淺談LNG車(chē)用氣瓶后部支撐結(jié)構(gòu)

張炫

（查特深冷工程系統(tǒng)（常州）有限公司，江蘇常州 213032）

淺談LNG車(chē)用氣瓶后部支撐結(jié)構(gòu)

張炫

（查特深冷工程系統(tǒng)（常州）有限公司，江蘇常州 213032）

液化天然氣車(chē)用氣瓶（下文簡(jiǎn)稱LNG車(chē)用氣瓶）隨著多年的發(fā)展，其結(jié)構(gòu)不斷的改進(jìn)完善，已經(jīng)基本能夠滿足我們?nèi)粘Ｊ褂玫男枨?。就如LNG車(chē)用氣瓶的后部支持結(jié)構(gòu)而言，從一開(kāi)始的單塊平板支持開(kāi)始，發(fā)展到目前的多種結(jié)構(gòu)，在保證支撐強(qiáng)度的基礎(chǔ)上不斷升級(jí)絕熱效果，提升LNG車(chē)用氣瓶的絕熱性能。本文主要淺析了LNG車(chē)用氣瓶發(fā)展過(guò)程中其后部支撐結(jié)構(gòu)的不斷改進(jìn)演變過(guò)程，并對(duì)后續(xù)的結(jié)構(gòu)改進(jìn)進(jìn)行了分析。

LNG車(chē)用氣瓶 支撐結(jié)構(gòu) 漏熱 強(qiáng)度

LNG車(chē)用氣瓶，由內(nèi)膽和外殼兩個(gè)主體部分構(gòu)成，內(nèi)膽和外殼通過(guò)前后支撐相連接，內(nèi)膽與外殼之間所形成的夾層，通過(guò)抽真空、多層纏繞等工藝來(lái)進(jìn)行絕熱處理，使得內(nèi)膽保存的-162度的低溫液化天然氣得以很好的存儲(chǔ)，而不至于因環(huán)境溫度的導(dǎo)熱過(guò)快而蒸發(fā)氣化。除了夾層的高真空多層纏繞絕熱以外，其前后支撐部位便是整個(gè)氣瓶最主要的導(dǎo)熱點(diǎn)。而支撐結(jié)構(gòu)又對(duì)氣瓶的強(qiáng)度起到了一定的保護(hù)作用，其即要減少漏熱又要保證日常使用過(guò)程中的強(qiáng)度可靠。這對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一大考驗(yàn)。

在LNG車(chē)用氣瓶發(fā)展的最初階段，氣瓶的后部支持主要是依靠一整塊的平板支撐來(lái)實(shí)現(xiàn)的。LNG車(chē)用氣瓶的內(nèi)膽后封頭頂端設(shè)置一根支撐釘，在其外殼后封頭處設(shè)置一塊縱向平板，中間開(kāi)孔。支撐釘通過(guò)該支撐板圓孔后掛靠固定。平板的尺寸因廠家不同而略有區(qū)別。厚度一般在3mm左右，寬度為60-100之間。部分廠家還會(huì)在支撐板與支撐釘之間設(shè)置環(huán)氧玻璃鋼套環(huán)，阻止LNG車(chē)用氣瓶?jī)?nèi)膽與外殼之間的不銹鋼與不銹鋼導(dǎo)熱。但是由于LNG車(chē)用氣瓶后部支撐為滑動(dòng)支撐結(jié)構(gòu)，在使用過(guò)程中LNG車(chē)用氣瓶的內(nèi)膽后部與外殼后部是相對(duì)分離可滑動(dòng)的。不銹鋼支撐結(jié)構(gòu)在使用中所產(chǎn)生的震動(dòng)，會(huì)對(duì)環(huán)氧玻璃鋼不斷的進(jìn)行磨削動(dòng)作，造成絕熱性能與強(qiáng)度性能下降。目前，在LNG車(chē)用氣瓶后部支撐設(shè)置環(huán)氧玻璃鋼套環(huán)的方式已逐漸淘汰。

LNG車(chē)用氣瓶的發(fā)展初期，主要是用于城市公交，路況平坦。該支撐結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度與漏熱確實(shí)能夠滿足LNG汽車(chē)的日常使用需求。但隨著后續(xù)LNG汽車(chē)的發(fā)展，越來(lái)越多的重卡也開(kāi)始使用LNG車(chē)用氣瓶代替原來(lái)的柴油燃料。而相當(dāng)一部分重卡日常行駛路況崎嶇，這在礦用車(chē)的使用上尤為明顯。原來(lái)的支撐結(jié)構(gòu)時(shí)有發(fā)生后部支撐板斷裂的情況。于是，人們對(duì)后部支撐結(jié)構(gòu)不斷的進(jìn)行改進(jìn)，并逐漸演變?yōu)槟壳皟煞N主流的后部支撐結(jié)構(gòu)：1.十字支撐、2.圓盤(pán)支持。

十字支撐：

十字支撐在原來(lái)的縱向平板支持基礎(chǔ)上，將一根支撐帶變成縱向與水平方向兩根支撐帶，LNG車(chē)用氣瓶的內(nèi)膽后封頭處支撐釘同樣穿過(guò)兩根支撐帶中間的圓孔掛靠固定。支撐板的厚度基本保持不變，使得支撐效果在原來(lái)以縱向支撐為主的基礎(chǔ)上增加了一項(xiàng)橫向支撐，受力更加均勻、牢靠。此外，該十字支撐結(jié)構(gòu)還在兩端腰部開(kāi)弧形缺口，減少熱量從支撐釘傳遞至LNG車(chē)用氣瓶外后封頭路徑上的橫截面積。從而降低其漏熱量。

圓盤(pán)支撐：

圓盤(pán)支撐是將后部支撐帶改為整片圓盤(pán)，圓盤(pán)中心開(kāi)圓孔，LNG車(chē)用氣瓶?jī)?nèi)膽后封頭處支撐釘穿過(guò)圓盤(pán)支持中心圓孔掛靠固定。由于導(dǎo)熱的截面積過(guò)大，所以除了與十字支撐一樣采用開(kāi)圓形缺口的方式降低導(dǎo)熱截面積以外，還會(huì)減薄壁厚至2mm左右。由于圓盤(pán)支撐的壁厚較薄，為了很好的承受住LNG車(chē)用氣瓶?jī)?nèi)膽的重力載荷，一般在圓盤(pán)支撐的中心部分還會(huì)增加一塊墊板進(jìn)行加厚處理。他的好處是受力更分散，但漏熱量要比十字支撐更大。

這兩種LNG車(chē)用氣瓶后部支持結(jié)構(gòu)目前被普遍應(yīng)用在各家LNG車(chē)用氣瓶廠家。相對(duì)早期的平板支撐，這兩種支撐結(jié)構(gòu)在該部位的漏熱量都相應(yīng)上升不少，在犧牲絕熱性能的基礎(chǔ)上滿足了LNG汽車(chē)復(fù)雜工況使用的強(qiáng)度要求。其實(shí)，我們?cè)诟淖儚?qiáng)度的方法上，除了選用增加材料的方式外，還可以考慮改變材料形狀的方式。

目前，這種新型的支撐結(jié)構(gòu)還處在研發(fā)與測(cè)試階段—槽型折板支撐。它是對(duì)最初的平板支撐板進(jìn)行折彎處理，變成槽型結(jié)構(gòu)，并在上下兩端腰部開(kāi)圓形缺口。LNG車(chē)用氣瓶?jī)?nèi)膽后封頭處的支撐釘同樣通過(guò)槽型折板支撐的中心圓孔掛靠固定。該結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)在于，所用的材料遠(yuǎn)少于十字支撐與圓盤(pán)支撐，成本較低，而本身所需材料較少，再加上上下兩端腰部的圓形缺口，有效的保證了該支撐結(jié)構(gòu)的絕熱性能。

其將后部支撐板成型為雙折邊結(jié)構(gòu)，有效的提升豎向后部支撐板橫向受力強(qiáng)度，使單個(gè)后部支撐板也能達(dá)到十字支撐或圓盤(pán)支撐結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，即可有效減少支撐板橫截面的熱傳導(dǎo)；又降低了成本，提高了生產(chǎn)效率。而且在后部支撐板上的開(kāi)圓孔等多種形式孔用于降低支撐導(dǎo)熱截面積，提高絕熱性能。

LNG車(chē)用氣瓶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵就是在保證LNG汽車(chē)日常使用所需的強(qiáng)度基礎(chǔ)上不斷的提升其絕熱性能。而LNG車(chē)用氣瓶的絕熱性能最主要的三大塊即夾層高真空多層纏繞絕熱、前部支撐結(jié)構(gòu)與后部支撐結(jié)構(gòu)。夾層高真空多層纏繞絕熱，雖然各個(gè)廠家處理工藝有所區(qū)別，但其結(jié)構(gòu)、材料、原理都是一致的。所以，對(duì)前部支撐結(jié)構(gòu)與后部支撐結(jié)構(gòu)的不斷改進(jìn)是各個(gè)廠家提升產(chǎn)品性能、降低產(chǎn)品成本的關(guān)鍵。這種槽型折板支撐結(jié)構(gòu)在現(xiàn)有支撐結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上具有降低成本、增加強(qiáng)度、改善絕熱性能的優(yōu)勢(shì)，相信在將來(lái)，該支撐結(jié)構(gòu)通過(guò)測(cè)試逐步進(jìn)入實(shí)際使用后，會(huì)越來(lái)越多的取代目前的支撐結(jié)構(gòu)形式。