一种复合成型的99MPa级加氢站用储氢容器制造技术

本实用新型专利技术揭示了一种复合成型的99MPa级加氢站用储氢容器，包括钢质内衬及其表面通过纤维包络和热固性树脂固化成型、增加结构强度的复合层，该钢质内衬的筒身段壁厚均匀且自筒身两端边缘至瓶口渐变增厚，而复合层仅成型于钢质内衬的筒身段及瓶肩圆弧过渡段表面，该复合层由内及表依次设为聚酯表面毡、第一玻璃纤维层、环向缠绕夹杂纵向补强的增强纤维层和第二玻璃纤维层。该储氢容器优化了钢质内衬的壁厚规格及性能稳定性，并基于非整个气瓶表面的局部环缠，有利于改善纤维强度的发挥率，使之成倍提升，从而使成品容器的容积达500L以上、承压可达100MPa。承压可达100MPa。承压可达100MPa。

【技术实现步骤摘要】
一种复合成型的99MPa级加氢站用储氢容器


[0001]本技术涉及大容量高压储气设备，尤其涉及一种500L以上、99MPa级加氢站用储氢容器的环向缠绕复合壳层结构。

技术介绍

[0002]目前，全球双碳计划“碳中和”、“碳达标”实施，促进了新能源技术的发展；而发展氢能成为全球共识，特别是在氢能源的技术突破方向上，储氢容器向着大容积、高容压的方向发展。
[0003]高压储氢是加氢站的主要储氢方式，按照氢气的加注压力分为35MPa和70MPa两类，国内大部分在用和再建加氢站是35MPa，储氢容器一般设计压力为50MPa，其结构是单层旋压无缝钢管制造。
[0004]国内99MPa级站用储氢容器设计压力一般为87.5MPa、98MPa、103MPa，通常采用不锈钢多层包扎式容器，如钢带错绕式和层板包扎式，也有探索采用单层旋压无缝钢管制造和钢质内衬碳纤维全螺旋缠绕结构等。
[0005]其中目前的不锈钢多层包扎焊接成型制造方式存在机械自动化程度、产品质量一致性不高等问题，批量生产效率不高；而如果采用单层旋压无缝钢管旋压制造100MPa储氢容器，需要增加容器容积和容器的承载能力，设计容器的壁厚会很厚，带来了一系列的技术难题。首先遇到的技术瓶颈是大容积无缝钢管轧制过程的均质问题，热处理设备及工艺上无法完全保证钢瓶厚度方向上全部淬透，导致临氢环境下裂纹扩展太快，极易造成氢脆现象的产生；而旋压设备的热旋压工艺难度增大，因此这种结构对大型设备加工能力提出了更大的挑战。
[0006]若采用钢质内衬纤维螺旋全缠绕方式制造，虽解决了钢内衬材料和工艺方面的问题，但全缠绕大容积储氢容器所需设备要求高，且缠绕1只500L
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1000L的容器时间超过6小时，效率非常低下。因缠绕时间过长导致所用树脂体系在缠绕过程中极易出现非正常固化，影响产品制造质量。

技术实现思路

[0007]鉴于上述现有技术的需求，本技术的目的旨在提出一种复合成型的99MPa级加氢站用储氢容器，以提高气瓶产品的容积、容重比和承压能力。
[0008]本技术实现上述目的的技术解决方案是，一种复合成型的99MPa级加氢站用储氢容器，包括钢质内衬及其表面通过纤维包络和热固性树脂固化成型、增加结构强度的复合层，其特征在于：所述钢质内衬的筒身段壁厚均匀且自筒身两端边缘至瓶口渐变增厚，所述复合层仅成型于钢质内衬的筒身段及瓶肩圆弧过渡段表面，所述复合层由内及表依次设为聚酯表面毡、第一玻璃纤维层、环向缠绕夹杂纵向补强的增强纤维层和第二玻璃纤维层。
[0009]上述复合成型的99MPa级加氢站用储氢容器，进一步地，所述聚酯表面毡为螺旋环
向缠绕且全覆盖于钢质内衬对应复合层成型位置，聚酯表面毡螺旋搭接的重叠宽度为10~20mm。
[0010]上述复合成型的99MPa级加氢站用储氢容器，进一步地，所述第一玻璃纤维层为由热固性树脂浸胶的玻璃纤维在钢质内衬两侧瓶肩之间往复环向缠绕所形成的隔离内层。
[0011]上述复合成型的99MPa级加氢站用储氢容器，进一步地，所述增强纤维层包括由纤维复材在小于第一玻璃纤维层覆盖范围内往复环向缠绕形成的环向纤维层和分层交叠于环向纤维层之中、以纤维复材单向布全包裹筒身段的纵向补强层，且增强纤维层的厚度占复合层总厚度的60%~90%。
[0012]上述复合成型的99MPa级加氢站用储氢容器，更进一步地，所述纤维复材为碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维或玄武岩纤维中的一种或组合复用。
[0013]上述复合成型的99MPa级加氢站用储氢容器，更进一步地，所述环向纤维层的包络范围超出筒身段，且在靠近瓶肩处成型为向两端阶梯式增厚的补强段。
[0014]上述复合成型的99MPa级加氢站用储氢容器，进一步地，所述第二玻璃纤维层为由热固性树脂浸胶的玻璃纤维在第一玻璃纤维层覆盖范围内往复环向缠绕所形成的保护层，且保护层完全覆盖增强纤维层。
[0015]上述复合成型的99MPa级加氢站用储氢容器，进一步地，所述复合层表面均匀涂设有耐紫外线腐蚀的光固化树脂。
[0016]应用本技术该复合成型储氢容器的技术解决方案，其所带来的技术效果：
[0017]1）、较之于单层钢质加氢容器，该钢质内衬纤维复材环向缠绕的储氢容器能实现减少壁厚40%，提升钢质内衬热处理性能的一致性、稳定性及同外形尺寸下的储氢量，更有利于大幅降低临氢环境下钢质内衬的裂纹扩展速度。
[0018]2）、通过纤维复材环向缠绕钢质内衬，有利于改善传统全缠绕的纤维强度发挥率，使之成倍提升，从而提高储氢容器的成品质量及稳定性。
附图说明
[0019]图1是本技术加氢站用储氢容器的中心轴剖结构示意图。
[0020]图2是图1所示储氢容器右上角局部放大的细节结构示意图。
具体实施方式
[0021]以下便结合图示，对本技术的具体实施结构作进一步的详述，以使本技术技术方案更易于理解、掌握，从而对本技术的保护范围做出更为清晰的界定。
[0022]本技术拟优化复合结构，以提高气瓶产品的容积、容重比和承压能力，获得一种500L以上，设计压力接近100MPa的钢质内衬储氢容器，可用于99MPa级加氢站进行高压稳态储氢。
[0023]如图1和图2所示，是本技术储氢气瓶优选实施例的成品中心轴剖结构和局部放大的细节结构图示。该种复合成型的99MPa级加氢站用储氢容器，包括钢质内衬1及其表面通过纤维包络和热固性树脂固化成型、增加结构强度的复合层2。其关键的技术革新在于：该钢质内衬1的筒身段11壁厚均匀且自筒身两端边缘至瓶肩12、瓶口13渐变增厚，而该复合层2仅成型于钢质内衬的筒身段11及瓶肩圆弧过渡段12a表面，且复合层2由内及表依
次设为聚酯表面毡21、第一玻璃纤维层22、环向缠绕夹杂纵向补强的增强纤维层23和第二玻璃纤维层24。
[0024]结合图示从两方面具体来理解该结构优化，其一方面关于钢质内衬，其材料选用与氢气相容性较好的铬钼钢4130X，具有强度高，韧性好，耐氢脆性能。该旋压成型后的钢质内衬的尺寸数据为直径485mm、长度4000mm和容积500L，从图1所示可见，该钢质内衬通过工艺改良成型为筒身段11的均匀壁厚d1，且自筒身两端边缘与瓶肩圆弧过渡段逐渐增厚，设瓶肩处平均壁厚为d2，且d2＞d1。这么设计及改良所可以确认的原理是：首先由于站用储氢容器长度较长，因而其瓶口、瓶肩的长度尺寸小于筒身段长度不止一点，因而对筒身段壁厚的减薄必然地相对瓶肩、瓶口处壁厚的减薄更具有实用性，减重比率更大。其次为了保障储氢容器的承压能力，壁厚与耐压级别属于正比例对应关系。对于储氢容器的筒身段而言，其内衬的壁厚需要均匀化设置，以避免出现压力集中聚集之处，而符合对储氢容器强度的设计要求。
[0025]其二方面关于以钢质内衬为基础包络固化成型的复合层。区别于现有技术覆盖至瓶口、瓶肩、瓶身的纤维全缠绕复合壳层结构（以下简称全缠），该复合层主要针对本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合成型的99MPa级加氢站用储氢容器，包括钢质内衬及其表面通过纤维包络和热固性树脂固化成型、增加结构强度的复合层，其特征在于：所述钢质内衬的筒身段壁厚均匀且自筒身两端边缘至瓶口渐变增厚，所述复合层仅成型于钢质内衬的筒身段及瓶肩圆弧过渡段表面，所述复合层由内及表依次设为聚酯表面毡、第一玻璃纤维层、环向缠绕夹杂纵向补强的增强纤维层和第二玻璃纤维层。2.根据权利要求1所述复合成型的99MPa级加氢站用储氢容器，其特征在于：所述聚酯表面毡为螺旋环向缠绕且全覆盖于钢质内衬对应复合层成型位置，聚酯表面毡螺旋搭接的重叠宽度为10~20mm。3.根据权利要求1所述复合成型的99MPa级加氢站用储氢容器，其特征在于：所述第一玻璃纤维层为由热固性树脂浸胶的玻璃纤维在钢质内衬两侧瓶肩之间往复环向缠绕所形成的隔离内层。4.根据权利要求1所述复合成型...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁卓伟，董朝正，宫丽丽，王艳辉，王骏，杨明高，
申请(专利权)人：中材科技苏州有限公司，
类型：新型
国别省市：