一种塑料内衬纤维增强复合材料高压气瓶多级密封结构

本技术涉及了一种高压气体储存设备，特别是涉及了一种塑料内衬纤维增强复合材料高压储氢气瓶多级密封结构。

背景技术：

1、随着气瓶压力越来越高，气瓶密封结构设计难度越来越高。高压储氢气瓶的工作压力达到70mpa，压力试验达到105mpa，其对密封结构的可靠性要求非常高。尤其对于塑料内衬高压储氢气瓶这类ⅳ型气瓶结构，其瓶口的可靠密封结构设计难度很大。

2、有关ⅳ型气瓶结构的专利有很多，如韩国复合材料研究有限公司的美国专利us7648042b2“一种用于复合材料高压储气瓶的金属气瓶端口设计”，美国沃新顿工业公司的美国专利us20170276294a1“high gas-tightened metallic nozzle-boss for a highpressure composite vessel”，us20170276294a1“boss and liner interface for apressure vessel”，丰田公司jp2006060484“高压气瓶密封”，丰田自动车株式会社的国际专利pct/jp2009/060067“贮气罐和贮气罐的制作方法”，中材科技(成都)有限公司的实用新型专利cn201721786654.7“塑料内胆外径大于200mm高压储气瓶的瓶口瓶尾结构”，江苏国富氢能技术装备有限公司的实用新型专利zl201920758782.3“一种塑料内胆碳纤维全缠绕储氢气瓶瓶口结构”等。这些专利均对气瓶的密封结构做出了相关设计，结构形式多种多样，在储气使用过程中均可实现密封。但是这些结构制造复杂，加工精度要求高，有些只适用于注塑成型，需要塑料对接焊接，难度大，成本偏高，有些结构可靠性有待提高。

技术实现思路

1、为了克服背景技术领域中存在的问题，本实用新型提供一种塑料内衬纤维增强复合材料高压气瓶多级密封结构，实现了高压下多级密封，内衬不需要焊接，结构简单可靠、制造简单、密封可靠。

2、本实用新型采用的技术方案是：

3、本实用新型包括金属瓶口阀座、金属瓶口阀座内衬、瓶口阀o型圈、瓶口阀、垫片及塑料内衬外侧的纤维增强层；高压气瓶的瓶口端加工为塑料内衬，塑料内衬上端与金属瓶口阀座通过滚塑成型贴合在一起，金属瓶口阀座设置中心孔，中心孔内安装金属瓶口阀座内衬，瓶口阀套装在金属瓶口阀座内衬的中心通孔的上端且通过螺纹连接；金属瓶口阀座内衬的内周面与瓶口阀的外周面之间设有瓶口阀o型圈进行密封，瓶口阀的下端面与金属气瓶阀座的上端面之间还设有垫片；塑料内衬上端内侧的部分向金属瓶口阀座中心孔中心延伸并经金属瓶口阀座中心孔的下端内周面后嵌装连接于金属瓶口阀座内衬底端开设的凹槽且紧配。

4、塑料内衬为塑料材质。金属瓶口阀座采用铝合金等金属材质。金属瓶口阀座内衬采用不锈钢等金属材料。

5、所述的金属瓶口阀座内衬主要有内圈部分和外圈部分一体构成，金属瓶口阀座的中心孔内设置台阶，金属瓶口阀座内衬置于金属瓶口阀座的中心孔内且外圈部分的底面通过平垫片支撑连接到金属瓶口阀座中心孔的台阶面上；内圈部分的底面高于外圈部分的底面，金属瓶口阀座内衬的内圈部分的底面外边缘开设环形凹槽，塑料内衬上端内侧的部分向金属瓶口阀座中心孔中心延伸并经过金属瓶口阀座中心孔的下端内周面、环形凹槽下方的外圈部分内周面后嵌入到环形凹槽中，且在位于环形凹槽下方的外圈部分的内周面开设有环形密封槽，环形密封槽内安装o型圈挡圈、金属瓶口阀座内衬o型圈，金属瓶口阀座内衬o型圈经o型圈挡圈和塑料内衬表面接触。

6、所述的塑料内衬与金属瓶口阀座构成气瓶内胆，在气瓶内胆外面缠绕纤维增强树脂基复合材料形成纤维增强层。

7、所述的瓶口阀下端或者金属瓶口阀座上端开设o型圈槽，瓶口阀o型圈位于o型圈槽内起到密封作用。

8、所述的塑料内衬上端外侧的部分延伸并包裹在金属瓶口阀座下端的外周面，使得塑料内衬上端整体包裹在金属瓶口阀座下端。

9、所述的金属瓶口阀座的下端外周面上开有环形沟槽，环形沟槽中的底部设有沿周向间隔布置的若干通孔，塑料内衬上端外侧的部分延伸经过金属瓶口阀座下端的外周面后充满环形沟槽和环形沟槽中的通孔，实现相互嵌合。

10、所述的纤维增强层所采用的材料是碳纤维、硼纤维、凯夫拉纤维、玻璃纤维等。

11、所述的金属瓶口阀座是铝合金或者其他不锈钢或者高强钢，所述金属瓶口阀座内衬采用不锈钢材质。

12、所述的塑料内衬是尼龙6、尼龙66、聚丙烯、hdpe、ldpe等的高分子聚合材料。

13、所述的瓶口阀o型圈、金属瓶口阀座内衬o型圈是丁晴橡胶、硅橡胶和聚四氟等具有耐氢腐蚀的密封材料。

14、所述的垫片和平垫片的材料是橡胶、聚四佛乙烯、pa等的非金属，或者是纯铝、纯铜等的金属材料。

15、本实用新型具有的有益效果是：

16、1、本实用新型采用高压气瓶多级密封结构，使高压气瓶的密封更加可靠。

17、高压气体无论从那一条路径泄漏，均有多个密封面结构阻止泄漏：第一级密封采用可靠成熟的o型圈密封；第二级密封为金属瓶口阀座端面的垫片密封。

18、2、本实用新型采用自紧式密封结构，塑料内衬与金属瓶口阀座接触面之间采用o型圈实现初始密封，随着气瓶内压的增加，气体压力对塑料内衬作用力越大，塑料内衬与金属瓶口阀座之间压得越紧，气体通过塑料内衬与金属瓶口阀座之间的间隙泄漏越困难。

技术特征：

1.一种塑料内衬纤维增强复合材料高压气瓶多级密封结构，其特征在于：

2.根据权利要求1所述的一种塑料内衬纤维增强复合材料高压气瓶多级密封结构，其特征在于：所述的金属瓶口阀座内衬(4)主要有内圈部分和外圈部分一体构成，金属瓶口阀座(3)的中心孔内设置台阶，金属瓶口阀座内衬(4)置于金属瓶口阀座(3)的中心孔内且外圈部分的底面通过平垫片(10)支撑连接到金属瓶口阀座(3)中心孔的台阶面上；

3.根据权利要求1所述的一种塑料内衬纤维增强复合材料高压气瓶多级密封结构，其特征在于：所述的塑料内衬(9)与金属瓶口阀座(3)构成气瓶内胆，在气瓶内胆外面缠绕纤维增强树脂基复合材料形成纤维增强层(8)。

4.根据权利要求1所述的一种塑料内衬纤维增强复合材料高压气瓶多级密封结构，其特征在于：所述的瓶口阀(1)下端或者金属瓶口阀座(3)上端开设o型圈槽，瓶口阀o型圈(5)位于o型圈槽内起到密封作用。

5.根据权利要求1或3所述的一种塑料内衬纤维增强复合材料高压气瓶多级密封结构，其特征在于：

6.根据权利要求5所述的一种塑料内衬纤维增强复合材料高压气瓶多级密封结构，其特征在于：所述的金属瓶口阀座(3)的下端外周面上开有环形沟槽，环形沟槽中的底部设有沿周向间隔布置的若干通孔(11)，塑料内衬(9)上端外侧的部分延伸经过金属瓶口阀座(3)下端的外周面后充满环形沟槽和环形沟槽中的通孔(11)，实现相互嵌合。

7.根据权利要求1所述的一种塑料内衬纤维增强复合材料高压气瓶多级密封结构，其特征在于：所述的纤维增强层(8)所采用的材料是碳纤维、硼纤维、凯夫拉纤维或玻璃纤维。

8.根据权利要求1所述的一种塑料内衬纤维增强复合材料高压气瓶多级密封结构，其特征在于：所述的金属瓶口阀座(3)是铝合金或者不锈钢或者高强钢，所述金属瓶口阀座内衬(4)采用不锈钢材质。

9.根据权利要求1所述的一种塑料内衬纤维增强复合材料高压气瓶多级密封结构，其特征在于：所述的塑料内衬(9)是尼龙6、尼龙66、聚丙烯、hdpe、ldpe的高分子聚合材料。

技术总结
本技术公开了一种塑料内衬纤维增强复合材料高压气瓶多级密封结构。高压气瓶的瓶口端为塑料内衬，塑料内衬上端与金属瓶口阀座通过滚塑成型贴合一起，金属瓶口阀座的中心孔内装金属瓶口阀座内衬，瓶口阀螺纹套装在金属瓶口阀座内衬的中心通孔上端；金属瓶口阀座内衬内周面与瓶口阀外周面间有O型圈，瓶口阀下端面与金属气瓶阀座上端面有垫片；塑料内衬上端内侧部向金属瓶口阀座中心孔中心延伸并经中心孔下端内周面后嵌装于金属瓶口阀座内衬底端开设的凹槽中。本技术采用高压气瓶多级密封结构和自紧式密封结构，随着气瓶内压的增加气体压力对塑料内衬作用力越大，塑料内衬与金属瓶口阀座之间压得越紧，使高压气瓶的密封更加可靠。

技术研发人员：郑传祥,刘源
受保护的技术使用者：浙江大学
技术研发日：20221019
技术公布日：2024/1/12