一种气体动密封装置及缠绕机的制作方法

1.本发明涉及压力容器制造领域，具体而言，涉及一种气体动密封装置及缠绕机。


背景技术：

2.氢能作为未来终极能源而备受瞩目，各国也不断加大对氢能的利用力度，氢能汽车具有清洁、能量利用率高和无温室气体排放等优点，被广泛视为解决能源、环境问题的下一代机动车，在乘用车领域将承担重要角色。
3.高压气态储氢由于具有结构简单、质量储氢密度高、充装和排放速度快等突出优点，成为占主导地位的车载储氢方式。目前国内多采用铝内胆的iii型储氢气瓶，而塑料内衬复合材料气瓶比传统的铝内衬纤维缠绕气瓶具有重量轻和耐疲劳性等优点，成为目前开发和应用比较广泛的方向。
4.由于塑料内胆本体结构强度低，纤维缠绕工序中塑料内胆内部需要不断输送压缩气体以为塑料内胆提供结构强度；而现有的iii型气瓶缠绕机无法实现动态环境下的气体密封，不能提供支撑内胆所需的压缩气体，导致需要用专门的iv型储氢气瓶专用缠绕机，造价昂贵，生产成本高。
5.有鉴于此，特提出本发明。


技术实现要素：

6.本发明解决的问题是现有的iii型气瓶缠绕机无法实现塑料内衬复合材料气瓶的生产。
7.为解决上述问题，本发明提供一种气体动密封装置，包括转轴、静密封单元，所述转轴的一端与传动机构相连，所述转轴的另一端与待加工部件相连；所述静密封单元设在所述转轴的外围且与所述转轴密封相连，所述转轴可相对于所述静密封单元转动，所述转轴内设置输气通道，所述静密封单元与所述输气通道连通，能够持续的向所述待加工部件输送气体。
8.该设置使可实现转轴的气体动密封，为待加工部件持续的输送气体，满足塑料内胆的加工需求，便于改造缠绕机以满足iv型储氢气瓶的生产。
9.优选的，所述转轴设置进气接口，所述进气接口沿所述转轴的径向设置，所述进气接口的一端与静密封单元连通，所述进气接口的另一端与所述输气通道连通。
10.该设置结构简单，便于生产加工。所述进气接口的数量根据需要设定。优选的，所述输气通道设置压力表，用于检测、校准向待加工部件输送气体的实际压力；所述输气通道上还设有第二截止阀，用于控制向待加工部件输送气体的通断。
11.优选的，所述气体动密封装置还包括金属盘，所述金属盘套设在所述转轴上且位于所述静密封单元的侧部，所述金属盘与所述转轴通过螺纹连接，所述金属盘与所述静密封单元之间设置密封圈，用于所述转轴与所述静密封单元之间动密封。
12.通过转动金属盘挤压密封圈实现静密封单元与转轴之间的动密封，结构简单、便
于加工。根据通过螺纹推挤以提供与密封圈的承压相匹配的压力，实现良好的密封效果。
13.优选的，所述静密封单元包括套设在所述转轴上的第一壳体，所述密封圈包括第一密封圈，所述金属盘设置凹槽，所述第一密封圈设在所述凹槽内，所述第一密封圈在远离所述凹槽的一侧与所述第一壳体相抵接。
14.所述密封圈的数量可根据需要设置，其材质要求具备自润滑以及良好耐磨性、高温密封稳定性，例如由柔性石墨材料制成。
15.优选的，所述密封圈还包括第二密封圈，所述静密封单元还包括第二壳体，所述第二壳体套设在所述第一壳体的外围，所述第二壳体与所述金属盘之间设置所述第二密封圈。优选的，所述第二密封圈与所述第一密封圈的结构、尺寸相同，且同样设在所述金属盘的凹槽内。该设置可实现对静密封单元的双层密封，精确输入塑料内胆的气源压力精确度高，产品质量佳。优选的，所述第二密封圈的结构、尺寸与所述第一密封圈相同。
16.优选的，所述第一壳体和/或所述第二壳体设置波纹段，所述波纹段呈环形且沿所述转轴的长度方向延伸。
17.该设置可确保通过侧部的第一金属盘推挤时，波纹段处于被挤压状态而轻微变形储能，当密封圈在长期使用损耗后，所述波纹段可伸长以确保施加在密封圈的压力近乎恒定。所述波纹段的弹性系数可依据密封圈的承压系数进行设计。
18.优选的，所述第一壳体、所述第二壳体之间设置加强筋板，所述加强筋板沿所述转轴的所在方向延伸。采用双密封层薄壳结构，双层结构之间采用间隔式放置的加强筋板连接，可进一步增加静密封单元的机械强度。
19.优选的，所述加强筋板有多个，沿所述第一壳体的径向上呈等间距放射状排布。该设置在降低装置重量的同时，提高结构稳定性。
20.优选的，所述第一壳体与所述转轴形成第一密封空间，所述第一壳体与第二壳体之间形成第二密封空间，所述静密封单元包括压力控制单元，所述压力控制单元与所述第一壳体之间设置第一通道，用于向所述第一密封空间输送气体；所述压力控制单元与所述第二壳体之间设置第二通道，用于向第二密封空间输送气体。
21.通过压力控制单元同时向第一密封空间、第二密封空间输入气体，确保双层密封空间压力相同，即使靠近转轴的密封圈长期磨损轻微泄漏时，可通过外围的密封圈确保不漏气，实现将精确的气源压力输入塑料内胆。
22.相对于现有技术，本发明所述的气体动密封装置具有下述有益效果：1)本发明可实现以实现iii型储氢气瓶缠绕机的快速改造，实现在线自动化程序式气体冲压作业，并提高储氢气瓶生产效率与生产安全性；2)通过设置静密封单元可实现转轴的动态密封，为塑料内胆持续稳定的输送气体；3)结构简单，便于生产加工。
23.本发明还提供了一种缠绕机，包括上述的气体动密封装置。所述缠绕机用于iv型储氢气瓶的生产，具有与所述气体动密封装置相同的有益效果，在此不进行赘述。
附图说明
24.图1为本发明实施例所述气体动密封结构的整体示意图；
25.图2为图1中a处的局部放大图；
26.图3为本发明实施例所述静密封单元的结构示意图；
27.图4为本发明实施例所述静密封单元的侧视图。
28.附图标记说明：
29.1-转轴；101-输气通道；102-外螺纹；2-密封圈；21-第一密封圈；22-第二密封圈；3-静密封单元；31-第一壳体；311-波纹段；32-第二壳体；4-压力控制单元；5-第一通道；6-第二通道；7-第一截止阀；8-金属盘；81-第一金属盘；811-凹槽；812-空腔；82-第二金属盘；10-加强筋板；11-进气接口；12-压力表；13-第二截止阀；14-塑料内胆；15-第一密封空间；16-第二密封空间。
具体实施方式
30.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。本领域技术人员可根据需要对其作出调整以适应具体的应用场合。
31.面对乘用车等运输工具产业升级换代，采用新能源的交通工具在市场推广表现强劲，氢能汽车领域正蓬勃发展。储氢气瓶的储氢密度是制约氢燃料汽车行驶里程的关键因素，以常用的70mpa储氢气瓶为例，应用塑料内衬可以比金属内衬的储氢密度提高一半以上，具有优异的抗氢脆腐蚀能力、更高的安全性，是车载储氢气瓶的主要发展方向。
[0032]ⅳ型储氢气瓶的构造由内向外分别是塑料内胆14、碳纤维缠绕层、玻璃纤维缠绕层，制备过程中通过向塑料内胆14内充入压缩气体以对其形成支撑，再向塑料内胆14的外壁均匀缠绕碳纤维预浸料。目前iv型储氢气瓶专用缠绕机造价昂贵，国内的iii型气瓶缠绕机无法实现向内胆中输送气体，亟需改造。本专利针对iii型储氢气瓶缠绕机增加气体动密封装置即可实现iv型储氢气瓶生产以针对性解决上述问题。
[0033]
实施例1
[0034]
如图1-4所示，一种气体动密封装置，包括转轴1，所述转轴1的一端与传动机构相连，所述转轴1的另一端与待加工部件相连；所述转轴1的外围设置静密封单元3，所述转轴1可相对于所述静密封单元3转动，所述转轴1内设置输气通道101，所述静密封单元3与所述输气通道101连通，用于持续的向所述待加工部件内输送气体。所述待加工部件为双层结构产品的内胆，例如制备储氢气瓶的塑料内胆14。优选的，所述转轴1为直线型回转体金属轴，所述转轴1的一端与传动单元相连，用于带动所述转轴1程序化旋转作业；所述转轴1的另一端与所述待加工部件密封连接，所述转轴1与所述待加工部件、传动单元的连接方式为现有技术，在此不进行赘述。所述转轴1在运行中带动所述待加工部件依据设计程序旋转作业，所述静密封单元3保持空间位置不变以实现自动化向氢储气瓶的塑料内胆14冲压控制。
[0035]
所述转轴1设置进气接口11，所述进气接口11沿所述转轴1的径向设置，所述进气接口11的一端与静密封单元3连通，所述进气接口11的另一端与所述输气通道101连通，所述输气通道101与所述待加工部件连通。所述进气接口11的数量根据需要设定为1个或多个。优选的，所述输气通道101设置压力表12，用于检测、校准向待加工部件输送气体的实际压力；所述输气通道101上还设有第二截止阀13，用于控制向待加工部件输送气体的通断。
[0036]
作为本发明的一个示例，所述气体动密封装置还包括金属盘8，所述金属盘8套设在所述转轴1上且位于所述静密封单元3的侧部，所述金属盘8与所述转轴1通过螺纹连接，
所述金属盘8与所述静密封单元3之间设置密封圈2，用于实现所述金属盘8与所述静密封单元3的动密封。优选的，所述金属盘8靠近所述静密封单元3的一侧设置凹槽811，所述所述凹槽811呈环形，用于容置所述密封圈2。该设置可对密封圈2进行限位，确保在操作中提供持续可靠的密封。
[0037]
优选的，所述金属盘8包括第一金属盘81和第二金属盘82，所述第一金属盘81位于所述静密封单元3的一侧，且与所述转轴1通过螺纹连接，所述第二金属盘82位于所述静密封单元3的另一侧且与所述转轴1一体成型设置。例如，所述转轴1在靠近所述第一金属盘81的一端设置外螺纹102，所述外螺纹102位于所述转轴1的外壁面，所述外螺纹102的外围设置第一金属盘81，所述外螺纹102与所述第一金属盘81配合以挤压密封圈2，从而实现所述静密封单元3与所述转轴1的转动密封。
[0038]
优选的，所述的外螺纹102的加工方向与所述转轴1的旋转方向相反，确保所述转轴1旋转工作时螺纹旋转被动锁紧。优选的，所述第一金属盘81和/或第二金属盘82的设置空腔812。通过设置中空结构使内部填充冷却水，用于在工作状态下对密封圈2的降温，防止其温度过高而失效。
[0039]
所述密封圈2的数量可根据需要设置，其材质要求具备自润滑以及良好耐磨性、高温密封稳定性，例如由柔性石墨材料制成。优选的，所述密封圈2为环形，与金属盘8配合形成气体密封空间，根据通过螺纹推挤以提供与密封圈2的承压相匹配的压力，实现良好的密封效果。优选的，所述密封圈2有四个，等数量的设在所述静密封单元3的左右两侧。该设置通过形成双层密封空间，增强气体密封效果，可靠性更加。
[0040]
作为本发明的一个示例，所述静密封单元3包括套设在所述转轴1上的第一壳体31，所述第一壳体31与所述转轴1之间形成第一密封空间15；所述金属盘8的凹槽811内设置第一密封圈21，所述第一壳体31的侧壁面与所述第一密封圈21抵接。优选的，所述第一密封圈21的宽度大于所述第一壳体31的厚度，所述凹槽811的上沿高于所述第一壳体31设置，所述凹槽811的下沿低于所述第一壳体31设置。
[0041]
优选的，所述静密封单元3还包括第二壳体32，所述第二壳体32套设在所述第一壳体31的外围，所述第一壳体31、第二壳体32之间形成第二密封空间16，所述第二壳体32与所述金属盘8之间设置第二密封圈22。该设置可实现对静密封单元3的双层密封，精确输入塑料内胆14的气源压力精确度高，产品质量佳。
[0042]
优选的，所述第一壳体31和/或第二壳体32设置波纹段311，所述波纹段311呈环形且与所述转轴1同轴设置。该设置可确保通过侧部的第一金属盘81推挤时，波纹段311处于被挤压状态而轻微变形储能，当密封圈2在长期使用损耗后，所述波纹段311可伸长以确保施加在密封圈2的压力近乎恒定。所述波纹段311的弹性系数可依据密封圈2的承压系数进行设计。优选的，所述波纹段311的长度为l1，所述第一壳体31的长度为l2，其中l1＝(1/10-1/5)*l2，该范围可兼顾第一壳体31的机械强度及被挤压后的形变储能效果。优选的，所述第一壳体31还设置第一截止阀7，用于异常增压后进行紧急泄压，安全性更优。
[0043]
所述静密封单元3还包括压力控制单元4，所述压力控制单元4与所述第一壳体31之间设置第一通道5，用于向所述第一密封空间15内通入气体，通过检测内部气体压力对比程序设计值，自动调整静密封单元3的内部压力，实现塑料内胆14内部压力精确控制。所述压力控制单元4和所述第二壳体32之间设置第二通道6，所述第二通道6用于向所述第二密
封空间16内通入压缩气体。通过压力控制单元4同时向第一密封空间15、第二密封空间16输入气体，确保双层密封空间压力相同，即使靠内设置也就是靠近转轴1设置的密封圈2长期磨损而出现轻微泄漏时，可通过外围的密封圈2确保不漏气，实现精确的气源压力输入塑料内胆14。
[0044]
优选的，所述第二密封空间16内设置加强筋板10，所述加强筋板10沿所述转轴1的所在方向延伸。采用双密封层薄壳结构，双层结构之间采用间隔式放置的加强筋板10连接，可进一步增加静密封单元3的机械强度。优选的，所述加强筋板10有多个，沿所述第一壳体31的径向上呈等间距放射排布。在降低装置重量的同时，提高结构稳定性。
[0045]
本专利装置为iv型储氢气瓶的缠绕工装设计，用于iv型瓶缠绕工序在线自动化精确压力控制，可实现原iii型瓶缠绕机向iv型瓶缠绕机的直接应用。装配时，将静密封单元3通过金属盘8不断旋紧，将密封圈2限定在凹槽811内，根据所述密封圈2的承压要求，控制金属盘8在转轴1上外螺纹102的旋进距离以施加适宜的压力，确保静密封单元3与转轴1之间的密封效果良好。同时向所述金属盘8的空腔812注入冷却水，用于在工作过程中的密封圈2降温。
[0046]
将塑料内胆14与转轴1的一端紧密固定，所述转轴1的另一端与缠绕机传动单元固定，带动转轴1旋转以对塑料内胆14进行缠绕，静密封单元3通过密封圈2的滑动实现静止，外部气源通过第二通道6向第一密封空间15供给压缩气体，经进气接口11后通过输气通道101进入塑料内胆14，同时压缩气体经第一通道5进入第二密封空间16，作为对第一密封空间15密封安全性的补充。同时第一壳体31、第二壳体32通过加强筋板17连接，实现双层薄壳结构一体化，有利于结构稳定性。
[0047]
通过压力控制单元4进行程序控制，可以实现第一密封空间15与第二密封空间16内气体压力的精确自动控制，实现该塑料内胆14自动化冲压，提高生产的安全性及生产效率，并可实时监测反馈输入塑料内胆14的真实压力，并具备判定是否存在压力泄漏等情形并发出警报信息。另外，所述转轴1的输气通道101设置压力表12，用于实时检测反馈输入塑料内胆14内部压缩气体的压力值。同时所述输气通道101还设置第二截止阀13，用于缠绕工序结束塑料内胆14内部的压力保持，方便脱模及后续热处理作业。
[0048]
本发明还提供了一种缠绕机，所述缠绕机包括上述的气体动密封装置。所述缠绕机具有与所述气体动密封装置相同的有益效果，在此不进行赘述。
[0049]
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。