[發明專利]一種高壓消防用呼吸器碳纖維增強鋁內膽全纏繞復合氣瓶

在審

• 申請號: 201710627052.5
• 申請日: 2017-07-28
• 公開（公告）號: CN107246548A
• 公開（公告）日: 2017-10-13
• 發明（設計）人: 張瑜
• 申請（專利權）人: 上海氦格復合材料科技有限公司
• 主分類號: F17C1/06
• 分類號: F17C1/06;F17C1/14;F17C1/10
• 代理公司: 北京久維律師事務所11582
• 代理人: 邢江峰

技術領域

本發明涉及一種消防用于指定充裝空氣的呼吸器復合材料高壓氣瓶，具體是一種高壓消防用呼吸器碳纖維增強鋁內膽全纏繞復合氣瓶。

背景技術

隨著我國經濟建設的快速發展，城市化和工業化進程不斷加快，大量人員密集場所、高層和地下建筑以及工業建筑不斷涌現，建筑規模越來越大，結構和功能越來越復雜，大量火災安全隱患和風險日益增多。近年來，我國重特大火災事故總體呈上升趨勢，形勢持續嚴峻，且滅火救援任務越來越復雜，我國消防員傷亡的案例也屢有發生。在消防員傷亡的事故案例中，其中一些是由于消防員的呼吸系統沒有得到有效的防護，而造成的中毒、窒息。如2009年2月9日央視新址配樓大火中一名消防員就是因為呼吸防護不足而壯烈犧牲的。

美國SCOTT公司與LuxferInc.氣瓶公司在2012年1月共同開發出了額定工作壓力 5500Psi(約38MPa)的空氣呼吸器用復合氣瓶，獲得了么過職業安全與衛生研究院(NIOSH) 和美國消防協會(NFPA)的認可，此氣瓶外形輪廓減小了11％，重量減輕了15％，有效降低了使用者的疲勞感。

為延長消防員呼吸防護時間，很多空氣呼吸器廠家研發出了9L、12L、6.8L雙瓶呼吸器等大容積的空氣呼吸器，但是當空氣呼吸器容積變大時，呼吸器的裝備重量、外形體積也會相應增大，這會給消防員帶來額外的生理負擔，使其耗氣速率增大，對延長使用時間產生不利影響。此外，還有人提出在火場中使用氧氣呼吸器來延長呼吸防護時間，但由于氧氣呼吸器有著舒適性相對較差、維護保養相對繁瑣等不足，目前在國內外消防部隊中應用并不廣泛，空氣呼吸器仍然是最經常使用的消防員呼吸防護裝具。

目前，空氣呼吸器復合氣瓶市場主流是20MPa、30MPa的氣瓶，氣瓶制造主要標準歐洲的EN12245標準及美國的DOT-CFFC標準中最大工作壓力均不超過34.5MPa。以6.8L為例，忽略壓縮系數等因素，40MPa氣瓶20攝氏度條件下可充裝2684.43L空氣，30MPa氣瓶20攝氏度條件下充裝2013.83L氣體，40MPa相比目前30MPa氣體充裝量可提高20％以上。鋁內膽碳纖維全纏繞復合氣瓶的設計和制造與鋼質氣瓶屬于兩個截然不同的領域，是需要探索的高新領域。設計、制造的鋁內膽全纏繞復合氣瓶主要技術指標為：安全系數n ≥3.0，疲勞循環次數N≥7500次，循環壓力為0MPa～空氣溫升壓力52MPa。對于鋁內膽碳纖維全纏繞復合材料氣瓶的復合材料結構應用有限元分析，對鋁內膽碳纖維全纏繞復合氣瓶的結構鋪層進行優化設計，使其獲得良好的結構性能，并通過“自緊”處理，最大限度的提高其疲勞壽命。

本發明的目的在于針對現有技術的不足，提供一種高壓力、高儲氣量的新型鋁內膽碳纖維全纏繞復合氣瓶，使之具有盡可能輕的重量、良好的性能結構，并使其主要技術指標完全達到國際先進水平。

發明內容

本發明的目的在于提供一種高壓消防用呼吸器碳纖維增強鋁內膽全纏繞復合氣瓶，以解決上述背景技術中提出的問題。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種高壓消防用呼吸器碳纖維增強鋁內膽全纏繞復合氣瓶，包括鋁內膽，所述鋁內膽主要包括鋁內膽瓶底、鋁內膽筒體、鋁內膽瓶肩和鋁內膽瓶口，鋁內膽瓶底、鋁內膽筒體、鋁內膽瓶肩和鋁內膽瓶口光滑無縫連接組成，鋁內膽筒體部分上的碳纖維全纏繞層是由縱向碳纖維纏繞層和環向碳纖維纏繞層按鋪層次序交替纏繞而成，所述縱向碳纖維纏繞層的纖維增強方向和復合氣瓶縱向對稱軸的夾角為10～25度，所述環向碳纖維纏繞層的纖維增強方向和復合氣瓶縱向對稱軸的夾角為85～95度，碳纖維全纏繞層的表面上還纏繞抗沖擊玻璃纖維保護層，且鋁內膽筒體的中間部分采用環向等厚纏繞，鋁內膽筒體兩端和鋁內膽瓶肩過渡部分采用環向增厚纏繞，鋁內膽瓶底和鋁內膽瓶肩部分采用縱向纏繞，所述鋁內膽的外表面上涂抹一層聚氨酯清漆作為防電腐蝕涂層。

作為本發明進一步的方案：所述碳纖維采用T700SC-12000-50C。

作為本發明進一步的方案：所述鋁內膽筒體的長度為390～410mm、內徑為130～140mm，鋁內膽瓶底橢圓曲面尾段的矢高為內徑的0.27～0.34倍，鋁內膽瓶肩橢圓曲面矢高為內徑的0.25～0.29倍，含有內螺紋M18的鋁內膽瓶口的長度為45～65mm，鋁內膽筒體壁厚為2.65～2.8mm。