车载Ⅳ型高压储氢气瓶内衬损伤与爆破失效研究综述

高压储氢气瓶是氢燃料电池汽车的关键设备,储氢瓶的应用推广将是氢能汽车商业化发展的重要突破口,Ⅳ型储氢瓶被认为是氢燃料电池乘用车最有潜力的储能装备之一。本文综述了Ⅳ型储氢瓶内衬损伤和爆破失效的最新研究成果,依据时间顺序总结了常用的失效准则,对失效机理和引起失效的因素进行了较为详细的分析。同时,比较了Ⅳ型储氢瓶的不同损伤模型,讨论了现有Ⅳ型储氢瓶失效研究的不足并展望了未来的发展方向,助力Ⅳ型储氢瓶质量评价体系的建立。

IV型车载储氢瓶聚合物内衬材料的氢气渗透性分析

详细总结论述了气体在高分子聚合物材料中的渗透机理,并简要介绍了有关IV型储氢瓶聚合物内衬氢气渗透性的测试方法以及国内外测试标准。基于此,进一步探讨了测试温度、测试压力以及聚合物材料性能对IV型储氢瓶内衬材料氢气渗透性的影响,并展望了未来的发展方向。

热泵热水器不锈钢内胆激光焊接工艺应用研究

通过工艺实验研究可调环模激光焊接方法应用于热泵热水器不锈钢水箱内胆焊接可行性,在不改变现有内胆制造过程的前提下,提出一套适应热泵热水器不锈钢内胆的激光焊接工艺,提高热泵热水器不锈钢内胆焊接效率和焊接质量。经验证采用可调环模激光焊接方法,正离焦量为20 mm,外环激光能量占比达到30%时,可满足热泵热水器不锈钢水箱内胆可靠稳定焊接。增加反射预热板,可有效改善焊缝成形,提高激光能量利用率。

Ⅳ型高压储氢瓶密封结构设计及性能仿真研究

Ⅳ型储氢瓶塑料内胆具有轻量化优势,但塑料低模量特性和自由体积易因为高压而发生较大形变,导致密封圈预压缩量减小而出现高压氢泄漏。因此,探明瓶口塑料密封结构对高压密封性能的影响至关重要。基于管束集装箱用大容量Ⅳ型高压储氢瓶,构建了瓶口密封结构有限元分析模型,分析了两种典型内胆材料在温度、压力、结构变化下的内胆形变和应力状态。结果表明,高模量材料、较小的径向塑料密封面厚度均有利于减小塑料密封面形变,较大的环向槽内倒角有利于减小内胆局部应力和增加界面处的抗氢泄漏能力;密封圈应远离环向槽结构布置。该研究为塑料内胆的瓶口密封结构设计提供了可参考的设计思路、方法与建议。

Ⅳ型储氢瓶内胆滚塑成型设计尺寸一致性保持方法

针对Ⅳ型储氢瓶塑料内胆在成型过程中的冷却收缩问题,在现有的工艺条件相对成熟的情况下,很难得到改善。提出一种Ⅳ型储氢瓶在成型过程中塑料内胆冷却收缩变形补偿方法,该方法通过对塑料内胆成型冷却过程的数值模拟,计算塑料内胆在成型冷却过程中的收缩变形量,并以模拟结果为基础,确定塑料内胆不同位置的反向补偿值,对塑料内胆形状尺寸进行预变形处理,实现了最终成型尺寸和设计尺寸的一致性。通过使用该变形补偿方法,实现了外径676 mm、壁厚8 mm、长度1932 mm的塑料内胆成型尺寸和设计尺寸的一致性保持,最大变形量控制在2 mm之内。采用有限元模拟方法降低了储氢瓶塑料内胆的生产成本,并且为模具设计提供了可靠的依据。

复合材料全缠绕储氢气瓶研制及应用进展

氢能作为零碳能源,是一种极具潜力的清洁能源。由于氢体积能量低,因此一般采用高密度方式储存氢气,高压气态储氢是目前应用最为成熟的储氢技术。随着储氢密度要求的提高,对储氢气瓶的安全性和可靠性提出更高要求。本文介绍了复合材料全缠绕储氢气瓶的分类及生产厂家情况,分析了储氢气瓶所用材料及成型工艺特点,重点关注了新一代无内胆气瓶现状及研究成果。总体上看,复合材料全缠绕储氢气瓶向着高压、高储氢效率方向发展,随着氢能源领域对储氢气瓶需求提高,碳纤维复合材料在储氢气瓶领域将迎来更大发展。

滚塑工艺对IV型储氢瓶PE-HD内胆性能的影响

针对高压车载大容量IV型储氢气瓶塑料内胆工程化制备需求,研制出140L IV型储氢气瓶高密度聚乙烯(PE-HD)内胆,研究了滚塑成型加热温度及时间、滚塑设备主副轴转速比、冷却方式及时间等工艺参数对PE-HD内胆制品表观、力学性能的影响,结果表明先预热后升温的两段式加热能保证PE-HD粉料充分熔融且不发生高温氧化,制品外观无气泡等缺陷,力学及缺口冲击强度优良;随着主副轴转速比的增加,内胆制品壁厚均匀性及表面气泡问题逐渐改善,但过高的转速比易造成制品局部位置缺料;PE-HD内胆制品的韧性和冲击强度与冷却速率呈正相关,差示扫描量热曲线表明越温和的冷却方式,降温过程时间越长,PE-HD内胆试样的结晶度越大,缓慢的降温过程可以使分子链更充分地排入晶格,促进结晶;先风冷后自然冷的两段式冷却方式能有效防止制品变形,制备的内胆综合性能最佳,其拉伸强度达18.255 MPa,断裂延伸率为486.1%,简支梁缺口冲击强度为13.08 kJ/m^(2),为同类储氢气瓶塑料内胆研制及材料开发提供一定参考。

不饱和聚酯玻璃钢管罐防渗内衬的研究

本文针对不饱和聚酯缠绕玻璃钢管道、储罐在使用过程中出现的渗漏现象,通过在内壁制作富树脂层(内衬层)解决管罐的渗漏问题,并对内衬基体材料3200乙烯基酯树脂及其玻璃钢的力学性能、工艺性能、耐腐蚀性能进行实验和研究,优化了配方体系并通过调节促进剂的用量有效的控制树脂体系的凝胶时间。结果表明,3200乙烯基酯树脂为基体制作的玻璃钢试件表现出优良的耐腐蚀性能,经4年海水腐蚀其弯曲强度和模量保留率分别保持在88%和89%以上。2年盐酸溶液腐蚀其弯曲强度和模量保留率分别保持在70.2%和69.2%以上。在此基础上成功应用于玻璃钢产品中,经过6年多的连续运行玻璃钢管罐内衬表面无裂纹、管罐无渗漏,工作状态良好,取得满意效果。

有机膨润土作为防渗垫层材料的性能研究

以十六烷基三甲基氯化铵为改性剂合成制备了有机膨润土,并考察其作为防渗垫层材料的性能.研究发现,有机膨润土能有效截留渗漏液中的有机污染物,阻止其向环境的迁移,具有较好的防渗效果.研究还发现,改性剂用量对防渗性能具有一定的影响,十六烷基三甲基氯化铵用量为5%(质量分数)时可以获得防渗性能较好的有机膨润土材料.当渗漏液体积足够大时,有机膨润土防渗层会被穿透,且穿透体积随渗漏液初始浓度的增加而减少.

超大型LNG储罐顶梁框架及衬板结构体系的设计算法

顶梁框架设计是LNG储罐设计中最重要的部分之一,但目前我国对于超大型LNG储罐顶梁框架系统的计算还存在着屈曲特征值衡量标准不统一、计算假定条件多、与国内规范规定不一致等诸多问题。为此,在引入材料非线性、结构非线性和考虑初始缺陷的基础上,应用大型非线性有限元计算软件ABAQUS开展了超大型LNG储罐顶梁框架及衬板系统的建模及其受力与稳定性的计算分析,进而建立了一套完整的超大型LNG储罐顶梁框架及衬板结构体系的设计算法,并应用于国内某20×10~4 m^3 LNG储罐的设计工作当中。应用结果表明:(1)该设计算法的结构体系由壳单元和梁单元组成,连接方式为共节点,能够准确模拟实际情况;(2)受力计算分为10个工况,屈曲计算分为7个工况,包含LNG储罐顶梁框架及衬板结构体系在施工过程中的所有工况;(3)顶梁框架最大应力为125.7 MPa、衬板最大应力为101.4 MPa、屈曲计算最小安全系数为2.57,LNG储罐顶梁框架在该体系下的受力及稳定性均能满足要求。该研究成果可为相关设计计算提供参考。

铝内胆复合材料储氢瓶爆破压力与疲劳寿命关系研究

针对在铝内胆复合材料储氢瓶(又称为"Ⅲ型储氢瓶")设计阶段难以根据设计的气瓶爆破压力和疲劳寿命确定内胆厚度和纤维应力比的问题,研究了Ⅲ型储氢瓶爆破压力与疲劳寿命的关系。首先,构建了Ⅲ型储氢瓶的有限元计算模型,提出了基于有限元的气瓶爆破压力和疲劳寿命的预测方法,分析了在内胆厚度和纤维应力比两个因素影响下Ⅲ型储氢瓶的应力分布状态。其次,研究了内胆厚度和纤维应力比对Ⅲ型储氢瓶爆破压力和疲劳寿命的影响规律,结果表明:在一定的内胆厚度和纤维应力比范围内,增大内胆厚度,气瓶爆破压力提升较小;增大纤维应力比,则气瓶爆破压力提升较大;Ⅲ型储氢瓶对数疲劳寿命与内胆厚度和纤维应力比均基本呈线性关系。最后,基于纤维缠绕压力容器爆破压力计算公式和Ⅲ型储氢瓶对数疲劳寿命拟合关系式,得到了不同条件下Ⅲ型储氢瓶爆破压力与疲劳寿命的关系式。研究结果可为Ⅲ型储氢瓶结构的优化设计提供参考。

高压大容量Ⅳ型储氢瓶内胆滚塑成型工艺及装备

针对管束集装箱用高压大容量Ⅳ型储氢瓶塑料内胆工程化制备需求,研制开发了专用滚塑装备并设计了相关成型工艺。该装备突破火烧或烘箱等传统温控技术局限,创新采用模具分区原位控温技术,有效地提高了内胆外观质量和尺寸稳定性,实现了滚塑加工工艺对于空间高效利用与绿色节能的双重目标。利用研制的滚塑成型装备成功制备了单瓶水容积≥1 750 L的Ⅳ型储氢瓶塑料内胆,研究揭示了原位控温工艺对内胆外观质量、壁厚均匀性、直径和长度稳定性的影响规律。研究结果表明,原位控温技术在大长径比滚塑制品质量调控方面具有显著优势,为低成本、高效、可靠的滚塑产品开发提出了切实可行的解决方案。

大型柴油机气缸套内孔油槽的加工

通过对靠模加工气缸套内孔油槽原理的分析,指出了存在的问题,提出了几点解决的建议。

塑料内胆碳纤维全缠绕复合气瓶的内胆材料研究进展

氢能及氢燃料电池是我国当前重点发展的技术之一。经济且安全的储氢压力容器是推动氢能产业走向产业化、实用化的关键。国外的塑料内胆碳纤维全缠绕复合气瓶技术已基本成熟,但国内对此研究较少。塑料内胆在35~70MPa的高压氢环境中,与氢气的相容性、抗氢气渗透性及抗老化性能是内胆材料考虑的关键因素。简要介绍了国外对内胆材料的品种选择及相关性能研究的研究进展。

水处理罐塑料内胆表面处理机构的设计与仿真

为提高水处理罐塑料内胆表面处理质量,降低工人劳动强度,提高生产效率,设计了水处理罐塑料内胆表面处理机构。通过分析水处理罐塑料内胆表面处理的原理,在Creo4.0建模软件中对塑料内胆表面处理装置进行总体设计与装配。完成了火焰喷火装置的结构设计,并对部分零部件和伺服电机做了选型与校核;为避免摩擦传动平台可能出现的共振现象,对其进行模态分析,验证设计的可行性;使用Adams View仿真软件,对塑料内胆在摩擦传动平台上的运动做运动学分析,分析结果表明塑料内胆能在摩擦传动平台上稳定转动,满足设计要求。

关于储油罐维修若干问题的探讨

总结了塔7站储油罐维修的经验和方法。针对固定顶式储罐罐顶板严重腐蚀、罐壁板整体腐蚀不大的情况,提出整体更换和内胆补强2种基本解决方案。针对固定顶式储罐罐顶无环向巡检通道、罐底边缘板防腐防水不足及外浮顶油罐转动浮梯导轮防静电和火花等问题进行了探讨分析,给出了相应的优化改进或补救方法。这些方法已在现场实施,效果良好,对解决类似问题具有一定的借鉴作用。

浅析钨药型罩

药型罩的材料性能直接影响聚能效应的发挥。钨具有高密度、高声速、高熔点等特点,有很好的前景。因而介绍了钨及钨合金药型罩,并指出了钨合金药型罩的制备工艺及热处理问题。

燃料电池车载储氢瓶结构对加氢温升的影响

通过零维氢气物性和一维壁面散热相结合的方法,建立了燃料电池车载储氢瓶加注仿真模型,验证了加氢温升仿真的准确性。运用加注仿真模型,研究了储氢瓶壁面结构对加氢温升的影响规律。仿真结果表明,对于铝合金为内衬材料的III型储氢瓶,加氢过程中,瓶内氢气产生的热量绝大部分被壁面材料导热吸收,仅有约2%的热量通过储氢瓶壁面散出至环境。由于内衬层铝合金材料比缠绕层碳纤维复合树脂材料具有更高的导热系数,内衬层的径向温度梯度几乎不存在,相比之下,缠绕层的径向温度梯度较大,导致内衬层导热对氢气散热的贡献更大。内衬层越薄,氢气总散热量越小,加氢温升越显著;当内衬层厚度由7 mm减薄至3 mm时,加氢温升增加约10℃。与内衬层相比,缠绕层厚度对加氢温升影响较小;当缠绕层厚度由12 mm减薄至8 mm时,加氢温升增加约1.8℃。因此,III型瓶加氢时,可以根据其壁面结构,尤其是内衬层厚度,定制化加氢速率,从而实现不超温条件下的快速加氢。

CARR衰变箱及堆水池钢衬里设计难点

中国先进研究堆(CARR)的衰变箱和堆水池钢衬里是CARR中的关键设备之一,本文阐述了CARR衰变箱和堆水池钢衬里的设计,在焊接、运输、大型薄壳设备制造等方面存在的难点问题及解决方案。

金属罐复合材料内胆防腐技术应用与探索

随着储罐使用时间的延长,储罐内所储存的原油含水、无机物、硫化物、有机酸等多种腐蚀性化学物质,造成储罐罐顶、罐壁、罐内附件等核心部件腐蚀破损。储罐维护工作量大,运行成本高;频繁动火、施工作业又增加了联合站运行的风险,严重影响正常生产运行。针对以上现状,开展储罐内胆防腐技术研究与试验,提高储罐使用寿命,保障联合站安全运行,是降低油田建设投资和老油田生产成本,提高油田开发经济效益的一项重要措施。