浅谈LNG车用气瓶后部支撑结构

张炫

【摘 要】 液化天然气车用气瓶（下文简称LNG车用气瓶）随着多年的发展，其结构不断的改进完善，已经基本能够满足我们日常使用的需求。就如LNG车用气瓶的后部支持结构而言，从一开始的单块平板支持开始，发展到目前的多种结构，在保证支撑强度的基础上不断升级绝热效果，提升LNG车用气瓶的绝热性能。本文主要浅析了LNG车用气瓶发展过程中其后部支撑结构的不断改进演变过程，并对后续的结构改进进行了分析。

【关键词】 LNG车用气瓶 支撑结构 漏热 强度

LNG车用气瓶，由内胆和外壳两个主体部分构成，内胆和外壳通过前后支撑相连接，内胆与外壳之间所形成的夹层，通过抽真空、多层缠绕等工艺来进行绝热处理，使得内胆保存的-162度的低温液化天然气得以很好的存储，而不至于因环境温度的导热过快而蒸发气化。除了夹层的高真空多层缠绕绝热以外，其前后支撑部位便是整个气瓶最主要的导热点。而支撑结构又对气瓶的强度起到了一定的保护作用，其即要减少漏热又要保证日常使用过程中的强度可靠。这对结构设计是一大考验。

在LNG车用气瓶发展的最初阶段，气瓶的后部支持主要是依靠一整块的平板支撑来实现的。LNG车用气瓶的内胆后封头顶端设置一根支撑钉，在其外壳后封头处设置一块纵向平板，中间开孔。支撑钉通过该支撑板圆孔后挂靠固定。平板的尺寸因厂家不同而略有区别。厚度一般在3mm左右，宽度为60-100之间。部分厂家还会在支撑板与支撑钉之间设置环氧玻璃钢套环，阻止LNG车用气瓶内胆与外壳之间的不锈钢与不锈钢导热。但是由于LNG车用气瓶后部支撑为滑动支撑结构，在使用过程中LNG车用气瓶的内胆后部与外壳后部是相对分离可滑动的。不锈钢支撑结构在使用中所产生的震动，会对环氧玻璃钢不断的进行磨削动作，造成绝热性能与强度性能下降。目前，在LNG车用气瓶后部支撑设置环氧玻璃钢套环的方式已逐渐淘汰。

LNG车用气瓶的发展初期，主要是用于城市公交，路况平坦。该支撑结构的强度与漏热确实能够满足LNG汽车的日常使用需求。但随着后续LNG汽车的发展，越来越多的重卡也开始使用LNG车用气瓶代替原来的柴油燃料。而相当一部分重卡日常行驶路况崎岖，这在矿用车的使用上尤为明显。原来的支撑结构时有发生后部支撑板断裂的情况。于是，人们对后部支撑结构不断的进行改进，并逐渐演变为目前两种主流的后部支撑结构：1.十字支撑、2.圆盘支持。

十字支撑：

十字支撑在原来的纵向平板支持基础上，将一根支撑带变成纵向与水平方向两根支撑带，LNG车用气瓶的内胆后封头处支撑钉同样穿过两根支撑带中间的圆孔挂靠固定。支撑板的厚度基本保持不变，使得支撑效果在原来以纵向支撑为主的基础上增加了一项横向支撑，受力更加均匀、牢靠。此外，该十字支撑结构还在两端腰部开弧形缺口，减少热量从支撑钉传递至LNG车用气瓶外后封头路径上的横截面积。从而降低其漏热量。

圆盘支撑：

圆盘支撑是将后部支撑带改为整片圆盘，圆盘中心开圆孔，LNG车用气瓶内胆后封头处支撑钉穿过圆盘支持中心圆孔挂靠固定。由于导热的截面积过大，所以除了与十字支撑一样采用开圆形缺口的方式降低导热截面积以外，还会减薄壁厚至2mm左右。由于圆盘支撑的壁厚较薄，为了很好的承受住LNG车用气瓶内胆的重力载荷，一般在圆盘支撑的中心部分还会增加一块垫板进行加厚处理。他的好处是受力更分散，但漏热量要比十字支撑更大。

这两种LNG车用气瓶后部支持结构目前被普遍应用在各家LNG车用气瓶厂家。相对早期的平板支撑，这两种支撑结构在该部位的漏热量都相应上升不少，在牺牲绝热性能的基础上满足了LNG汽车复杂工况使用的强度要求。其实，我们在改变强度的方法上，除了选用增加材料的方式外，还可以考虑改变材料形状的方式。

目前，这种新型的支撑结构还处在研发与测试阶段—槽型折板支撑。它是对最初的平板支撑板进行折弯处理，变成槽型结构，并在上下两端腰部开圆形缺口。LNG车用气瓶内胆后封头处的支撑钉同样通过槽型折板支撑的中心圆孔挂靠固定。该结构的优势在于，所用的材料远少于十字支撑与圆盘支撑，成本较低，而本身所需材料较少，再加上上下两端腰部的圆形缺口，有效的保证了该支撑结构的绝热性能。

其将后部支撑板成型为双折边结构，有效的提升竖向后部支撑板横向受力强度，使单个后部支撑板也能达到十字支撑或圆盘支撑结构的强度，即可有效减少支撑板横截面的热传导；又降低了成本，提高了生产效率。而且在后部支撑板上的开圆孔等多种形式孔用于降低支撑导热截面积，提高绝热性能。

LNG车用气瓶结构设计的关键就是在保证LNG汽车日常使用所需的强度基础上不断的提升其绝热性能。而LNG车用气瓶的绝热性能最主要的三大块即夹层高真空多层缠绕绝热、前部支撑结构与后部支撑结构。夹层高真空多层缠绕绝热，虽然各个厂家处理工艺有所区别，但其结构、材料、原理都是一致的。所以，对前部支撑结构与后部支撑结构的不断改进是各个厂家提升产品性能、降低产品成本的关键。这种槽型折板支撑结构在现有支撑结构基础上具有降低成本、增加强度、改善绝热性能的优势，相信在将来，该支撑结构通过测试逐步进入实际使用后，会越来越多的取代目前的支撑结构形式。