新型車用壓縮天然氣高壓氣瓶的製作方法
2023-09-14 10:55:35 1
專利名稱：新型車用壓縮天然氣高壓氣瓶的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於壓力容器領域，涉及高壓氣瓶結構的改進。
氫、氧、氮、氦，及天然氣等氣體貯運高壓氣瓶，大量廣泛應用於醫療、輕工、航空、宇航、航海、潛水、軍工、機械製造及陸上交通等廣大領域，其每年的產量全世界有數以百萬臺計。尤其貯量豐富價格低廉的世界三大能源之一的天然氣，作為汽車「環保」潔淨燃料的主力軍將被世界各國大量應用，更需要提供大批(僅中國今後就需達數以千萬臺計)的各種安全可靠、經濟合理、經久耐用的壓縮天然氣(CNG)高壓氣瓶。
國際上現有高壓氣瓶製造技術，主要有鋼錠衝拔式(或引伸式)、鋼管旋壓與組焊式，及纖維纏繞複合材料式等幾種。所用原材料主要為40Mn2等低合金鋼以外，鋁合金、玻璃等纖維，甚至鈦制型材等輕質材料均有應用(參見鄭津洋、陳志平編著，特殊壓力容器，北京，化學工業出版社1997.8)。其中，鋼錠衝拔式和鋼管旋壓與組焊式高壓(如20MPa)氣瓶的製造成本較低；但因均為單層鋼瓶發生裂紋擴展導致爆破事故的情況國內外屢見不鮮。即使採用鋁合金或鈦材作原材料，其單層結構缺乏「自我抑爆」保護能力的本質弱點依然存在。玻璃，甚至碳、硼纖維纏繞複合材料高壓氣瓶，以「質輕」的顯著特點首先應用於航空與航天技術領域，其中玻璃纖維纏繞複合材料高壓(15MPa)氧氣瓶60年代初期便在我國開始研製應用。然而這些纖維材料本質上的「脆性」，整體尤其掛頸等聯接部位「較低的疲勞強度「和」「老化現象」，以及「較為高昂的製造成本」(必須應用環氧樹脂等增強技術)等難以避免的弱點，又使其在要求經久耐用的廣大應用領域難以真正得到推廣應用。纖維纏繞複合材料高壓氣瓶發生各種爆破事故的情況在國內外也屢見不鮮。所以，當今世界各種鋼質高壓氣瓶的產量仍然佔有絕大多數。即使要求「質輕」的特殊應用場合，鋁合金甚至鈦材高壓氣瓶也往往成為首選技術。如鋁製氣瓶，在歐、美國家的應用就多於纖維纏繞複合材料高壓氣瓶。
本實用新型目的是針對現有技術的不足，設計提供一種主要用於車用壓縮天然氣的高壓氣瓶，具有使用安全可靠、工藝簡單、生產成本較為低廉等特點。
為實現上述目的採取技術方案如下這種壓縮天然氣高壓氣瓶，主要有圓柱形筒體，半球形封頭和氣瓶管咀等構件。其結構特徵是筒體採用雙層結構，內層和外層之間相互套合；與兩層筒體相互對應，兩端封頭也採用雙層結構，各層筒體與封頭之間環向焊接，兩層焊縫錯開；其中一端封頭開孔焊裝氣瓶管咀，管咀也採用雙層結構，管咀兩層之間、管咀與封頭之間均進行封焊，以防洩漏，管咀外層內端設有凸肩搭接在封頭內層的連接處，防止在軸向壓力作用下，管咀脫出封頭；該高壓氣瓶上裝有安全報警器系統接口。
本實用新型優點1.雙層筒體和封頭分別是管材和板坯成型，厚薄均勻，每層壁厚各為氣瓶標準總厚的一半，兩層共同複合承力，按國際承壓安全係數大於2.5～3倍的要求，即每一層均能單獨承受大於氣瓶壓力1倍設計內壓的作用。因而即使當任一層發生裂紋嚴重擴展而破裂時，另一層仍能承受氣瓶設計內壓的作用，從而可避免發生嚴重爆破事故。
2.由於雙層化，任何缺陷均可被分散均化，且層間具有顯著的「自我抑爆」止裂作用，因而即使內層發生意外原因的最嚴重情況而破裂，其外層不會隨之發生爆破，即可因層間「止裂」作用抑制內層裂紋擴展而使氣瓶具有特殊的「抗爆」安全特性。
3.萬一內筒發生裂紋擴展而引起內部高壓介質向外洩漏，則外一承壓層會將洩漏介質收集起來，並通過報警器系統自動發出報警和處理，即可引入正常的汽車燃料輸入管路而仍能維持臨時的正常供氣與行馳，因為此時氣瓶外層仍能承受氣瓶內壓的作用。即使萬一外層也發生裂紋時，則也可通過檢查報警系統而隨時得以發現和處理(此時氣瓶內層仍能承受內壓作用)。這也是其他類型(CNG)等高壓氣瓶所不可能具有的重要特點。
4.由於兩層結構，會使製造過程變得複雜了些。但卻為分散焊縫和減薄厚度以簡化小直徑厚封頭的衝壓成型困難，或避免單層結構旋壓收底與縮口時的困難創造了有利條件。
5.氣瓶的內外兩層筒體，均採用按標準批量供應特殊定製的鋼管(或鋁合金與鈦制管材)適當松套並錯開環縫的結構。這不僅可提高氣瓶殼體材質與製造質量，而且也可獲得較高的製造工效與較低的製造成本。
據有關標準，按內徑273mm，設計內壓20MPa，壁厚約需12～14mm，容積為50L(立升)的高壓標準鋼瓶，估計本新型雙層氣瓶的價格每臺不超過3000元，比據知同類規格進口鋼質氣瓶價格800美元和纖維複合材料高壓氣瓶約4000元人民幣要低得多。一個以此為產品的廠家，如以每年供應30000臺該型雙層高壓鋼瓶計算，則每年銷售額將達9000萬元，其中比其他類型氣瓶僅降低成本一項每年就可達3000萬元，而其投資估計將不超過1500萬元。因而，其推廣應用具有重大技術經濟價值。這將為我國乃至世界汽車能源改型提代供安全可靠、經濟合理、經久耐用的高壓天然氣(CNG)鋼瓶(或較輕但貴的鋁或鈦制高壓氣瓶)。
圖1是本實用新型結構示意圖。
現結合
其實施例。
圖中1為氣瓶內層筒體3的兩端內層封頭，厚度與內層筒體相同，由標準強度設計確定，主要採用板坯定型模壓成型；圖中2為兩端封頭的外層，厚度亦與外層筒體4相同，這樣更可確保氣瓶強度的安全可靠性，亦由板坯模壓成型；氣瓶筒體內層3厚度取為按氣瓶標準強度設計要求的一半左右，由優質成批供應的定製管材經必要的質量檢驗後直接下料製成，兩端並與內層封頭1相焊，組成氣瓶整體內層，並作必要的質量檢驗；氣瓶筒體外層4的厚度取為按氣瓶標準強度設計要求的一半左右，亦由優質成批供應的定製管材經必要的質量檢驗後直接下料製成，併合理松套於內筒體3外面後，兩端並與外層封頭2相焊，從而組成氣瓶整體內外層結構；圖中5即為氣瓶兩端的內外層先後完成焊接的錯開環向焊縫，採用先進的氣體保護自動焊接技術，確保焊接質量要求；圖中6為端部附加凸緣，適當焊裝於一端封頭2的中央，以便於氣瓶人力搬抬；圖中7為標準滾動與防震橡膠圈，左右適當位置各套一隻；圖中8為氣瓶安裝截止閥、安全閥及減壓閥等的雙層凸肩加封焊結構的氣瓶管咀，由適當的可焊材料加工製成；圖中9為氣瓶管咀與一端內外層封頭1和2的封焊與全焊透焊縫，以確保該接頭聯接安全可靠；圖中10即為氣瓶的安全報警器系統接口，焊接安裝於氣瓶管咀8鄰近的外層封頭2的適當部位，當內筒裂紋嚴重擴展，內部介質發生洩漏時外層承壓層能將洩漏介質收集起來，報警系統將發出報警訊號，並自動通過管路將洩漏介質引入減壓閥向汽車發動機供氣，待氣瓶內部氣體用完或適當時候作更換處理(因為此時氣瓶外層仍能承壓，可起到臨時救急的作用)；圖中11為氣瓶管咀8的外層內端的凸肩。
權利要求1.新型車用壓縮天然氣高壓氣瓶，主要包括圓柱形筒體、半球形封頭及氣瓶管咀，其特徵是筒體由兩層構成，在內層(3)的外面裝外層(4)；與兩層筒體相對應，兩端封頭也有內層(1)和外層(2)；各層筒體與封頭之間環向焊接，其中一端封頭開孔安裝雙層結構的氣瓶管咀(8)；管咀兩層之間以及管咀外層與封頭兩層連接處之間均有封焊(9)。
2.根據權利要求1所述新型車用壓縮天然氣高壓氣瓶，其特徵是各層筒體與封頭之間焊縫(5)相互錯開。
3.根據權利要求1所述新型車用壓縮天然氣高壓氣瓶，其特徵是雙層筒體和雙層封頭分別採用管材成型和板坯成型。
4.根據權利要求1所述新型車用壓縮天然氣高壓氣瓶，其特徵是設有安全報警器系統接口(10)
專利摘要新型車用壓縮天然氣高壓氣瓶,主要為解決使用安全可靠、經濟合理、經久耐用。它有圓柱形筒體、兩端半球形的封頭以及氣瓶管嘴,結構特點是筒體與封頭均採用雙層結構,各層筒體與封頭相互對應,二者之間錯開環向焊接;其中一端封頭開孔安裝雙層結構的氣瓶管嘴,管嘴兩層之間以及管嘴外層與封頭兩層連接處之間均有封焊與全焊透焊縫;氣瓶上裝有安全報警系統接口。這種高壓氣瓶主要用於機動車上的壓縮天然氣高壓氣瓶。
文檔編號F17C1/00GK2402907SQ9925126
公開日2000年10月25日 申請日期1999年10月18日 優先權日1999年10月18日
發明者朱國輝, 朱立, 吳寶發 申請人:朱立