一種大容量高壓儲氫容器的全纏繞復合殼層結構的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于大容量高壓儲氣設備領域，具體涉及一種大容量高壓儲氫容器的全纏繞復合殼層結構，結合鋼內膽使儲氫容器的設計壓力可達lOOMpa、容積達到500L以上。
【背景技術】
[0002]隨著新能源技術的發(fā)展，特別是氫能源技術的突破，用于儲運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。最簡單、實用、經濟的氫氣儲運方法任然是采用增大容量和提高耐壓水準的高壓、常溫氣態(tài)運輸。由于制造技術上的難度，大容量高壓儲氫氣瓶項目被列入863高科技追蹤計劃之中。
[0003]高壓金屬材料性能在目前的產品標準中限定為70MPa。為保證安全，容器的直徑、管壁厚、容積均設置了嚴格的標準，是這類容器的特點。任何指標的突破均會引起一系列的重大變化。目前關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，隨著復合材料技術的創(chuàng)新應用，借助復合條件下的強化手段提高產品氣瓶的容重比和承壓能力有了希望。眾多領域內已廣泛使用復合強化工藝，完全可以用來強化金屬無縫內膽的承壓能力和加大容積。按一定實驗決定的特別技術手段和規(guī)律來復合纏繞高強度纖維與高性能增強樹脂固形成復合材料層成為業(yè)內關注的焦點。
[0005]碳纖維即是用于以上工藝的理想材料。纏繞復合鋁合金內膽已經進入應用階段。但應用實踐僅限于小容積，一般在120L以下，承壓能力低，一般20~35MPa。這與大規(guī)模儲氫、運輸、使用的條件不能相比。提高容器的儲氫能力，要通過加大儲氫容器的容積，又要提高儲氫容器的承壓能力。而上述兩個方面的提高，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。因為加大無縫管壁厚首先遭遇的瓶頸技術即是厚壁管的乳制技術中均質的問題。另由于儲氫容器的密封性能、自重以及纏繞時的瓶體結構對大容積和高壓力形成諸多制約因素。壓力越大，對密封性能要求越高，相關的失效點變換與纏繞方式產生相當大的關聯(lián)性；內膽加厚管壁與旋壓過程中肩端和縮口處的工藝處理及材料的力學性能變化、對纏繞層的結構和厚度設計要求產生不規(guī)則的變化；纏繞層的厚度也不是僅僅用增厚能解決的，其結構穩(wěn)定性也受制于瓶體的結構。

【發(fā)明內容】

[0006]本實用新型要解決的技術問題是提供一種大容量高壓儲氫容器的全纏繞復合殼層結構，通過旋壓制備無縫鋼內膽，借助于在鋼內膽的瓶體、瓶肩、瓶口處全方位高強纖維纏繞強化形成的全纏繞復合殼層結構，使儲氫容器工作壓力可達lOOMPa，容積達到500L以上要求。
[0007]為解決上述技術問題，本實用新型采用的技術方案是:一種大容量高壓儲氫容器的全纏繞復合殼層結構，包括借助熱固性樹脂和高強纖維包絡、固化在鋼內膽外壁上由內到外設置的隔離內層、強力結構復合層和保護外層，所述強力結構復合層結構包括設置在鋼內膽左、右瓶口部位的左、右端口強力復合層，設置在鋼內膽左、右瓶肩部位的左、右瓶肩強化復合層以及設置在鋼內膽瓶體部位的瓶體強化復合層。
[0008]左、右端口強力復合層由碳纖維在瓶口部位往復環(huán)向纏繞構成、厚度為30~50mm。
[0009]左、右瓶肩強化復合層主要是由碳纖維在左瓶肩、瓶體和右瓶肩之間進行往復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、右瓶肩強化復合層的厚度為30~80mm。
[0010]在左、右瓶肩強化復合層中設置有由單向纖維布浸漬纖維膠液預制而成的纖維補強層。
[0011]瓶體強化復合層包括由碳纖維在左瓶肩、瓶體和右瓶肩之間進行往復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環(huán)向纏繞形成的環(huán)向纖維層，瓶體強化復合層的厚度為30~80mm。
[0012]瓶體強化復合層中噴涂有短纖維或晶須。
[0013]隔離內層和保護外層是借助熱固性樹脂和玻璃纖維分別在鋼內膽的外壁和強力結構復合層的外表面進行縱向和環(huán)向交替往復纏繞構成，所述隔離內層和保護外層的厚度分別為2~6_和4—10mm η
[0014]采用上述技術方案產生的有益效果在于:通過旋壓制備無縫鋼內膽，借助于在鋼內膽的瓶體、瓶肩、瓶口處全方位高強纖維纏繞強化形成的全纏繞復合殼層結構，使儲氫容器工作壓力可達lOOMPa，容積達到500L以上要求。
【附圖說明】
[0015]圖1是本實用新型的結構示意圖；
[0016]圖2是圖1中A的放大示意圖；
[0017]其中:1是鋼內膽，1-1是隔尚內層，1~2是強力復合層，1-3是保護外層，1-2-1是左、右端口強力復合層，1-2-2是左、右瓶肩強化復合層，1-2-3是瓶體強化復合層1-2-3。
【具體實施方式】
[0018]參看附圖1-2，一種大容量高壓儲氫容器的全纏繞復合殼層結構，包括借助熱固性樹脂和高強纖維包絡、固化在鋼內膽1外壁上由內到外設置的隔離內層1-1、強力結構復合層1-2和保護外層1-3，其關鍵在于:所述強力結構復合層1-2結構包括設置在鋼內膽1左、右瓶口部位的左、右端口強力復合層1-2-1，設置在鋼內膽1左、右瓶肩部位的左、右瓶肩強化復合層1-2-2以及設置在鋼內膽1瓶體部位的瓶體強化復合層1-2-3。隔離內層1-1和保護外層1-3是借助熱固性樹脂和玻璃纖維分別在鋼內膽1的外壁和強力結構復合層1-2的外表面進行縱向和環(huán)向交替往復纏繞構成，所述隔離內層1-1和保護外層1-3的厚度分別為2~6mm和4~10mm。本實施例中鋼內膽1材料選用鉻鉬鋼4130X，該種材料具有強度高，韌性好，耐氫脆性能，為國內外充裝天然氣和氫氣的成熟鋼材。旋壓成型后的鋼內膽1尺寸數據為直徑559mm、長度3200mm和容積583L。因高壓儲氫容器內膽為鋼內膽1，強力結構復合層1-2為碳纖維/環(huán)氧樹脂，為