CN109110047B - 一种深海潜水器耐压壳体 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种深海潜水器耐压壳体，属于深海潜水器领域。该耐压壳体包括外耐压球壳和内耐压球壳，外耐压球壳和内耐压球壳之间的腔体内有海水；外耐压球壳的外侧设置有第一溢流阀，内耐压球壳上的外侧设置有第二溢流阀，第二溢流阀在内耐压球壳上的缓流腔内；内耐压球壳的外侧还设置有高压气瓶，高压气瓶与腔体连接；外耐压球壳和内耐压球壳上设置有出入舱口，出入舱口处的外耐压球壳和内耐压球壳上设置有出入舱口盖基座，出入舱口盖基座上设置有出入舱口盖；解决了潜深不变球壳半径增加的情况下，耐压壳体的材料要求难以实现的问题，能够保证潜深不变、球壳半径增加的同时降低结构所受外载，保障了结构的强度和稳定性。
Description
技术领域
本发明实施例涉及深海潜水器领域，特别涉及一种深海潜水器耐压壳体。
背景技术
深海潜水器是目前进行海洋研究的重要装备之一，可以运载科研人员进入深海进行科研工作。耐压壳体是保障深海潜水器中科研人员健康安全和设备正常工作的重要部分。现有的大型深海载人潜水器的干式空间有限，载人球壳的内径只有2m左右，能够携带的科研人员有限。
σ表示球壳薄膜应力，t表示球壳厚度，R表示球壳半径，P表示计算压力。
根据上述公式可以看出，在保持相同计算压力和应力状态的情况下，若要增加球壳半径，则相应地需要增加球壳厚度。以4500m深海潜水器为例，经过加工后的球壳厚度为55mm左右，根据现有工艺，制作该深海潜水器球壳的钛合金板材厚度约为90mm左右。如果将4500m深海潜水器增加一倍即增加至4m，则制造材料的厚度也需要增加一倍，即需要厚度约为150mm-180mm左右的钛合金板材，以目前的加工能力难以实现。
发明内容
为了解决现有技术的问题，本发明实施例提供了一种深海潜水器耐压壳体。
该技术方案如下：
第一方面，提供了一种深海潜水器耐压壳体，包括外耐压球壳和内耐压球壳，外耐压球壳和内耐压球壳之间的腔体内有海水，海水的压强为预定值；
外耐压球壳的外侧设置有第一溢流阀，内耐压球壳上的外侧设置有第二溢流阀，第二溢流阀在内耐压球壳上的缓流腔内；
内耐压球壳的外侧还设置有高压气瓶，高压气瓶与腔体连接；
外耐压球壳和内耐压球壳上设置有出入舱口，出入舱口处的外耐压球壳和内耐压球壳上设置有出入舱口盖基座，出入舱口盖基座上设置有出入舱口盖。
可选的，外耐压球壳和内耐压球壳上设置有观察窗；
观察窗位置处的外耐压球壳和内耐压球壳上设置有观察窗基座；
观察窗基座之间设置有观察窗玻璃。
可选的，第二溢流阀与电动开关阀连接。
可选的，溢流阀由阀芯、推杆和预紧弹簧组成；
阀芯和预紧弹簧在溢流阀的内部腔体中，阀芯的一端与预紧弹簧的一端连接，推杆在溢流阀的内部腔体中的一端与预紧弹簧的另一端连接。
可选的，在深海潜水器下潜，外耐压球壳和内耐压球壳之间的腔体内的海水的压强大于预定值时，腔体内的海水通过第二溢流阀流入缓流腔，令腔体内的海水的压强保持在预定值。
可选的，在深海潜水器在预定深度以内上浮时，第二溢流阀关闭，高压气瓶通过单向阀向外耐压球壳和内耐压球壳之间的腔体内充气，腔体内的海水通过第一溢流阀排出。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
将内耐压球壳和外耐压球壳通过出入舱口基座、观察窗基座连接起来，在内耐压球壳和外耐压球壳之间的腔体中注入压强为预定值的海水，在内耐压球壳外侧和外耐压球壳外侧分别设置溢流阀，在深海潜水器下潜时，通过内溢流阀调节内耐压球壳和外耐压球壳之间的海水压力，令内耐压球壳和外耐压球壳的应力状态保持在预定值的外压作用下；在深海潜水器上浮时，关闭内耐压球壳上的溢流阀，利用高压气和外耐压球壳上的溢流阀调节深海潜水器的浮力状态，解决了在潜深不变球壳半径增加的情况下，对耐压壳体的材料要求难以实现的问题，能够保证潜深不变、球壳半径增加的同时，降低结构所受外载，保障了结构的强度和稳定性，实现了耐压壳体的分压饱压功能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据一示例性实施例示出的一种深海潜水器耐压壳体的二维示意图；
图2是根据一示例性实施例示出的一种溢流阀结构的二维示意图；
图3是根据一示例性实施例示出的深海潜水器下潜前预压的示意图；
图4是根据一示例性实施例示出的深海潜水器耐压壳体在最大工作潜深时的示意图；
图5是根据一示例性实施例示出的深海潜水器排气上浮的示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
请参考图1，其示出了本发明一个实施例提供的深海潜水器耐压壳体的二维示意图。
该深海潜水器耐压壳体包括外耐压球壳11和内耐压球壳12，外耐压球壳11和内耐压球壳12之间的腔体内有海水。
海水的压强为预定值，可选的，预定值为30MPa。
外耐压球壳11的外侧设置有第一溢流阀14，内耐压球壳12的外侧设置有第二溢流阀15。
第一溢流阀14和第二溢流阀15的结构相同。
可选的，第一溢流阀14的数量为一个，第二溢流阀15的数量为一个。
内耐压球壳12上设置有缓流腔16，缓流腔16在深海潜水器耐压壳体的内部。
第二溢流阀15在缓流腔16内。第二溢流阀15与电动开关阀连接，电动开关阀用于关闭第二溢流阀。可选的，第二溢流阀的容压为预定值，比如，第二溢流阀的容压为30MPa。
内耐压球壳12的外侧还设置有高压气瓶23，高压气瓶23和外耐压球壳11与内耐压球壳12之间的腔体13连接。
外耐压球壳11和内耐压球壳12上设置有出入舱口21，出入舱口21处的外耐压球壳11和内耐压球壳12上设置有出入舱口盖基座17，出入舱口盖基座上设置有出入舱口盖18。
可选的，出入舱口的数量为一个。
外耐压球壳11和内耐压球壳12上设置有观察窗22。
观察窗位置处的外耐压球壳11和内耐压球壳12上设置有观察窗基座19，观察窗基座19之间设置有观察窗玻璃20。
观察窗的数量根据实际需要确定。
图2示例性地示出了溢流阀结构的二维示意图。
溢流阀由阀芯211、推杆213和预紧弹簧212组成。
溢流阀通过密封面214构成内部腔体210。
溢流阀的一部分在外耐压球壳和内耐压球壳之间的腔体中。
阀芯211和预紧弹簧212在溢流阀的内部腔体210中，阀芯211的一端与预紧弹簧211的一端连接，推杆213的在溢流阀的内部腔体210中的一端通过密封面214与预紧弹簧212的另一端连接。
溢流阀的内部腔体210中的密封面214的宽度大于推杆213在内部腔体210中的一端的宽度。
当外耐压球壳与内耐压球壳之间的腔体13的压力大于溢流阀的额定压力时，推杆213被推动，向阀芯211移动，预紧弹簧212被压缩，外耐压球壳和内耐压球壳之间的腔体13内的海水通过溢流阀流出；当外耐压球壳与内耐压球壳之间的腔体13的压力小于溢流阀的额定压力时，推杆213不移动，外耐压球壳和内耐压球壳之间的腔体13内的海水不能通过溢流阀流出。
溢流阀的额定压力与预紧弹簧212有关。
使用本发明实施例提供的深海潜水器耐压壳体的深海潜水器在下潜之前，向外耐压球壳与内耐压球壳之间的腔体中注入30MPa海水，如图3所示；在潜水器下潜时，腔体13内部的海水会在外压状态下产生抗力，进而影响结构，在外耐压球壳和内耐压球壳之间的腔体内的海水的压强大于预定值时，第二溢流阀15被动地起作用，腔体13内的海水通过第二溢流阀15流入缓流腔16，令腔体13内的海水的压强保持在预定值。
比如，在深海潜水器下潜前，在腔体13内注入30MPa海水，当腔体13内的水压超过30MPa，第二溢流阀15将腔体13内多余的海水引入缓流腔16中，保持30MPa的腔体压力，而此时，30MPa的腔体压力不足以触发第一溢流阀14，第一溢流阀14保持常关闭状态，这样即使深海潜水器下潜至60MPa的水深或6000米水深下，腔体13内仍能保持29-31MPa的水压，如图4所示。
在深海潜水器在预定深度以内上浮时，通过电动开关阀控制第二溢流阀15关闭，控制高压气瓶23通过单向阀向外耐压球壳11和内耐压球壳12之间的腔体13内充气，腔体13内的海水通过第一溢流阀14排出，如图5所示，实现快速上浮的功能。
在制造该深海潜水器耐压壳体时，外耐压球壳和内耐压球壳采用100mm以下的厚板瓜瓣拼焊接的方式，出入舱口基座和观察窗基座采用大规格锻件成型，这两种工艺比100mm以上的钛合金超大厚板的研制和焊接更加成熟稳定，并具有较高的可靠性。
本发明实施例提供的深海潜水器耐压壳体，将内耐压球壳和外耐压球壳通过出入舱口基座、观察窗基座连接起来，在内耐压球壳和外耐压球壳之间的腔体中注入压强为预定值的海水，在内耐压球壳外侧和外耐压球壳外侧分别设置溢流阀，在深海潜水器下潜时，通过内耐压球壳上的溢流阀调节内耐压球壳和外耐压球壳之间的海水压力，令内耐压球壳和外耐压球壳的应力状态保持在预定值的外压作用下；在深海潜水器上浮时，关闭内耐压球壳上的溢流阀，利用高压气和外耐压球壳上的溢流阀调节深海潜水器的浮力状态，实现快速上浮；解决了在潜深不变球壳半径增加的情况下，对耐压壳体的材料要求难以实现的问题，能够保证潜深不变、球壳半径增加的同时，降低结构所受外载，保障了结构的强度和稳定性，实现了耐压壳体的分压饱压功能。
此外，还规避了需要制作超大厚度的钛合金板的问题，使用成熟工艺的大规格锻件，实用性更强。
需要说明的是：上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种深海潜水器耐压壳体，其特征在于，包括外耐压球壳和内耐压球壳，外耐压球壳和内耐压球壳之间的腔体内有海水，所述海水的压强为预定值；
所述外耐压球壳的外侧设置有第一溢流阀，所述内耐压球壳上的外侧设置有第二溢流阀，所述第二溢流阀在所述内耐压球壳上的缓流腔内；
所述内耐压球壳的外侧还设置有高压气瓶，所述高压气瓶与所述腔体连接；
所述外耐压球壳和所述内耐压球壳上设置有出入舱口，所述出入舱口处的所述外耐压球壳和所述内耐压球壳上设置有出入舱口盖基座，所述出入舱口盖基座上设置有出入舱口盖；
在深海潜水器下潜，所述外耐压球壳和所述内耐压球壳之间的腔体内的海水的压强大于所述预定值时，所述腔体内的海水通过所述第二溢流阀流入所述缓流腔，令所述腔体内的海水的压强保持在所述预定值；
在所述深海潜水器在预定深度以内上浮时，所述第二溢流阀关闭，所述高压气瓶通过单向阀向所述外耐压球壳和所述内耐压球壳之间的腔体内充气，所述腔体内的海水通过所述第一溢流阀排出。
2.根据权利要求1所述的深海潜水器耐压壳体，其特征在于，所述外耐压球壳和所述内耐压球壳上设置有观察窗；
所述观察窗位置处的所述外耐压球壳和所述内耐压球壳上设置有观察窗基座；
所述观察窗基座之间设置有观察窗玻璃。
3.根据权利要求1所述的深海潜水器耐压壳体，其特征在于，所述第二溢流阀与电动开关阀连接。
4.根据权利要求1至3任一所述的深海潜水器耐压壳体，其特征在于，溢流阀由阀芯、推杆和预紧弹簧组成；
所述阀芯和所述预紧弹簧在所述溢流阀的内部腔体中，所述阀芯的一端与所述预紧弹簧的一端连接，所述推杆在所述溢流阀的内部腔体中的一端与所述预紧弹簧的另一端连接。
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