CN113915516A - 一种碳纤维全缠绕气瓶及其碳纤维缠绕方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种碳纤维全缠绕气瓶，包括：由筒体、前封头和后封头构成的内胆，前部过渡组件套装并固定于前封头与筒体之间的交界连接处，后部过渡组件套装并固定于后封头与筒体之间的交界连接处，在前部过渡组件与后部过渡组件之间的筒体上缠绕有第一环向缠绕层，第一环向缠绕层的厚度≥前部过渡组件的后端的壁厚，在环向缠绕层、前封头、后封头上依次缠绕包裹有小角度纵向螺旋缠绕层和第二环向缠绕层，第二环向缠绕层的厚度≥0。本发明还公开了上述碳纤维全缠绕气瓶的碳纤维缠绕方法。上述结构具有疲劳强度高、稳定性好、制造成本低、整体质量减轻、且能避免疲劳泄漏点发生在前封头与筒体的过渡区域以及后封头与筒体的过渡区域等优点。

Description

一种碳纤维全缠绕气瓶及其碳纤维缠绕方法
技术领域
本发明涉及压力容器，尤其涉及一种碳纤维全缠绕气瓶及其制造方法。
背景技术
碳纤维全缠绕气瓶主要由内胆和缠绕于内胆上的碳纤维缠绕层构成，内胆主要由筒体和固定连接于筒体两端敞开口处的封头构成，碳纤维缠绕层由环向缠绕层和螺旋缠绕层构成。目前应用于氢能行业的碳纤维全缠绕气瓶主要用于工作压力为35MPa的工作环境中，然而随着氢能应用越来越普及，碳纤维全缠绕气瓶的工作压力逐渐向70MPa发展，此外加氢站用的碳纤维全缠绕气瓶，工作压力更是高达87.5～100MPa。
随着碳纤维全缠绕气瓶所承受的工作压力的增加，缠绕于内胆上的碳纤维缠绕层的厚度也需要随之增厚才能满足使用要求；此外，随着碳纤维全缠绕气瓶的外径的增加，缠绕于内胆上的碳纤维缠绕层的厚度也需要随之增厚才能满足使用需求。如外径为376mm左右的35MPa的碳纤维全缠绕气瓶的碳纤维缠绕层的厚度达到了10～14mm，外径为410mm左右的70MPa的碳纤维全缠绕气瓶的碳纤维缠绕层的厚度达到了20～30mm。
对于小规格、小直径、工作压力较低的碳纤维全缠绕气瓶，其上的碳纤维缠绕层厚度通常为3～5mm。当这类气瓶需要提升其承载的工作压力时，随着工作压力的提升，碳纤维缠绕层整体厚度增加，环向缠绕层的厚度也会相应增加，而环向缠绕层的厚度的增加会导致螺旋缠绕层在小角度纵向螺旋缠绕或/和高角度螺旋缠绕时，环向缠绕层与螺旋缠绕层之间的架空超过了碳纤维本身滑纱压平的极限，导致缠绕结束后在内胆的筒体与封头的过渡区域存在架空的空隙，螺旋缠绕层在受到内压的情况下，空隙的存在会导致空隙处存在非常大的剪切应力。经过多次爆破试验发现破口很大概率发生在空隙处，经过多次疲劳试验发现疲劳的泄漏点也很大概率发生在筒体与封头的过渡区域处，由此可见架空区域是影响厚壁气瓶的强度的重大影响因素。
目前对于多种规格的碳纤维全缠绕气瓶因工作压力或/和外径的增加而导致碳纤维缠绕层的厚度随之增加的情况，为提高气瓶的疲劳性能，一种方式是先集中环向缠绕形成环向缠绕层3，然后再进行小角度纵向螺旋缠绕形成螺旋缠绕层，但这种缠绕方式会导致环向缠绕层与螺旋缠绕层之间的架空更加厉害，对筒体与封头的过渡区域的强度影响更加巨大。如图1所示为环向缠绕层环向缠绕的缠绕示意图，为能清晰看出环向缠绕方式，图中环向缠绕间隙示意较大，但这并不代表实际缠绕间隙。另一种方式是将环向缠绕层分为多层环向层，将由小角度纵向螺旋缠绕形成螺旋缠绕层4也分为多层螺旋层，环向层与螺旋层两者层次交替缠绕形成包裹内胆的碳纤维缠绕层，但是随着气瓶的工作压力的增加以及外径的增加，每层的环向层厚度也会相应增加，如图3所示，当单层环向层厚度超过纤维滑移、胶液填充达到上限时会导致环向层与螺旋层之间在过渡区域内依然存在明显的架空的空隙A。
为解决上述问题，一种解决方案是将环向缠绕层与由小角度纵向螺旋缠绕形成的螺旋缠绕层4尽量逐层分别交替缠绕，从而尽量将架空区域分散。比如某碳纤维全缠绕气瓶，其设计碳纤维缠绕层铺层为32层环向层+10层螺旋层，32层环向层的总体厚度约7～8mm，为了减少环向层在过渡区域的架空空隙，采用平均分配的方法将环向层与螺旋层平均分布，这样就能很大程度上减少架空的产生，因为碳纤维缠绕纱带本身在带有胶液的状态下会有一定的滑移，因而能够填满空隙。同时，由于环向层与螺旋层交替缠绕，环向层每隔一层或二层，将环向层的宽度缩小1～2mm，甚至更多以达到平滑过渡的效果。
设计线型如下：3层环向层/1层螺旋层/3层环向层/1层螺旋层/3层环向层/1层螺旋层/3层环向层/1层螺旋层/3层环向层/1层螺旋层/3层环向层/1层螺旋层/3层环向层/1层螺旋层/3层环向层/1层螺旋层/3层环向层/1层螺旋层/3层环向层/1层螺旋层/2层环向层，同时环向层缠绕的宽度逐层递减1mm或者2mm。
这种方案可以在筒体1与封头2的过渡区域形成一个环向逐层递减的平滑过渡区，从而降低过渡区域的空隙，但是由于环向缠绕层需要平均的分配到各个螺旋层之间，导致环向缠绕层无法集中缠绕，受螺旋层的影响，环向层的折皱、弯曲、变形的情况增加，这种情况会影响气瓶的疲劳性能，降低疲劳次数。而为保证疲劳次数不降低，则需要增加环向层的层数，比如将设计的32层环向层增加到38层环向层才能满足标准规范要求的疲劳次数。这将大大增加碳纤维的使用量，增加气瓶的重量，增加制造成本。
此外，由于环向层逐层递减缠绕，虽然能使封头2与环向层之间过渡平滑，减少架空现象，但是随着总体缠绕层厚度的增加，环向层宽度逐层递减、远离封头部分，比如上面铺层的例子，总共32层环向层，每层减少2mm宽度，则32层的环向层的总宽度减少到64mm。由于过渡区域的环向层的厚度被削弱，在进行疲劳测试时，疲劳的泄漏点很大概率发生在此处。为了保证疲劳的性能，则需要再增加环向层的厚度来保证气瓶的性能符合标准要求，这将大大增加碳纤维的使用量，增加气瓶的重量，增加制造成本。
为解决上述问题，另一种方案是将环向缠绕层分成2～5部分，将由小角度纵向螺旋缠绕形成的螺旋缠绕层4也分成2～5部分，并且在缠绕过程中在筒体与封头的过渡区域增加若干层高角度螺旋缠绕层5，可以是1层、2层或者更多层，这样就可以用高角度螺旋缠绕将空隙填充，另一方面，由于此处存在应力集中，通过增加高角度螺旋缠绕起到补强的作用。高角度螺旋缠绕可以在小角度纵向螺旋缠绕全部结束后缠绕，也可以在中间某一层进行缠绕，也可在第一层就开始缠绕。如图2所示为采用碳纤维进行小角度纵向螺旋缠绕的缠绕示意图；如图4所示为采用碳纤维进行高角度螺旋缠绕的缠绕示意图，高角度区域为B；如图5所示是既有环向缠绕、小角度纵向螺旋缠绕又有高角度螺旋缠绕的缠绕示意图。
例如将32层环向层分成四部分缠绕，每一部分8层，10层螺旋层分成四部分缠绕，每一部分2到3层。设计线型如下：8层环向层/3层螺旋层/8层环向层/3层螺旋层/1层高角螺旋层/8层环向层/2层螺旋层/8层环向层/2层螺旋层/1层高角度螺旋层。
上面的铺层增加了2层高角度螺旋缠绕，对筒体与封头的过渡区域进行了缠绕补强。但是在原来设计的线型基础上，需要根据架空层的大小，增加不同层数的高角度螺旋缠绕层用来填补过渡区域的空隙。比如在本例中，计算的缠绕铺层设计是32层环向层+10层螺旋层，而由于需要在过渡区域增加高角度螺旋缠绕层，则最终的铺层设计变为32层环向+10层小角度螺旋+2层高角螺旋。这样就势必增加了碳纤维螺旋缠绕的使用量，增加了制造成本，增加了气瓶的重量。
发明内容
本发明所需解决的技术问题是：提供一种疲劳强度高、稳定性好、制造成本低、整体质量减轻、且能避免疲劳泄漏点发生在前封头与筒体的过渡区域以及后封头与筒体的过渡区域的一种碳纤维全缠绕气瓶，以及提供一种该碳纤维全缠绕气瓶的碳纤维缠绕方法。
为解决上述问题，本发明采用的技术方案是：所述的一种碳纤维全缠绕气瓶，包括：由筒体、前封头和后封头构成的内胆、前部过渡组件和后部过渡组件；前部过渡组件上开设有与前封头的外轮廓对应匹配的第一球状通孔，前部过渡组件通过第一球状通孔套装并固定于前封头上，且前部过渡组件的后端面位于前封头与筒体的交界连接处，前部过渡组件的外轮廓为球面形状，且前部过渡组件的后端的壁厚大于前部过渡组件的前端的壁厚；后部过渡组件上开设有与后封头的外轮廓对应匹配的第二球状通孔，后部过渡组件通过第二球状通孔套装并固定于后封头上，且后部过渡组件的前端面位于后封头与筒体的交界连接处，后部过渡组件的外轮廓为球面形状，且后部过渡组件的前端的壁厚与前部过渡组件的后端的壁厚一致，后部过渡组件的后端的壁厚与前部过渡组件的前端的壁厚一致；在前部过渡组件与后部过渡组件之间的筒体上缠绕有第一环向缠绕层，第一环向缠绕层的厚度≥前部过渡组件的后端的壁厚，在第一环向缠绕层、前封头、后封头上依次缠绕包裹有小角度纵向螺旋缠绕层和第二环向缠绕层，第二环向缠绕层的厚度≥0。
进一步地，前述的一种碳纤维全缠绕气瓶，其中，前部过渡组件的外轮廓的前端与前封头的外轮廓平滑接触，后部过渡组件的外轮廓的后端与后封头的外轮廓平滑接触。
进一步地，前述的一种碳纤维全缠绕气瓶，其中，前部过渡组件的宽度H为碳纤维缠绕纱带的宽度的2～3倍，后部过渡组件的宽度与前部过渡组件的宽度一致。
上述结构的碳纤维全缠绕气瓶的碳纤维缠绕方法具体包括以下步骤：
(1)计算出碳纤维全缠绕气瓶的环向缠绕层的最小厚度hθ：
Figure BDA0003229002690000061
其中，hθ是：环向缠绕层的最小厚度(mm)；
R是：内胆的外半径(mm)；
Pbl是：内胆的最小爆破压力(MPa)；
Pb是：碳纤维全缠绕气瓶的最小设计爆破压力(MPa)；
[σf]是：碳纤维最小拉伸强度保值(MPa)；
Vf是：碳纤维计算体积百分含量(％)；
α是：纵向螺旋平均缠绕角；
(2)根据步骤(1)中得到的环向缠绕层的最小厚度hθ，确定碳纤维全缠绕气瓶的实际环向缠绕层的厚度h、前部过渡组件的后端的壁厚h1、后部过渡组件的前端的壁厚h2、在前部过渡组件和后部过渡组件之间的筒体上缠绕的第一环向缠绕层的厚度h3、以及第二环向缠绕层的厚度h4；
h＝1hθ～2hθ；
h1＝0.4h～h；
h2＝0.4h～h；
h3＝1h1～1.1h1；
h4＝h-h3；
(3)计算出碳纤维全缠绕气瓶的小角度纵向螺旋缠绕层的厚度hα：
Figure BDA0003229002690000071
(4)将前部过渡组件套装并固定于前封头上，将后部过渡组件套装并固定于后封头上后将内胆安装于缠绕机上。
当h4＝0时，对前部过渡组件与后部过渡组件之间的筒体进行环向缠绕形成第一环向缠绕层；然后在第一环向缠绕层、前封头、后封头上进行小角度纵向螺旋缠绕形成小角度纵向螺旋缠绕层，即完成整个气瓶的碳纤维缠绕作业。
当h4≠0时，对前部过渡组件与后部过渡组件之间的筒体进行环向缠绕形成第一环向缠绕层；然后在第一环向缠绕层、前封头、后封头上进行小角度纵向螺旋缠绕形成小角度纵向螺旋缠绕层，再在小角度纵向螺旋缠绕层上进行环形缠绕形成第二环向缠绕层，即完成整个气瓶的碳纤维缠绕作业。
本发明的有益效果是：①前部过渡组件和后部过渡组件的设置使得前封头与筒体之间的过渡区域以及后封头与筒体之间的过渡区域应力平滑，气瓶在受到内压时，前封头与筒体之间的过渡区域以及后封头与筒体之间的过渡区域不会产生应力集中，大大降低了过渡区域的剪切应力，避免了因应力集中而降低螺旋缠绕层碳纤维的强度发挥率的问题，能够充分发挥螺旋缠绕层碳纤维强度，因而小角度纵向螺旋缠绕形成的螺旋层即能保证纵向的强度，无需再额外增设多层高角度螺旋缠绕层来补强过渡区域，降低了碳纤维在螺旋缠绕方向的使用量；此外，过渡区域应力平滑还能保证气瓶爆破压力及疲劳压力更加稳定、可靠，大大提高了气瓶的综合性能；②可以对前部过渡组件和后部过渡组件之间的筒体进行集中环向缠绕形成第一环向缠绕层，且在环向环绕过程中，第一环向缠绕层不会滑向封头区域，结合优点①，确保气瓶的疲劳强度，避免疲劳泄漏点发生在前封头与筒体之间的过渡区域以及后封头与筒体之间的过渡区域，有效增强了气瓶的疲劳强度和稳定性；此外，在保证气瓶的爆破强度与疲劳性能的基础上降低碳纤维在环向缠绕方向以及螺旋缠绕方向的使用量，最终降低气瓶的整体质量以及制造成本。
附图说明
图1是背景技术中采用碳纤维进行环向缠绕时的缠绕示意图。
图2是背景技术中采用碳纤维进行小角度纵向螺旋缠绕时的缠绕示意图。
图3是背景技术中当单层环向层厚度超过纤维滑移、胶液填充达到上限时导致环向层与螺旋层之间在过渡区域内存在明显的架空的空隙A的示意图。
图4是背景技术中采用碳纤维进行高角度螺旋缠绕时的缠绕示意图。
图5是背景技术中既有环向缠绕、小角度纵向螺旋缠绕又有高角度螺旋缠绕的碳纤维缠绕示意图。
图6是安装有前部过渡组件和后部过渡组件的内胆的结构示意图。
图7是图6的分解结构示意图。
图8是对前部过渡组件和后部过渡组件之间的筒体进行环向缠绕的缠绕示意图。
图9是本发明所述的一种碳纤维全缠绕气瓶的其中一种结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图及优选实施例对本发明所述的技术方案作进一步详细的说明。
如图6、图7、图8和图9所示，本发明所述的一种碳纤维全缠绕气瓶，包括：由筒体1、前封头21和后封头22构成的内胆、前部过渡组件6和后部过渡组件7。气瓶上的其他结构属于常规结构，这里不再展开赘述。
如图6和图7所示，前部过渡组件6上开设有与前封头21的外轮廓对应匹配的第一球状通孔61，前部过渡组件6通过第一球状通孔61套装并固定于前封头21上，且前部过渡组件6的后端面位于前封头21与筒体1的交界连接处，前部过渡组件的外轮廓62为球面形状，且前部过渡组件6的后端的壁厚大于前部过渡组件的前端的壁厚。最佳方案是使前部过渡组件的外轮廓62的前端与前封头21的外轮廓平滑接触。
如图6和图7所示，后部过渡组件7上开设有与后封头22的外轮廓对应匹配的第二球状通孔71，后部过渡组件7通过第二球状通孔71套装并固定于后封头22上，且后部过渡组件7的前端面位于后封头22与筒体1的交界连接处，后部过渡组件的外轮廓72为球面形状，且后部过渡组件7的前端的壁厚与前部过渡组件6的后端的壁厚一致，后部过渡组件7的后端的壁厚与前部过渡组件6的前端的壁厚一致。最佳方案是使后部过渡组件的外轮廓72的后端与后封头22的外轮廓平滑接触。
前部过渡组件6、后部过渡组件7可以采用金属或者复合材料制成。前部过渡组件6套装固定于前封头21上以及后部过渡组件7套装固定于后封头22上的固定方式可以采用多种固定形式，比如胶接方式、调节配合间隙方式保证紧密配合等。
如图8和图9所示，在前部过渡组件6与后部过渡组件7之间的筒体1上缠绕有第一环向缠绕层31，第一环向缠绕层31的厚度≥前部过渡组件6的后端的壁厚，在第一环向缠绕层31、前封头21、后封头22上依次缠绕包裹有小角度纵向螺旋缠绕层4和第二环向缠绕层，第二环向缠绕层的厚度≥0。
本实施例中，前部过渡组件6的宽度H优选碳纤维缠绕纱带的宽度的2～3倍，后部过渡组件7的宽度与前部过渡组件6的宽度一致。
上述结构的碳纤维全缠绕气瓶具有如下优点：
优点1：前部过渡组件6和后部过渡组件7的设置使得前封头21与筒体1之间的过渡区域以及后封头22与筒体1之间的过渡区域应力平滑，气瓶在受到内压时，前封头21与筒体1之间的过渡区域以及后封头22与筒体1之间的过渡区域不会产生应力集中，大大降低了过渡区域的剪切应力，避免了因应力集中而降低螺旋缠绕层碳纤维的强度发挥率的问题，能够充分发挥螺旋缠绕层碳纤维强度，因而小角度纵向螺旋缠绕形成的螺旋层即能保证纵向的强度，无需再额外增设多层高角度螺旋缠绕层来补强过渡区域，降低了碳纤维在螺旋缠绕方向的使用量；此外，过渡区域应力平滑还能保证气瓶爆破压力及疲劳压力更加稳定、可靠，大大提高了气瓶的综合性能。
优点2：在进行碳纤维缠绕的过程中，可以对前部过渡组件和后部过渡组件之间的筒体进行集中环向缠绕形成第一环向缠绕层，且在环向环绕过程中，第一环向缠绕层不会滑向封头区域。结合优点1，确保气瓶的疲劳强度，避免疲劳泄漏点发生在前封头21与筒体1之间的过渡区域以及后封头22与筒体1之间的过渡区域，有效增强了气瓶的疲劳强度和稳定性；此外，在保证气瓶的爆破强度与疲劳性能的基础上降低碳纤维在环向缠绕以及螺旋缠绕方向的使用量，最终降低气瓶的整体质量以及制造成本。
本方案所述的结构适用于金属内胆碳纤维全缠绕气瓶上，也适用于塑料内胆碳纤维全缠绕气瓶上。
本方案所述的碳纤维全缠绕气瓶的碳纤维缠绕方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
(1)计算出碳纤维全缠绕气瓶的环向缠绕层的最小厚度hθ：
Figure BDA0003229002690000111
其中，hθ是：环向缠绕层的最小厚度(mm)；
R是：内胆的外半径(mm)；
Pbl是：内胆的最小爆破压力(MPa)；
Pb是：碳纤维全缠绕气瓶的最小设计爆破压力(MPa)；
[σf]是：碳纤维最小拉伸强度保值(MPa)；
Vf是：碳纤维计算体积百分含量(％)；
α是：纵向螺旋平均缠绕角；
(2)根据步骤(1)中得到的环向缠绕层的最小厚度hθ，确定碳纤维全缠绕气瓶的实际环向缠绕层的厚度h、前部过渡组件6的后端的壁厚h1、后部过渡组件7的前端的壁厚h2、在前部过渡组件6和后部过渡组件7之间的筒体1上缠绕的第一环向缠绕层31的厚度h3、以及第二环向缠绕层的厚度h4；
h＝1hθ～2hθ；
h1＝0.4h～h；
h2＝0.4h～h；
h3＝1h1～1.1h1；
h4＝h-h3；
(3)计算出碳纤维全缠绕气瓶的小角度纵向螺旋缠绕层4的厚度hα：
Figure BDA0003229002690000121
各参数与步骤(1)中对应的参数定义一致；
(4)将前部过渡组件6套装并固定于前封头21上，将后部过渡组件7套装并固定于后封头22上后将内胆安装于缠绕机上。
当h4＝0时，对前部过渡组件6与后部过渡组件7之间的筒体1进行环向缠绕形成第一环向缠绕层31；然后在第一环向缠绕层31、前封头21、后封头22上进行小角度纵向螺旋缠绕形成小角度纵向螺旋缠绕层4，即完成整个气瓶的碳纤维缠绕作业。
例如通过步骤(1)计算出碳纤维全缠绕气瓶的环向缠绕层的最小厚度hθ为10mm，确定碳纤维全缠绕气瓶的实际环向缠绕层的厚度h＝11mm、前部过渡组件6的后端的壁厚h1＝10mm、后部过渡组件7的前端的壁厚h2＝10mm、在前部过渡组件6和后部过渡组件7之间的筒体1上缠绕的第一环向缠绕层31的厚度h3＝11mm、第二环向缠绕层的厚度h4＝0。
当h4≠0时，对前部过渡组件6与后部过渡组件7之间的筒体1进行环向缠绕形成第一环向缠绕层31；然后在第一环向缠绕层31、前封头21、后封头22上进行小角度纵向螺旋缠绕形成小角度纵向螺旋缠绕层4，再在小角度纵向螺旋缠绕层4上进行环形缠绕形成第二环向缠绕层，即完成整个气瓶的碳纤维缠绕作业。
例如通过步骤(1)计算出碳纤维全缠绕气瓶的环向缠绕层的最小厚度hθ为10mm，确定碳纤维全缠绕气瓶的实际环向缠绕层的厚度h＝10mm、前部过渡组件6的后端的壁厚h1＝6mm、后部过渡组件7的前端的壁厚h2＝6mm、在前部过渡组件6和后部过渡组件7之间的筒体1上缠绕的第一环向缠绕层31的厚度h3＝6mm、第二环向缠绕层的厚度h4＝4mm。
以上所述仅是本发明的较佳实施例，并非是对本发明作任何其他形式的限制，而依据本发明的技术实质所作的任何修改或等同变化，仍属于本发明要求保护的范围。

Claims (4)

1.一种碳纤维全缠绕气瓶，包括：由筒体、前封头和后封头构成的内胆，其特征在于：还包括：前部过渡组件和后部过渡组件；前部过渡组件上开设有与前封头的外轮廓对应匹配的第一球状通孔，前部过渡组件通过第一球状通孔套装并固定于前封头上，且前部过渡组件的后端面位于前封头与筒体的交界连接处，前部过渡组件的外轮廓为球面形状，且前部过渡组件的后端的壁厚大于前部过渡组件的前端的壁厚；后部过渡组件上开设有与后封头的外轮廓对应匹配的第二球状通孔，后部过渡组件通过第二球状通孔套装并固定于后封头上，且后部过渡组件的前端面位于后封头与筒体的交界连接处，后部过渡组件的外轮廓为球面形状，且后部过渡组件的前端的壁厚与前部过渡组件的后端的壁厚一致，后部过渡组件的后端的壁厚与前部过渡组件的前端的壁厚一致；在前部过渡组件与后部过渡组件之间的筒体上缠绕有第一环向缠绕层，第一环向缠绕层的厚度≥前部过渡组件的后端的壁厚，在第一环向缠绕层、前封头、后封头上依次缠绕包裹有小角度纵向螺旋缠绕层和第二环向缠绕层，第二环向缠绕层的厚度≥0。
2.根据权利要求1所述的一种碳纤维全缠绕气瓶，其特征在于：前部过渡组件的外轮廓的前端与前封头的外轮廓平滑接触，后部过渡组件的外轮廓的后端与后封头的外轮廓平滑接触。
3.根据权利要求1或2所述的一种碳纤维全缠绕气瓶，其特征在于：前部过渡组件的宽度H为碳纤维缠绕纱带的宽度的2～3倍，后部过渡组件的宽度与前部过渡组件的宽度一致。
4.权利要求1至3所述的任一种碳纤维全缠绕气瓶的碳纤维缠绕方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
(1)计算出碳纤维全缠绕气瓶的环向缠绕层的最小厚度hθ：
Figure FDA0003229002680000011
其中，hθ是：环向缠绕层的最小厚度(mm)；
R是：内胆的外半径(mm)；
Pbl是：内胆的最小爆破压力(MPa)；
Pb是：碳纤维全缠绕气瓶的最小设计爆破压力(MPa)；
[σf]是：碳纤维最小拉伸强度保值(MPa)；
Vf是：碳纤维计算体积百分含量(％)；
α是：纵向螺旋平均缠绕角；
(2)根据步骤(1)中得到的环向缠绕层的最小厚度hθ，确定碳纤维全缠绕气瓶的实际环向缠绕层的厚度h、前部过渡组件的后端的壁厚h1、后部过渡组件的前端的壁厚h2、在前部过渡组件和后部过渡组件之间的筒体上缠绕的第一环向缠绕层的厚度h3、以及第二环向缠绕层的厚度h4；
h＝1hθ～2hθ；
h1＝0.4h～h；
h2＝0.4h～h；
h3＝1h1～1.1h1；
h4＝h-h3；
(3)计算出碳纤维全缠绕气瓶的小角度纵向螺旋缠绕层的厚度hα：
Figure FDA0003229002680000021
(4)将前部过渡组件套装并固定于前封头上，将后部过渡组件套装并固定于后封头上后将内胆安装于缠绕机上，对前部过渡组件与后部过渡组件之间的筒体进行环向缠绕形成第一环向缠绕层；然后在第一环向缠绕层、前封头、后封头上进行小角度纵向螺旋缠绕形成小角度纵向螺旋缠绕层；当h4≠0时再在小角度纵向螺旋缠绕层上进行环形缠绕形成第二环向缠绕层。
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