全复合材料CNG气瓶

复合材料压缩天然气车用气瓶

复合材料压缩天然气车用气瓶 复合材料压缩天然气车用气瓶 1、项目背景 1.1 CNG气瓶介绍 压缩天然气（CNG－pressed Natural Gas） 作为汽车动力源已有几十年历史。作为CNG储存容器的气瓶是CNG动力的关键部。 1.1.1CNG气瓶使用要求 CNG气瓶的使用条在CNG容器的标准中都有明确规定：CNG气瓶使用寿命不超过20年；CNG气瓶的工作压力：车用气瓶为 20MPa，站用瓶为25MPa。设计安全系数为2.25～3.0。其设计的使用温度为15℃。由于环境温度的变化，当温度升高时，允许其工作压力达到125%；气体压力循环的最大数目为750～1000次/年。汽车运行时的外部环境温度可在-40℃～+82℃之间变化，容器内所包含的气体温度不超过57℃。 按NGV的要求，压缩天然气的杂质和其它有害气体含量的规定为：H2S和硫化物的分压最大为344.5Pa，或者H2S的含量小于20Ppm，不合有甲醇；水蒸气含量为：在车辆工作的特定的地理位

置，压缩天然气的气体压力下，燃料罐内无水蒸气冷凝发生。美国消防协会规定，在站用瓶的储气条下，水蒸气含量为16mg/m3（15℃，15MPa），并规定CO2的分压为0.048MPa。 1.1.2 CNG气瓶的资质认证 CNG气瓶的资质认证试验用于证明气瓶的设计在其使用寿命范围内是否是安全的。对于每个新设计的气瓶要求进行内容广泛的试验过程和试验项目；但是为了修正已有的气瓶设计，则可采用简化的试验运行。资质认证试验的具体试验项目如下：（1）水爆试验：该项试验主要用于验证各类容器的设计是否基本正确，对于钢质气瓶，试验其安全系数的大小是否与设计的一致；对于纤维复合材料增强的各类气瓶，还将验证其增强复合材料的应力比。 （2）室温循环试验：该项试验主要用于证实CNG容器或内衬满足其使用寿命要求而不发生泄漏，同时也为了证实气瓶是否具有安全破坏的特征，即在破裂前发生泄漏。 （3）环境循环试验：该项试验主要用于检验CNG容器或内衬是否可以承受在使用条下可能遇到的各种流体如酸、碱等溶液的侵害；酸性溶液对玻璃纤维和芳纶纤维增强的复合材料性能具有明显的影响，其它液体也会侵蚀增强纤维和树脂基体；压力循环将会促进基体树脂的裂纹张开：从而有助于流体溶入复合材料层

国内复合材料气瓶发展及气瓶标准概况

产品?应用 国内复合材料气瓶发展及气瓶标准概况 张　洁 (哈尔滨玻璃钢研究院,哈尔滨150036) 摘　要　本文通过对国内众多复合材料气瓶生产厂家的不同类型产品的介绍,简述了目前国内这一行业的发展情况;同时对几种主要类型气瓶的标准进行了概述。 关键词　气瓶;复合材料;标准 Development and Specification Summary of Composite G as Cylinder in China ZH ANGJie (Harbin FRP Institute,Harbin150036) ABSTRACT　This paper summarizes domestic industry development at present and the specification of several main type gas cylinder by introduction to various type products manu factured by many gas cylinder production factories in China. KEY WORDS　G as cylinder;C om posites;specification 1　前　言 在经济高速发展的现代社会中,气瓶制造业被认为属于朝阳工业范畴。气体应用技术在发达国家已经达到很高的水平,全世界已有130种气体要用气瓶充装,中国也达到了80余种。据统计,国民生产总值每增加1%,气瓶需求量就增加1.5%,而国际市场每年大约以5%的速度增长。全世界年需求气瓶量可达到500万支,产值约40亿美元。这其中一部分自然也包括了新兴的以“轻质高强”为特点的复合材料气瓶。据悉,全世界有300万只复合材料气瓶在运行。 自上世纪后半叶以来,复合材料气瓶在西方国家得到飞快的发展。以C NG气瓶的研制和开发方面为例,美国的Lincol公司、SCI公司、和Hydospin公司都走在世界前列。改革开放后的中国自然也应当有所作为,国内许多公司企业、科研院所以及高等院校也纷纷加入到这个行列中来,经过数年努力,他们都拿出了自己的产品或研究成果。下面就简述国内有关单位复合材料气瓶发展的概况。 2　国内复合材料气瓶研发概况 2.1　北京天海工业有限公司 北京天海工业有限公司自称是“全球钢质无缝气瓶最大制造企业”。该公司能设计、生产种类繁多的气瓶,今已有七条生产线,年产100万只气瓶。其中一条就是从美国引进的纤维缠绕气瓶及呼吸气瓶生产线。该公司生产车用压缩天然气、机动车用液化石油气钢瓶和缠绕气瓶。钢质缠绕气瓶已取得美国NG V2-2000标准设计和制造许可证。现在市面出租车上所用的C NG(压缩天然气)气瓶,多是“天海”的产品,即所谓“C NG-2型”气瓶,也就是钢质内胆外加环向纤维缠绕形式的气瓶。纤维采用的是玻璃纤维,基体用环氧树脂。 2.2　重庆益峰高压容器有限公司 重庆益峰公司是由原兵工企业“重庆益民机械厂”控股的合资企业,现已成为上海华盛企业(集团)有限公司旗下的子公司。“益峰”在复合材料C NG 气瓶方面也是将产品定位在钢质内胆外缠绕增强纤维的气瓶位置上,也是“C NG-2”类型。但是,这类气瓶还难以减低重量,于是,将目光放在“铝内胆”缠绕气瓶上。有关人士说:“今后益峰公司会利用华盛集团在齐齐哈尔市的铝内胆生产基地,结合自身的技术优势,发展出适应市场高端用户需求的铝胆缠绕气瓶,但由于受价格因素的制约(铝内胆气瓶的价格要高出钢内胆气瓶好几倍),批量投放市场尚需一定时间。”这种铝内胆外加纤维缠绕的气瓶类型属于所谓“C NG-3型”复合材料气瓶。 2.3　西安天洁航天科技有限公司 西安天洁航天科技有限公司是原七机部43所 第3期38　纤维复合材料N o13 2007年9月FIBER COMPOSITES Sep1,2007

复合材料气瓶充放气过程仿真与验证

复合材料气瓶充放气过程仿真与验证 王恺陈二锋2,张翼2,王道连2,伍继浩1 (1.中国科学院理化技术研究所，北京100190;2.北京宇航系统工程研究所，北京100076) 摘要:本文阐述了复合材料气瓶充放气过程的热力学基础，利用系统仿真软件A M E S i m，构建了基 于实际物理过程的复合材料气瓶充放气仿真模型，并对充放气过程中的内、外侧换热及瓶壁间导热 进行了数值模拟，分析了复合材料气瓶充放气过程中的压力、温度特性。通过与复合材料气瓶充放 气试验数据的对比分析，验证了本文所提出的实际充放气仿真模型的有效性，并且对于不同介质、不同充放气工况具有良好的适用性。 关键词:复合材料气瓶;充放气;仿真;试验 中图分类号:TH49;TG435;TB115 文献标志码:A 文章编号= 1001 -4837 (2016) 12 -0001 -06 doi：10. 3969/j. issn. 1001 -4837. 2016. 12. 001 Simulation and Experimental Validation on Charge/Discharge of Composite Cylinders WANG Kai12,CHEN Er -feng2,ZHANG Yi2,WANG Dao -lian2,WU Ji -hao1 (1. Technical Institute of Physics and Chemistry,CAS,Beijing 100190 ,China;2.Beijing Institute of As-tronautical Systems Engineering,Beijing 100076 ,China) Abstract：The thermodynamic basis of charging and discharging process of composite cylinders was de-scribed.Based on the system simulation software AMESim,the convective and conduction heat transfer models of the inner wall and the outer wall during the charge and discharge process of composite cylinder were constructed.Based on the models,the pressure and temperature characteristics were studied numeri-cally.By comparing the results of the simulation and the experimental data of charge and discharge of composite cylinder,the modelsr effectiveness was validated.Results indicate that the models can adapt to different media and charge or discharge modes. Key words ：composite cylinder；charge/discharge;simulation；experiment 〇引言 气瓶作为运载火箭动力系统重要的贮气装 置，其充放气过程的温升、温降特性将影响系统的 增压性能及气瓶性能[1。尤其是对于复合材料 气瓶，复合材料对温度敏感性较高，且选用树脂材料作为粘合剂时温度过高容易导致复合材料层剥 离，影响复合材料气瓶的承载能力。复合材料气 瓶的充放气过程是一个典型的变质量系统热力学 问题，其影响因素很多，如气瓶的几何参数、充放 气介质、充放气速率、气源温度以及传热系数等等 影响因素。因此，需要进一步研究对于确定的复 合材料气瓶，如何通过控制充放气速率、 气源温度