储气装置、编织装置及制造方法

技术领域

本申请涉及储气安全领域，尤其涉及一种储气装置、编织装置及制造方法。

背景技术

目前，氢能作为一种新型环保能源受到了社会各界的广泛关注，在新能源汽车领域有了一定的应用。氢气是一种易燃易爆气体，汽车是一种具有一定运动速度的交通工具，用于转运氢气的管束集装箱也是一种由汽车携带，处于运动中的物体，此特性决定所使用的氢气的装载工具储气装置必须自重轻、耐压等级高、耐疲劳、同时要经得起撞击。

而目前的车或管束集装箱所使用的储气装置大多使用碳纤维缠绕工艺制成，因其是多线单独缠绕到内胆上去的，纱线间缺乏牵连及交织，其耐压、耐疲劳及安全性较低，也因受到工艺因素的制约很难再有大的突破性的提高。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种储气装置、编织装置及制造方法，其耐高压、耐疲劳、安全性高。

本申请的实施例提供一种储气装置，包括内胆和封口部，所述封口部装设于所述内胆上，所述储气装置还包括若干编织层，若干所述编织层包覆于所述内胆和封口部上，或者单独包覆于所述内胆上，所述内胆的材料具有可伸缩性或者所述内胆上设有若干伸缩部，用于使所述内胆沿其轴线方向具有可伸缩性，若干所述编织层的内部以及表面设有固化材料，以与所述编织层在所述内胆外形成承压复合材料层。

进一步的，在本申请的一些实施例中，所述编织层包括三向织物。

进一步的，在本申请的一些实施例中，所述编织层的每次交织成型的纬线至少为一圈。

进一步的，在本申请的一些实施例中，相邻的所述编织层的纬线的绕转方向相反设置。

进一步的，在本申请的一些实施例中，所述内胆还包括若干挡套，每一所述挡套套设于对应的所述伸缩部上，用于使所述内胆的外周平整。

进一步的，在本申请的一些实施例中，所述内胆包括插入部和承插部，所述插入部设置于所述承插部中。

进一步的，在本申请的一些实施例中，所述伸缩部包括连接部，所述连接部设置于所述插入部上，用于伸入所述承插部以连接所述插入部和承插部，所述连接部的圆周方向环设有密封圈。

进一步的，在本申请的一些实施例中，所述封口部包括锥形封口、螺纹平封口或法兰封口。

进一步的，在本申请的一些实施例中，所述锥形封口的锥形面上还设有若干凹槽，若干所述凹槽平行环设于所述锥形面上，用于卡持所述编织层的编织线。

进一步的，在本申请的一些实施例中，所述螺纹平封口与所述内胆连接处设有第二凹槽，所述法兰封口与所述内胆连接处设有第三凹槽，所述第二凹槽和第三凹槽用于卡持所述编织层的编织线。

进一步的，在本申请的一些实施例中，所述锥形封口还包括防护套，所述防护套套设于所述锥形封口上。

本申请的实施例还提供一种编织装置，用于对储气装置的内胆和封口部的外周进行编织，包括机架，所述编织装置还包括移动机构和织造机构，所述移动机构设置于所述机架上且连接于储气装置，用于控制储气装置沿其轴线移动，所述织造机构环绕储气装置设置，用于在储气装置的表面进行编织以形成若干编织层。

进一步的，在本申请的一些实施例中，所述编织装置还包括调节机构，所述调节机构连接于储气装置，用于控制储气装置内的压力和\或储气装置两端的拉力，以调节所述储气装置内胆的伸缩量。

进一步的，在本申请的一些实施例中，所述织造机构包括经线盘组，所述经线盘组包括内经盘组和外经盘组，所述外经盘组和内经盘组按与储气装置的外周距离远近设置，所述织造机构还包括纬线盘，所述纬线盘位于所述内经盘组或外经盘组之间。

本申请的实施例还提供一种采用所述编织装置的制造方法，包括以下步骤：

控制内经盘组、外经盘组及纬线盘，使经线与纬线配合沿第一方向对储气装置进行第一层织造，形成第一层编织层；

控制内经盘组、外经盘组及纬线盘，使经线与纬线配合沿第二方向对储气装置进行第二层织造，形成第二层编织层；

以此循环，直至编织层的层数达到设定层数。

进一步的，在本申请的一些实施例中，当所述储气装置的封口部为锥形封口时，在对所述储气装置的封口部进行编织时，所述制造方法还包括减少所述内经盘组和外经盘组参与编织的经盘数。

进一步的，在本申请的一些实施例中，当所述储气装置的封口部为锥形封口时，所述制造方法还包括将在先编织层包覆到所述锥形封口半径小的一端，将在后编织层包覆于所述在先编织层上，所述在后编织层的轴向编织距离小于所述在先编织层的轴向编织距离；或者将所述在先编织层包覆到所述锥形封口半径大的一端，将所述在后编织层从所述锥形封口半径大的一端向半径小的一端编织，覆盖所述在先编织层。

进一步的，在本申请的一些实施例中，所述制造方法还包括在编织所述编织层时或编织完成后，控制所述调节机构调节所述储气装置内胆的伸缩量，以控制相邻所述编织层之间的编织线的张力。

进一步的，在本申请的一些实施例中，所述制造方法还包括在所述编织层编织完成后，对承压复合材料层进行成型时，控制所述调节机构调节所述储气装内胆的伸缩量，以控制相邻所述编织层之间的编织线在复合材料内的预张力。

进一步的，在本申请的一些实施例中，所述编织层通过调整打纬时的圈数来调整所述储气装置的轴向径向强度比。

上述储气装置在内胆、封口部上覆盖若干编织层，通过编织层的三向织造方法实现覆盖于内胆以及封口部上固化层内的编织线的理想排列和交织。通过控制编织装置调节内胆的伸缩量，以控制在承压复合材料层成型时编织线的预张力，大大提高了储气装置的耐压、耐疲劳和安全性。

附图说明

图1为本申请一实施方式中的储气装置的结构示意图。

图2为本申请一实施方式中的内胆的结构示意图。

图3为本申请一实施方式中的封口部的结构示意图。

图4为本申请另一实施方式中的封口部的结构示意图。

图5为本申请又一实施方式中的封口部的结构示意图。

图6为本申请一实施方式中的编织装置的结构示意图。

图7、图8及图9为本申请一实施方式中的编织装置织造的示意图。

主要元件符号说明

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本申请。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例进行描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。

需要说明的是，当组件被称为“装设于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“或/及”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本申请的实施例提供一种储气装置，包括内胆和封口部，所述封口部装设于所述内胆上，所述储气装置还包括若干编织层，若干所述编织层包覆于所述内胆和封口部上，或者单独包覆于所述内胆上，所述内胆的材料具有可伸缩性或者所述内胆上设有若干伸缩部，用于使所述内胆沿其轴线方向具有可伸缩性，若干所述编织层的内部以及表面设有固化材料，以与所述编织层在所述内胆外形成承压复合材料层。

本申请的实施例还提供一种编织装置，用于对储气装置的内胆和封口部的外周进行编织，包括机架，所述编织装置还包括移动机构和织造机构，所述移动机构设置于所述机架上且连接于储气装置，用于控制储气装置沿其轴线移动，所述织造机构设置于所述机架上且环绕储气装置设置，用于在储气装置的表面进行编织以形成若干编织层。

本申请的实施例又提供一种采用所述编织装置的制造方法，包括以下步骤：

控制内经盘组、外经盘组及纬线盘，使经线与纬线配合沿第一方向对储气装置进行第一层织造，形成第一层编织层；

控制内经盘组、外经盘组及纬线盘，使经线与纬线配合沿第二方向对储气装置进行第二层织造，形成第二层编织层；

以此循环，直至编织层的层数达到设定层数。

上述储气装置在内胆、封口部上覆盖若干编织层，通过编织层的三向织造方法实现覆盖于内胆以及封口部上固化层内的编织线的理想排列和交织。通过控制编织装置调节内胆的伸缩量，以控制在承压复合材料层成型时编织线的预张力，大大提高了储气装置的耐压、耐疲劳和安全性。

下面结合附图，对本申请的一些实施方式作详细说明。

请参阅图1，图1所示储气装置100用于储存氢气或其他气体，所述储气装置100包括内胆10和封口部20，所述封口部20装设于所述内胆10上。在一实施方式中，所述内胆10和封口部20上包覆有若干编织层30，若干所述编织层30的间隙内以及表面设有固化材料，用于在若干所述编织层30内部以及表面形成固化层，所述固化层用于承受所述内胆10内的气体压力。

在一实施方式中，所述内胆10包括主体11和设置于所述主体11上的若干伸缩部12，所述主体11的两端设有所述封口部20，所述伸缩部12用于使所述内胆10沿其轴线方向具有可伸缩性。在一实施方式中，所述伸缩部12为波纹管。在一实施方式中，所述伸缩部12的数量为三个，分别位于所述内胆10的两端以及中间位置。可以理解的是，所述伸缩部12的数量可以根据伸缩量和织线张力需要进行设置，不限于上述的限定。在一实施方式中，所述内胆10由具有伸缩性的材料制成，如橡胶。可以理解的是，所述伸缩部12也可以采用具有伸缩性的材料制成。

在一实施方式中，所述内胆10还包括挡套13，所述挡套13套设于所述主体11上且正对所述伸缩部12的位置设置，用于使所述内胆10的外周平整，防止部分所述编织层30陷入所述伸缩部12内。在一实施方式中，所述挡套13上设有多个镂空部，用于在所述伸缩部12与挡套13之间的空间内注入固化材料，固化材料固化后卡持于所述伸缩部12中，使所述伸缩部12保持密实。在一实施方式中，所述内胆10大致为圆柱结构。可以理解的是，所述内胆10的结构不限于上述限定，还可以为其他结构，如椭圆体结构。在一实施方式中，所述固化材料为环氧树脂等。

请参阅图2，在另一实施方式中，所述内胆10包括插入部14和承插部15，所述插入部14的一端连接所述封口部20，另一端连接所述承插部15，所述伸缩部12包括连接部141，所述插入部14靠近所述承插部15的一端设有所述连接部141，所述连接部141由所述插入部14的一端沿其径向缩小形成，用于伸入所述承插部15以连接所述插入部14和承插部15。可以理解的是，所述连接部141的两端还可以分别设置于所述插入部14和承插部15中，所述插入部14和承插部15均可以相对所述连接部141进行伸缩移动，以控制所述内胆10的伸缩量。所述连接部141的端部的圆周方向环设有高密度的密封圈，用于提升插入部14和承插部15连接的密封性。可以理解的是，所述封口部20靠近所述插入部14的一端同样设有第二连接部，所述第二连接部的端部的圆周方向环设有高密度的密封圈，用于提升插入部14和封口部20连接的密封性。可以理解的是，所述第二连接部也可以分别设置于所述插入部14和封口部20中，所述插入部14和封口部20均可以相对所述连接部141进行伸缩移动，以控制所述内胆10的伸缩量。在一实施方式中，所述连接部141和第二连接部的外径均与所述承插部15的内径大致相同。在一实施方式中，所述承插部15一端的所述封口部20与所述承插部15一体成型。可以理解的是，根据伸缩需求，所述承插部15一端的所述封口部20也可以采用上述的方式伸缩设置。可以理解的是，所述伸缩部12可为多件设置。

在一实施方式中，所述封口部20设置于所述内胆10的两端，所述封口部20均可拆卸装设于所述内胆的两端。在另一实施方式中，所述封口部20与所述内胆10其中一端一体化设置，另一端可拆卸设置。可以理解的是，所述内胆10连接的两端封口部，只有一端设有通气孔，另一端未设通气孔呈封闭状。

请参阅图3，在一实施方式中，所述封口部20为锥形封口，所述锥形封口的一端设有第一通孔，所述第一通孔内设有螺纹，便于对所述内胆10进行封口。所述锥形封口另一端连接于所述伸缩部12。在一实施方式中，所述锥形封口锥形面上设有若干凹槽21，若干所述凹槽21平行环设于所述锥形面上，所述凹槽21用于卡持所述编织层30的编织用的经纬线，增加其位置确定性，避免每层编织行程结束多绕的纬线经线堆积对后续织造的影响。可以理解的是，所述锥形封口还可以连接于所述主体11，不限于只连接于所述伸缩部12。在一实施方式中，所述锥形封口远离所述内胆10的一端设有一个较深的所述镶线槽，所述镶线槽的深度大于所述凹槽21的深度，用于集聚锥形封口端部的编织用的经纬线。在一实施方式中，所述锥形封口上还设有防护套，所述防护套套设于所述锥形封口上，用于连接封口螺塞，所述锥形封口半径较小的一端与所述防护套之间设有密封圈或密封环，当所述锥形封口直接通过螺塞进行封口时，则可以不设置所述密封圈。可以理解的是，所述防护套外表面平行环设有若干凹槽21，用于卡持所述编织层30的编织用的经纬线。所述防护套用于增强所述锥形封口端强度，防止所述锥形封口端通气孔变形。在一实施方式中，所述防护套材料的强度大于所述锥形封口的材料强度。

请参阅图4，在一实施方式中，所述封口部20为螺纹平封口，所述螺纹平封口连接于所述内胆10的一端，所述螺纹平封口上设有第二通孔，所述第二通孔上设有螺塞22，用于打开所述内胆10或对所述内胆10进行封口。所述螺纹平封口与所述内胆10连接处设有第二凹槽23，用于卡持所述编织层30的编织线。

请参阅图5，在一实施方式中，所述封口部20为法兰封口，所述法兰封口包括法兰24和固定于所述法兰24上的法兰封头25，所述法兰24连接于所述内胆10的一端，所述法兰封头25上设有第三通孔，所述第三通孔上同样设有所述螺塞22，用于打开所述内胆10或对所述内胆10进行封口。所述法兰24与所述内胆10连接处设有第三凹槽26，用于卡持所述编织层30的编织线。

可以理解的是，所述螺纹平封口和法兰封口还可以不设置所述螺塞22或使用其他结构替换所述螺塞22。

当所述封口部20为锥形封口时，所述编织层30包覆于所述内胆10和封口部20；当所述封口部20为螺纹平封口或法兰封口时，所述编织层30包覆于所述内胆10上。

在一实施方式中，所述编织层30为三向织物，所述三向织物含三线交织的普通织物和三组(每组两线)六线相互交织的双平纹织物。在一实施方式中，所述三向织物的每个交织单元的纬线至少为一根。在一实施方式中，所述编织层通过调整打纬时的圈数来调整所述储气装置100的轴向径向强度比，用于提高材料利用率。所述编织层30的每次交织成型的纬线至少为一圈。若干所述编织层30依次包覆于所述内胆10和封口部20上，外侧的所述编织层30覆盖内侧的所述编织层30，外侧的所述编织层30对内侧的所述编织层30具有挤压效应。因经线盘数量较多，对每一盘上的经线实行变力控制较为困难，即使经盘实现变力控制，也因反向编织的存在，使得张力存在不稳定的因素。内胆上编织有织物后，其整体在轴向可以认为是一个弹性体，因此在每层编织完通过调节储气装置内胆10的伸缩量，来控制经线的张力是比较好选择。通过调节纬线施加的力和储气装置内胆10的伸缩量，使所述编织层30在编织过程中纱线张力由内向外的张力依次减少，以保证承压复合材料成型时各纱线预张力基本相等，使所述储气装置100达到最佳的耐压耐疲劳和安全要求。在一实施方式中，所述编织层30的材料为碳纤维、芳纶、高密度聚乙烯等中的一种或多种，通过使用相同或不同编织材料、树脂搭配，来实现储气瓶高的安全性。至于因不同编织材料其对纱线张力的不同要求，可通过工艺的调整来实现。可以理解的是，所有相邻编织层30的纬线绕转方向相反设置，以提高所述承压复合材料层的强度。

可以理解的是，所述储气装置100可以用于储气瓶，也可以用作承压管路或承压设备的一部分。可以理解的是，所述储气装置100不限于单独使用锥形封口、螺纹平封口、法兰封口中的一种，还可以配合使用。

请参阅图6，一种编织装置101包括机架，所述机架包括底座102、支撑架103、支架104。所述支撑架103设置于所述底座102上，所述支架104连接于所述底座102且位于所述支撑架103的上方。所述编织装置101还包括移动机构105、织造机构106，所述移动机构105设置于所述支架104上，所述移动机构105连接于所述储气装置100，用于控制所述储气装置100沿其轴线上下移动。所述织造机构106环绕所述储气装置100设置，用于在所述储气装置100的表面进行编织。在一实施方式中，所述编织装置101还包括调节机构，用于调节所述储气装置100的内胆10的伸缩量。在一实施方式中，所述调节机构设置于所述支撑架103上且连接于所述储气装置100的一端，通过向所述储气装置100内通入气体或液体，通过控制气体或液体的压力，以调节所述储气装置100的内胆10的伸缩量，进而调节相邻的所述编织层30之间的经线张力。在另一实施方式中，还可以通过控制所述储气装置100两端的拉力来调节所述储气装置100的内胆10的伸缩量。所述调节机构可以在编织过程中逐步调节所述储气装置100的内胆10的伸缩量，以调节相邻的所述编织层30之间的经线张力，也可以在编织完成后，通过上述方式调节所述储气装置100的内胆10的伸缩量，然后在编织层30的内部和表面注入固化材料，固化形成承压复合材料层，以满足所述储气装置100的复合材料对纱线张力的要求。在一实施方式中，所述编织装置101还包括导向机构，所述导向机构连接于所述储气装置100的一端，用于固定所述储气装置100的位置，防止所述储气装置100在上下移动过程中发生水平方向的偏移。在一实施方式中，所述导向机构还用于对所述储气装置100的一端施加拉力来调节所述储气装置100的内胆10伸缩量。

所述织造机构106包括经线盘组、连接于所述经线盘组的移动机构、若干纬线盘1061。在一实施方式中，所述经线盘组包括内经盘组和外经盘组，所述外经盘组和内经盘组按与所述储气装置100的外周距离远近设置。在一实施方式中，所述外经盘组包括上外经盘组1062和下外经盘组1063，所述上外经盘组1062和下外经盘组1063到所述储气装置100的外周距离相等，所述内经盘组包括上内经盘组1064和下内经盘组1065，所述上内经盘组1064和下内经盘组1065到所述储气装置100的外周距离相等。所述上外经盘组1062、下外经盘组1063、上内经盘组1064和下内经盘组1065通过所述移动机构进行上下移动以及转动。所述各经盘组均包括多个经线盘，所述经线盘环绕所述储气装置100设置且沿圆周方向排列。所述纬线盘1061位于所述外经盘组上下移动轨迹的外侧或内侧，每一所述纬线盘1061均对应连接一驱动件，通过所述驱动件控制所述纬线盘1061绕所述储气装置100圆周运动，以使纬线与经线进行交织，以在所述储气装置100上形成所述编织层30。可以理解的是，所述内经盘组和外经盘组可以根据需要内外多圈设置。

在一实施方式中，所述织造机构106还包括两个挡纱套，两个所述挡纱套间隙排列且套设于所述储气装置100上且与所述储气装置100之间留有间隙，用于供成型的编织层30穿过。两个所述挡纱套相对的端面设有织口，用于引入所述经线盘组上的经线与所述纬线盘的纬线配合进行编织层30成型，成型的编织层30包覆于所述内胆10和封口部20上。

在一实施方式中，所述经线盘组上设有变拉力机构，用于控制经线的张力，使其满足编织层纱线从内到外张力依次减少的要求。在一实施方式中，所述纬线盘1061设有张力控制机构，所述张力控制机构包括变扭矩的电机、变扭距的连接器或其他变力机构，用于控制纬线的张力，使其满足编织层纱线从内到外张力依次减少的要求。在另一实施方式中，所述张力控制机构还包括恒张力机构，用于对纬线进行恒张力控制。

请参阅图7、图8及图9，在一实施方式中，所述编织层30的制造方法，包括以下步骤：

控制上外经盘组、下外经盘组、上内经盘组、下内经盘及纬线盘，使经线与纬线配合沿第一方向对储气装置进行第一层织造；

控制上外经盘组、下外经盘组、上内经盘组、下内经盘及纬线盘，使经线与纬线配合沿第二方向对储气装置进行第二层织造，形成第二层编织层；

重复上述步骤，直至编织层数达到设定层数；

在编织层内以及表面注入固化材料，对固化材料固化成型，以在编织层内部以及表面形成承压复合材料层。

可以理解的是，第一方向与第二方向的方向相反设置。

当所述封口部20为锥形封口时，在一实施方式中，在对储气装置100的上下锥形端的进行编织时，通过逐渐减少投入的编织经盘数，如停用内经盘组对储气装置100的上端和下端进行织造，以解决在锥型封口覆盖织物圆径逐渐变小后，编织物经线重叠问题。在织物织造到锥型部分需要减少投入经盘数时，把需停用的的经盘全部置于织造方向靠近织芯的内圈的反向位置上，并停止参与织造，在锥型封口织物覆盖返回到原停织位置后再把前面停掉的经盘投入继续参与织造。

复合材料固化成型可以为在编织层中注入固化材料和\或在编织层上涂覆固化材料，通过加热或自然固化成型。在一实施方式中，所述储气装置100可通过树脂传递成型(RTM)的方式实现所述复合材料的成型。

可以理解的是，为减少因停用经盘带来的编织厚度突变，前后编织经盘停织的位置要有变化。

可以理解的是，所有相邻编织层30织造时纬线旋转方向同向设置。

可以理解的是，在每次织物编织层30覆盖到设定位置后，通过增加纬线缠绕次数、反向驱动纬线参与编织、使纬线与经线打结、内胆不移动或少许移动反复编织，使纬线周向不会因外力胀开，然后反向覆盖编织，直到完成规定覆盖层数。可以理解的是，编织时可以采用上述方法中的一个或多个组合。

在另一实施方式中，随着锥形封口编织层编织半径的变小，通过减少前或后编织层的编织距离，以解决因编织圆半径减小，织物编织层厚度增加的问题。将在先编织层包覆到所述锥形封口半径大的一端，将在后编织层从所述锥形封口半径大的一端向半径小的一端编织，覆盖所述在先编织层。具体为，编织层30先编织到锥形封口与所述内胆10连接的一端，然后进行其他层编织时，从锥形封口与所述内胆10连接的一端向远离所述内胆10的一端编织，覆盖之前的编织层30。可以理解的是，除了上述方法，还包括将在先编织层包覆到所述锥形封口半径小的一端，将在后编织层包覆于所述在先编织层上，所述在后编织层的轴向编织距离小于所述在先编织层的轴向编织距离，具体为，部分轴向编织层30未编织到锥形封口的最远端时即返回开始另一层编织层30的编织。

上述储气装置在内胆以及封口部上覆盖三向织物，实现覆盖于内胆以及封口部上承压复合材料层内的编织层纱线的理想排列和交织，提高储气装置的耐压、耐疲劳和安全性。

本技术领域的普通技术人员应当认识到，以上的实施方式仅是用来说明本申请，而并非用作为对本申请的限定，只要在本申请的实质精神范围内，对以上实施方式所作的适当改变和变化都落在本申请要求公开的范围内。