路径: 主页 > GB/T > 第317页 > GB/T 35544-2017 | 标准编号 | GB/T 35544-2017 (GB/T35544-2017) | | 中文名称 | 车用压缩氢气铝内胆碳纤维全缠绕气瓶 | | 英文名称 | Fully wrapped carbon fiber reinforced cylinders with an aluminum liner for the on-board storage of compressed hydrogen as a fuel for land vehicles | | 行业 | 国家标准 (推荐) | | 中标分类 | J74 | | 国际标准分类 | 23.020.30 | | 字数估计 | 42,466 | | 发布日期 | 2017-12-29 | | 实施日期 | 2018-07-01 | | 发布机构 | 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局、中国国家标准化管理委员会 | GB/T 35544-2017: 车用压缩氢气铝内胆碳纤维全缠绕气瓶
GB/T 35544-2017 英文名称: [Including 2020XG1] Fully wrapped carbon fiber reinforced cylinders with an aluminum liner for the on-board storage of compressed hydrogen as a fuel for land vehicles
ICS 23.020.30
J74
中华人民共和国国家标准
车用压缩氢气铝内胆碳纤维全缠绕气瓶
中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局
中国国家标准化管理委员会发布
1 范围
本标准规定了车用压缩氢气铝内胆碳纤维全缠绕气瓶(以下简称气瓶)的型式和参数、技术要求、试
验方法、检验规则、标志、包装、运输和储存等要求。
本标准适用于设计制造公称工作压力不超过70MPa、公称水容积不大于450L、贮存介质为压缩
氢气、工作温度不低于-40℃且不高于85℃、固定在道路车辆上用作燃料箱的可重复充装气瓶。
注:氢燃料电池城市轨道交通等供氢用气瓶可参照本标准进行制造及检验。
2 规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文
件。凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。
5.2.1 一般要求
制造气瓶的材料,应有材料制造单位提供的质量证明书原件,或者加盖了材料经营单位公章且有经
办人签字(章)的质量证明书复印件。
5.2.2.1 内胆应采用6061铝合金,其化学成分应符合表2的规定。
5.2.2.2 铝内胆材料应满足相应标准的规定,板材应符合GB/T 3880.1、GB/T 3880.2、GB/T 3880.3的
规定,管材应符合GB/T 4437.1的规定,挤压棒材应符合GB/T 3191的规定,铸锭应符合YS/T 67的
规定。铸锭应进行超声检测,超声检测按ϕ2mm 当量平底孔进行,检验方法应符合 GB/T 6519的
规定。
5.2.2.3 铝内胆材料应经气瓶制造单位复验合格后方可使用。气瓶制造单位应按材料炉罐号根据
GB/T 7999或GB/T 20975进行化学成分复验。
5.2.3.1 浸渍材料应采用环氧树脂或改性环氧树脂等耐热性高且稳定性好的热固性树脂。树脂的环氧
当量测定应按GB/T 4612的规定执行,树脂材料的玻璃化转变温度应按GB/T 19466.2的规定进行测
定,且其值应不低于105℃。
5.2.3.2 浸渍材料的性能和技术指标应符合相应的国家标准或行业标准的规定。
5.2.4.1.1 承载纤维应采用连续无捻碳纤维,不准许采用混合纤维。
注:当采用碳纤维作为承载纤维,用玻璃纤维作为防电偶腐蚀层或外表面保护层时,不认为是混合纤维。
5.2.4.1.2 每批碳纤维的力学性能应符合气瓶设计文件的规定。
5.2.4.1.3 气瓶制造单位应对碳纤维材料按批进行复验。纤维线密度(公制号数)应按GB/T 3362或
GB/T 30019测定;纤维浸胶拉伸强度应按GB/T 3362或GB/T 26749测定。
5.2.4.2.1 应采用S型或E型玻璃纤维,其力学性能应符合气瓶设计文件的规定。
5.2.4.2.2 玻璃纤维只允许用作气瓶外表面保护层或防电偶腐蚀层。
5.2.4.2.3 采用GB/T 7690.3规定的方法,按批对玻璃纤维力学性能进行复验。
5.3.1.1 铝内胆端部应采用凸形结构。
5.3.1.2 铝内胆端部应采用渐变厚度设计,筒体与端部应圆滑过渡。
5.3.1.3 铝内胆最小设计壁厚应通过应力分析验证。
5.3.1.4 气瓶瓶口应开在气瓶端部,且应与铝内胆同轴。
5.3.1.5 瓶口的外径和厚度应满足瓶阀装配时的扭矩要求。必要时,瓶口可采用增强结构,如钢套等。
5.3.1.6 瓶口螺纹应采用直螺纹,螺纹长度应大于气瓶阀门螺纹的有效长度,且应符合 GB/T 192、
GB/T 196、GB/T 197或GB/T 20668的规定。
5.3.1.7 瓶口螺纹在水压试验压力下的切应力安全系数应不小于4。计算螺纹切应力安全系数时,铝
合金剪切强度取0.6倍的材料抗拉强度保证值。
5.3.2.1 气瓶水压试验压力应不低于1.5倍公称工作压力。
5.3.2.2 纤维应力比应不低于2.25。
5.3.2.3 气瓶最小爆破压力应不低于2.25倍公称工作压力。
5.3.2.4 气瓶外表面可以采用适当的保护层进行防护。如果保护层作为设计的一部分时,应符合
5.3.2.5 气瓶使用条件中不包括因外力等引起的附加载荷。
采用有限单元法,建立合适的气瓶分析模型,计算气瓶在自紧压力、自紧后零压力、公称工作压力、
许用压力、水压试验压力和最小爆破压力下,铝内胆和缠绕层中的应力和应变。分析模型应考虑铝内胆
的材料非线性、复合材料各向异性和结构的几何非线性。
5.3.4 最大允许缺陷尺寸
采用含裂纹气瓶常温压力循环试验方法或者基于断裂力学的工程评估方法,确定铝内胆无损检测
时的最大允许缺陷尺寸,参见附录A。
5.4.1.1 气瓶应符合产品设计图样和相关技术文件的规定。
5.4.1.2 制造应分批管理,铝内胆成品和气瓶成品均以不大于200只加上破坏性试验用铝内胆或气瓶
的数量为一个批。
5.4.2.1 铸锭和挤压棒材应挤压成形,或者挤压后冷拉伸成形;板材应冲压冷拉伸或旋压成形;管材应
旋压成形。铝内胆不得进行焊接。
6.1.1.2 合格指标
铝内胆的壁厚和制造公差应符合以下要求:
a) 壁厚应不小于最小设计壁厚;
b) 筒体外直径平均值和公称外直径的偏差不超过公称外直径的1%;
c) 筒体同一截面上最大外直径与最小外直径之差不超过公称外直径的2%;
d) 筒体直线度不超过筒体长度的3‰。
6.1.2.2 合格指标
铝内胆内外表面应符合以下要求:
a) 内、外表面无肉眼可见的表面压痕、凸起、重叠、裂纹和夹杂,颈部与端部过渡部分无突变或明
显皱折;
b) 筒体与端部应圆滑过渡;
c) 若采用机加工或机械修磨的方法去除表面缺陷,缺陷去除部位应圆滑过渡,且壁厚不小于最小
设计壁厚。
6.1.3.2 合格指标
瓶口螺纹应符合以下要求:
a) 螺纹的有效螺距数和表面粗糙度应符合设计规定;
b) 螺纹牙型、尺寸和公差应符合相关标准规定。
冷弯试验应按GB/T 232规定的方法执行,并同时符合以下要求:
a) 圆环应从拉伸试验所取试样的铝内胆上用机械方法环向截取;
b) 圆环试样的宽度为25mm,将圆环等分成2条,任取1条试样进行冷弯试验。试验前应对试
样侧面进行加工,其轮廓算术平均偏差Ra的值应不大于12.5μm,圆角半径应不大于2mm;
c) 弯心直径应按表3选取,试样按图4进行弯曲,弯曲角度180°。
按GB/T 15385规定的试验方法在常温条件下进行水压爆破试验,并同时满足以下要求:
a) 试验介质应为非腐蚀性液体;
b) 当试验压力大于1.5p时,升压速率应小于1.4MPa/s。若升压速率小于或者等于0.35MPa/s,加
压直至爆破;若升压速率大于0.35MPa/s且小于1.4MPa/s,如果气瓶处于压力源和测压装
置之间,则加压直至爆破,否则应在达到最小爆破压力后保压至少5s后,继续加压直至爆破。
6.2.5.2 合格指标
爆破起始位置应在气瓶筒体部位。对于A类气瓶,实测爆破压力应大于或者等于pbmin;对于B类
气瓶,实测爆破压力应在0.9pb0~1.1pb0内,且大于或者等于pbmin。气瓶爆破压力期望值pb0应由制造
单位提供数值及依据(含实测值及其统计分析)。
6.2.7.1 试验方法
气瓶及其附件应进行火烧试验,并同时满足以下要求:
a) 局部火烧位置应为气瓶上距安全泄压装置最远的区域。如果气瓶两端均装有安全泄压装置,
火源应处于安全泄压装置间的中心位置;
b) 试验前,用氢气或空气缓慢将气瓶加压至公称工作压力p;
c) 火源为液化石油气(LPG)、天然气或者煤油燃烧器,其宽度应大于或者等于气瓶直径,使火焰
由气瓶的下部及两侧将其环绕。局部火烧时的火源长度为(250±50)mm,整体火烧时的火源
长度应吞没整个气瓶;
d) 气瓶应水平放置,并使其下表面距火源约100mm。在气瓶轴向不超过1.65m的区域内至少
设置5个热电偶(至少2个设置在局部火烧范围内;至少3个设置在其他区域)。设置在其他
区域的热电偶应等间距布置且间距小于或者等于0.5m。热电偶距气瓶下表面的距离为
(25±10)mm。必要时,还可在安全泄压装置及气瓶其他部位设置更多的热电偶;
e) 试验时应采用防风板等遮风措施,使气瓶受热均匀;
f) 火烧试验时,热电偶指示温度如图5所示。局部火烧阶段,气瓶火烧区域上热电偶指示温度在
点火后1min内至少应达到300℃,在3min内至少达到600℃,在之后的7min内不得低于
600℃,但也不得高于900℃。点火10min后进入整体火烧阶段,火焰应迅速布满整个气瓶长
度,热电偶指示温度至少应达到800℃,但不得高于1100℃。热电偶指示温度应满足表4的
规定。
6.2.8.1.1 高温压力循环试验
试验步骤如下:
a) 将零压力下的气瓶置于温度不低于85℃、相对湿度不低于95% 的环境中48h;
b) 在此环境中按GB/T 9252的规定进行压力循环试验,其中:循环压力下限应为(2±1)MPa,循
环压力上限应不低于1.25p,压力循环频率应不超过6次/min,压力循环次数为4000次;
c) 试验过程中应保证气瓶表面与试验介质温度均达到规定值。
6.2.8.1.2 低温压力循环试验
试验步骤如下:
a) 将零压力的气瓶置于温度不高于-40℃环境中直至纤维缠绕层外表面温度不高于-40℃;
b) 在此环境中按GB/T 9252的规定进行压力循环试验,其中:循环压力下限应为(2±1)MPa,循
环压力上限应不低于0.8p,压力循环频率应不超过6次/min,压力循环次数为4000次;
c) 试验过程中应保证气瓶表面与试验介质温度均达到规定值。
6.2.11.1 气瓶放置和区域划分
在气瓶筒体上部划分5个明显区域,以便进行摆锤冲击和化学暴露,如图6所示。每个区域的直径
应为100mm。5个区域可不在一条直线上,但不应重叠。
6.2.11.2 摆锤冲击预处理
在5个区域各自的中心附近用摆锤进行冲击预处理。摆锤应为钢制,且侧面为等边三角形、底部为
方形的锥体,顶点和棱的圆角半径为3mm。摆锤撞击中心与锥体重心的连线应在气瓶撞击点法线上,
摆锤的冲击能量应大于或者等于30J。在摆锤冲击过程中,应保持气瓶固定且始终无内压。
6.2.12.1 试验方法
跌落试验应使用无内压、不安装瓶阀的气瓶。气瓶跌落面应为水平、光滑的水泥地面或者与之相类
似的坚硬表面。试验步骤如下:
a) 气瓶下表面距跌落面1.8m,水平跌落1次。
b) 气瓶垂直跌落,两端分别接触跌落面1次。跌落高度应使气瓶具有大于或者等于488J的势
能,同时应保证气瓶较低端距跌落面的高度小于或者等于1.8m。为保证气瓶能够自由跌落,
可采取措施防止气瓶翻倒。
c) 气瓶瓶口向下与竖直方向成45°角跌落1次,如气瓶低端距跌落面小于0.6m,则应改变跌落
角度以保证最小高度为0.6m,同时应保证气瓶重心距跌落面的高度为1.8m。试验过程如
图7所示。若气瓶两端都有开口,则应将两瓶口分别向下进行跌落试验;
d) 气瓶跌落后,按照6.2.6.1的规定进行常温压力循环试验,循环次数为气瓶设计循环次数Nd。
6.2.15 耐久性试验
在6.2.6规定的常温压力循环试验中,如果3只气瓶的实测循环次数均大于11000次,或3只气瓶
的实测循环次数最大值与最小值之比小于或者等于1.25,则仅随机抽取1只气瓶按图8进行耐久性试
验,否则,应抽取3只气瓶按图8进行耐久性试验。
6.2.15.2 跌落试验
气瓶应按6.2.12.1规定进行跌落试验,之后按照6.2.6的规定进行常温压力循环试验。跌落试验可
采用单只或者3只气瓶。采用单只气瓶时,跌落试验合格后进行6.2.15规定的后续试验;采用3只气瓶
时,按以下方法确定后续试验用气瓶:
a) 若每只气瓶均能达到常温压力循环试验的要求,则采用进行45°角跌落的气瓶;
b) 若有气瓶不能满足常温压力循环试验的要求,则应先确定压力循环次数最小的跌落方向,再
用新气瓶进行该方向的跌落试验,常温压力循环试验合格后再进行后续试验。
6.2.16.2 常温和极限温度气压循环试验
用氢气对气瓶及其附件进行500次气压循环试验。试验分为两组,每组各进行250次压力循环试
验,试验顺序和试验条件如图9和表5所示。每组气压循环试验后应按6.2.16.3的规定进行极限温度
下气压泄漏/渗透试验。试验应同时满足以下要求:
a) 试验前,将气瓶在规定的温度、相对湿度环境中至少静置24h;
b) 试验过程中,试验用氢气温度应控制在规定的温度范围内,并保持环境温度和相对湿度稳定。
如果在实际使用中采用特殊装置防止气瓶内部出现极限温度,在试验时可使用该装置;
c) 循环压力的下限为(2±1)MPa,上限为规定的压力(允许偏差为±1MPa)。若气瓶在使用过
程中的压力始终大于其规定压力,则应以此压力为循环压力的下限;
d) 应在3min内匀速将气瓶充装至规定的压力,但充氢速率不得大于60g/s。如果试验过程中
气瓶内的温度高于85℃,则应适当降低充氢速率;
e) 放氢速率应大于或者等于实际使用时气瓶最大放氢速率。
6.2.16.3 极限温度下气压泄漏/渗透试验
极限温度下气压泄漏/渗透试验应在6.2.16.2中每组气压循环试验之后进行。试验步骤如下:
a) 气体泄漏试验步骤如下:
1) 用氢气将气瓶及其附件加压至1.15p;
2) 将气瓶及其附件置于温度大于或者等于55℃的密闭容器内保压,保压时间应取泄漏稳定
所需时间与30h中的较大值。测量稳态时的泄漏速率,最大允许氢气泄漏速率应为
46mL/(h·L)。
b) 若实测氢气泄漏速率大于3.6NmL/min(0.005mg/s),则应进行局部泄漏试验,以确保每个
泄漏点的氢气泄漏速率应不超过3.6NmL/min(0.005mg/s)。
7.3.1 设计变更允许减少型式试验项目。设计变更除应按表6规定项目进行逐只检验和批量检验外,
还应按表7规定的项目重新进行型式试验。
7.3.2 当气瓶使用新纤维材料或新树脂材料,公称工作压力变化≤20%,内胆壁厚减薄,外直径、长度
或端部结构发生变化时,均应重新进行应力分析。
7.3.3 碳纤维符合下......
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