專利名稱：新型車用壓縮天然氣高壓氣瓶的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于壓力容器領(lǐng)域，涉及高壓氣瓶結(jié)構(gòu)的改進(jìn)。
氫、氧、氮、氦，及天然氣等氣體貯運(yùn)高壓氣瓶，大量廣泛應(yīng)用于醫(yī)療、輕工、航空、宇航、航海、潛水、軍工、機(jī)械制造及陸上交通等廣大領(lǐng)域，其每年的產(chǎn)量全世界有數(shù)以百萬(wàn)臺(tái)計(jì)。尤其貯量豐富價(jià)格低廉的世界三大能源之一的天然氣，作為汽車“環(huán)保”潔凈燃料的主力軍將被世界各國(guó)大量應(yīng)用，更需要提供大批(僅中國(guó)今后就需達(dá)數(shù)以千萬(wàn)臺(tái)計(jì))的各種安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理、經(jīng)久耐用的壓縮天然氣(CNG)高壓氣瓶。
國(guó)際上現(xiàn)有高壓氣瓶制造技術(shù)，主要有鋼錠沖拔式(或引伸式)、鋼管旋壓與組焊式，及纖維纏繞復(fù)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(zhì)材料均有應(yīng)用(參見鄭津洋、陳志平編著，特殊壓力容器，北京，化學(xué)工業(yè)出版社1997.8)。其中，鋼錠沖拔式和鋼管旋壓與組焊式高壓(如20MPa)氣瓶的制造成本較低；但因均為單層鋼瓶發(fā)生裂紋擴(kuò)展導(dǎo)致爆破事故的情況國(guó)內(nèi)外屢見不鮮。即使采用鋁合金或鈦材作原材料，其單層結(jié)構(gòu)缺乏“自我抑爆”保護(hù)能力的本質(zhì)弱點(diǎn)依然存在。玻璃，甚至碳、硼纖維纏繞復(fù)合材料高壓氣瓶，以“質(zhì)輕”的顯著特點(diǎn)首先應(yīng)用于航空與航天技術(shù)領(lǐng)域，其中玻璃纖維纏繞復(fù)合材料高壓(15MPa)氧氣瓶60年代初期便在我國(guó)開始研制應(yīng)用。然而這些纖維材料本質(zhì)上的“脆性”，整體尤其掛頸等聯(lián)接部位“較低的疲勞強(qiáng)度“和”“老化現(xiàn)象”，以及“較為高昂的制造成本”(必須應(yīng)用環(huán)氧樹脂等增強(qiáng)技術(shù))等難以避免的弱點(diǎn)，又使其在要求經(jīng)久耐用的廣大應(yīng)用領(lǐng)域難以真正得到推廣應(yīng)用。纖維纏繞復(fù)合材料高壓氣瓶發(fā)生各種爆破事故的情況在國(guó)內(nèi)外也屢見不鮮。所以，當(dāng)今世界各種鋼質(zhì)高壓氣瓶的產(chǎn)量仍然占有絕大多數(shù)。即使要求“質(zhì)輕”的特殊應(yīng)用場(chǎng)合，鋁合金甚至鈦材高壓氣瓶也往往成為首選技術(shù)。如鋁制氣瓶，在歐、美國(guó)家的應(yīng)用就多于纖維纏繞復(fù)合材料高壓氣瓶。
本實(shí)用新型目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，設(shè)計(jì)提供一種主要用于車用壓縮天然氣的高壓氣瓶，具有使用安全可靠、工藝簡(jiǎn)單、生產(chǎn)成本較為低廉等特點(diǎn)。
為實(shí)現(xiàn)上述目的采取技術(shù)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(gòu)件。其結(jié)構(gòu)特征是筒體采用雙層結(jié)構(gòu)，內(nèi)層和外層之間相互套合；與兩層筒體相互對(duì)應(yīng)，兩端封頭也采用雙層結(jié)構(gòu)，各層筒體與封頭之間環(huán)向焊接，兩層焊縫錯(cuò)開；其中一端封頭開孔焊裝氣瓶管咀，管咀也采用雙層結(jié)構(gòu)，管咀兩層之間、管咀與封頭之間均進(jìn)行封焊，以防泄漏，管咀外層內(nèi)端設(shè)有凸肩搭接在封頭內(nèi)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(bào)警器系統(tǒng)接口。
本實(shí)用新型優(yōu)點(diǎn)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(biāo)準(zhǔn)總厚的一半，兩層共同復(fù)合承力，按國(guó)際承壓安全系數(shù)大于2.5～3倍的要求，即每一層均能單獨(dú)承受大于氣瓶壓力1倍設(shè)計(jì)內(nèi)壓的作用。因而即使當(dāng)任一層發(fā)生裂紋嚴(yán)重?cái)U(kuò)展而破裂時(shí)，另一層仍能承受氣瓶設(shè)計(jì)內(nèi)壓的作用，從而可避免發(fā)生嚴(yán)重爆破事故。
2.由于雙層化，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(nèi)層發(fā)生意外原因的最嚴(yán)重情況而破裂，其外層不會(huì)隨之發(fā)生爆破，即可因?qū)娱g“止裂”作用抑制內(nèi)層裂紋擴(kuò)展而使氣瓶具有特殊的“抗爆”安全特性。
3.萬(wàn)一內(nèi)筒發(fā)生裂紋擴(kuò)展而引起內(nèi)部高壓介質(zhì)向外泄漏，則外一承壓層會(huì)將泄漏介質(zhì)收集起來(lái)，并通過(guò)報(bào)警器系統(tǒng)自動(dòng)發(fā)出報(bào)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(shí)的正常供氣與行馳，因?yàn)榇藭r(shí)氣瓶外層仍能承受氣瓶?jī)?nèi)壓的作用。即使萬(wàn)一外層也發(fā)生裂紋時(shí)，則也可通過(guò)檢查報(bào)警系統(tǒng)而隨時(shí)得以發(fā)現(xiàn)和處理(此時(shí)氣瓶?jī)?nèi)層仍能承受內(nèi)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(diǎn)。
4.由于兩層結(jié)構(gòu)，會(huì)使制造過(guò)程變得復(fù)雜了些。但卻為分散焊縫和減薄厚度以簡(jiǎn)化小直徑厚封頭的沖壓成型困難，或避免單層結(jié)構(gòu)旋壓收底與縮口時(shí)的困難創(chuàng)造了有利條件。
5.氣瓶的內(nèi)外兩層筒體，均采用按標(biāo)準(zhǔn)批量供應(yīng)特殊定制的鋼管(或鋁合金與鈦制管材)適當(dāng)松套并錯(cuò)開環(huán)縫的結(jié)構(gòu)。這不僅可提高氣瓶殼體材質(zhì)與制造質(zhì)量，而且也可獲得較高的制造工效與較低的制造成本。
據(jù)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，按內(nèi)徑273mm，設(shè)計(jì)內(nèi)壓20MPa，壁厚約需12～14mm，容積為50L(立升)的高壓標(biāo)準(zhǔn)鋼瓶，估計(jì)本新型雙層氣瓶的價(jià)格每臺(tái)不超過(guò)3000元，比據(jù)知同類規(guī)格進(jìn)口鋼質(zhì)氣瓶?jī)r(jià)格800美元和纖維復(fù)合材料高壓氣瓶約4000元人民幣要低得多。一個(gè)以此為產(chǎn)品的廠家，如以每年供應(yīng)30000臺(tái)該型雙層高壓鋼瓶計(jì)算，則每年銷售額將達(dá)9000萬(wàn)元，其中比其他類型氣瓶?jī)H降低成本一項(xiàng)每年就可達(dá)3000萬(wàn)元，而其投資估計(jì)將不超過(guò)1500萬(wàn)元。因而，其推廣應(yīng)用具有重大技術(shù)經(jīng)濟(jì)價(jià)值。這將為我國(guó)乃至世界汽車能源改型提代供安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理、經(jīng)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(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖。
現(xiàn)結(jié)合

其實(shí)施例。
圖中1為氣瓶?jī)?nèi)層筒體3的兩端內(nèi)層封頭，厚度與內(nèi)層筒體相同，由標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度設(shè)計(jì)確定，主要采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(qiáng)度的安全可靠性，亦由板坯模壓成型；氣瓶筒體內(nèi)層3厚度取為按氣瓶標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求的一半左右，由優(yōu)質(zhì)成批供應(yīng)的定制管材經(jīng)必要的質(zhì)量檢驗(yàn)后直接下料制成，兩端并與內(nèi)層封頭1相焊，組成氣瓶整體內(nèi)層，并作必要的質(zhì)量檢驗(yàn)；氣瓶筒體外層4的厚度取為按氣瓶標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求的一半左右，亦由優(yōu)質(zhì)成批供應(yīng)的定制管材經(jīng)必要的質(zhì)量檢驗(yàn)后直接下料制成，并合理松套于內(nèi)筒體3外面后，兩端并與外層封頭2相焊，從而組成氣瓶整體內(nèi)外層結(jié)構(gòu)；圖中5即為氣瓶?jī)啥说膬?nèi)外層先后完成焊接的錯(cuò)開環(huán)向焊縫，采用先進(jìn)的氣體保護(hù)自動(dòng)焊接技術(shù)，確保焊接質(zhì)量要求；圖中6為端部附加凸緣，適當(dāng)焊裝于一端封頭2的中央，以便于氣瓶人力搬抬；圖中7為標(biāo)準(zhǔn)滾動(dòng)與防震橡膠圈，左右適當(dāng)位置各套一只；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(jié)構(gòu)的氣瓶管咀，由適當(dāng)?shù)目珊覆牧霞庸ぶ瞥桑粓D中9為氣瓶管咀與一端內(nèi)外層封頭1和2的封焊與全焊透焊縫，以確保該接頭聯(lián)接安全可靠；圖中10即為氣瓶的安全報(bào)警器系統(tǒng)接口，焊接安裝于氣瓶管咀8鄰近的外層封頭2的適當(dāng)部位，當(dāng)內(nèi)筒裂紋嚴(yán)重?cái)U(kuò)展，內(nèi)部介質(zhì)發(fā)生泄漏時(shí)外層承壓層能將泄漏介質(zhì)收集起來(lái)，報(bào)警系統(tǒng)將發(fā)出報(bào)警訊號(hào)，并自動(dòng)通過(guò)管路將泄漏介質(zhì)引入減壓閥向汽車發(fā)動(dòng)機(jī)供氣，待氣瓶?jī)?nèi)部氣體用完或適當(dāng)時(shí)候作更換處理(因?yàn)榇藭r(shí)氣瓶外層仍能承壓，可起到臨時(shí)救急的作用)；圖中11為氣瓶管咀8的外層內(nèi)端的凸肩。
權(quán)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，其特征是筒體由兩層構(gòu)成，在內(nèi)層(3)的外面裝外層(4)；與兩層筒體相對(duì)應(yīng)，兩端封頭也有內(nèi)層(1)和外層(2)；各層筒體與封頭之間環(huán)向焊接，其中一端封頭開孔安裝雙層結(jié)構(gòu)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(jù)權(quán)利要求1所述新型車用壓縮天然氣高壓氣瓶，其特征是各層筒體與封頭之間焊縫(5)相互錯(cuò)開。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述新型車用壓縮天然氣高壓氣瓶，其特征是雙層筒體和雙層封頭分別采用管材成型和板坯成型。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述新型車用壓縮天然氣高壓氣瓶，其特征是設(shè)有安全報(bào)警器系統(tǒng)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(jīng)濟(jì)合理、經(jīng)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(jié)構(gòu)特點(diǎn)是筒體與封頭均采用雙層結(jié)構(gòu),各層筒體與封頭相互對(duì)應(yīng),二者之間錯(cuò)開環(huán)向焊接;其中一端封頭開孔安裝雙層結(jié)構(gòu)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(bào)警系統(tǒng)接口。這種高壓氣瓶主要用于機(jī)動(dòng)車上的壓縮天然氣高壓氣瓶。
文檔編號(hào)F17C1/00GK2402907SQ9925126
公開日2000年10月25日 申請(qǐng)日期1999年10月18日 優(yōu)先權(quán)日1999年10月18日
發(fā)明者朱國(guó)輝, 朱立, 吳寶發(fā) 申請(qǐng)人:朱立