固定连接;所述缠绕块的端面呈凸圆弧状结构。
进一步的,所述缠绕块的端面中心呈凹槽状结构,形成缠绕块凹槽。
进一步的,所述缠绕层分为碳纤维层以及玻璃纤维层,所述碳纤维层贴合设置于所述内胆的外壁,所述玻璃纤维层包裹设置于所述碳纤维层的外侧。
进一步的,所述玻璃纤维层通过使用碳纤维与芳纶纤维的混合缠绕带绕卷形成;所述芳纶纤维位于碳纤维的中间,所述芳纶纤维的厚度与碳纤维的厚度比例为1:4。
进一步的,所述顶部胶带与所述底部胶带均可采用PET材质。
本发明的结构原理是:
本发明的内胆通过一体吹塑成型后,待冷却后安装密封结构,将两块第一法兰块插入瓶口卡槽内,并将两个第一法兰块的端面紧密贴合,瓶口嵌入于第一法兰块槽内;将密封垫贴合于瓶口的顶面,并嵌入设置于第一法兰块槽内;将嵌入筒嵌入设置于瓶口内,锁紧盘的底面贴合于密封垫表面,将锁紧螺钉依次贯穿所述锁紧盘连接孔、密封垫孔、瓶口连接孔,并伸入第一法兰块孔内配合法兰块孔内螺纹,将第二法兰和第一法兰块夹持瓶口固定。再将内衬贴合于内胆的头部,并利用顶部胶带将内衬与内胆固定;
接着将底部法兰贴合于内胆的底面,利用底部胶带将底部法兰与内胆固定;将碳纤维与芳纶纤维的混合缠绕带缠绕于内胆外壁,缠绕带缠绕至密封结构处时,卷绕于第一法兰块和第二法兰的外壁,并嵌入第一法兰块凹槽和第二法兰凹槽内固定;缠绕带缠绕至底部法兰处,卷绕于缠绕块外侧实现限位固定。
当缠绕层绕卷完成后,将玻璃纤维层覆于缠绕层外,作为气瓶整体的外观保护层。
本发明的有益效果是:
(1)本发明对气瓶的密封结构进行了结构改进设计,密封结构通过将第一法兰块与瓶口卡接,并将第二法兰与瓶口结构插接,通过锁紧螺栓将第一法兰块和第一法兰块夹持瓶口结构;第一法兰块采用AL7075系列铝合金,具有高强度,表面进行阳极氧化处理,外观美观且极具耐腐蚀性能,单个零件具有较强的结构性能;各部件间采用插接、卡接及螺栓连接的多种连接方式,使本装置具有较强的结构强度,各部件之间连接紧密形成统一整体,整体结构具有较强的连接强度;同时在接缝处设有密封垫进行密封,密封垫采用VMQ硅橡胶,具有良好的高低温性能效果,能够在-55℃~250℃的温度下保持机械性能,使本装置具有较强密封性。本密封结构的各个部件可实现拆卸更换清洗保养;瓶口处受到震动、磕碰因素影响时,密封结构均能保持良好的结构强度,不易产生松动现象,极大提升了气瓶的使用寿命。
(2)本发明内胆采用一体吹塑成型技术,相较于其他头部注塑后再与瓶身焊接的技术, 制备过程更加具有效率,提高了生产节拍。根据附图15可见,内胆的材质采用改性PA6,PET 等对气体(空气,氧气,二氧化碳,氢气等)具有高阻隔性的材料,也可以使用具有同等阻隔性的多层材料(中间添加阻隔层,例如EVOH)。此种技术使内胆的制备时可根据不同的工作压力方便的调节内胆的壁厚;可保证内胆上下瓶肩部位需圆滑过渡,保证了后续缠绕工艺的实施。由于吹塑工艺过程中,内胆的顶部与底部处于模具闭合夹紧闭合位置,造成头部内外表面无法做到密封所需的尺寸公差(所需公差为±0.5mm)所以本发明采用内胆最上表面作为密封面,平面度可以保证为0.2mm,所以能够作为头部密封面。
(3)本发明将内胆与瓶口处新增设计有内衬结构,内衬的材料选用PA66耐温及强度性能优良的工程塑料材质,增设内衬结构使内胆与瓶口处具有平滑过渡的特性,保证了后续对内胆进行缠绕工艺的顺畅,并且塑料材质的内衬结构与内胆侧壁贴合紧密,内胆与内衬之间不产生气泡,软质的材料对碳纤维接触形成良好的保护,防止碳纤维割断,碳纤维通过接触内衬与内胆之间形成良好的缓压作用,后续的缠绕紧密。
(4)本发明在内胆的底面端部新增设置有底部法兰,底部法兰采用AL7075系列铝合金材料,底部法兰自身结构强度高;该采用底部法兰的结构适用于容积大于5升的较大气瓶。通过与内胆外底面的贴合设置,底部法兰一侧呈内凹结构,使其固定设置方式简便且固定牢固,通过设计底部法兰增强了瓶底处的结构强度,底部法兰与内胆不易产生滑落;底部法兰另一端有凸起的缠绕块结构,方便自动化生产时的设备对底部法兰进行抓取,且碳纤维缠绕完成后,能够限制碳纤维丝在轴向的自由度,避免法兰在高压下的窜动,使碳纤维丝缠绕后固定,并与内胆侧壁贴合紧密。
(5)本发明将内胆与内衬连接处,内胆与底部法兰连接处均设计有环形胶带进行粘贴固定,安装定位过程快速便捷;胶带的基材采用PET材料,具有耐高、低温的特性,不会在正常或极端工作环境下失效,保证了粘接强度之余,胶带采用单层结构,可保持外表面光滑,圆环状的定制胶带避免了条状胶带粘贴时的曲面不贴合性,使内胆与内衬之间、内胆与底部法兰之间均无空隙,实现紧密贴合。
(6)本发明摒弃使用单一碳纤维作为包裹内胆的缠绕层材料,采用碳纤维与芳纶纤维的混合缠绕带,将二者按比例进行编织。根据说明书附图13与附图14的对比可见,芳纶的断裂伸长率为2.5%,碳纤维的断裂伸长率为1.5%,芳纶较碳纤维具有优越的断裂伸长率,以此来弥补碳纤维的脆性;芳纶的断裂强度为23.6g/d,碳纤维的断裂强度为23.0g/d,芳纶较碳纤维具有更高的抗断裂强度,且芳纶的密度比碳纤维低20%,这使得气瓶的缠绕层具有更高的结构强度,具有更强的性能,且气瓶的重量得到了降低。
Claims (10)
1.一种新型高压复合气瓶,其特征在于,包括内胆、瓶口、内衬、顶部胶带、密封圈、底部法兰、底部胶带、缠绕层;
所述瓶口的截面呈“工”字形结构,所述瓶口设置于所述内胆的端部,所述内胆与所述瓶口通过吹塑一体成型,所述瓶口与所述内胆之间周向呈凹槽状结构,形成瓶口卡槽;所述瓶口的顶面周向设有瓶口连接孔;
所述内衬设置于所述内胆的一端,所述内衬的侧面呈圆弧状结构,所述内衬的中心呈通孔状结构,形成内衬通孔;所述内衬通孔套于所述第一法兰的外壁,所述内衬的一侧贴合于所述内胆的外壁;所述内胆与所述内衬的接缝处通过顶部胶带包裹固定;所述密封圈与密封结构固定;
所述底部法兰设置于所述内胆的底端,所述底部法兰嵌入设置于所述内胆内,实现与所述内胆固定连接;所述底部法兰与所述内胆的接缝处通过底部胶带包裹固定;
所述缠绕层设置于所述内胆的外壁,所述缠绕层通过绕卷与所述内胆实现固定。
2.根据权利要求1所述的一种新型高压复合气瓶,其特征在于,所述瓶口处还设有密封结构,所述密封结构包括第一法兰块、密封垫、第二法兰和锁紧螺钉;所述第一法兰块的数量为两个,呈对称设置,每个所述第一法兰块呈半圆状结构,所述第一法兰块的顶面呈凹槽状结构,形成第一法兰块槽;每个所述第一法兰块的顶面设有第一法兰块孔,每个所述第一法兰块孔内壁周向呈螺纹状,形成法兰块孔内螺纹;两个所述第一法兰块嵌入所述瓶口卡槽内,所述瓶口贴合设置于所述第一法兰块槽内,实现所述瓶口与所述第一法兰块插接;所述密封垫贴合设置于所述瓶口的顶面;所述密封垫周向设有密封垫孔;所述第二法兰设置于所述密封垫的顶面,所述第二法兰包括锁紧盘和嵌入筒,所述嵌入筒设置于所述锁紧盘的底端,并与所述锁紧盘垂直固定连接呈一体式结构;所述第二法兰的中心呈通孔状结构,形成第二法兰通孔,所述第二法兰通孔贯穿所述锁紧盘和嵌入筒,所述第二法兰通孔的内壁周向呈螺纹状结构,形成法兰通孔内螺纹;所述第二法兰通孔的顶端呈凹槽状结构,形成密封圈卡槽;所述锁紧盘的顶面四周设有锁紧盘连接孔,所述锁紧盘连接孔贯穿所述锁紧盘;所述嵌入筒插入所述瓶口的内壁,实现所述第二法兰与所述瓶口固定,通过所述锁紧螺钉依次贯穿所述锁紧盘连接孔、密封垫孔、瓶口连接孔,并伸入所述第一法兰块孔内配合法兰块孔内螺纹,实现第二法兰、瓶口和第一法兰块实现固定。
3.根据权利要求2所述的一种新型高压复合气瓶,其特征在于,每个所述第一法兰块孔呈盲孔结构。
4.根据权利要求2所述的一种新型高压复合气瓶,其特征在于,每个所述第一法兰块的侧壁设有第一法兰块凹槽,所述第一法兰块凹槽周向设置于所述第一法兰块侧壁。
5.根据权利要求2、4所述的一种新型高压复合气瓶,其特征在于,所述密封垫呈圆环状结构,所述密封垫的内径尺寸与所述瓶口的内径尺寸相适应;所述密封垫的外径尺寸与所述第一法兰块槽的内径尺寸相适应,所述密封垫嵌入设置于所述第一法兰块槽内。
6.根据权利要求2所述的一种新型高压复合气瓶,其特征在于,所述嵌入筒的直径小于所述锁紧盘的直径,所述嵌入筒的外径与所述瓶口的内壁直径相适应。
7.根据权利要求1所述的一种新型高压复合气瓶,其特征在于,所述底部法兰包括嵌入块和缠绕块,所述嵌入块嵌入设置于所述内胆的底端,并与所述内胆贴合设置;所述缠绕块设置于所述嵌入块的一侧,并与所述嵌入块固定连接呈一体式结构。
8.根据权利要求7所述的一种新型高压复合气瓶,其特征在于,所述缠绕块呈一端窄一端宽的圆锥状结构,所述缠绕块的窄侧与所述嵌入块固定连接;所述缠绕块的端面呈凸圆弧状结构。
9.根据权利要求1所述的一种新型高压复合气瓶,其特征在于,所述缠绕层分为碳纤维层以及玻璃纤维层,所述碳纤维层贴合设置于所述内胆的外壁,所述玻璃纤维层包裹设置于所述碳纤维层的外侧。
10.根据权利要求9所述的一种新型高压复合气瓶,其特征在于,所述玻璃纤维层通过使用碳纤维与芳纶纤维的混合缠绕带绕卷形成;所述芳纶纤维位于碳纤维的中间,所述芳纶纤维的厚度与碳纤维的厚度比例为1:4。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201911377456.9A CN111174083B (zh) | 2019-12-27 | 2019-12-27 | 一种高压复合气瓶 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201911377456.9A CN111174083B (zh) | 2019-12-27 | 2019-12-27 | 一种高压复合气瓶 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN111174083A true CN111174083A (zh) | 2020-05-19 |
CN111174083B CN111174083B (zh) | 2021-12-28 |
Family
ID=70650417
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201911377456.9A Active CN111174083B (zh) | 2019-12-27 | 2019-12-27 | 一种高压复合气瓶 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN111174083B (zh) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112043985A (zh) * | 2020-09-09 | 2020-12-08 | 核工业第八研究所 | 一种正压呼吸气瓶 |
CN112208115A (zh) * | 2020-10-23 | 2021-01-12 | 江苏国富氢能技术装备股份有限公司 | 一种用于碳纤维缠绕固化生产线的铝内胆瓶口转接工装 |
CN112682688A (zh) * | 2020-12-24 | 2021-04-20 | 西安向阳航天材料股份有限公司 | 一种全复合材料气囊式压力罐及其制作方法 |
EP4053445A1 (de) * | 2021-03-05 | 2022-09-07 | Maik Krause | Anschlusssystem für cfk-drucktank, cfk-drucktank und herstellverfahren |
CN115076600A (zh) * | 2022-06-16 | 2022-09-20 | 江苏国富氢能技术装备股份有限公司 | 一种高压氢瓶塑料内胆的瓶口结构 |
Citations (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1196462A (zh) * | 1997-04-15 | 1998-10-21 | 中国航天工业总公司第四研究院第四十三研究所 | 车用压缩天然气全复合材料气瓶及其制造方法 |
JPH1144399A (ja) * | 1997-05-27 | 1999-02-16 | Mitsubishi Chem Corp | 耐圧容器 |
CN200940767Y (zh) * | 2006-06-23 | 2007-08-29 | 哈尔滨航空工业(集团)有限公司 | 一种液化石油气复合材料气瓶瓶口结构 |
KR100774612B1 (ko) * | 2007-01-12 | 2007-11-12 | 한국항공우주연구원 | 복합재 탱크 |
CN101421553A (zh) * | 2006-04-11 | 2009-04-29 | 丰田自动车株式会社 | 罐部件的紧固连接结构 |
CN101984763A (zh) * | 2007-06-14 | 2011-03-09 | 压缩能源技术公司 | 端毂及复合压力容器 |
CN102066827A (zh) * | 2008-07-09 | 2011-05-18 | 丰田自动车株式会社 | 贮气罐和贮气罐的制造方法 |
CN105705856A (zh) * | 2014-01-15 | 2016-06-22 | 塔克柏拉斯特有限责任公司 | 高压复合容器和制造高压复合容器的方法 |
CN109114414A (zh) * | 2018-10-30 | 2019-01-01 | 亚普汽车部件股份有限公司 | 高压复合容器的密封结构及高压复合容器 |
CN109210365A (zh) * | 2018-10-30 | 2019-01-15 | 亚普汽车部件股份有限公司 | 高压复合容器的密封结构及高压复合容器 |
-
2019
- 2019-12-27 CN CN201911377456.9A patent/CN111174083B/zh active Active
Patent Citations (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1196462A (zh) * | 1997-04-15 | 1998-10-21 | 中国航天工业总公司第四研究院第四十三研究所 | 车用压缩天然气全复合材料气瓶及其制造方法 |
JPH1144399A (ja) * | 1997-05-27 | 1999-02-16 | Mitsubishi Chem Corp | 耐圧容器 |
CN101421553A (zh) * | 2006-04-11 | 2009-04-29 | 丰田自动车株式会社 | 罐部件的紧固连接结构 |
CN200940767Y (zh) * | 2006-06-23 | 2007-08-29 | 哈尔滨航空工业(集团)有限公司 | 一种液化石油气复合材料气瓶瓶口结构 |
KR100774612B1 (ko) * | 2007-01-12 | 2007-11-12 | 한국항공우주연구원 | 복합재 탱크 |
CN101984763A (zh) * | 2007-06-14 | 2011-03-09 | 压缩能源技术公司 | 端毂及复合压力容器 |
CN102066827A (zh) * | 2008-07-09 | 2011-05-18 | 丰田自动车株式会社 | 贮气罐和贮气罐的制造方法 |
CN105705856A (zh) * | 2014-01-15 | 2016-06-22 | 塔克柏拉斯特有限责任公司 | 高压复合容器和制造高压复合容器的方法 |
CN109114414A (zh) * | 2018-10-30 | 2019-01-01 | 亚普汽车部件股份有限公司 | 高压复合容器的密封结构及高压复合容器 |
CN109210365A (zh) * | 2018-10-30 | 2019-01-15 | 亚普汽车部件股份有限公司 | 高压复合容器的密封结构及高压复合容器 |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112043985A (zh) * | 2020-09-09 | 2020-12-08 | 核工业第八研究所 | 一种正压呼吸气瓶 |
CN112208115A (zh) * | 2020-10-23 | 2021-01-12 | 江苏国富氢能技术装备股份有限公司 | 一种用于碳纤维缠绕固化生产线的铝内胆瓶口转接工装 |
CN112682688A (zh) * | 2020-12-24 | 2021-04-20 | 西安向阳航天材料股份有限公司 | 一种全复合材料气囊式压力罐及其制作方法 |
EP4053445A1 (de) * | 2021-03-05 | 2022-09-07 | Maik Krause | Anschlusssystem für cfk-drucktank, cfk-drucktank und herstellverfahren |
CN115076600A (zh) * | 2022-06-16 | 2022-09-20 | 江苏国富氢能技术装备股份有限公司 | 一种高压氢瓶塑料内胆的瓶口结构 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN111174083B (zh) | 2021-12-28 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN111174083B (zh) | 一种高压复合气瓶 | |
US7959027B2 (en) | Pressurized container | |
CA2080856C (en) | Boss for a filament wound pressure vessel | |
US5429845A (en) | Boss for a filament wound pressure vessel | |
JP5928473B2 (ja) | 圧力容器 | |
CN108131556B (zh) | 一种设置有密封结构的高压复合容器 | |
JP6902544B2 (ja) | 圧力容器ドームの通気孔 | |
CN109027676B (zh) | 用于高压复合容器的密封结构 | |
CN108953985B (zh) | 具有密封结构的高压复合容器 | |
JPH10332082A (ja) | 耐圧容器 | |
EP4220002A1 (en) | Pressure vessel | |
US11371659B2 (en) | Boss with internal bearing | |
JPH1144399A (ja) | 耐圧容器 | |
CN109027675B (zh) | 具有密封结构高压复合容器 | |
CN108119748B (zh) | 一种设置有密封结构的高压复合容器 | |
JPH10332083A (ja) | 耐圧容器 | |
JPH10332085A (ja) | 耐圧容器 | |
JP2022546805A (ja) | 圧力容器 | |
JPH10332084A (ja) | 耐圧容器 | |
CN111963887B (zh) | 一种高压复合容器的塑料内胆 | |
JP2001214998A (ja) | 耐圧容器 | |
JPH10141594A (ja) | 高圧容器用ライナー成形品 | |
JP2001050494A (ja) | 耐圧容器 | |
CN212080868U (zh) | 一种塑料内胆全缠绕气瓶、瓶口连接结构和瓶嘴 | |
CN111237266A (zh) | 一种轻量化缠绕式囊式蓄能器 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
CB02 | Change of applicant information | ||
CB02 | Change of applicant information |
Address after: 210000 No. 2, Four Architecture Building, Xinjiekou Street, Xuanwu District, Nanjing City, Jiangsu Province Applicant after: SOUTHEAST University Applicant after: Jiuchang new energy technology (Yangzhou) Co., Ltd Address before: 210000 No. 2, Four Architecture Building, Xinjiekou Street, Xuanwu District, Nanjing City, Jiangsu Province Applicant before: SOUTHEAST University Applicant before: Jiuchang new energy technology (Zhenjiang) Co., Ltd |
|
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |