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  • 汽車用氫氣儲氣瓶鋁管坯的全纏繞
  • 2019/12/13 閱讀次數:[264]
  • 目前國內自行設計和研製的車用高壓氫氣瓶鋁管坯還處於起步階段。本文從環保問題入手,簡要介紹和分析了高壓氫氣儲氣瓶鋁管坯的特點和市場需求發展狀況,著重闡述了高壓氫氣瓶用強旋6061無縫鋁管的製備工藝和研製情況在一些CNG加氣站中常有汽車司機反映,汽車加不滿氣,也就是加完氣後,汽車氣瓶中的氣體壓力不夠20Mpa的額定壓力氫能作為二次能源以其資源豐富、燃燒值高、經濟性好、可再生等優點被認為是21世紀最具發展潛力的清潔能源。鋁內膽纖維全纏繞高壓氫氣瓶(以下簡稱鋁膽纏繞氫氣瓶)具有承壓能力高、質量輕、耐腐蝕性強等優良性能,在氫能利用係統中具有廣闊的應用前景。目前,汽車用氫氣儲氣瓶鋁管坯的全纏繞氫能在轎車、客車、摩托車和商業船等交通工具上的應用已經成為焦點,對解決國際上所麵臨的“能源短缺”和“環境汙染”這兩大難題有重要意義。采用鋁內膽全纏繞氣瓶已成為學術界和工業界在高壓儲氫氣瓶領域的主要研究方向自2009年以來,我國持續成為全球最大汽車產銷國。為緩解汽車保有量持續攀升帶來的能源及環境壓力,我國政府出台相關政策大力發展清潔能源汽車。早在“十五”期間我國就開始了儲氫氣瓶的研究,而國家“十一五”863計劃“技能與新能源汽車”重大項目研究方向又提出了“車載高壓供氫係統研究開發” ,這其中就規定了高壓儲氫氣瓶的研究方向,即“鋁內膽碳纖維全纏繞結構,工作壓力35MPa”奠定了高壓儲氫氣瓶的研究基礎。


    在全力支持發展新能源此車的同時,政府對清潔能源汽車發展還提出了明確的目標——到2020年,清潔能源汽車生產能力達200萬輛、累計產銷量超過500萬輛。作為國家重點發展的氫能汽車必將獲得更快更好的發展,氫能汽車的發展勢必帶動車用高壓儲氫氣瓶的快速發展。儲氫氣瓶的發展已有50多年的曆史,表明這一產品一直備受關注,從鋼瓶到複合氣瓶的研製成功,實現了向產品結構合理、鋁管質量輕的巨大轉變,儲氫氣瓶生產技術日益成熟。目前,國內眾多氣瓶生產廠家已著手開發或已經成功開發鋁膽全纏繞氫氣瓶,力圖加快清潔能源產品開發,搶占市場競爭製高點。因此,研究開發車用鋁膽纏繞儲氫氣瓶是非常必要的且具有良好的市場前景。

    鋁膽全纏繞氫氣瓶由內膽+碳纖維纏繞層組成。其主要生產工藝如下。而檢查壓縮機和售氣機等設備工作正常。尤其當多台售氣機同時加氣,汽車氣瓶的加氣量又較大時,更為明顯。經過長期的觀察分析後,終於揭開了其中的謎底儲氣瓶組容量對汽車加氣量的影響,在不同的工況條件下是不同的。主要與壓縮機排氣量的大小、同時加氣的售氣機台數或者加氣槍數、汽車每次加氣量的多少等方麵有關。而且往往是幾方麵綜合作用的結果縮機排氣量較大時,供氣能力足,儲氣瓶組的容量對汽車加氣量的影響不大,即使每次加氣50~70 Nm3的公交車一般都能加滿;相反,對於排氣量小的壓縮機,儲氣瓶組的補償作用非常明顯,也對汽車加氣量的影響較大,如果容量選小了,公交車會經常加不滿氣當多輛汽車同時加氣時,所需的氣量如果超過了壓縮機的排氣量,就需要用儲氣瓶組來補充。當一台售氣機兩個槍同時加氣時,如果壓縮機排量可保證供氣,那麽不管所配儲氣瓶組的容量大小,都不會影響汽車加氣量;但當兩台售氣機4個槍一起加氣,所需氣量一般都要超出壓縮機的排氣量,因此儲氣瓶組的容量配置不當就會出現加不滿氣的現象鋁膽全纏繞氫氣瓶由內膽+碳纖維纏繞層組成。其主要生產工藝如下:1)衝壓—拔伸:鋁合金板材或鋁棒,經衝壓拔伸形成內膽筒體和內膽底部橢球形曲麵,內膽肩部球形曲麵和瓶嘴由筒形坯料經正旋+反旋收口形成。


    2)旋壓收底—收口:鋁合金無縫管材經旋壓收底—收口形成。


    3)熱處理:內膽經旋壓成型後進行固溶+時效熱處理。


    4)表麵處理:內膽表麵進行陽極氧化處理已提高內膽抗腐蝕的能力。


    5)纏繞:高強度碳纖維經樹脂基體浸漬後對鋁內膽進行環向及螺旋交替纏繞。


    在鋁內膽全纏繞氫氣瓶的製造過程中,衝壓、收底、收口、纏繞是關鍵及技術難點,必須至少明確以下問題:


    衝壓:模具設計合理,確保內膽底部厚度、形狀滿足標準或其他要求;規範合理的坯料加熱溫度,保證衝壓變形完全;模具對中性良好確保內膽筒體壁厚均勻。

    收底、收口:明確加熱長度、時間、溫度確保底部、肩部、瓶口的外觀及內部融合狀況滿足要求,同時進行合理的旋壓程序設計保證內膽肩部到瓶口、底部過渡段到瓶底實現厚度漸變,各點厚度滿足要求。


    纏繞:通過合理選擇環向、螺旋纏繞的交替方式及纖維層厚度和螺旋纏繞角,使氣瓶質量減小到最小,而卻能承受較大的內壓載荷,產生較小的變形;科學的張力製度以實現內壓遞增防止內膽屈曲,保證任何內部纖維層的變形都最小;鋁內膽封頭為整體旋壓無開口,纏繞時為方便掛紗、防止紗線滑落堆積可在其尾部中間粘尾頂,合理設計氣瓶封頭及封頭與筒體過渡段纖維纏繞工藝避免封頭成為整個容器最薄弱的地方。


    經過X0多年的發展,公司技術部已形成一個完整的產品研發、技術服務、操作為一體的產品實現團隊。公司技術人員具有過硬的專業知識及豐富的實踐經驗,能夠高效、及時處理生產過程可能出現的問題,確保研發過程順利進行。


    三、 鋁膽鋁管全纏繞氫氣瓶開發預算


    鋁膽全纏繞氫氣瓶的開發主要涉及原材料購買、工裝模具設計製作、生產設備改造調整或新設備購買、試驗設備購買、工藝試驗、產品試製、開發取證、人工等方麵的資金投入。


    四、 鋁膽全纏繞氫氣瓶開發風險及不確定分析


    氫能的利用主要包括氫的生產、儲存和運輸、應用等多方麵。氫能利用係統中的其他環節技術滯後或其發展速度慢於鋁膽全纏繞氫氣瓶的發展將限製氫能源的大規模應用,因此,在公司成功研發鋁膽全纏繞氫氣瓶後的短時間內可能出現該氣瓶銷售不力的情況。


    五、 鋁膽全纏繞氫氣瓶社會影響效果分析


    鋁膽全纏繞氫氣瓶是國家重點提倡發展的清潔能源產品,符合地區經濟發展,同時鋁管也符合國家發展清潔能源的產業政策,推動了國家清潔能源汽車的發展,並在低碳、節能減排領域發揮重要的作用。在氫能利用係統中,儲氫技術的滯後一直是製約氫能利用的重要因素,特別是在各類交通工具上的應用,鋁膽全纏繞氫氣瓶研發成功後,不僅能幫助公司贏得市場帶來直接經濟利益,還能推動整個氣瓶行業、氫能利用行業以及國家“技能與新能源汽車”重大項目開發計劃的發展,具有重大的社會經濟效益。



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