CN101172518A - 深水耐压浮力装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供的是一种深水耐压浮力装置。它包括外部的耐等静压的厚壁球壳，在球壳内设置有框架支撑机构，所述的框架支撑机构是从球心按辐射方向对称引出的、端部与球壳内壁结合成一体的26根支撑杆。本发明所涉及的深水耐压浮力装置，改变了传统以耐压轻质材料为主的浮力装置，有效的引入了结构上的设计来提高装置的浮重比，而且在材料的选择上也有很大的余地，其提供的浮力对材料的选取无须太苛刻，更多的是考虑其结构设计，从而使其适应性更强，成本更低，可靠性更好，并且有良好的浮重比，而且有非常好的可重复设计性。

Description

深水耐压浮力装置

一、技术领域

本发明涉及一种深水耐压浮力装置，具体说是一种深水耐压浮力球，或者是在超高水压下提供浮力的装置。

二、背景技术

随着海洋开发、深海工程及大型压力装备的应用，对耐压浮力装置的提出了越来越高的要求，并且其需求量也是越来越大。特别是随着自动化水平的提高，无人工厂的建立等现代化、智能化工业的出现，对这种在超常环境下工作的装置的可靠性提出了更高的要求，而传统的浮力材料，浮重比低、成本高、可靠性差等原因的影响，越来越限制了新型深海装备工业的发展。

三、发明内容

本发明在于提供一种浮重比高，成本低，可靠性好，适应性强，可重复设计的深水耐压浮力装置。

本发明的目的是这样实现的：它包括外部的耐等静压的厚壁球壳，在球壳内设置有框架支撑机构，所述的框架支撑机构是从球心按辐射方向对称引出的、端部与球壳内壁结合成一体的26根支撑杆。

本发明还可以包括：

1、所述的球壳是中厚球壳，其厚度与半径之比为8-15％。

2、26根支撑杆的分布为在球壳的赤道平面和两极平面上各均匀分布8个支撑杆。

3、球壳中充满有高压气体。

本发明的深水耐压浮力装置是由外部的耐等静压的厚壁球壳和在其内部提高可靠性和抗冲击能力的特殊框架支撑机构组成的。外部的球壳是用耐压材料制成的，其能够承受巨大的压力。根据厚壁球壳在外等静压下的应力分布公式：

${\mathrm{\σ}}_r=\frac{{-P}_2{b}^3}{b^3-a^3}(1-\frac{a^3}{r^3})---\left(1.1\right)$

${\mathrm{\σ}}_{\mathrm{\θ}}=\frac{{-P}_2{b}^3}{b^3-a^3}(1+\frac{a^3}{{2r}^3})---\left(1.2\right)$

可得，球壳的最大应力集中出现在内壁上，根据公式，可得出球壳所需要的材料的屈服强度

${\mathrm{\σ}}_s=\frac{{-P}_2{b}^3}{b^3-a^3}(\frac{3}{2}\·\frac{a^3}{r^3})---\left(1.3\right)$

因此，对外球壳的材料选择一定要适应这种耐压浮力装置的工作环境。

另外，之所以选择球形结构，也是考虑到在大压力等静压的作用下，球形对称结构是最为优秀的耐压机构外形。

本发明在球壳的内部是一种特殊的框架支撑机构，其构造是从球心按辐射方向对称引出26根支撑杆来支撑外球壳，从而达到进一步提高耐压水平和抗冲击能力的作用。这26根杆的分布如附图所示。图1为通过球心引入三个相互垂直的平面按球壳等分为8等份，图2显示了在球壳的赤道平面和和两极平面上各均匀分布8个支撑杆，图3显示了在8个1/8球面的中心位置上分别分布着8个支撑杆。这样的26根支撑杆可均匀的支撑球面，从而达到增强变形抗力，提高耐压水平和抗冲击能力的作用。

在球壳和支撑杆的设计中，充分考虑了球壳与支撑杆的变形协变性，支撑杆与球壳的接触面积，接触方式等因素。从而有效的避免了球壳与支撑杆变形不统一所带来的局部应力集中。因此，这样设计出来的深水耐压浮力球具有很高的耐压值和浮重比，并且有优良的抗冲击能力。

本发明所涉及的深水耐压浮力装置，改变了传统以耐压轻质材料为主的浮力装置，有效的引入了结构上的设计来提高装置的浮重比，而且在材料的选择上也有很大的余地，其提供的浮力对材料的选取无须太苛刻，更多的是考虑其结构设计，从而使其适应性更强，成本更低，可靠性更好，并且有良好的浮重比，而且有非常好的可重复设计性。

本发明的外部为一球壳，其厚径比K＝10％，属于中厚球壳。其球对称的结构决定了其在深海环境工作时具有很好的耐等静压作用。为进一步提高其对不均衡压力、瞬时冲击力的抗力。并提高其工作的稳定性。在其内部，设计一种结构框架结构。该结构可明显的提高耐压强度。此球壳厚径比可设计为8-15％之间，使其可以提供很大的浮力。该装置可广泛地应用于深海装备上，并具有优良的耐等静压及抗瞬时冲击能力。

本发明的主要优点体现在浮重比高，成本低，可靠性好，适应性强，可重复设计等方面。

四、附图说明

图1是本发明的过球心的赤道平面和两个极两面将球壳分为均匀的8份的示意图；

图2是在赤道平面上均匀分布的8根支撑杆的示意图；

图3是1/8球壳的中心位置上的支撑杆分布的示意图。

五、具体实施方式

下面结合附图举例对本发明作更详细的描述：

结合图1-图3，深水耐压浮力装置的组成包括外部的耐等静压的厚壁球壳1，在球壳内设置有框架支撑机构，所述的框架支撑机构是从球心按辐射方向对称引出的、端部与球壳内壁结合成一体的26根支撑杆2。所述的球壳是中厚球壳，其厚度与半径之比为8-15％。26根支撑杆的分布为在球壳的赤道平面3和两极平面4、5上各均匀分布8个支撑杆。球壳中充满有高压气体。

Claims (5)

1.一种深水耐压浮力装置，它包括外部的耐等静压的厚壁球壳，其特征是：在球壳内设置有框架支撑机构，所述的框架支撑机构是从球心按辐射方向对称引出的、端部与球壳内壁结合成一体的26根支撑杆。

2.根据权利要求1所述的深水耐压浮力装置，其特征是：所述的球壳是中厚球壳，其厚径比为8-15％。

3.根据权利要求1或2所述的深水耐压浮力装置，其特征是：26根支撑杆的分布为在球壳的赤道平面和两极平面上各均匀分布8个支撑杆。

4.根据权利要求1或2所述的深水耐压浮力装置，其特征是：球壳中充满有高压气体。

5.根据权利要求3所述的深水耐压浮力装置，其特征是：球壳中充满有高压气体。

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