淺談LNG車用氣瓶后部支撐結(jié)構(gòu)

張炫

【摘 要】 液化天然氣車用氣瓶（下文簡稱LNG車用氣瓶）隨著多年的發(fā)展，其結(jié)構(gòu)不斷的改進完善，已經(jīng)基本能夠滿足我們?nèi)粘Ｊ褂玫男枨蟆＞腿鏛NG車用氣瓶的后部支持結(jié)構(gòu)而言，從一開始的單塊平板支持開始，發(fā)展到目前的多種結(jié)構(gòu)，在保證支撐強度的基礎(chǔ)上不斷升級絕熱效果，提升LNG車用氣瓶的絕熱性能。本文主要淺析了LNG車用氣瓶發(fā)展過程中其后部支撐結(jié)構(gòu)的不斷改進演變過程，并對后續(xù)的結(jié)構(gòu)改進進行了分析。

【關(guān)鍵詞】 LNG車用氣瓶 支撐結(jié)構(gòu) 漏熱 強度

LNG車用氣瓶，由內(nèi)膽和外殼兩個主體部分構(gòu)成，內(nèi)膽和外殼通過前后支撐相連接，內(nèi)膽與外殼之間所形成的夾層，通過抽真空、多層纏繞等工藝來進行絕熱處理，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，而不至于因環(huán)境溫度的導熱過快而蒸發(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氣瓶最主要的導熱點。而支撐結(jié)構(gòu)又對氣瓶的強度起到了一定的保護作用，其即要減少漏熱又要保證日常使用過程中的強度可靠。這對結(jié)構(gòu)設計是一大考驗。

在LNG車用氣瓶發(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實現(xiàn)的。LNG車用氣瓶的內(nèi)膽后封頭頂端設置一根支撐釘，在其外殼后封頭處設置一塊縱向平板，中間開孔。支撐釘通過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。部分廠家還會在支撐板與支撐釘之間設置環(huán)氧玻璃鋼套環(huán)，阻止LNG車用氣瓶內(nèi)膽與外殼之間的不銹鋼與不銹鋼導熱。但是由于LNG車用氣瓶后部支撐為滑動支撐結(jié)構(gòu)，在使用過程中LNG車用氣瓶的內(nèi)膽后部與外殼后部是相對分離可滑動的。不銹鋼支撐結(jié)構(gòu)在使用中所產(chǎn)生的震動，會對環(huán)氧玻璃鋼不斷的進行磨削動作，造成絕熱性能與強度性能下降。目前，在LNG車用氣瓶后部支撐設置環(huán)氧玻璃鋼套環(huán)的方式已逐漸淘汰。

LNG車用氣瓶的發(fā)展初期，主要是用于城市公交，路況平坦。該支撐結(jié)構(gòu)的強度與漏熱確實能夠滿足LNG汽車的日常使用需求。但隨著后續(xù)LNG汽車的發(fā)展，越來越多的重卡也開始使用LNG車用氣瓶代替原來的柴油燃料。而相當一部分重卡日常行駛路況崎嶇，這在礦用車的使用上尤為明顯。原來的支撐結(jié)構(gòu)時有發(fā)生后部支撐板斷裂的情況。于是，人們對后部支撐結(jié)構(gòu)不斷的進行改進，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.圓盤支持。

十字支撐：

十字支撐在原來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車用氣瓶的內(nèi)膽后封頭處支撐釘同樣穿過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以縱向支撐為主的基礎(chǔ)上增加了一項橫向支撐，受力更加均勻、牢靠。此外，該十字支撐結(jié)構(gòu)還在兩端腰部開弧形缺口，減少熱量從支撐釘傳遞至LNG車用氣瓶外后封頭路徑上的橫截面積。從而降低其漏熱量。

圓盤支撐：

圓盤支撐是將后部支撐帶改為整片圓盤，圓盤中心開圓孔，LNG車用氣瓶內(nèi)膽后封頭處支撐釘穿過圓盤支持中心圓孔掛靠固定。由于導熱的截面積過大，所以除了與十字支撐一樣采用開圓形缺口的方式降低導熱截面積以外，還會減薄壁厚至2mm左右。由于圓盤支撐的壁厚較薄，為了很好的承受住LNG車用氣瓶內(nèi)膽的重力載荷，一般在圓盤支撐的中心部分還會增加一塊墊板進行加厚處理。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車用氣瓶后部支持結(jié)構(gòu)目前被普遍應用在各家LNG車用氣瓶廠家。相對早期的平板支撐，這兩種支撐結(jié)構(gòu)在該部位的漏熱量都相應上升不少，在犧牲絕熱性能的基礎(chǔ)上滿足了LNG汽車復雜工況使用的強度要求。其實，我們在改變強度的方法上，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)與測試階段—槽型折板支撐。它是對最初的平板支撐板進行折彎處理，變成槽型結(jié)構(gòu)，并在上下兩端腰部開圓形缺口。LNG車用氣瓶內(nèi)膽后封頭處的支撐釘同樣通過槽型折板支撐的中心圓孔掛靠固定。該結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢在于，所用的材料遠少于十字支撐與圓盤支撐，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度，使單個后部支撐板也能達到十字支撐或圓盤支撐結(jié)構(gòu)的強度，即可有效減少支撐板橫截面的熱傳導；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圓孔等多種形式孔用于降低支撐導熱截面積，提高絕熱性能。

LNG車用氣瓶結(jié)構(gòu)設計的關(guān)鍵就是在保證LNG汽車日常使用所需的強度基礎(chǔ)上不斷的提升其絕熱性能。而LNG車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，對前部支撐結(jié)構(gòu)與后部支撐結(jié)構(gòu)的不斷改進是各個廠家提升產(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、增加強度、改善絕熱性能的優(yōu)勢，相信在將來，該支撐結(jié)構(gòu)通過測試逐步進入實際使用后，會越來越多的取代目前的支撐結(jié)構(gòu)形式。