CN116379334A - 一种塑料内胆阀座密封结构及其成型工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种塑料内胆的阀座密封结构，包括塑料内胆和设置在塑料内胆两侧的阀座组件，所述金属阀座组件和塑料内胆的外侧分别缠绕包覆有玻璃纤维层，所述阀座组件包括金属阀座内芯和金属阀座外套，所述金属阀座内芯包括柱体一和设置在柱体一下部的裙边一，所述金属阀座外套包括柱体二和设置在柱体二下部的裙边二，所述金属阀座内芯的下部和金属阀座外套的下部之间设有连接腔，所述柱体一内侧和裙边一的下部分别开设有多个环状凹槽一，所述柱体二外侧和裙边二的上部分别开设有环状凹槽二。本发明塑料内胆的阀座密封结构具有自密封效果，当内部充高压氢气后，对金属阀座内芯施加压力，引起的形变和注塑件之间挤压，使得密封效果增加。
Description
技术领域
本发明涉及复合材料压力容器密封结构技术领域，具体为一种塑料内胆阀座密封结构及其成型工艺。
背景技术
现有高压金属氢气瓶的整体重量太重，储氢量太低，阀口密封薄弱，达不到200兆帕以上的爆破压力。
为解决上述问题，现有考虑采用塑料内胆纤维全缠绕气瓶，而塑料内胆纤维全缠绕气瓶是一种复合材料高压储氢容器，具有重量轻、强度高及质量储氢密度高等优点，在氢燃料电池汽车、加氢站等领域具有广阔的应用前景。
塑料内胆纤维全缠绕气瓶一般具有以下结构：塑料内胆，通常为改性的交联聚乙烯、尼龙或其它高分子材料，塑料内胆瓶口一般设置有金属阀座，金属阀座通过瓶口组合阀和外部其它构件连接，塑料内胆外侧设置有纤维缠绕层。
但塑料内胆纤维全缠绕气瓶的瓶口密封涉及金属-塑料界面的高压密封问题，也是复合材料高压气瓶设计制造的关键技术难点之一。
现有的塑料内胆的阀座密封结构成型工艺通常是将金属阀座内芯放置后，整体注塑成型，然后通过金属阀座外套通过螺纹与金属阀座内芯拧紧固定，并加紧成型的塑料内胆，这样的成型工艺存在以下问题：1、不同容量的氢气瓶需要更换模具，制作成本高；2、塑料内胆与金属阀座内芯和金属阀座外套间分别存在相对滑移，密封结构的强度不足。
现有存在的塑料内胆纤维全缠绕气瓶的阀座密封结构的塑料内胆和和金属阀座间通过紧固挤压密封，高压时塑料内胆和和金属阀座存在相对滑动，无法将阀口密封的压力提高到200兆帕以上。
发明内容
本发明的目的在于提供一种塑料内胆阀座密封结构及其成型工艺，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种塑料内胆的阀座密封结构，包括塑料内胆和设置在塑料内胆两侧的阀座组件，所述阀座组件和塑料内胆的外侧分别缠绕包覆有玻璃纤维层，所述阀座组件包括金属阀座内芯和金属阀座外套，所述金属阀座内芯中心设置有气孔，所述金属阀座外套中心设置连接孔，所述金属阀座内芯包括柱体一和设置在柱体一下部的裙边一，所述金属阀座外套包括柱体二和设置在柱体二下部的裙边二，所述金属阀座外套套设在金属阀座内芯的外侧，所述金属阀座内芯上部与金属阀座外套内侧连接，所述金属阀座内芯的下部和金属阀座外套的下部之间设有连接腔，所述柱体一内侧和裙边一的下部分别开设有多个环状凹槽一，所述柱体二外侧和裙边二的上部分别开设有环状凹槽二，所述环状凹槽一围绕柱体一设置，所述环状凹槽二围绕柱体二设置，所述内胆的上部与连接腔内壁连接。
优选的，所述塑料内胆包括与阀座组件连接的阀口注塑件和与阀口注塑件连接的圆柱注塑件。
优选的，所述金属阀座内芯上端设置有凸台阶，金属阀座外套上端对应设置有与凸台阶配合的台阶口。
优选的，所述金属阀座内芯上部外表面设置有内芯外螺纹，金属阀座外套的连接孔内对应设置有外套内螺纹，所述金属阀座外套与金属阀座内芯间通过外螺纹和内螺纹连接。
优选的，所述金属阀座内芯上端外沿一侧开设有内芯销钉固定孔，金属阀座外套上端连接孔内侧对应开设有外套销钉固定孔。
优选的，所述金属阀座内芯的气孔内设置有内芯内螺纹，用于与阀门紧固连接。
优选的，所述金属阀座外套的柱体和裙边的连接处内凹设置。
优选的，所述金属阀座外套的裙边末端设置裙边流道。
一种塑料内胆的阀座密封结构的成型工艺，包括一种塑料内胆的阀座密封结构，具体步骤如下：
S1、连接金属阀座内芯和金属阀座外套：连接后的金属阀座内芯和金属阀座外套的柱体下部和裙边间形成连接腔；
S2、制作注塑件：引入阀口注塑件注塑模具，将连接的金属阀座内芯和金属阀座外套对应放入上、下模具间，上模具和下模具合模后形成连通浇注口的阀口注塑件成型槽，在浇注口注塑形成阀口注塑件；
S3、制作塑料内胆：步骤S制作的两个阀口注塑件和圆柱塑料件通过热熔焊机焊接成一体，形成整个的塑料内胆，且此时塑料内胆通过注塑与两头的金属阀座内芯和金属阀座外套连接成一体；
S4、包覆玻璃纤维：在金属阀座外套的裙边外和塑料内胆外分别缠绕包覆一层玻璃纤维层，形成整个塑料内胆的阀座密封结构。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明中，塑料内胆的阀座密封结构具有自密封效果，当内部充高压氢气后，对金属阀座内芯施加压力，引起的形变和注塑件之间挤压，使得密封效果增加。
2、本发明中，在高压氢气对塑料内胆圆柱面施加压力时，拉拽注塑件，使注塑件和外套、内芯两者之间的环状凹槽位置形成的迷宫形密封通道接触更加紧密，通过阀口注塑件作为内胆的一部分连接金属阀座，避免了金属阀座和塑料内胆间的相对滑动，密封效果增加。
附图说明
图1为本发明一种塑料内胆的阀座密封结构的剖视图；
图2为本发明金属阀座内芯和金属阀座内外套连接结构示意图；
图3为本发明金属阀座内芯剖视图；
图4为本发明金属阀座内芯整体结构示意图；
图5为本发明金属阀座外套剖视图；
图6为本发明金属阀座外套整体结构示意图；
图7为本发明阀口注塑件注塑模具示意图；
图8为本发明一种塑料内胆的阀座密封结构的成型工艺流程图。
图中：阀座组件1、塑料内胆2、玻璃纤维层3、连接腔4、裙边流道5、金属阀座内芯101、金属阀座外套102、气孔1011、柱体一1012、裙边一1013、环状凹槽一1014、连接孔1021、柱体二1022、裙边二1023、环状凹槽二1024、阀口注塑件201、圆柱注塑件202。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1、2所示，本发明提供一种技术方案：一种塑料内胆阀座密封结构，包括塑料内胆2和设置在塑料内胆2两侧的阀座组件1，阀座组件1和塑料内胆2的外侧分别缠绕包覆有玻璃纤维层3；塑料内胆2包括与阀座组件1连接的阀口注塑件201和与阀口注塑件201连接的圆柱注塑件202。
如图2所示，阀座组件1包括金属阀座内芯101和金属阀座外套102，金属阀座外套102中心设置连接孔1021；金属阀座外套102套设在金属阀座内芯101的外侧，金属阀座内芯101上部与金属阀座外套102内侧连接，金属阀座内芯101的下部和金属阀座外套102的下部之间设有连接腔4；金属阀座内芯101上部外表面设置有内芯外螺纹，金属阀座外套102的连接孔1021内对应设置有外套内螺纹，金属阀座外套102与金属阀座内芯101间通过外螺纹和内螺纹连接；
如图3、4所示，金属阀座内芯101包括柱体一1012和设置在柱体一1012下部的裙边一1013，金属阀座内芯101中心设置有气孔1011；金属阀座内芯101是塑料内胆阀座的内部结构,设计成裙边结构主要是在氢气瓶内部充高压氢气后，使阀座的受力均匀；柱体一1012内侧和裙边一1013的下部分别开设有四个环状凹槽一1014，金属阀座外套102包括柱体二1022和设置在柱体二1022下部的裙边二1023；金属阀座内芯101上端外沿一侧开设有内芯销钉固定孔；金属阀座内芯101上端设置有凸台阶，金属阀座外套102上端对应设置有与凸台阶配合的台阶口，在金属阀座内芯101轴向受力时，将力传递给金属阀座外套102，金属阀座内芯101的气孔1011内设置有内芯内螺纹，用于与阀门紧固连接。
如图5、6所示，金属阀座外套102上端连接孔1021内侧对应开设有外套销钉固定孔；可以防止金属阀座内芯101和金属阀座外套102在安装后，在安装阀门时导致金属阀座内芯101和金属阀座外套102之间产生相对滑动，柱体二1022外侧和裙边二1023的上部分别开设有环状凹槽二1024，环状凹槽一1014围绕柱体一1012设置，环状凹槽二1024围绕柱体二1022设置，通过设置四道环状凹槽一1014和环状凹槽二1024，形成迷宫密封，增加密封的可靠性；
金属阀座外套102的柱体和裙边的连接处内凹设置；金属阀座外套102的裙边末端设置裙边流道5，挡在注塑模具内，在进行浇筑时，能够有效释放内部挤压力，增加注塑件在注塑过程中的流动性，减少裙部的受力。
请参阅图1-8，本发明还提供一种塑料内胆的阀座密封结构的成型工艺，具体步骤如下：
S1、连接金属阀座内芯101和金属阀座外套102：连接后的金属阀座内芯101和金属阀座外套102的柱体下部和裙边间形成连接腔4；
S2、制作阀口注塑件201：引入阀口注塑件201注塑模具，将连接的金属阀座内芯101和金属阀座外套102对应放入上、下模具间，上模具和下模具合模后形成连通浇注口的阀口注塑件201成型槽，在浇注口注塑形成阀口注塑件201；
S3、制作塑料内胆2：步骤S2制作的两个阀口注塑件201和圆柱塑料件通过热熔焊机焊接成一体，形成整个的塑料内胆2，且此时塑料内胆2通过注塑与两头的金属阀座内芯101和金属阀座外套102连接成一体；
S4、包覆玻璃纤维：在金属阀座外套102的裙边外和塑料内胆2外分别缠绕包覆一层玻璃纤维层3，形成整个塑料内胆2的阀座密封结构。
工作原理：该塑料内胆2的阀座密封结构具有自密封效果，当内部充高压氢气后，对金属阀座内芯101施加压力，引起的形变和注塑件之间挤压，使得密封效果增加；高压氢气对塑料内胆2圆柱面施加压力时，拉拽注塑件，使注塑件和外套、内芯两者之间的环状凹槽位置形成的迷宫形密封通道接触更加紧密，通过阀口注塑件201作为内胆的一部分连接金属阀座，避免了金属阀座和塑料内胆2间的相对滑动，密封效果增加；使阀口密封的可承受压力提高到200兆帕以上。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (9)
1.一种塑料内胆阀座密封结构，包括塑料内胆(2)和设置在塑料内胆(2)两侧的阀座组件(1)，所述阀座组件(1)和塑料内胆(2)的外侧分别缠绕包覆有玻璃纤维层(3)，其特征在于：所述阀座组件(1)包括金属阀座内芯(101)和金属阀座外套(102)，所述金属阀座内芯(101)中心设置有气孔(1011)，所述金属阀座外套(102)中心设置连接孔(1021)，所述金属阀座内芯(101)包括柱体一(1012)和设置在柱体一(1012)下部的裙边一(1013)，所述金属阀座外套(102)包括柱体二(1022)和设置在柱体二(1022)下部的裙边二(1023)，所述金属阀座外套(102)套设在金属阀座内芯(101)的外侧，所述金属阀座内芯(101)上部与金属阀座外套(102)内侧连接，所述金属阀座内芯(101)的下部和金属阀座外套(102)的下部之间设有连接腔(4)，所述柱体一(1012)内侧和裙边一(1013)的下部分别开设有多个环状凹槽一(1014)，所述柱体二(1022)外侧和裙边二(1023)的上部分别开设有环状凹槽二(1024)，所述环状凹槽一(1014)围绕柱体一(1012)设置，所述环状凹槽二(1024)围绕柱体二(1022)设置，所述内胆的上部与连接腔(4)内壁连接。
2.根据权利要求1所述的一种塑料内胆阀座密封结构，其特征在于：所述塑料内胆(2)包括与阀座组件(1)连接的阀口注塑件(201)和与阀口注塑件(201)连接的圆柱注塑件(202)。
3.根据权利要求1所述的一种塑料内胆阀座密封结构，其特征在于：所述金属阀座内芯(101)上端设置有凸台阶，金属阀座外套(102)上端对应设置有与凸台阶配合的台阶口。
4.根据权利要求1所述的一种塑料内胆阀座密封结构，其特征在于：所述金属阀座内芯(101)上部外表面设置有内芯外螺纹，金属阀座外套(102)的连接孔(1021)内对应设置有外套内螺纹，所述金属阀座外套(102)与金属阀座内芯(101)间通过外螺纹和内螺纹连接。
5.根据权利要求1所述的一种塑料内胆阀座密封结构，其特征在于：所述金属阀座内芯(101)上端外沿一侧开设有内芯销钉固定孔，金属阀座外套(102)上端连接孔(1021)内侧对应开设有外套销钉固定孔。
6.根据权利要求1所述的一种塑料内胆阀座密封结构，其特征在于：所述金属阀座内芯(101)的气孔(1011)内设置有内芯内螺纹，用于与阀门紧固连接。
7.根据权利要求1所述的一种塑料内胆阀座密封结构，其特征在于：所述金属阀座外套(102)的柱体和裙边的连接处内凹设置。
8.根据权利要求1所述的一种塑料内胆阀座密封结构，其特征在于：所述金属阀座外套(102)的裙边末端设置裙边流道(5)。
9.一种塑料内胆(2)的阀座密封结构的成型工艺，其特征在于，包括权利要求2所述的一种塑料内胆(2)的阀座密封结构，具体步骤如下：
S1、连接金属阀座内芯(101)和金属阀座外套(102)：连接后的金属阀座内芯(101)和金属阀座外套(102)的柱体下部和裙边间形成连接腔(4)；
S2、制作阀口注塑件(201)：引入阀口注塑件(201)注塑模具，将连接的金属阀座内芯(101)和金属阀座外套(102)对应放入上、下模具间，上模具和下模具合模后形成连通浇注口的阀口注塑件(201)成型槽，在浇注口注塑形成阀口注塑件(201)；
S3、制作塑料内胆(2)：步骤S2制作的两个阀口注塑件(201)和圆柱塑料件通过热熔焊机焊接成一体，形成整个的塑料内胆(2)，且此时塑料内胆(2)通过注塑与两头的金属阀座内芯(101)和金属阀座外套(102)连接成一体；
S4、包覆玻璃纤维：在金属阀座外套(102)的裙边外和塑料内胆(2)外分别缠绕包覆一层玻璃纤维层(3)，形成整个塑料内胆(2)的阀座密封结构。
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| CN117450419A (zh) * | 2023-12-26 | 2024-01-26 | 中材科技（苏州）有限公司 | 一种高压气瓶的塑料内胆及其成型方法 |
| CN117450419B (zh) * | 2023-12-26 | 2024-03-19 | 中材科技（苏州）有限公司 | 一种高压气瓶的塑料内胆及其成型方法 |
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