一种高压复合材料氢气瓶接口增强密封结构制造技术

本发明专利技术公开了一种高压复合材料氢气瓶接口增强密封结构，包括塑料内胆本体、阀芯、阀座，塑料内胆本体包括相互连接的上半内胆和下半内胆，上半内胆的顶部具有顶部开口，阀座包括与上半内胆的内表面相适配的法兰盘和设置在法兰盘中部的导管，导管内壁设置有内螺纹，阀芯具有与内螺纹配合的外螺纹，顶部开口的内环面设置有环形卡扣，法兰盘与导管连接处的外周面设置有与环形卡扣相配合的凹形槽，导管伸出顶部开口的导管上部与第一紧固构件配合，法兰盘底部设置有填充材料，填充材料底部设置有密封构件，密封构件通过与导管伸出填充材料中部的导管下部配合的第二紧固构件固定。部的导管下部配合的第二紧固构件固定。部的导管下部配合的第二紧固构件固定。

【技术实现步骤摘要】
一种高压复合材料氢气瓶接口增强密封结构


[0001]本专利技术涉及高压气瓶
，特别涉及一种高压复合材料氢气瓶接口增强密封结构。

技术介绍

[0002]复合材料氢气容瓶也称为IV
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型氢气瓶，主要由非金属复合材料内胆瓶体加上金属的阀座和阀芯组成。瓶的内胆是热塑性塑料(例如尼龙或高密度聚乙烯等)，仅起阻止气体泄漏的作用；内胆的外部缠绕有增强纤维(碳纤维或芳纶纤维等)层，起承担压力载荷的作用，最外层常常还缠绕有玻璃纤维，用于保护里面的增强纤维层；IV型高压氢气瓶的阀芯和阀座是金属的，前者用于充气(加载)和泄气(卸载)，后者是一个将前者固定在复合材料气瓶上并与塑料内胆中连为一体的构件装置。
[0003]金属阀座与非金属内胆是两种异型材料，两种材料无论是弹性模量和热膨胀系数都有很大的差别。高压氢气瓶一般要求工作压力在70MPa和在
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40℃到85℃温度区间内使用，于是在两种材料间的连接处会出现很大的由于加
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卸载和由于温度变化而产生的拉/剪应力，在长期的使用中可能导致出现微小缝隙从而发生氢气泄漏。因此，在气瓶接口处的密封技术是IV型复合高压氢气瓶的关键问题之一。特别是，氢气是尺寸最小、重量最轻的分子之一，在高压状态下气态的氢分子即使在纳米尺度上也具有一定的穿透能力。
[0004]金属阀座与非金属内胆的连接方式通常有两种，一种是一体成型，即在制作内胆(用吹塑、注塑或滚塑的方法)的同时将金属阀座与内胆一次(或二次)成型连为一体；另一种是先制成塑料内胆，然后再将阀座装配在内胆的接口处。下面对常用的IV型复合高压氢气容瓶接口处的密封结构进行简单的总结：
[0005]现有的密封结构可以大致分为如下4类：
[0006]1、阀座设置在内胆的外面
[0007]该种结构的阀座是固定在内胆的外面，阀芯通过阀座的孔腔深入到内胆的内部，在阀座和内胆接口之间，还应有相应的密封圈和紧固装置以防止氢气从连接处的缝隙中泄漏。增强纤维在气瓶的弧顶部可以将内胆首先用粘结的方式将其固定在阀座的下表面，两者之间有密封胶以阻止气体从之间的缝隙中泄漏。然后在阀座的法兰盘和内胆外面进行纤维缠绕。在进行纤维缠绕时，可在气瓶的弧顶部铺放适当的过度层使得能够在相应的地方进行局部的加强。中国专利授权公告号CN208253177U、CN215259183U和CN112833329A采用这样的结构形式。该种方式的优点是工艺装配简单易行，缺点是在内胆与阀门的相连接的部位是一个薄弱环节，容易导致气体泄漏。
[0008]2、阀座设置在内胆的里面
[0009]这种装配情况适用于无颈部内胆的两截焊接式内胆结构，即内胆仅有一个圆形接口；也可以用于内胆在接口处有一个瓶颈的情况。阀座放置在塑料内胆的内部，阀座的上弧形表面与相应的内胆里表面紧密接触，两者之间紧密粘接(通过一体成型或阀座在成型后的内胆上装配的方式)，形成阻止气体泄漏的密封层；阀座的颈部从内胆的接口处伸出。工
艺上，这种阀门
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内胆系统可以用一体成型的办法制成，也可以将阀座在两截焊接式的塑料内胆中进行装配，在阀座安装好后，用激光焊接的方式再将两截内胆焊成一体。中国专利授权公告号CN208253177U、CN215229183U和CN112833329A采用了这一类的装配方式。这类装配方式的缺点和前面所述的阀座设置在内胆外面的情况一样，也存在着塑料内胆与金属阀座间的密封性在长期的使用中会失效的问题。
[0010]3、内胆瓶口嵌套在双层(外壳+内衬)金属接口中
[0011]该类结构的典型特点是:塑料内胆瓶口与金属瓶口相连接，金属瓶口由金属环形外壳和金属环形内衬组成，金属环形外壳紧固套装于塑料内胆瓶口上，金属环形内衬由连接段和密封段同轴连接组成，金属环形内衬的密封段插入至塑料内胆瓶口中与塑料内胆瓶口相过盈配合；为了使得内胆能与金属接口紧密贴合，还可以在金属外壳与内衬之间增加锥形构件(例如中国专利授权公告号CN212456270U、CN113669617和CN212298516)。中国专利授权公告号CN110107798A、CN212456270U、CN113669617A、CN210372854U、CN212298516U、CN212298545U、CN110848558U、CN215259171U、CN2159819676U和CN210687763U均采用了这样或类似的装配结构。此类装配结构在理论上可以较好地防止氢气从内胆与阀门的接口处泄漏，但在实际的装配中要求有很高的精度要求，工艺条件复杂，在实际应用中常常由于装配精度和密封问题不足而导致高压气体的泄漏。
[0012]4、内胆颈部放置在阀座孔腔内
[0013]这种结构的特点是金属阀座设置在塑料内胆的外面，内胆的颈部伸入到阀座的空腔内并延伸一定的距离，内胆颈部的外壁面与金属空腔内壁面紧密贴合，内胆颈部的内表面与阀芯导管的外表面紧密贴合，在阀芯导管上至少设置两个以上的环形凹槽，内置密封圈。公示的技术专利ZL202123366227.2是基于该种结构形式。和前面介绍的三种结构形式相比，该种结构的优点是氢气在瓶口处仅可能在阀座与阀芯之间的缝隙中泄漏。理论上讲，当塑料内胆与金属阀芯或金属阀芯与金属阀座间的密封有一处满足要求时，即可以对氢气进行有效的密封。该种方法的缺点是对内胆、阀芯和阀座间的装配精度要求很高；另外，内胆颈部在长期的加卸载条件下可能出现疲劳问题，从而导致相应密封构件失效。

技术实现思路

[0014]本专利技术的目的在于针对现有技术的上述不足和缺陷，提供一种高压复合材料氢气瓶接口增强密封结构，以解决上述问题。
[0015]本专利技术所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：
[0016]一种高压复合材料氢气瓶接口增强密封结构，包括塑料内胆本体、与塑料内胆本体的顶部开口配合的阀芯、阀座，所述塑料内胆本体包括相互连接的上半内胆和下半内胆，所述上半内胆的顶部具有所述顶部开口，所述阀座包括与所述上半内胆的内表面相适配的法兰盘和设置在所述法兰盘中部的导管，所述导管内壁设置有内螺纹，所述阀芯具有与所述内螺纹配合的外螺纹，所述顶部开口的内环面设置有环形卡扣，所述法兰盘与所述导管连接处的外周面设置有与所述环形卡扣相配合的凹形槽，所述导管伸出所述顶部开口的导管上部与第一紧固构件配合，所述法兰盘底部设置有填充材料，所述填充材料底部设置有密封构件，所述密封构件通过与所述导管伸出所述填充材料中部的导管下部配合的第二紧固构件固定。
[0017]在本专利技术的一个优选实施例中，所述法兰盘与所述上半内胆的内表面之间设置有中间密封层。
[0018]在本专利技术的一个优选实施例中，所述填充材料的底部设置为第一弧面结构，所述密封构件的顶部设置为与所述第一弧面结构配合的第二弧面结构。
[0019]在本专利技术的一个优选实施例中，所述第一紧固构件与所述导管上部之间通过螺纹连接。
[0020]在本专利技术的一个优选实施例中，所述第一紧固构件与所述上半本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高压复合材料氢气瓶接口增强密封结构，包括塑料内胆本体、与塑料内胆本体的顶部开口配合的阀芯、阀座，其特征在于，所述塑料内胆本体包括相互连接的上半内胆和下半内胆，所述上半内胆的顶部具有所述顶部开口，所述阀座包括与所述上半内胆的内表面相适配的法兰盘和设置在所述法兰盘中部的导管，所述导管内壁设置有内螺纹，所述阀芯具有与所述内螺纹配合的外螺纹，所述顶部开口的内环面设置有环形卡扣，所述法兰盘与所述导管连接处的外周面设置有与所述环形卡扣相配合的凹形槽，所述导管伸出所述顶部开口的导管上部与第一紧固构件配合，所述法兰盘底部设置有填充材料，所述填充材料底部设置有密封构件，所述密封构件通过与所述导管伸出所述填充材料中部的导管下部配合的第二紧固构件固定。2.如权利要求1所述的一种高压复合材料氢气瓶接口增强密封结构，其特征在于，所述法兰盘与所述上半内胆的内表面之间设置有中间密封层。3.如权利要求1所述的一种高压复合材料氢气瓶接口增强密封结构，其特征在于，所述填充材料的底部设置为第一弧面结构，所述密封构件的顶部设置为与所述第一弧面结构配合的第二弧面结构。4.如权利要求1所述的一种高压复合材料氢气瓶...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆萌，朱甜甜，何庆浩，叶林，石功奇，李富才，
申请(专利权)人：江苏集萃复合材料装备研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：