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一種大容量高壓儲(chǔ)氫容器的全纏繞復(fù)合殼層結(jié)構(gòu)的制作方法

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一種大容量高壓儲(chǔ)氫容器的全纏繞復(fù)合殼層結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于大容量高壓儲(chǔ)氣設(shè)備領(lǐng)域,具體涉及一種大容量高壓儲(chǔ)氫容器的全纏繞復(fù)合殼層結(jié)構(gòu),結(jié)合鋼內(nèi)膽使儲(chǔ)氫容器的設(shè)計(jì)壓力可達(dá)lOOMpa、容積達(dá)到500L以上。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著新能源技術(shù)的發(fā)展,特別是氫能源技術(shù)的突破,用于儲(chǔ)運(yùn)氫氣的大容積容器的需求量隨之增加。由于氫氣的液化溫度較低(-252.8°C),液化的功耗很大。最簡(jiǎn)單、實(shí)用、經(jīng)濟(jì)的氫氣儲(chǔ)運(yùn)方法任然是采用增大容量和提高耐壓水準(zhǔn)的高壓、常溫氣態(tài)運(yùn)輸。由于制造技術(shù)上的難度,大容量高壓儲(chǔ)氫氣瓶項(xiàng)目被列入863高科技追蹤計(jì)劃之中。
[0003]高壓金屬材料性能在目前的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中限定為70MPa。為保證安全,容器的直徑、管壁厚、容積均設(shè)置了嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn),是這類容器的特點(diǎn)。任何指標(biāo)的突破均會(huì)引起一系列的重大變化。目前關(guān)于提高壓力和容積上限的發(fā)明所伴隨的工藝變化巨大。
[0004]目前,隨著復(fù)合材料技術(shù)的創(chuàng)新應(yīng)用,借助復(fù)合條件下的強(qiáng)化手段提高產(chǎn)品氣瓶的容重比和承壓能力有了希望。眾多領(lǐng)域內(nèi)已廣泛使用復(fù)合強(qiáng)化工藝,完全可以用來(lái)強(qiáng)化金屬無(wú)縫內(nèi)膽的承壓能力和加大容積。按一定實(shí)驗(yàn)決定的特別技術(shù)手段和規(guī)律來(lái)復(fù)合纏繞高強(qiáng)度纖維與高性能增強(qiáng)樹脂固形成復(fù)合材料層成為業(yè)內(nèi)關(guān)注的焦點(diǎn)。
[0005]碳纖維即是用于以上工藝的理想材料。纏繞復(fù)合鋁合金內(nèi)膽已經(jīng)進(jìn)入應(yīng)用階段。但應(yīng)用實(shí)踐僅限于小容積,一般在120L以下,承壓能力低,一般20~35MPa。這與大規(guī)模儲(chǔ)氫、運(yùn)輸、使用的條件不能相比。提高容器的儲(chǔ)氫能力,要通過(guò)加大儲(chǔ)氫容器的容積,又要提高儲(chǔ)氫容器的承壓能力。而上述兩個(gè)方面的提高,不是增大容器容積的尺寸后、用增加器壁厚度即可以解決的。因?yàn)榧哟鬅o(wú)縫管壁厚首先遭遇的瓶頸技術(shù)即是厚壁管的乳制技術(shù)中均質(zhì)的問(wèn)題。另由于儲(chǔ)氫容器的密封性能、自重以及纏繞時(shí)的瓶體結(jié)構(gòu)對(duì)大容積和高壓力形成諸多制約因素。壓力越大,對(duì)密封性能要求越高,相關(guān)的失效點(diǎn)變換與纏繞方式產(chǎn)生相當(dāng)大的關(guān)聯(lián)性;內(nèi)膽加厚管壁與旋壓過(guò)程中肩端和縮口處的工藝處理及材料的力學(xué)性能變化、對(duì)纏繞層的結(jié)構(gòu)和厚度設(shè)計(jì)要求產(chǎn)生不規(guī)則的變化;纏繞層的厚度也不是僅僅用增厚能解決的,其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性也受制于瓶體的結(jié)構(gòu)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種大容量高壓儲(chǔ)氫容器的全纏繞復(fù)合殼層結(jié)構(gòu),通過(guò)旋壓制備無(wú)縫鋼內(nèi)膽,借助于在鋼內(nèi)膽的瓶體、瓶肩、瓶口處全方位高強(qiáng)纖維纏繞強(qiáng)化形成的全纏繞復(fù)合殼層結(jié)構(gòu),使儲(chǔ)氫容器工作壓力可達(dá)lOOMPa,容積達(dá)到500L以上要求。
[0007]為解決上述技術(shù)問(wèn)題,本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是:一種大容量高壓儲(chǔ)氫容器的全纏繞復(fù)合殼層結(jié)構(gòu),包括借助熱固性樹脂和高強(qiáng)纖維包絡(luò)、固化在鋼內(nèi)膽外壁上由內(nèi)到外設(shè)置的隔離內(nèi)層、強(qiáng)力結(jié)構(gòu)復(fù)合層和保護(hù)外層,所述強(qiáng)力結(jié)構(gòu)復(fù)合層結(jié)構(gòu)包括設(shè)置在鋼內(nèi)膽左、右瓶口部位的左、右端口強(qiáng)力復(fù)合層,設(shè)置在鋼內(nèi)膽左、右瓶肩部位的左、右瓶肩強(qiáng)化復(fù)合層以及設(shè)置在鋼內(nèi)膽瓶體部位的瓶體強(qiáng)化復(fù)合層。
[0008]左、右端口強(qiáng)力復(fù)合層由碳纖維在瓶口部位往復(fù)環(huán)向纏繞構(gòu)成、厚度為30~50mm。
[0009]左、右瓶肩強(qiáng)化復(fù)合層主要是由碳纖維在左瓶肩、瓶體和右瓶肩之間進(jìn)行往復(fù)縱向纏繞所形成的覆蓋瓶肩部位的縱向纖維層組成,其中縱向纏繞角度為48-65°,左、右瓶肩強(qiáng)化復(fù)合層的厚度為30~80mm。
[0010]在左、右瓶肩強(qiáng)化復(fù)合層中設(shè)置有由單向纖維布浸漬纖維膠液預(yù)制而成的纖維補(bǔ)強(qiáng)層。
[0011]瓶體強(qiáng)化復(fù)合層包括由碳纖維在左瓶肩、瓶體和右瓶肩之間進(jìn)行往復(fù)縱向纏繞所形成的覆蓋瓶體部位的縱向纖維層和由碳纖維在瓶體部位往復(fù)環(huán)向纏繞形成的環(huán)向纖維層,瓶體強(qiáng)化復(fù)合層的厚度為30~80mm。
[0012]瓶體強(qiáng)化復(fù)合層中噴涂有短纖維或晶須。
[0013]隔離內(nèi)層和保護(hù)外層是借助熱固性樹脂和玻璃纖維分別在鋼內(nèi)膽的外壁和強(qiáng)力結(jié)構(gòu)復(fù)合層的外表面進(jìn)行縱向和環(huán)向交替往復(fù)纏繞構(gòu)成,所述隔離內(nèi)層和保護(hù)外層的厚度分別為2~6_和4—10mm η
[0014]采用上述技術(shù)方案產(chǎn)生的有益效果在于:通過(guò)旋壓制備無(wú)縫鋼內(nèi)膽,借助于在鋼內(nèi)膽的瓶體、瓶肩、瓶口處全方位高強(qiáng)纖維纏繞強(qiáng)化形成的全纏繞復(fù)合殼層結(jié)構(gòu),使儲(chǔ)氫容器工作壓力可達(dá)lOOMPa,容積達(dá)到500L以上要求。
【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖;
[0016]圖2是圖1中A的放大示意圖;
[0017]其中:1是鋼內(nèi)膽,1-1是隔尚內(nèi)層,1~2是強(qiáng)力復(fù)合層,1-3是保護(hù)外層,1-2-1是左、右端口強(qiáng)力復(fù)合層,1-2-2是左、右瓶肩強(qiáng)化復(fù)合層,1-2-3是瓶體強(qiáng)化復(fù)合層1-2-3。
【具體實(shí)施方式】
[0018]參看附圖1-2,一種大容量高壓儲(chǔ)氫容器的全纏繞復(fù)合殼層結(jié)構(gòu),包括借助熱固性樹脂和高強(qiáng)纖維包絡(luò)、固化在鋼內(nèi)膽1外壁上由內(nèi)到外設(shè)置的隔離內(nèi)層1-1、強(qiáng)力結(jié)構(gòu)復(fù)合層1-2和保護(hù)外層1-3,其關(guān)鍵在于:所述強(qiáng)力結(jié)構(gòu)復(fù)合層1-2結(jié)構(gòu)包括設(shè)置在鋼內(nèi)膽1左、右瓶口部位的左、右端口強(qiáng)力復(fù)合層1-2-1,設(shè)置在鋼內(nèi)膽1左、右瓶肩部位的左、右瓶肩強(qiáng)化復(fù)合層1-2-2以及設(shè)置在鋼內(nèi)膽1瓶體部位的瓶體強(qiáng)化復(fù)合層1-2-3。隔離內(nèi)層1-1和保護(hù)外層1-3是借助熱固性樹脂和玻璃纖維分別在鋼內(nèi)膽1的外壁和強(qiáng)力結(jié)構(gòu)復(fù)合層1-2的外表面進(jìn)行縱向和環(huán)向交替往復(fù)纏繞構(gòu)成,所述隔離內(nèi)層1-1和保護(hù)外層1-3的厚度分別為2~6mm和4~10mm。本實(shí)施例中鋼內(nèi)膽1材料選用鉻鉬鋼4130X,該種材料具有強(qiáng)度高,韌性好,耐氫脆性能,為國(guó)內(nèi)外充裝天然氣和氫氣的成熟鋼材。旋壓成型后的鋼內(nèi)膽1尺寸數(shù)據(jù)為直徑559mm、長(zhǎng)度3200mm和容積583L。因高壓儲(chǔ)氫容器內(nèi)膽為鋼內(nèi)膽1,強(qiáng)力結(jié)構(gòu)復(fù)合層1-2為碳纖維/環(huán)氧樹脂,為
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