CN104071298B - 潜水耐压壳及采用该潜水耐压壳的潜水器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种潜水耐压壳，包括外壳、内壳以及多个套设件，所述外壳包括外容纳腔，所述内壳包括内容纳腔，所述内壳容置于所述外壳的外容纳腔内，所述多个套设件套于内壳上而位于所述外壳及内壳之间，所述套设件内设有腔体，所述腔体用于充入高压气体以抵抗由外壳传导的压力并能使作用力均匀分布，且充分利用了气压力学原理。本发明还提供了一种采用上述潜水耐压壳的潜水器。本发明的潜水耐压壳具有建造成本低、集约化功能及空间利用、减小制造难度和抗压性能好等效果。

Description

潜水耐压壳及采用该潜水耐压壳的潜水器

技术领域

本发明涉及潜水技术领域，尤其涉及潜水耐压壳及采用该潜水耐压壳的潜水器。

背景技术

潜艇外形通常都采用圆柱体，圆柱体外形有利于抗压，内部有多个肋骨和隔仓，潜艇外壳附着在隔板上，起支撑外壳作用，外壳厚度在6-10mm左右，此结构设计能使潜艇周围水压形成相互作用成拱形支撑，保护内部空间的效果。但是由于潜艇耐压壳厚度太大对焊接技术要求高，焊接的难度随着耐压壳的厚度增加而不断加大。而通过提高焊接技术来提高现有结构的耐压壳抗压能力，已到了难以快速进步的阶段。因此如何继续提高下潜深度成为亟待解决的问题。

发明内容

本发明的主要目的在于提高潜水耐压壳的抗变形能力。

为实现上述目的，本发明提供的潜水耐压壳，包括外壳、内壳以及多个套设件，所述外壳包括外容纳腔，所述内壳包括内容纳腔，所述内壳容置于所述外壳的外容纳腔内，所述多个套设件套于内壳上而位于所述外壳及内壳之间，所述套设件内设有腔体，所述腔体用于充入高压气体以抵抗由外壳传导的压力。

优选地，所述套设件的横截面为圆环形。

优选地，所述套设件首尾相连地套于所述内壳上。

优选地，多个套设件相贴合的套设于内壳上。

优选地，所述内壳设有活动门，所述活动门位于相邻的两个套设件之间。

优选地，所述套设件中用于充入高压气体的腔体与其相邻的另一套设件的腔体连通。

优选地，所述套设件的相对两侧中的一侧凸设有多个凸柱，所述多个凸柱沿着套设件的环向间隔分布，另一侧设有分别与多个凸柱配合的多个翻边孔；所述凸柱开设有连通所述套设件的腔体的通孔；所述套设件的多个凸柱分别插入相邻的另一套设件的多个翻边孔中以使这两套设件的腔体连通并使这两个套设件相固定。

优选地，所述套设件的底端还开设有通水管口；所述通水管口与通往所述外壳外侧的管道相连接，所述通水管口用于在所述潜水耐压壳需要上浮时将位于所述套设件底部的液态物质排出以增加浮力。

优选地，所述套设件包括与所述外壳和内壳接触的硬质层和与所述硬质层相对的软质层；所述硬质层用于承受气压造成的拉力，所述软质层用于缓冲气体冲击力而避免产生硬质层破坏或疲劳及防腐蚀等作用。

此外，为实现上述目的，本发明还提供一种采用上述潜水耐压壳的潜水器。

本发明所提供的潜水耐压壳，通过在外壳和内壳之间设置多个相贴合的套设件，通过套设件起到支撑外壳的作用，同时再向套设件内充入高压气体，从而使得套设件具有较高的抗压能力。进而使得潜水耐压壳具有成本低、制作难度小和抗压性能好的效果。

附图说明

图1为本发明潜水耐压壳一实施例的局部剖视示意图；

图2为图1中潜水耐压壳的套设件的局部剖视结构示意图；

图3为图1中潜水耐压壳的套设件在另一角度下的剖视结构示意图；

图4为图1中潜水耐压壳的局部剖视结构示意图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

我们知道同等量的钢材，圆柱体比长方体更耐压，而同等质量的空心钢管比实心钢管更抗压力。同时我们知道同样的钢管厚度，直径越大抗压比越小，反之就越大。从而，可以看出物体的抗压系数和与材质、厚度以及形状相关。在形状一定时，空心圆柱体的抗压系数与材质、厚度和圆柱体的直径有关。空心圆柱体的拱形的幅度或称直径越大，相应的耐压壁需要越厚，否则当失去一定比例时，拱形的抗压效用会无限减小，失去支撑作用。

比如说，潜艇的耐压壳厚度与跨幅的比值失效于拱形原理，如果潜艇的耐压壳没有隔仓的支撑作用，就像一个1毫米厚的罐头瓶一样，抗压作用就大大降低，耐压壳甚至将失去耐高压的意义，但受目前技术及制造成本的影响无法持续增加耐压壳厚度来维持拱形原理的抗压比值。实际上，潜艇的耐压壳在压力极限时是附着在两端的隔板上，(由于肋骨的承载力有限失去作用力)像桥梁的结构力学原理，而非拱形原理，桥梁中间的受力将向两端均匀的分散。当压力继续加大时，其中一端点发生变形使得受力不再均匀的分散，从而导致局部压力过大而进一步扩大形变，直至耐压壳失去张力和韧性，进而导致整个腔体收缩向中间靠笼变形和局部的坍塌以至发生折叠效应，在抗变破坏时折叠效应最具破坏力。

从潜艇耐压极限范围推理可以让我们看出潜艇在结构抗压中存在的弱点。潜艇属桥梁式抗压结构方式，在受到压力时两端点和中间部最受力，或许也可以造成局部某一点的破裂，但整个受压过程耐压壳缺乏张力且受力部分不均匀，一旦变形两陆续导致抗压结构变形的恶性循环等，无法实现实际意义的拱型抗压原理。为了能够进一步的提高抗压能力，我们须对结构抗压做进一步的研究而不是局限于材料本身的改进。

在上述分析的基础上，本发明提供了一种潜水耐压壳，并主要通过特殊的结构设计，和通过气压的作用来实现抗压目的。请参看图1，在一实施例中，该潜水耐压壳包括外壳1、内壳2以及多个套设件3。所述外壳1包括外容纳腔，所述内壳2包括内容纳腔，该内容纳腔内为常压。所述内壳2容置于外壳1的外容纳腔内，所述多个套设件3相贴地套于内壳2上而位于所述外壳1及内壳2之间。所述套设件3内设有腔体7，所述腔体7用于充入高压气体以抵抗由外壳1传导的压力。

对于上述的潜水耐压壳，将以下述内容来阐述其所具有的有益效果。

对一个物体施加压力并且使其发生损伤，同时必须需要有一个反作用力，否则不能完成。反作用力的大小及力量分布决定了损伤力的大小，即某一点受力p＝f/s形成力量对比差，没有反作用力就没有损伤。改变物体结构及功能的力我们也叫破坏力，反做用力越大破坏作用就越大。在作用力的大小不变时，要使物体实现更高的抗压力作用，可以通过两种方式来完成，以减小破坏性。第一，增加物体的韧性。我们可以增加物体的韧性来实现，减小加速度力学的破坏原理。但对于静态抗压的实现或许还须更多在结构上的应用。第二，分散反作用力，使其结构受力均匀，减小反差力，也是拱形力学的原理等。通过上述分析，因此，当我们想要折断一根树枝时，最好的方法是找到一个支点提供反作用力，使其反作用力过于集中，且作用力施加在远离支点的位置。

同等质量物体的拱形抗变形系数，从大到小依次为：圆体、环形体及圆柱体。拱形结构稳固的条件是拱形幅度与拱壁厚度成一定比例，也就是拱形跨度越大，拱壁的厚度也比例增大，这就是支撑力或抗变指数v*u*w＝f。v是幅度抗压指数，u是拱壁厚度抗压指数，w是物质强度指数，因抗变力学指数计算复杂等因素，我们这里不做列举和详细论述。

上述的潜水耐压壳的依据是大量提高抗压指数u，物质强度指数w受到套设件3及其内部的高压气体影响。上述的潜水耐压壳的物质强度指数w受高压气体的影响而高于同等质量的现有耐压壳。因此，由于结构的改进，使得相同质量的材质制造的上述的潜水耐压壳的抗压指数f将产生大幅提高。

套设件3每增厚一倍，抗压指数就会提高几个数量级。从构造方面分析，外壳1和内壳2之间由多个套设件3平行排列。且外壳1、内壳2和套设件3构造紧密连接而形成一体，则在极限值的情况下某一点发生特别因素致使外壳1在压力作用下会相应发生改变，传导至套设件3，再传至内壳2。在水下的压力至使套设件3变形后，由于套设件3的拱形效应和其内的高压气体会产生反作用力，且均匀分散反作用力，致套设件3保持平稳来增加抗变指数f。进一步地致使耐压壳遇强则强，这就是韧性作用。因此，本文所发明的潜水耐压壳的作用原理使其在同等质的材料所制造的耐压壳发生根本性变化，可提高抗压指数5～10倍以上，这将使得深潜技术发生根本变化，或是革命性的。

具体地，所述多个套设件3的横截面为圆环形。由上所述，圆环形的抗压效果更好，且其内构成的腔体7可以充入高压气体。

具体地，所述套设件3首尾相连地套于所述内壳2上。从而具有更好的抗压性能。

进一步地，所述内壳2朝所述外壳1开设有活动门，所述活动门位于相邻的两个套设件3之间。由于套设件3的横截面为圆环形，所以两套设件3与内壳2之间具有空隙，该空隙包括靠近外壳1的外腔6和靠近内壳2的内腔8。其中，相邻的两外腔6相通以构成一个较大的外腔，相邻的两内腔8相通以构成一个较大的内腔。当所述活动门开启时，则可以将储存饮用水和气体等其他流体物质放入内腔8中。外腔6也可以储存饮用水和气体等其他流体物质。从而使得空间集约化利用，减小潜水耐压壳的整体厚度过厚带来的空间问题。具体的多个套设件3之间的内腔8形成低压仓，气压在100个以下，可以压缩储存：氧气、空气、淡水、燃料等重要物资，或排放的废气等，而且不会影响抗压功能。同时设有安全阀，当气压超过额定值时，安全阀将自动开启将多余压力排出仓外，以保证安全。

进一步地，所述套设件3中用于充入高压气体的腔体7与其相邻的另一套设件3的腔体7连通。多个套设件3的腔体7并列连接在一起，就形成了一个大型管道壁的腔体7。多个套设件3内的腔体7构成的大型腔体7可承受100～300个或以上的气压，我们知道100个气压相当于1600米深的水压，通过腔体7所承受的气压值也可测算耐压壳深潜抗压值。腔体7充气的时候可以一次连接即可使得多个套设件3内皆具有高压气体。同时，由于套设件3的腔体7可以在充入高压气体时也充入水等流体，从而套设件3起到压载舱的作用。由于套设件3的腔体7分担了压载舱的作用，因此使得潜水耐压壳内构成主要的压载舱所需占用的空间可以更小。即套设件3的腔体7成为调节潜水耐压壳浮力大小的副压载舱系统。上述的套设件3的腔体7内加有流体后将增加潜水耐压壳的重量以利于下潜；当需要紧急上浮时，还可以将套设件3的腔体7内的液态流体排出以减轻潜水耐压壳的重量。

请结合参看图2至图4，具体地，所述套设件3的相对两侧中的一侧凸设有多个凸柱4，所述多个凸柱4沿着套设件3的环向间隔分布，另一侧设有分别与多个凸柱4配合的多个翻边孔5。所述凸柱4开设有连通所述套设件3的腔体7的通孔；所述套设件3的多个凸柱4分别插入相邻的另一套设件3的多个翻边孔5中以使这两套设件3的腔体7连通并使这两个套设件3相固定。

具体地，所述套设件3的底端还开设有通水管口(图中未示出)，所述通水管口与通往外壳1的外侧的管道相连接，以用于在所述潜水器需要上浮时所述副压载舱可无需动力即可通过阀门将位于套设件3底部的液态物质排出仓外以增加浮力。从而可应对主压载舱不能工作而无法排水以减少重量的特殊情况。

请参看图3，所述套设件3包括与所述外壳1和内壳2接触的硬质层31和与所述硬质层31相对的软质层32；所述硬质层31用于承受气压造成的拉力，所述软质层32用于缓冲气体冲击力而避免产生硬质层31破坏或疲劳及防腐蚀等作用。

上述的潜水耐压壳由外中内三层组成一体，但是并不增加材料的使用和制造难度。我们知道潜艇除在用钢材质要求很高之外，对焊接工艺方面要求极高，焊接的工作量也极大，直接影响潜艇整体深潜性能和安全保障。普通潜水耐压壳的钢板厚度通常在60～100mm之间(没有计算肋骨、隔仓等用钢)，所用钢板都是超强度钢材，同时钢板越厚焊接难度越高。而上述潜水耐压壳的外壳1采用的钢板可不超过40mm，内壳2采用的钢板可不超过20mm。横截面为环形的套设件3的壁厚在20mm左右，外直径可在60mm左右。采用上述结构的的潜水耐压壳对钢板强度要求不需很高，而更多的要求钢板的韧性。由于结构功能的优点体现，减化了用钢强度的难点，且焊接工艺及材质对潜艇的整体影响有限。套设件3包裹在外壳1和内壳2之间，受到的纵向力很巧。

从以上几点分析，潜水耐压壳具有成本低、制作难度小和抗压性能好的效果。深潜技术一直是世界各国的重要技术，用于海洋探索、海底旅游及工作站建设；同时对于经济、国防军事和科研等都具有重大意义。

本发明还提供一种潜水器，该潜水器包括上述本发明所公开的潜水耐压壳，该潜水耐压壳的结构可参照上述实施例，在此不再赘述。理所应当地，由于本实施例的潜水器采用了上述潜水耐压壳的技术方案，因此该潜水器具有上述潜水耐压壳所有的有益效果。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种潜水耐压壳，其特征在于，包括外壳、内壳以及多个套设件，所述外壳包括外容纳腔，所述内壳包括内容纳腔，所述内壳容置于所述外壳的外容纳腔内，所述多个套设件套于内壳上而位于所述外壳及内壳之间，所述套设件内设有腔体，所述腔体用于充入高压气体以抵抗由外壳传导的压力；

所述套设件的相对两侧中的一侧凸设有多个凸柱，所述多个凸柱沿着套设件的环向间隔分布，另一侧设有分别与多个凸柱配合的多个翻边孔；所述凸柱开设有连通所述套设件的腔体的通孔；所述套设件的多个凸柱分别插入相邻的另一套设件的多个翻边孔中以使这两套设件的腔体连通并使这两个套设件相固定。

2.如权利要求1所述的潜水耐压壳，其特征在于，所述套设件的横截面为圆环形。

3.如权利要求2所述的潜水耐压壳，其特征在于，所述套设件首尾相连地套于所述内壳上。

4.如权利要求3所述的潜水耐压壳，其特征在于，多个套设件相贴合的套设于内壳上。

5.如权利要求4所述的潜水耐压壳，其特征在于，所述内壳设有活动门，所述活动门位于相邻的两个套设件之间。

6.如权利要求1所述的潜水耐压壳，其特征在于，所述套设件的底端还开设有通水管口；所述通水管口与通往所述外壳外侧的管道相连接，所述通水管口用于在所述潜水耐压壳需要上浮时将位于所述套设件底部的液态物质排出以增加浮力。

7.如权利要求1所述的潜水耐压壳，其特征在于，所述套设件包括与所述外壳和内壳接触的硬质层和与所述硬质层相对的软质层；所述硬质层用于承受气压造成的拉力，所述软质层用于缓冲气体冲击力而避免产生硬质层破坏或疲劳。

8.一种潜水器，其特征在于，所述潜水器包括权利要求1至7任一项所述的潜水耐压壳。