[發明專利]大直徑不銹鋼焊接內膽碳纖維全纏繞瓶式容器的制備方法

有效

• 申請號: 202111113634.4
• 申請日: 2021-09-23
• 公開（公告）號: CN113909806B
• 公開（公告）日: 2023-05-16
• 發明（設計）人: 曹文紅;牛忠華;黃國明;趙佳鳴;陳凡;馮莉明;夏明;陸毓穎;鄺周凌;丁超
• 申請（專利權）人: 浙江藍能氫能科技股份有限公司;上海電氣電站設備有限公司
• 主分類號: B23P15/00
• 分類號: B23P15/00;B29C53/56
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 胡紅娟

本發明公開了一種大直徑不銹鋼焊接內膽碳纖維全纏繞瓶式容器的制備方法，包括以下步驟：選取無縫奧氏體不銹鋼鋼管為基材制備筒體；采用奧氏體不銹鋼鋼板經沖壓或冷旋制備橢圓形封頭，在所述橢圓形封頭的中心開通孔；采用鍛制整體成型制備帽形瓶頸接頭，在所述帽形瓶頸接頭上加工內外螺紋及密封面；對筒體、橢圓形封頭和帽形瓶頸接頭進行組焊制備不銹鋼焊接內膽，組焊采用單面焊雙面成型；采用正交纏繞與交叉纏繞的組合纏繞工藝在不銹鋼焊接內膽的外表面纏繞碳纖維得到碳纖維纏繞承壓層；在碳纖維纏繞承壓層的外表面纏繞玻璃纖維得到玻璃纖維纏繞保護層；烘干和固化。本發明采用焊接成型的工藝，減少了旋壓及熱處理的設備投資及工序成本。

技術領域

本發明涉及大容量高壓儲氣設備的技術領域，特別是一種大直徑不銹鋼焊接內膽碳纖維全纏繞瓶式容器的制備方法。

背景技術

氫能重要的終端應用之一是燃料電池電動汽車，加氫站作為給氫燃料電池電動汽車加氫的場所，是氫能和燃料電池電動汽車發展的重要基礎設施。截至2020年底，我國已建成加氫站50座左右，預計到2030年，我國加氫站數量將達到1000座。目前加氫站內的儲氫瓶式容器的壓力多為50MPa，但隨著70MPa乘用車的開發，目前加氫站也逐步設有了90MPa的站內儲氫緩沖罐。目前加氫站用儲氫緩沖罐主要是小容積氣瓶組、鋼帶錯式高壓容器和鋼制無縫瓶式容器組。

加氫站用小容積氣瓶組由多個無縫鋼質氣瓶(1型)、鋼制內膽纖維環向纏繞瓶(2型)、金屬內膽纖維全纏繞瓶(3型)及塑料內膽纖維纏繞瓶(4型)四個類型的氣瓶組裝而成。

加氫站用小容積氣瓶組具有壓力分級與容積組合容易，制造周期短，適應場地能力強，成型工藝簡單和制造成本低的優點。同時也具有單元容積小，容器數量多，漏點多，安全距離大，一次性投資大及運行成本高的問題；由于氣瓶受TSG?23《氣瓶安全技術規程》的監管，不能現場定期檢驗，需要整體進復檢站檢驗，故加氫站用小容積氣瓶組實施困難，運行成本較高。

鋼帶錯繞式高壓容器采用奧氏體不銹鋼鋼板制成的焊接筒體與奧氏體不銹鋼復合鋼板制成的封頭組焊成內膽，在焊接筒體上按一定的角度繞焊鋼帶以提高容器的承壓能力；具有臨氫材料抗氫脆性能好，水容積大，容器數量少，漏點少的優點。由于容器厚度的大部分由繞帶層組成，需要大量焊接、探傷和熱處理的工作量。與其他結構型式的高壓容器相比，鋼帶錯繞式高壓容器的生產效率低，制造成本高；同時也存在壓力分級與容積組合不易，制造工藝復雜、交貨周期長，制造成本高，場地適應能力弱，運維成本高，定期檢驗困難的缺點。

鋼制無縫瓶式容器是由無縫鋼管經兩端局部加熱旋壓收口而成，屬于整體無焊縫結構，有效地避免了焊接可能引起的裂紋、氣孔、夾渣等缺陷，但其使用的高強鋼對氫脆敏感，且因壁厚較厚存在不易旋壓收口及熱處理的工藝難題。

現階段小容積氣瓶組和鋼帶錯式高壓容器受到制造成本、制造周期、組合方式、容量及承壓能力的限制已經遠遠不能適應于市場發展的需要。而大容積碳纖維全纏繞復合材料氣瓶用于加氫站儲氫，由于其對氫脆的敏感性低，成本十分高昂，限制了廣泛應用。

公開號為CN?2535651?Y的說明書了一種焊接絕熱氣瓶，該氣瓶由內膽容器、外膽容器、絕熱層、內外膽之間的連接件、保護圈與外膽之間的連接件以及支撐氣瓶的底座等部分構成。內外膽的下端之間連接方式是：采用分子篩盤和下端支撐塊分別與內膽下封頭焊接，下端支撐套與外膽下封頭焊接，下端支撐塊通過分子篩盤中心孔后插入下端支撐套的中心孔中。保護圈與外膽之間的連接，采用四塊保護圈支撐板分別與外膽上封頭和保護圈焊接。該實用新型的焊接結構絕熱氣瓶主要用于盛裝低溫液態氧、液態氮、液態氫等，對氣瓶的絕熱性能、穩定性能要求比較高，但由于其容量小及工作壓力低，故該氣瓶其并不適用于氫氣、甲烷、氦氣等壓縮氣體的盛裝。