相對于全金屬氣瓶,纏繞氣瓶具有質量輕、剛度好、容重比系數高(見表8-7)、可靠性高、抗疲勞性能好、負載工作壽命長、疲勞循環(huán)和槍擊失效模式安全、可設計性強、生產費用低、研制周期短等諸多特點,在航天、航空和民用領域得到越來越廣泛的應用。
一、纏繞氣瓶
纏繞氣瓶的發(fā)展始于20世紀50年代的美國,是基于火箭發(fā)動機復合材料殼體技術,在金屬殼體表面纏繞玻璃纖維增強環(huán)氧樹脂基復合材料。20世紀70年代,美國國家航空航天技術轉向民用商業(yè)市場,美國運輸部批準纏繞氣瓶,采用玻纖和凱夫拉纖維生產環(huán)纏繞氣瓶。20世紀80年代,其他有關國家批準纏繞氣瓶用于商業(yè)市場,呼吸器成為纏繞氣瓶的最大市場。20世紀90年代,壓縮天然氣車用纏繞瓶成為民用領域復合氣瓶的主要市場之一。
2000年纏繞瓶技術引進我國,近20年來,我國纏繞氣瓶的研制技術也取得很大的進步,部分產品性能也達到了國際先進水平,但是相比國外發(fā)達國家,目前我國纏繞氣瓶標準相對缺乏,纏繞氣瓶產品研發(fā)和設計缺少標準規(guī)范。
在民用領域,纏繞氣瓶的應用主要包括:壓縮氣體和液化氣體用纏繞氣瓶、車用壓縮天然氣氣瓶、呼吸氣瓶等。而目前車用壓縮天然氣氣瓶具有較大的市場份額,應用車用壓縮天然氣氣瓶是替代石油資源的新能源政策,有效降低汽車的尾氣排放所造成的污染。在保證氣瓶性能的前提下,開發(fā)纏繞氣瓶低成本制造技術是氣瓶企業(yè)快速發(fā)展的主要途徑,低成本生產技術包括原材料、金屬內襯成型工藝、纖維樹脂復合工藝和質量控制等方面。
二、拖車氣瓶
隨著工業(yè)和科學技術的發(fā)展,工業(yè)發(fā)達國家已在20世紀60年代就開始打破采用中,小容積氣瓶裝運氣體的傳統(tǒng)的氣體運輸方式,而采用充氣量較大的大容積鋼質無縫氣瓶裝運氣體。他們將幾個或十幾個大容積鋼質無縫氣瓶的頭部連通在一起井組裝在框架里。放在拖車上運送氫、氧、氮、氦等永久氣體,通常作為儲罐用給用戶供氣。這種車為載重半拖車,其名稱叫作管式拖車(tube trailer)。拖車上的氣瓶稱為管式拖車氣瓶(trailer tube)。而帶有框架的組裝在一起的氣瓶,又叫作集裝管束(skid)。集裝管束既可以放在拖車上運送,也可放在船上的集裝箱里運送。運送到指定地點后。還可將其從拖車上卸下,放在地面上做儲氣罐用。這種采用大容積鋼質無縫氣瓶裝運氣體的方式大大提高了氣體裝運的經濟性和安全性。采用一輛拖車運送的天然氣。大約需要6輛裝載量5t的汽車才能完成。由此可見.采用管式拖車裝運氣體可大大提高運輸效率。降低搬運費用。同時采用管式拖車裝運氣體大大減少了單個氣瓶的數量,其不安全的因素和發(fā)生事故的可能性也相應降低。表8-8是新興能源裝備Φ711mm×6mm管加長捆綁車的有關數據。
三、儲氣井用氣瓶
傳統(tǒng)上的儲氣井多用油套管作為儲氣容器,然而,現有技術中的儲氣井結構存在以下缺點:儲氣井罐體在25MPa作用下會產生彈性拉伸變形,當儲氣井罐體與井壁間的環(huán)形空間封固質量存在問題時,由于封固面的摩擦阻力不足以抵抗筒體彈性變形產生的作用力,就會引發(fā)井體上竄。此外,當儲氣井的罐體罐壁出現裂紋、穿孔等現象時,會引起“井下泄漏”,一旦出現這種情況,很難采取補救措施,整個儲氣井只能報廢處理。氣瓶式新型儲氣井就能解決上竄問題,并且在出現“井下泄漏”問題時,能方便提出氣瓶進行維修甚至更換。見圖8-18和圖8-19所示。