CN113007591A - 缠绕容器结构、缠绕方法、车辆 - Google Patents

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郭淑芬
薛海龙
高智惠
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Abstract

本申请公开一种缠绕容器结构、缠绕方法、车辆，属于复合材料气瓶领域。一种缠绕容器结构包括：容器和缠绕层；所述缠绕层缠绕于所述容器外表面，包括一组在前缠绕带和交叠缠绕带，所述交叠缠绕带位于所述缠绕层的最后一圈，所述交叠缠绕带的尾部覆盖于所述在前缠绕带下方。通过将缠绕层的尾部引入缠绕层之下，使得尾部被牢固的压在缠绕层下，固化过程中也不会脱落，从而提高质量。

Description

缠绕容器结构、缠绕方法、车辆
技术领域
本申请涉及复合材料气瓶领域，具体涉及一种缠绕容器结构、缠绕方法、车辆。
背景技术
压力容器通常用于容纳各种压力下的流体，例如储存氢、氧、天然气、氮、丙烷、甲烷和其他燃料,特别是需要在高压状态下储存的气体。因为容器中气体的存储密度较低，在这种高压环境下，使用压力容器是必不可少的。例如，在燃料气体车辆(燃料电池车辆或压缩天然气车辆)上，气体存储系统的结构根据存储燃料气体的方法而变化，并且考虑到存储系统的成本、重量和简单性，已经考虑了以压缩气体的形式存储气体的方法。
然而，由于气态燃料的储能密度较低，需要增加储存量或储存压力，以保证较长的行驶距离。在车辆上用于安装气体存储系统的空间是有限的，并且在增加存储罐的尺寸方面存在限制。
合适的容器外壳材料包括缠绕的玻璃纤维长丝或其他合成纤维通过热固化或热塑性树脂粘合在一起的层压层。聚合物或其他非金属弹性衬里或气囊通常设置在复合壳体内以密封容器并防止内部流体接触复合材料。容器的复合结构提供了许多优点，如重量轻，耐腐蚀，疲劳和灾难性失效。这些属性至少部分归因于增强纤维或长丝的高比强度，这些增强纤维或长丝通常定向于压力容器构造中的主力方向。
基于内衬的材料，燃料气体储罐的形状被分类为其中插入由诸如铝等金属材料制成的内衬的Ⅲ型罐和其中插入高密度聚合物内衬的Ⅳ型罐。Ⅲ型储罐具有相对较高的稳定性，但价格昂贵，抗疲劳性能较低。相比之下，Ⅳ型储罐价格低廉，与Ⅲ型储罐相比具有更好的抗疲劳性能，但可能存在诸如氢气泄漏和抗渗透性能恶化等安全问题。
对于复合材料层多使用碳纤维由螺旋缠绕和环形缠绕组成的复合材料层，可以由碳纤维直接浸润树脂缠绕，也可以由预浸带缠绕进行缠绕。在缠绕完成后的固化工艺过程中，由于气瓶的旋转或者树脂粘度变化等原因，可能造成收尾处纱线滑落或者褶皱等现象，不但外观度差，且会造成直径变大、不便于安装等缺陷。
发明内容
本申请旨在提供一种缠绕容器结构，与传统的结构相比，简单有效并且确保容器固化过程中缠绕层不滑落，同时不失美观性。
根据本申请的第一方面，提出一种缠绕容器结构，包括容器和缠绕层；所述缠绕层缠绕于所述容器外表面，包括一组在前缠绕带和交叠缠绕带；所述交叠缠绕带位于所述缠绕层的最后一圈；所述交叠缠绕带的尾部覆盖于所述在前缠绕带下方。
通过将缠绕层的尾部引入缠绕层之下，使得尾部被牢固的压在缠绕层下，固化过程中也不会脱落。
根据一些实施例，所述容器包括压力容器、复合材料气瓶。
进一步地，所述容器的形状包括回转体。
根据一些实施例，所述缠绕层包括环形缠绕层、螺旋缠绕层中的一种或任意组合。
进一步地，所述缠绕带包括一组纤维条，所述一组纤维条顺序组合相邻布置。
根据一些实施例，所述纤维条包括碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维。
进一步地，所述交叠缠绕带的尾部一组纤维条按照组合顺序分开并覆盖于所述在前缠绕带下方。
将所述交叠缠绕带放入尾部按照其组成顺序分开、分别覆盖于在前缠绕带下方，能够进一步提高缠绕层的平滑度。
根据一些实施例，所述交叠缠绕带的尾部覆盖于所述在前缠绕带的最后N圈缠绕带之下，N为大于2的自然数。
根据本申请的第二方面，提出一种所述缠绕容器结构的缠绕方法，其特征在于，包括:沿着容器的表面缠绕纤维带；在缠绕后的纤维带及容器表面横向平铺牵引带；继续缠绕纤维带并覆盖于牵引带之上；缠绕最后一圈纤维带并将其尾部套入牵引带之中；拉动牵引带将尾部引入在前缠绕带下方；引出并修剪多余纤维。
根据本申请的第三方面，提出一种车辆，包括前述的缠绕容器结构。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本申请。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例。
图1示出传统缠绕容器结构示意图。
图2示出根据示例实施例的缠绕容器结构示意图。
图3示出根据另一示例实施例的缠绕容器结构示意图。
图4示出根据示例实施例的缠绕方法流程图。
图5示出根据示例实施例的缠绕过程示意图。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例实施例。然而，示例实施例能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施例。提供这些实施例是为使得本申请更全面和完整，并将示例实施例的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。
附图中所示的方框图仅仅是功能实体，不一定必须与物理上独立的实体相对应。即，可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。
附图中所示的流程图仅是示例性说明，不是必须包括所有的内容和操作/步骤，也不是必须按所描述的顺序执行。例如，有的操作/步骤还可以分解，而有的操作/步骤可以合并或部分合并，因此实际执行的顺序有可能根据实际情况改变。
本领域技术人员可以理解，附图只是示例实施例的示意图，可能不是按比例的。附图中的模块或流程并不一定是实施本申请所必须的，因此不能用于限制本申请的保护范围。
图1示出传统缠绕容器结构示意图。
如图1所示，传统缠绕容器100包括容器110和外部环形缠绕带120。外部缠绕带120的尾部121直接贴搭在容器100的表面，借助其本身的粘性固定在容器100上。由于缠绕带120自身的粘性有限，或其他原因，可能导致缠绕容器100在后续的旋转固化过程中出现缠绕带120松弛，固化结束后出现缠绕带120褶皱、突起、滑落等现象。不但直接影响表面美观性、容器尺寸，而且容器的一致性、生产成本均会受影响。
因此，本发明人针对传统缠绕层结构不可靠的问题，提出一种新的缠绕层结构。以下将结合附图，对本申请的技术方案进行详细说明。为方便描述，本申请中仅列出最外层的环形缠绕层，其他细节，诸如螺旋缠绕层、阀座、内胆等信息均未详细描述，但均包含在所述容器结构内。
图2示出根据示例实施例的缠绕容器结构示意图。
如图2所示，所述缠绕容器结构200包括容器210和缠绕层220。所述缠绕层220包括缠绕于所述容器外表面的一组在前缠绕带221和交叠缠绕带222；所述交叠缠绕带222位于所述缠绕层220的最后一圈；所述交叠缠绕带222的尾部覆盖于所述在前缠绕带221下方。交叠缠绕带222是缠绕层220的最后一圈。
通过将缠绕层最后一圈的尾部引入缠绕层之下，使得尾部被牢固的压在缠绕层下，固化过程中也不会脱落。
参见图2，所述容210可以是压力容器、符合材料气瓶等。例如车载储氢气瓶、站用气瓶等其他缠绕工艺制成的容器。
根据一些实施例，所述容器210的形状为回转体。
根据一些实施例，所述缠绕层220可以是环形缠绕层，也可以是螺旋缠绕层，或者两者的组合。
根据一些实施例，所述缠绕层220的材料包括碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维等，但不限于此。
如图2所示，根据一些实施例，所述交叠缠绕带222的尾部覆盖于所述在前缠绕带221的最后N圈缠绕带之下，N通常为大于2的自然数。图2中所示的实施例中，交叠缠绕带222的尾部覆盖于所述在前缠绕带221的最后两圈缠绕带221-1、221-2之下，但本申请不限于此。
图3示出根据另一示例实施例的缠绕容器结构示意图。
如图3所示，所述缠绕带222包括一组纤维条，所述一组纤维条顺序组合相邻布置，例如图3中所示的222-1～222-4。所述交叠缠绕带222的尾部纤维条彼此分开，分别覆盖于在前缠绕带221下方。例如，可以覆盖于在前缠绕带221的倒数第一圈221-1、和倒数第二圈221-2下方。
图4示出根据示例实施例的缠绕方法流程图。
如图4所示，所述缠绕容器结构的缠绕方法，包括:
S1:沿着容器的表面缠绕纤维带；
S2:在缠绕后的纤维带及容器表面横向平铺牵引带；
S3:继续缠绕纤维带并覆盖于牵引带之上；
S4:缠绕最后一圈纤维带并将其尾部套入牵引带之中；
S5:拉动牵引带将尾部引入在前缠绕带下方；
S6:引出并修剪多余纤维。
图5示出根据示例实施例的缠绕过程示意图。
如图5所示，根据本申请的示例实施例，在缠绕结束前事先准备牵引带300。当在前缠绕带221的倒数第三圈221-3缠绕完成后，将牵引带300横向平铺在缠绕层220及容器110表面。继续缠绕，牵引带300被在此之后缠绕的缠绕带221-2、221-1覆盖。交叠缠绕带222缠绕后，将交叠缠绕带222的尾部套入牵引带300中，并在另一侧缓慢拉动牵引带300，如图5中的箭头方向所示。
由此，将交叠缠绕带222引入在前缠绕带221之下，并从在前缠绕带221的倒数第二圈221-2之前引出，如图3所示。将交叠缠绕带222的尾部纤维条彼此分开，如图3中所示的222-1～222-4，分别覆盖于在前缠绕带221下方。将引出的交叠缠绕带222的尾部多余部分剪去，交叠缠绕带222的尾部就被牢固的压在在前缠绕带221之下，后期固化过程中也不会脱落。
牵引带300的材料可以是纤维也可以是其他材质物体。牵引带300的形状可以是条形，也可以打结成环形，便于牵引即可。
根据示例实施例的缠绕方法适用于干法、湿法及半干法缠绕工艺等。该方法有效地将缠绕层的结尾固定在环形缠绕层下，避免固化过程中纤维缠绕气瓶结尾滑脱、褶皱，提高容器品质。
根据本申请的第三方面，提出一种车辆，包括前述的缠绕容器结构。
需要说明的是，以上参照附图所描述的每个实施例仅用以说明本申请而非限制本申请的范围，本领域的普通技术人员应当理解，在不脱离本申请的精神和范围的前提下对本申请进行的修改或者等同替换，均应涵盖在本申请的范围之内。此外，除上下文另有所指外，以单数形式出现的词包括复数形式，反之亦然。另外，除非特别说明，那么任何实施例的全部或一部分可结合任何其它实施例的全部或一部分来使用。

Claims (10)

1.一种缠绕容器结构，其特征在于，包括：
容器；
缠绕层，缠绕于所述容器外表面，包括一组在前缠绕带和交叠缠绕带，所述交叠缠绕带位于所述缠绕层的最后一圈，所述交叠缠绕带的尾部覆盖于所述在前缠绕带下方。
2.如权利要求1所述的缠绕容器结构，其特征在于，所述容器包括压力容器、复合材料气瓶。
3.如权利要求1所述的缠绕容器结构，其特征在于，所述容器的形状包括回转体。
4.如权利要求1所述的缠绕容器结构，其特征在于，所述缠绕层包括环形缠绕层、螺旋缠绕层中的一种或任意组合。
5.如权利要求4所述的缠绕容器结构，其特征在于，所述缠绕带包括一组纤维条，所述一组纤维条顺序组合相邻布置。
6.如权利要求5所述的缠绕容器结构，其特征在于，所述纤维条包括碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维。
7.如权利要求5所述的缠绕容器结构，其特征在于，所述交叠缠绕带的尾部一组纤维条按照组合顺序分开并覆盖于所述在前缠绕带下方。
8.如权利要求1/7所述的缠绕容器结构，其特征在于，所述交叠缠绕带的尾部覆盖于所述在前缠绕带的最后N圈缠绕带之下，N为大于2的自然数。
9.一种缠绕容器缠绕层的缠绕方法，其特征在于，包括:
沿着容器的表面缠绕纤维带；
在缠绕后的纤维带及容器表面横向平铺牵引带；
继续缠绕纤维带并覆盖于牵引带之上；
缠绕最后一圈纤维带并将其尾部套入牵引带之中；
拉动牵引带将尾部引入在前缠绕带下方；
引出并修剪多余纤维。
10.一种车辆，其特征在于，包括如权利要求1-8中任一项所述的缠绕容器结构。
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