美国REL公司采用低压金属型铸造生产方形铝合金储气罐

REL公司获得了美国能源部的基金，研究铸造方形A206铝合金储气罐铸造技术。该方形储气罐以铝合金通过低压金属型铸造生产，可更好地利用空间，可多储存35%的天然气（图1）。储气罐的形状也改进了安置燃料罐的灵活性，较之现在使用的鱼雷形的储存罐，商业上更可行。REL公司正在和一个主要压缩天然气供应商和本地一所大学合作一项3年210万美元的项目以证实该技术是可行的。

图1 方形储气罐（底盘下）比圆桶形储气罐（车厢上）空间效率高

有了设计方形天然气储存罐的想法，REL公司申请了美国能源部的先进能源研究规划局[Advanced Research Projects Agency-Energy (ARPA-E)]的基金。2012年7月REL公司获得300万元的基金进行这项研究。

具有丰富挤压铸造经验的REL公司能将金属融渗到陶瓷预成型结构中，间隙可小到10微米。REL公司的设计团队以方形结构开始，角部进行了圆角化处理以降低高应力点。

天然气储存罐内部设计由两个独立而互相交织的空腔组成，形成高表面与体积比。最终的铸件是单个的一件铝合金铸件，但是需要很多砂芯，一个一个叠在一起形成复杂的内腔（图2、图3）。生产原型样件的砂芯大部分由REL公司自己生产，部分需要3D打印。

该储气罐在3 600 psi（磅/平方英寸）的压力下工作，同时要能经受8 100 psi的爆破压力。这就需要将铸件的一致性和均匀性放在首位。REL公司有低压金属型铸造的经验，可以减少充型过程的紊流。REL公司和位于威斯康星州马尼托瓦克（Eck Industries Inc., Manitowoc, Wisconsin）的Eck Industries Inc 公司（也采用低压金属型铸造）合作生产了第一个7075铝合金样件。

这些首批铸件足以证明REL公司在其位于卡柳梅特（Calumet）的工厂投资低压金属型造型线是有前途的。工程师们其后选择采用A206铝合金铸造这些储气罐（图4）。

图2 叠芯法生产的复杂砂芯

图3 铸件内部两个独立的空腔可满足高压需求

图4 采用A206铝合金铸造的方形储气罐

“如果铸件靠近浇口部分有问题，储气罐上部有更好的性能也没有用。” Adam Loukus 说。“对低压铸造工艺需要许多工艺改进。我们需要优化金属液进入型腔的过程，需要以尽可能均匀的方式引入金属液。”

一旦REL公司可以生产质量合格的铸件，凝固后的处理就相对简单了。复杂的芯子需要进行燃烧以便清理出型腔，要去除浇口和进行热处理。

现在，REL公司接近完成了ARPA-E研究项目，并已经与美国第3大天然气公司，以休斯顿为基地的东南能源公司 (SWN)达成合作伙伴关系。提高压缩天然气储存效率和在汽车卡车上的应用，这对SWN公司有明显的商业利益，这也使REL公司在2014年12月获得3年210万美元的投资。

密歇根科技大学计算力学教授Greg Odegard 说：“储气罐制造完成后，REL公司将交给我们，我们将测试这些储气罐，安装在皮卡车上进行实验。”

SWN公司有自己的旗舰品牌的压缩天然气汽车，该公司很可能成为REL公司的第一个客户。天然气是比汽油更环境友好的燃料，压缩天然气也更便宜，每加仑1～1.50美元。Adam Loukus说：“下一步就是竞争性的问题，我认为这项技术已经显示了很大潜力，现在要做的就是改进我们的工艺和材料，生产出最好的储气罐铸件。”

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