專利名稱：正交纏繞的復(fù)合高壓氣瓶的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高壓氣瓶，具體地說(shuō)是一種正交纏繞的復(fù)合高壓氣瓶。
在現(xiàn)有技術(shù)中，高壓氣瓶盛有氣體或氣液混合物質(zhì)，并具有很大的內(nèi)壓力。氣瓶所受內(nèi)壓力可分解為兩部分一是沿圓周方向分布垂直于瓶體內(nèi)壁，二是沿軸向分布施壓于瓶體兩端部的內(nèi)表面。一般氣瓶采用鋼質(zhì)材料，雖堅(jiān)固但重量大，有的采用鋁合金材料，強(qiáng)度又欠佳。所以人們?cè)趯で筝p質(zhì)材料而且耐受高壓的復(fù)合氣瓶。通常的復(fù)合氣瓶采用的是增強(qiáng)纖維沿瓶體外壁繞過(guò)兩端頭并與軸線呈一定角度的斜向交疊纏繞，加上沿瓶體外壁的圓周纏繞方法。由于這種纖維纏繞增強(qiáng)的結(jié)構(gòu)存在著斜向拉伸與纖維的反復(fù)疊搭現(xiàn)象，不僅浪費(fèi)了纖維、增加了自身重量，而且未能充分發(fā)揮纖維拉伸強(qiáng)度高的潛力，因此瓶體耐壓性能不理想。
本發(fā)明的目的是提供一種輕型、耐高壓的正交纏繞的復(fù)合高壓氣瓶。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是具有筒形瓶體內(nèi)襯，瓶體內(nèi)襯外表面纏繞增強(qiáng)纖維，其特征在于所述增強(qiáng)纖維沿筒形瓶體內(nèi)襯外表軸向纏繞，構(gòu)成軸向鋪層，所述增強(qiáng)纖維還沿瓶體內(nèi)襯外表面的圓周方向纏繞，構(gòu)成周向鋪層，所述兩鋪層增強(qiáng)纖維纏繞的方向?yàn)檎?；所述瓶體內(nèi)襯兩端的半球形封頭設(shè)有兩個(gè)高強(qiáng)度鋼材材料的上、下扣蓋，上、下扣蓋的內(nèi)側(cè)凹表面與瓶體內(nèi)襯半球形封頭的凸形外表面密貼連接；上、下扣蓋上切有槽形缺口，并形成相應(yīng)數(shù)目的倒鉤，粘附有樹(shù)脂的增強(qiáng)纖維通過(guò)倒鉤得以往復(fù)纏繞并構(gòu)成軸向鋪層；
所述增強(qiáng)纖維為碳纖維、玻璃纖維或芳綸纖維；所述瓶體內(nèi)襯(1)為鋁合金或鈦合金材料。
本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)1.自身重量輕。本發(fā)明采用輕合金材料(通常為鋁合金)制成的瓶體內(nèi)襯，在復(fù)合高壓氣瓶中起到了防止氣體泄漏及纏繞時(shí)的支撐作用。由于采用增強(qiáng)纖維的正交纏繞，瓶體內(nèi)襯所受到的應(yīng)力幾乎完全傳遞到具有增強(qiáng)作用的纖維及高強(qiáng)度材料制成的扣蓋上，因此，對(duì)高壓容器來(lái)說(shuō)，瓶體內(nèi)襯的壁厚可以減薄，能大幅度減輕自身重量。
2.耐高壓能力強(qiáng)。本發(fā)明在結(jié)構(gòu)上從瓶體內(nèi)襯外表面的周向和軸向正交纏繞增強(qiáng)纖維，纏繞方式更為優(yōu)化，筒形瓶體內(nèi)襯承受氣體的內(nèi)壓力后，沿軸向的應(yīng)力與沿圓周方向的應(yīng)力分別由軸向鋪層的纖維與圓周方向的鋪層纖維承擔(dān)，充分發(fā)揮了纖維的增強(qiáng)作用，所以具有耐高壓的特點(diǎn)。


圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本發(fā)明下扣蓋的結(jié)構(gòu)剖面圖。
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明結(jié)構(gòu)和工作原理作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
如圖1、2所示，具有筒形瓶體內(nèi)襯，瓶體內(nèi)襯外表面纏繞增強(qiáng)纖維，所述增強(qiáng)纖維沿瓶體內(nèi)襯1外表軸向纏繞，構(gòu)成軸向鋪層4，所述增強(qiáng)纖維還沿筒形瓶體內(nèi)襯1外表面的圓周方向纏繞，構(gòu)成周向鋪層3，所述兩鋪層增強(qiáng)纖維纏繞的方向?yàn)檎?；所述瓶體內(nèi)襯1兩端的半球形封頭設(shè)有兩個(gè)高強(qiáng)度鋼材材料的上、下扣蓋2、5，上、下扣蓋2、5的內(nèi)側(cè)凹表面與瓶體內(nèi)襯1半球形封頭的凸形外表面密貼連接；上、下扣蓋2、5上切有槽形缺口，并形成相應(yīng)數(shù)目的倒鉤，粘附有樹(shù)脂的增強(qiáng)纖維通過(guò)倒鉤得以往復(fù)纏繞并構(gòu)成軸向鋪層；本實(shí)施例所述瓶體內(nèi)襯1采用鋁合金材料，所述增強(qiáng)纖維為碳纖維。
本發(fā)明工作原理是筒形瓶體內(nèi)襯1承受氣體或液體的內(nèi)壓力后，沿軸向的應(yīng)力與沿圓周方向的應(yīng)力分別由軸向鋪層4的增強(qiáng)纖維與圓周方向的鋪層3的增強(qiáng)纖維承擔(dān)；沿瓶體內(nèi)襯1圓周方向纏繞的增強(qiáng)纖維構(gòu)成的鋪層3用于承擔(dān)由于筒體內(nèi)壓導(dǎo)致的周向應(yīng)力，由于沿筒體不同位置的周向應(yīng)力分布不同，纏繞鋪層3的厚度可以相應(yīng)增厚或減薄，從而達(dá)到有效利用纖維并減輕瓶體自身重量，瓶體內(nèi)襯1兩端的半球形封頭分別由兩個(gè)高強(qiáng)度鋼材材料的上、下扣蓋2、5補(bǔ)強(qiáng)，上、下扣蓋2、5的凹表面與瓶體內(nèi)襯1半球形封頭的凸形外表面密貼以傳遞應(yīng)力。
本發(fā)明所述筒形瓶體內(nèi)襯1亦可為鈦合金等輕合金材料；所述纖維亦可采用玻璃纖維、芳綸纖維；所述瓶體內(nèi)襯1底端也可為平底封頭，下扣蓋5亦設(shè)平底與之配合。
權(quán)利要求
1.一種正交纏繞的復(fù)合高壓氣瓶，具有筒形瓶體內(nèi)襯，瓶體內(nèi)襯外表面纏繞增強(qiáng)纖維，其特征在于所述增強(qiáng)纖維沿筒形瓶體內(nèi)襯(1)外表軸向纏繞，構(gòu)成軸向鋪層(4)，所述增強(qiáng)纖維還沿瓶體內(nèi)襯(1)外表面的圓周方向纏繞，構(gòu)成周向鋪層(3)，所述兩鋪層增強(qiáng)纖維纏繞的方向?yàn)檎?；所述瓶體內(nèi)襯(1)兩端的半球形封頭設(shè)有兩個(gè)高強(qiáng)度鋼材材料的上、下扣蓋(2、5)，上、下扣蓋(2、5)的內(nèi)側(cè)凹表面與瓶體內(nèi)襯(1)半球形封頭的凸形外表面密貼連接；上、下扣蓋(2、5)上切有槽形缺口，并形成相應(yīng)數(shù)目的倒鉤，粘附有樹(shù)脂的增強(qiáng)纖維通過(guò)倒鉤得以往復(fù)纏繞并構(gòu)成軸向鋪層。
2.按照權(quán)利要求1所述正交纏繞的復(fù)合高壓氣瓶，其特征在于所述增強(qiáng)纖維為碳纖維、玻璃纖維或芳綸纖維。
3.按照權(quán)利要求1所述正交纏繞的復(fù)合高壓氣瓶，其特征在于所述瓶體內(nèi)襯(1)為鋁合金或鈦合金材料。
全文摘要
一種正交纏繞的復(fù)合高壓氣瓶,瓶體內(nèi)襯外表面纏繞增強(qiáng)纖維,增強(qiáng)纖維沿瓶體內(nèi)襯外表軸向纏繞,構(gòu)成軸向鋪層,增強(qiáng)纖維還沿筒形瓶體內(nèi)襯外表面的圓周方向纏繞,構(gòu)成周向鋪層,兩鋪層增強(qiáng)纖維纏繞的方向?yàn)檎?瓶體內(nèi)襯兩端的半球形封頭設(shè)有上、下扣蓋,上、下扣蓋的內(nèi)側(cè)凹表面與瓶體內(nèi)襯半球形封頭的凸形外表面密貼連接;上、下扣蓋上切有槽形缺口,并形成相應(yīng)數(shù)目的倒鉤,增強(qiáng)纖維通過(guò)倒鉤得以往復(fù)纏繞并構(gòu)成軸向鋪層。它具有重量輕,耐高壓的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)F17C1/06GK1378052SQ0111381
公開(kāi)日2002年11月6日 申請(qǐng)日期2001年4月4日 優(yōu)先權(quán)日2001年4月4日
發(fā)明者鄭宗光, 熊天英, 吳杰, 金花子, 趙穎 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院金屬研究所