[发明专利]正交缠绕的复合高压气瓶

说明书

本发明涉及高压气瓶，具体地说是一种正交缠绕的复合高压气瓶。

在现有技术中，高压气瓶盛有气体或气液混合物质，并具有很大的内压力。气瓶所受内压力可分解为两部分：一是沿圆周方向分布垂直于瓶体内壁，二是沿轴向分布施压于瓶体两端部的内表面。一般气瓶采用钢质材料，虽坚固但重量大，有的采用铝合金材料，强度又欠佳。所以人们在寻求轻质材料而且耐受高压的复合气瓶。通常的复合气瓶采用的是增强纤维沿瓶体外壁绕过两端头并与轴线呈一定角度的斜向交叠缠绕，加上沿瓶体外壁的圆周缠绕方法。由于这种纤维缠绕增强的结构存在着斜向拉伸与纤维的反复叠搭现象，不仅浪费了纤维、增加了自身重量，而且未能充分发挥纤维拉伸强度高的潜力，因此瓶体耐压性能不理想。

本发明的目的是提供一种轻型、耐高压的正交缠绕的复合高压气瓶。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：具有筒形瓶体内衬，瓶体内衬外表面缠绕增强纤维，其特征在于：所述增强纤维沿筒形瓶体内衬外表轴向缠绕，构成轴向铺层，所述增强纤维还沿瓶体内衬外表面的圆周方向缠绕，构成周向铺层，所述两铺层增强纤维缠绕的方向为正交；所述瓶体内衬两端的半球形封头设有两个高强度钢材材料的上、下扣盖，上、下扣盖的内侧凹表面与瓶体内衬半球形封头的凸形外表面密贴连接；上、下扣盖上切有槽形缺口，并形成相应数目的倒钩，粘附有树脂的增强纤维通过倒钩得以往复缠绕并构成轴向铺层；

所述增强纤维为碳纤维、玻璃纤维或芳纶纤维；所述瓶体内衬(1)为铝合金或钛合金材料。

本发明具有如下优点：

1.自身重量轻。本发明采用轻合金材料(通常为铝合金)制成的瓶体内衬，在复合高压气瓶中起到了防止气体泄漏及缠绕时的支撑作用。由于采用增强纤维的正交缠绕，瓶体内衬所受到的应力几乎完全传递到具有增强作用的纤维及高强度材料制成的扣盖上，因此，对高压容器来说，瓶体内衬的壁厚可以减薄，能大幅度减轻自身重量。

2.耐高压能力强。本发明在结构上从瓶体内衬外表面的周向和轴向正交缠绕增强纤维，缠绕方式更为优化，筒形瓶体内衬承受气体的内压力后，沿轴向的应力与沿圆周方向的应力分别由轴向铺层的纤维与圆周方向的铺层纤维承担，充分发挥了纤维的增强作用，所以具有耐高压的特点。

图1为本发明结构示意图。

图2为本发明下扣盖的结构剖面图。

下面结合附图对本发明结构和工作原理作进一步详细说明。

如图1、2所示，具有筒形瓶体内衬，瓶体内衬外表面缠绕增强纤维，所述增强纤维沿瓶体内衬1外表轴向缠绕，构成轴向铺层4，所述增强纤维还沿筒形瓶体内衬1外表面的圆周方向缠绕，构成周向铺层3，所述两铺层增强纤维缠绕的方向为正交；所述瓶体内衬1两端的半球形封头设有两个高强度钢材材料的上、下扣盖2、5，上、下扣盖2、5的内侧凹表面与瓶体内衬1半球形封头的凸形外表面密贴连接；上、下扣盖2、5上切有槽形缺口，并形成相应数目的倒钩，粘附有树脂的增强纤维通过倒钩得以往复缠绕并构成轴向铺层；本实施例所述瓶体内衬1采用铝合金材料，所述增强纤维为碳纤维。

本发明工作原理是：筒形瓶体内衬1承受气体或液体的内压力后，沿轴向的应力与沿圆周方向的应力分别由轴向铺层4的增强纤维与圆周方向的铺层3的增强纤维承担；沿瓶体内衬1圆周方向缠绕的增强纤维构成的铺层3用于承担由于筒体内压导致的周向应力，由于沿筒体不同位置的周向应力分布不同，缠绕铺层3的厚度可以相应增厚或减薄，从而达到有效利用纤维并减轻瓶体自身重量，瓶体内衬1两端的半球形封头分别由两个高强度钢材材料的上、下扣盖2、5补强，上、下扣盖2、5的凹表面与瓶体内衬1半球形封头的凸形外表面密贴以传递应力。

本发明所述筒形瓶体内衬1亦可为钛合金等轻合金材料；所述纤维亦可采用玻璃纤维、芳纶纤维；所述瓶体内衬1底端也可为平底封头，下扣盖5亦设平底与之配合。