T/CPASE GP043-2025 大容积铝合金内胆碳纤维全缠绕复合气瓶

《大容积铝合金内胆碳纤维全缠绕复合气瓶》标准主要内容总结

一、标准概述

该标准由中国特种设备安全与节能促进会提出并归口，规定了公称水容积大于450L且小于或等于1500L的大容积铝合金内胆碳纤维全缠绕复合气瓶的技术要求。标准适用于工作温度-40℃~65℃、公称工作压力20MPa~70MPa的可重复充装气瓶，主要充装介质包括氢气、天然气等压缩气体。

二、适用范围与定义

1. ​​适用范围​​：
   • 使用环境温度：-40℃~65℃
   • 工作温度：-40℃~65℃
   • 公称工作压力：20MPa~70MPa
   • 公称水容积：450L~1500L
   • 充装介质：氢气、天然气、氧气等压缩气体
2. ​​关键术语定义​​：
   • 全缠绕：用浸渍树脂基体的连续碳纤维在内胆上进行螺旋和环向缠绕的增强方式
   • 自紧：通过内压使内胆产生塑性变形，使复合气瓶在零压力下内胆受压应力、碳纤维受拉应力的过程
   • 纤维应力比：最小设计爆破压力下的碳纤维应力与公称工作压力下的碳纤维应力之比

三、产品结构与参数

1. ​​型号表示​​：
   复合气瓶型号由五部分组成，包括产品代号、内胆公称外径、公称水容积、公称工作压力等要素。例如：TUBEⅢ-537-1100-52表示公称工作压力52MPa，内胆公称外径537mm，公称水容积1100L的复合气瓶。
2. ​​典型结构​​：
   复合气瓶由碳纤维缠绕层、防电偶腐蚀层、铝合金内胆和外保护层组成。
3. ​​主要参数​​：
   • 公称水容积允许偏差：450L~1000L为+1.5%，1000L~1500L为+1%
   • 内胆公称外径：300mm~800mm，允许偏差±1%
   • 气瓶公称长度：2000mm~6000mm，允许偏差±0.5%

四、技术要求

1. ​​材料要求​​：
   • 内胆材料：牌号6061铝合金，化学成分需符合标准规定
   • 缠绕层材料：连续无捻碳纤维，禁用混合纤维
   • 树脂材料：环氧树脂或改性环氧树脂，玻璃化转变温度≥105℃
   • 端塞材料：可选用不锈钢或铝合金锻件
2. ​​设计规范​​：
   • 内胆端部采用凸形结构，渐变厚度设计
   • 瓶口螺纹剪切应力安全系数≥4
   • 纤维应力比≥3
   • 最小爆破压力≥3倍公称工作压力
   • 设计使用年限15年，充装频率≤500次/年
3. ​​制造要求​​：
   • 内胆不准许焊接
   • 制造批管理：内胆和复合气瓶成品均以≤200只为一批
   • 缠绕前内胆表面需清理干净并涂敷绝缘涂层
   • 固化温度不应影响内胆力学性能

五、试验方法与合格指标

1. ​​内胆试验​​：
   • 壁厚测量：不小于最小设计壁厚
   • 表面检查：无肉眼可见缺陷
   • 拉伸试验：断后伸长率A≥12%
   • 爆破试验：爆破压力≥设计最小爆破压力
2. ​​复合气瓶试验​​：
   • 缠绕层剪切强度：≥34.5MPa
   • 水压试验：试验压力为1.5倍公称工作压力
   • 气密性试验：保压3分钟无泄漏
   • 压力循环试验：需通过7500次循环
   • 火烧试验：590℃下5分钟内不发生爆破
3. ​​特殊试验​​：
   • 极限温度压力循环试验（高温60℃~70℃和低温-50℃~-40℃）
   • 裂纹容限试验（预制裂纹后进行压力循环）
   • 钝物撞击试验（冲击能量≥1200J）
   • 枪击试验（使用穿甲弹射击）

六、检验规则

1. ​​出厂检验​​：
   • 逐只检验：壁厚、表面、螺纹等
   • 批量检验：每批抽1只内胆进行爆破试验，抽2只复合气瓶分别进行水压爆破和压力循环试验
2. ​​型式试验​​：
   • 新设计气瓶需进行全套型式试验
   • 试验用气瓶数量≥30只
   • 包括水压爆破、火烧、枪击等多项试验
3. ​​设计变更​​：
   对材料、尺寸、压力等变更规定了需重新进行的试验项目

七、标志与文件要求

1. ​​标志要求​​：
   • 每只气瓶需设置电子标识（二维码/芯片）
   • 缠绕层表面需永久性制造标签，字高≥8mm
2. ​​文件要求​​：
   • 产品合格证：包含制造信息、技术参数等
   • 使用说明书：包含使用维护说明
   • 批量检验质量证明书：包含批量检验项目结果

八、包装运输与储存

1. 运输时需防止碰撞、受潮和损伤缠绕层
2. 储存需在干燥通风处，避免日光暴晒和接触强酸强碱

该标准为大容积铝合金内胆碳纤维复合气瓶的设计、制造和检验提供了全面规范，对推动氢能储运设备的技术进步和标准化具有重要意义。