[發(fā)明專利]一種塑料內(nèi)膽高壓儲(chǔ)氫罐的設(shè)計(jì)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110763278.4
• 申請(qǐng)日: 2021-07-06
• 公開（公告）號(hào): CN113446509B
• 公開（公告）日: 2023-05-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 袁君偉;徐興寶;徐谷;朱明國(guó);羅展鵬;計(jì)徐偉;陳凱;黃志洪
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江陰市富仁高科股份有限公司
• 主分類號(hào): F17C1/16
• 分類號(hào): F17C1/16;F17C1/06;F17C1/04;F17C13/04;F17C13/02;F17C13/12;B29C70/78;B29B11/04;B29B11/06;B29L31/00
• 代理公司: 無(wú)錫義海知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 32247
• 代理人: 楊曉華

本發(fā)明公開了一種塑料內(nèi)膽高壓儲(chǔ)氫罐的設(shè)計(jì)方法，包括結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工藝設(shè)計(jì)，所述結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工步包括塑料內(nèi)膽的材料篩選和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和碳纖維纏繞層的設(shè)計(jì)；所述工藝設(shè)計(jì)包括：(1)工藝規(guī)劃；(2)試樣制作；(3)切片取樣；(4)碳纖維體積含量的評(píng)估：通過(guò)圖像采集設(shè)別裝置，對(duì)高壓儲(chǔ)氫罐的縱向剖切面進(jìn)行圖像采集，根據(jù)顏色差異設(shè)別出縱向剖切面上的碳纖維束部分和非碳纖維束部分，計(jì)算出碳纖維束截面部分的總面積占據(jù)整個(gè)縱向剖切面面積的比例，并將該比例作為碳纖維纏繞層內(nèi)碳纖維體積含量平均值的評(píng)估數(shù)據(jù)；(5)碳纖維體積含量的分區(qū)域評(píng)估(6)工藝規(guī)劃修正；本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了塑料內(nèi)膽高壓儲(chǔ)氫罐碳纖維纏繞層的設(shè)計(jì)優(yōu)化和工藝優(yōu)化。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及儲(chǔ)氫罐設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種塑料內(nèi)膽高壓儲(chǔ)氫罐的設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)

高壓儲(chǔ)氫瓶具有儲(chǔ)氫容器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、壓縮氫氣制備的能耗較少、灌裝速度快等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為氫能儲(chǔ)運(yùn)的主要方式。目前使用較多的高壓儲(chǔ)氫瓶復(fù)合內(nèi)膽碳纖維全纏繞高壓儲(chǔ)氫罐，其是采用金屬(常用的為鋁合金)或塑料作為內(nèi)膽，并在金屬內(nèi)膽或塑料內(nèi)膽外面纏繞一層浸漬有環(huán)氧樹脂的碳纖維，經(jīng)固化后形成碳纖維纏繞層。這種結(jié)構(gòu)的高壓儲(chǔ)氫瓶具有耐壓強(qiáng)度、安全性較高等優(yōu)勢(shì)。

目前，在高壓儲(chǔ)氫罐的設(shè)計(jì)方法主要是采用網(wǎng)格理論和有限元分析方法。然而，由于高壓儲(chǔ)氫瓶結(jié)構(gòu)的特殊性，目前的網(wǎng)格理論和有限元分析方法與實(shí)際情況存在較大的差異，特別是高壓儲(chǔ)氫罐上碳纖維纏繞層的設(shè)計(jì)方面更是如此，導(dǎo)致其對(duì)于高壓儲(chǔ)氫罐設(shè)計(jì)的指導(dǎo)作用還存在一定的局限性。

因此，探討改進(jìn)現(xiàn)有的高壓儲(chǔ)氫罐的設(shè)計(jì)方法，更好地對(duì)高壓儲(chǔ)氫罐的碳纖維纏繞層進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而更好地設(shè)計(jì)制造出較高質(zhì)量、較低成本的高壓儲(chǔ)氫罐，是本領(lǐng)域技術(shù)人員迫切需要解決的技術(shù)問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提出一種塑料內(nèi)膽高壓儲(chǔ)氫罐的設(shè)計(jì)方法，旨在實(shí)現(xiàn)塑料內(nèi)膽高壓儲(chǔ)氫罐碳纖維纏繞層的設(shè)計(jì)優(yōu)化和工藝優(yōu)化，從而更好地設(shè)計(jì)制造出較高質(zhì)量、較低成本的高壓儲(chǔ)氫罐。具體的技術(shù)方案如下：

一種塑料內(nèi)膽高壓儲(chǔ)氫罐的設(shè)計(jì)方法，依次包括如下步驟：

S1、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其包括如下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工步：

(1)設(shè)計(jì)條件的獲取：獲取儲(chǔ)氫罐的儲(chǔ)氫容積、工作壓力范圍、使用溫度范圍、充放氣循環(huán)次數(shù)、工作年限數(shù)據(jù)；

(2)塑料內(nèi)膽的材料篩選和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：選取市場(chǎng)上典型的幾種塑料內(nèi)膽材料，分別制作材料式樣，并對(duì)材料式樣進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試和失效模式評(píng)估，根據(jù)力學(xué)性能測(cè)試和失效模式評(píng)估結(jié)果優(yōu)選出塑料內(nèi)膽的材料，并設(shè)計(jì)出塑料內(nèi)膽的結(jié)構(gòu)型式和尺寸；

(3)金屬閥體的設(shè)計(jì)：根據(jù)塑料內(nèi)膽的結(jié)構(gòu)型式和尺寸，設(shè)計(jì)出與塑料內(nèi)膽的結(jié)構(gòu)相匹配的金屬閥體；

(4)碳纖維纏繞層的設(shè)計(jì)：采用網(wǎng)格理論和有限元分析軟件，設(shè)計(jì)碳纖維纏繞層，確定碳纖維纏繞層的纏繞方式、纏繞角度和纏繞層數(shù)，得到碳纖維纏繞層的厚度，從而設(shè)計(jì)出塑料內(nèi)膽碳纖維纏繞高壓儲(chǔ)氫罐；

S2、工藝設(shè)計(jì)，其包括如下工藝設(shè)計(jì)工步：

(1)工藝規(guī)劃：根據(jù)塑料內(nèi)膽碳纖維纏繞高壓儲(chǔ)氫罐的設(shè)計(jì)圖紙，制定工藝規(guī)劃；所述工藝規(guī)劃中規(guī)定了在碳纖維纏繞時(shí)的碳纖維纏繞張力控制方案；

(2)試樣制作：制作出塑料內(nèi)膽和金屬閥體，塑料內(nèi)膽和金屬閥體進(jìn)行組裝連接；將組裝后的塑料內(nèi)膽通過(guò)定位芯軸裝夾在濕法碳纖維纏繞設(shè)備上，將浸漬有環(huán)氧樹脂液的碳纖維纏繞在塑料內(nèi)膽和金屬閥體外表面，固化后形成碳纖維纏繞層，從而制作出塑料內(nèi)膽碳纖維纏繞高壓儲(chǔ)氫罐的式樣；其中，所述濕法碳纖維纏繞設(shè)備中所使用的環(huán)氧樹脂膠液為透明環(huán)氧樹脂膠液；

(3)切片取樣：使用切削機(jī)床，對(duì)高壓儲(chǔ)氫罐的試樣進(jìn)行縱向剖切；