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CN109681769A - 复合材料耐高压储运气瓶 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种复合材料耐高压储运气瓶，包括塑料内胆、纤维增强层、流体进出口、安装部，塑料内胆上覆盖纤维增强层，安装部包括连接部，内层、夹层、外层和衬肩通过注塑一体成型，内层的上部设有凹槽，密封圈容纳在该凹槽内，内层与流体进出口熔融连接，连接部和夹层为金属材质，通过焊接固定连接，连接部与外层接触的管壁上设有沟槽，连接部通过沟槽与外层的凸棱卡接，连接部通过其上的内螺纹与附属件添加密封填料活动连接，衬肩与塑料内胆熔融连接。本发明制作工艺简单、整体强度高，瓶口金属件与塑料内胆接合牢固、密封性好，使用寿命长，成本低。

Description

复合材料耐高压储运气瓶
技术领域
本发明涉及一种高压储运气瓶，属于压力容器技术领域，特别涉及一种纤维缠绕塑料内胆的复合材料耐高压储运气瓶。
背景技术
随着新能源技术的不断进步，与此相适应的能源储运技术近年来也得到长足发展，国内外对于盛装能源介质特别是气体介质的压力气瓶的需求也大幅增加，但目前国内市场应用于高压气体储运的气瓶绝大多数为全金属或者具有金属内胆的纤维缠绕增强气瓶。但是，钢瓶存在成型工艺复杂、质量大、运输不便、易腐蚀、不具有可视性、使用过程中频有爆炸事故发生等缺陷。纤维缠绕塑料内胆复合材料气瓶具有重量轻、强度高、耐腐蚀、不爆炸、可透视、使用寿命长，维护成本低等优异性能。在国家对气瓶安全性能要求日趋严格、容积不变气瓶重量要求越来越轻的情况下，纤维缠绕非金属内胆复合材料气瓶由于综合了高性能纤维及特种塑料的特点，在保证气瓶安全性能的前提下，其重量相比较金属气瓶减少60％以上，因此具有更高的容重比，而且气瓶具有很好的耐腐蚀性能并且在发生火灾时不爆炸，能给人们留下较长的逃生时间和避免次生灾害发生，因此成为替代传统金属钢瓶并具有广阔应用前景的新趋势。
由于强度与刚度的需要，气瓶瓶口需采用金属材料，结构上需要将金属部件与非金属内胆进行接合，因此需要采用合理的结构、形状以及工艺，解决金属瓶口与塑料内胆之间的接合与密封问题，以保持瓶内的压力，避免产生瓶内气体的泄露。
在瓶内高压的情况下，解决瓶口金属件与塑料内胆的接合及密封问题，目前主要采用两种方式：其一是采用复合封头和筒状塑料瓶体分别制作，然后再热熔焊接。如，2016年2月10日授权公告的，公告号为CN205026370U的中国实用新型专利，公开了一种储运用高压气瓶的复合塑料内胆，采用将金属瓶头置入滚塑或注塑模腔内，并在模腔内充入熔融HDPE原料，冷却后与金属瓶头一体成型为复合封头，热熔焊接复合封头与筒状塑料瓶体，并将金属瓶塞预置在筒体内的方法解决密封问题。但是，由于复合封头机械强度不高扭力不够,整体强度下降，密封效果也会受到影响，并减少了使用寿命。其二是，采用塑料内胆一次成型工艺，安装部通过衬肩固定在塑料内胆和纤维增强层之间，实现口金属件与塑料内胆的接合及密封。如，2017年3月8日授权公告的，公告号为CN206001260U的中国实用新型专利，公开了一种塑料内胆纤维缠绕储运瓶，包括用于将附属件安装至塑料内胆的安装部，安装部包括圆筒状的连接部和横截面为环形的衬肩，衬肩固定在塑料内胆和纤维增强层之间，塑料内胆设置有管状的流体进出口，连接部与流体进出口连接，流体进出口顶部设置密封圈，密封圈容纳在连接部中，密封圈位于附属件与连接部之间，附属件与安装部通过螺纹旋紧自由连接。虽然该技术方案内胆制作工艺简单、整体强度高，但是，由于复合气瓶内胆材料为塑料，很难与金属材料粘接，所以安装部无法实现与内胆直接接合及固定，只是依靠瓶身所缠绕的纤维来加固，此种接合加固方式不牢固，使用耐久性差；同时，金属安装部加工工艺复杂，成本也较高。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺陷，本发明要解决的技术问题是提供一种复合材料耐高压储运气瓶，不但制作工艺简单、整体强度高，而且瓶口金属件与塑料内胆接合牢固、密封性好，使用寿命长，成本低。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为：
一种复合材料耐高压储运气瓶，包括塑料内胆、纤维增强层、流体进出口、安装部，所述塑料内胆上覆盖所述纤维增强层，所述安装部包括连接部，内层、夹层、外层和衬肩通过注塑一体成型，所述内层的上部设有凹槽，密封圈容纳在该凹槽内，所述内层与所述流体进出口熔融连接，所述连接部和所述夹层为金属材质，通过焊接固定连接，所述连接部与所述外层接触的管壁上设有沟槽，所述连接部通过沟槽与所述外层的凸棱卡接，所述连接部通过其上的内螺纹添加密封填料与附属件活动连接，所述衬肩与所述塑料内胆熔融连接。
作为本发明的一种改进方式，所述连接部与所述外层接触的管壁上还设有滚花。
作为本发明的一种改进方式，所述安装部的上端口呈凸圈状，所述外层的外面覆盖纤维缠绕层。
作为本发明的一种改进方式，所述塑料内胆上设置有与所述流体进出口同心的环状凹槽。
作为本发明的一种改进方式，所述环状凹槽的深度与所述衬肩的厚度相同。
作为本发明的一种改进方式，所述衬肩之上覆盖所述纤维增强层。
作为本发明的一种改进方式，所述衬肩的上表面设置有凸起。
作为本发明的一种改进方式，所述凸起呈A字形。
作为本发明的一种改进方式，所述纤维增强层外覆盖有保护层。
作为本发明的一种改进方式，还包括设置于所述复合材料耐高压储运气瓶外部的壳体。
采用上述技术方案，由于塑料内胆一体成型、安装部通过简单的焊接、注塑一体成型等制作，使得气瓶制作工艺简单、整体强度高，成本低；内层的上部设有凹槽，密封圈容纳在该凹槽内，增强了密封效果，连接部通过其上的内螺纹并添加密封填料与附属件活动连接，进一步增强了内胆与附属件的密封效果；安装部的内层为塑料材质，安装部与流体进出口熔融连接，安装部的衬肩与塑料内胆熔融连接，使得安装部与塑料内胆的接合更牢固，耐高压性更好、使用寿命更长。
附图说明
图1为本发明的立体图；
图2为本发明的局部剖视图；
图3为图2中A部的局部放大图；
图4为本发明中的安装部4的透视图。
图中：1-塑料内胆，2-纤维增强层，3-保护层，4-安装部，41-内层，42-夹层，43-外层，44-衬肩、45-连接部、46-凸起、431-上端口、432-纤维缠绕层、5-流体进出口，6-密封圈，7-环状凹槽，8-附属件。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
如图1所示，本发明提供的复合材料耐高压储运气瓶，是一种轻质压力容器，可用于储运液化石油气、天然气及其他高压介质。
如图2所示，本发明提供的复合材料耐高压储运气瓶，包括塑料内胆1、纤维增强层2、用于将附属件8安装至塑料内胆1的安装部4。
塑料内胆1用于保存流体，能够将液化气体与气体保存较长的一段时间，如几天或几个月，甚至几年，并保持形状不变。塑料内胆1可以通过旋转成型工艺或吹制成型工艺制成。
塑料内胆1在其外表面上缠绕纤维增强层2。纤维增强层2的纤维材料可以是嵌入在基底材料内的纤维束，可抑制纤维之间相对于运动。纤维增强层2可使用编织纤维材料或非编织纤维材料的树脂浸渍制造。纤维材料可以是碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维或者其组合。
在本实施方式中，纤维增强层2由多个缠绕在塑料内胆1上的纤维丝形成。纤维丝可干式或湿式浸胶缠绕，也可采用其他方式缠绕。纤维增强层2包括一个或多个以曲面方式缠绕在塑料内胆1的外表面的纤维，塑料内胆1的外表面可基本完全由纤维增强层2覆盖，纤维材料吸收部分塑料内胆1的压力负载，塑料内胆1起到提供流体密封的作用。纤维增强层2的外部可覆盖有保护层3，用于保护纤维增强层2不受损伤。保护层3由柔性材料制成，使得与其接触的纤维可以相对移动。
塑料内胆1设置有管状的流体进出口5，流体进出口5是塑料内胆1的一部分，在塑料内胆1制作过程中一体成型，用于流体的填充。
如图2和图3所示，塑料内胆1上安装有用于将附属件8安装至塑料内胆1的安装部4，安装部4包括连接部45，内层41、夹层42、外层43和衬肩44。内层41、夹层42、外层43和衬肩44通过注塑一体成型。
内层41的上部设有凹槽，密封圈6容纳在该凹槽内，内层41与流体进出口5熔融连接，连接部45和夹层42为金属材质，通过焊接固定连接，连接部45与外层43接触的管壁上设有沟槽，为了增强连接的牢固性，还可以设有滚花，连接部45通过沟槽和滚花与外层43的凸棱卡接，连接部45通过其上的内螺纹与附属件8添加密封填料活动连接，衬肩44与塑料内胆1熔融连接。
如图4所示，安装部4的上端口431呈凸圈状，外层43的外面覆盖纤维缠绕层432，还可以涂覆保护层3，上端口431呈凸圈状，方便缠绕纤维缠绕层432和涂覆保护层3。
如图3所示，衬肩44横截面为环形，塑料内胆1上设置有与流体进出口5同心的环状凹槽7，用于容纳衬肩44，环状凹槽7的深度与衬肩44的厚度相同，使得塑料内胆1与衬肩44的配合更加平滑，衬肩44与环状凹槽7熔融连接，纤维增强层2的缠绕纤维覆盖在衬肩44之上，纤维增强层2外也可覆盖保护层3。如图4所示，为增加纤维增强层2与衬肩44的横向扭力，衬肩44的上表面设置有凸起46，凸起46的纵截面可以呈A字形或其他类似形状。
如图3所示，在安装部4中，内层41的上部设有凹槽，密封圈6容纳在该凹槽内，在附属件8与安装部4之间起到第一层密封作用，附属件8与安装部4的连接部45，添加密封填料，通过螺纹活动连接，起到第二层密封作用，增强了本发明的密封效果。附属件8可以是阀门、压力检测元件、流动管路或者压力校正器等。
为了保护气瓶不受损伤，在气瓶的外部可以设置壳体(图中未示出)，为减少整体质量，壳体的材质可以为塑料或复合材料。
以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种复合材料耐高压储运气瓶，包括塑料内胆(1)、纤维增强层(2)、流体进出口(5)，所述塑料内胆(1)上覆盖所述纤维增强层(2)，其特征在于：还包括安装部(4)，所述安装部(4)包括连接部(45)，内层(41)、夹层(42)、外层(43)和衬肩(44)通过注塑一体成型，所述内层(41)的上部设有凹槽，密封圈(6)容纳在该凹槽内，所述内层(41)与所述流体进出口(5)熔融连接，所述连接部(45)和所述夹层(42)为金属材质，通过焊接固定连接，所述连接部(45)与所述外层(43)接触的管壁上设有沟槽，所述连接部(45)通过沟槽与所述外层(43)的凸棱卡接，所述连接部(45)通过其上的内螺纹添加密封填料与附属件(8)活动连接，所述衬肩(44)与所述塑料内胆(1)熔融连接。
2.根据权利要求1所述的复合材料耐高压储运气瓶，其特征在于：所述连接部(45)与所述外层(43)接触的管壁上还设有滚花。
3.根据权利要求1所述的复合材料耐高压储运气瓶，其特征在于：所述安装部(4)的上端口(431)呈凸圈状，所述外层(43)的外面覆盖纤维缠绕层(432)。
4.根据权利要求1所述的复合材料耐高压储运气瓶，其特征在于：所述塑料内胆(1)上设置有与所述流体进出口(5)同心的环状凹槽(7)。
5.根据权利要求4所述的复合材料耐高压储运气瓶，其特征在于：所述环状凹槽(7)的深度与所述衬肩(44)的厚度相同。
6.根据权利要求5所述的复合材料耐高压储运气瓶，其特征在于：所述衬肩(44)之上覆盖所述纤维增强层(2)。
7.根据权利要求6所述的复合材料耐高压储运气瓶，其特征在于：所述衬肩(44)的上表面设置有凸起(46)。
8.根据权利要求7所述的复合材料耐高压储运气瓶，其特征在于：所述凸起(46)呈A字形。
9.根据权利要求1～8任意一项所述的复合材料耐高压储运气瓶，其特征在于：所述纤维增强层(2)外覆盖有保护层(3)。
10.根据权利要求9所述的复合材料耐高压储运气瓶，其特征在于：还包括设置于所述复合材料耐高压储运气瓶外部的壳体。
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