CN104554673A - 一种适用于水下运动的耐压密封舱 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种适用于水下运动的耐压密封舱，包括多个锥形舱段和多个柱形舱段串联连接；其中，锥形舱段和另一锥形舱段之间具有轴向密封结构，锥形舱段与柱形舱段之间或柱形舱段与另一柱形舱段之间具有径向密封结构。本发明与现有技术相比的优点在于：通过结构优化设计以及密封设计，解决了耐压舱在高速运动过程中的承压和密封问题，并提出了锥段与锥段轴向对接密封设计以及锥段与柱段、柱段与柱段的径向密封设计方式，有效解决了耐压舱锥柱段密封设计难题。

Description

一种适用于水下运动的耐压密封舱

技术领域

本发明涉及水下装置、密封装置领域，特别是涉及一种适用于水下运动的耐压密封舱。

背景技术

目前，耐压密封舱一般为单个或多个柱段组装成的密封腔体。在深海或河流中，耐压密封舱一般处于静态或慢速运动中进行海洋勘探开发、科学研究、水下武器装备研制等水下作业。随着耐压舱下潜深度不同、运动速度不同，其承受的外界环境不尽相同，因此耐压舱需要承受不断变化的外界环境，且能够保证实现密封。

目前现有的密封舱大多是处于静态或慢速运动过程中实现耐压和密封功能。而在运动速度达到90m/s高速运动时，舱体所承受的外界环境将更加恶劣，对舱体的耐压、密封性能要求更高。传统的耐压舱基本采用柱段分段组装而成，而锥段与柱段、锥段与锥段之间的密封连接这两种结构形式未见相关文献报道，这两种结构形式需要有较精确的连接精度，给密封设计带来较大难度，实现可拆卸设计的难度也较柱段大大增加。

发明内容

本发明要解决的技术问题为：现有的水下密封舱一般为单个或多个柱段组装而成，缺乏锥段与柱段、锥段与锥段之间的密封连接的连接形式，目前的柱段和柱段之间的连接方式在应用到锥段之间时存在连接精度不足，密封设计不可靠的问题。

本发明解决的技术方案为：

一种适用于水下运动的耐压密封舱，包括多个锥形舱段和多个柱形舱段串联连接；其中，锥形舱段和另一锥形舱段之间具有轴向密封结构，锥形舱段与柱形舱段之间或柱形舱段与另一柱形舱段之间具有径向密封结构。

轴向密封结构包括：开设在一个锥形舱段的轴向配合面上的环形密封槽，O型圈安装在环形密封槽内。

轴向密封结构还包括：开设在一个锥形舱段上的对接开口，对接开口内设有对接螺钉的安装位；开设在一个锥形舱段上用于对接螺钉穿过的通孔，开设在另一个锥形舱段上用于与对接螺钉配合的螺钉孔。

轴向密封结构还包括，门盖，覆盖在对接开口上。

径向密封结构包括：锥形舱段与柱形舱段或柱形舱段与另一柱形舱段在边缘向外延伸出配合部彼此配合，形成径向配合面；开设在锥形舱段或柱形舱段的径向配合面上的凹槽，密封圈安装在凹槽内。

径向密封结构还包括：在锥形舱段或柱形舱段的配合部上开设盲孔；盲孔中设置径向螺钉紧固连接锥形舱段与柱形舱段或柱形舱段与另一柱形舱段。

盲孔中设置环形的钢套；钢套中设置径向螺钉。

包括依次连接组成的九个舱段，从前端到后端依次为第一舱段、第二舱段、第三舱段、第四舱段、第五舱段、第六舱段、第七舱段、第八舱段、第九舱段；其中，第一舱段、第二舱段、第三舱段、第九舱段为锥形舱段；第四舱段、第五舱段、第六舱段、第七舱段及第八舱段为柱形舱段。

本发明与现有技术相比的优点在于：

通过结构优化设计以及密封设计，解决了耐压舱在高速运动过程中的承压和密封问题，并提出了锥段与锥段轴向对接密封设计以及锥段与柱段、柱段与柱段的径向密封设计方式，有效解决了耐压舱锥柱段密封设计难题，提高了锥段密封的连接精度和密封可靠性。

附图说明

图1示出了本发明的适用于水下运动的耐压密封舱的各段布局示意图；

图2示出了本发明的适用于水下运动的耐压密封舱的锥段和锥段之间的连接密封设计结构示意图；

图3示出了本发明的适用于水下运动的耐压密封舱的柱段和锥段之间的连接密封设计结构示意图；

图4示出了图3中A处的放大图。

具体实施方式

本发明设计的适应于水下高速运动的耐压密封舱由3个锥舱和6个柱舱串联布局，其中锥段与锥段采用轴向端面密封连接设计，能够实现有效密封和承载。锥段和柱段、柱段与柱段采用径向密封连接设计并预埋钢套，实现载荷传递和密封，能够有效承力并具备可重复拆卸功能。

本发明的耐压密封舱适用环境为耐压舱在带压1atm(大气压)，在水下不间断工作不少于2小时，最大运动速度达到90m/s，适应5m～40m水下高度变化。在此种环境条件下，计算出耐压舱所承受的外部环境载荷。根据载荷输入，本发明设计了一种由锥段、柱段、扩张段等9个舱段组成的密封舱体，各舱段由铝合金整体机加成型，舱内接口形式主要是适应单机接口及支架接口。

参见图1所示，本发明整个耐压密封舱的总体结构布局：从前端至后端，全舱共分为9个舱段，其中第一舱段11、第二舱段12、第三舱段13、第九舱段19共四个舱段为锥段(舱段为锥形或椎台形)；第四舱段14、第五舱段15、第六舱段16、第七舱段17至第八舱段18共5个舱段为柱段(舱段为圆柱形)。耐压密封舱全舱各舱段采用串联的结构布局形式。全舱各舱段全部采用铝合金材料设计，过程中需要考虑舱段对接的精度、有效密封以及舱段之间的可拆卸性。

本发明的耐压密封舱锥段与锥段之间采用轴向端面密封连接形式，采用O型圈作为密封填料实现密封。锥段与柱段以及柱段与柱段之间均采用径向密封形式，其中一端连接处预埋钢套以及设计密封槽，通过O型圈填料以及径向连接螺钉实现密封连接。通过预埋钢套解决了舱段对接安装过程中的可重复拆卸问题，钢套结构如图4所示中的序号50。因为舱段是铝合金，而连接螺钉一般是钢质，二者硬度差距较大。若是直接将螺钉固定在铝合金舱段上，在装卸时较硬的钢制螺钉会很快将较软的铝合金螺纹磨损，导致螺纹破坏无法再重复装卸。而预埋钢套则通过胶接等方式预埋在铝合金舱段之中，连接螺钉固定在预埋钢套内，从而消除磨损的问题，保证了舱段之间的可重复拆卸，提高舱体的使用寿命。

图2示出为舱段1和舱段2两个锥段之间的密封形式，这两个舱段采用轴向端面密封设计。在第一舱段11与第二舱段12的轴向接触面上、第二舱段12一侧开设环形密封槽，槽内设置O型圈20，该O型圈填料起到密封作用。在第一舱段11上留有对接开口，口内为对接螺钉40的安装位，对接螺钉40放入对接开口，穿过第一舱段11舱壁上的通孔与第二舱段12上的螺钉孔紧固连接，起到对接固定的作用。门盖30覆盖在对接开口上，保证第一舱段11外形的平滑。

图3、图4示出了第三舱段13和第四舱段14之间的密封连接形式，这两个舱段属于锥段和柱段之间。第三舱段13和第四舱段14的边缘各自沿轴向延伸出一段配合部，两段配合部在径向上形成重叠配合。在第三舱段13的配合部上具有凹槽，环形的密封圈70放置在该凹槽中，配合后第四舱段14的配合部压在密封圈70上，形成密封。在第三舱段13的配合部上开设盲孔，盲孔中设置环形的预埋钢套50，预埋钢套50中设置径向螺钉60，该径向螺钉60与第四舱段14的配合部配合，紧固连接第三舱段13和第四舱段14。

本发明的设计过程中，首先根据外界环境压力以及结构空间包络，考虑两个舱段径向对接的密封槽形式、对接螺钉孔设计、安装操作流程等。同时，要考虑舱段对接操作时应易拆卸、重复使用等，在相邻两个舱段中的下对界面舱段预埋钢套，从而保证舱段与舱段之间连接可靠、密封可靠、重复使用、可拆卸。

另外，第二舱段12和第三舱段13以及第四舱段14直至第九舱段19，共7个舱段两两之间均采用径向密封设计连接，设计过程中考虑的影响因素与上述第三舱段13和第四舱段14设计时一致。

所有舱段完成设计后，采用有限元方法进行强度校核，安全系数均在2以上，确保能通过强度校核，完成舱体的产品生产之后要通过密封性能试验验证。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域的公知技术。

Claims (8)

1.一种适用于水下运动的耐压密封舱，其特征在于，包括多个锥形舱段和多个柱形舱段串联连接；其中，所述锥形舱段和另一所述锥形舱段之间具有轴向密封结构，所述锥形舱段与所述柱形舱段之间或所述柱形舱段与另一所述柱形舱段之间具有径向密封结构。

2.根据权利要求1所述的适用于水下运动的耐压密封舱，其特征在于，所述轴向密封结构包括：

开设在一个所述锥形舱段的轴向配合面上的环形密封槽，O型圈安装在所述环形密封槽内。

3.根据权利要求2所述的适用于水下运动的耐压密封舱，其特征在于，所述轴向密封结构还包括：

开设在一个所述锥形舱段上的对接开口，所述对接开口内设有对接螺钉的安装位；

开设在一个所述锥形舱段上用于所述对接螺钉穿过的通孔，开设在另一个所述锥形舱段上用于与所述对接螺钉配合的螺钉孔。

4.根据权利要求3所述的适用于水下运动的耐压密封舱，其特征在于，所述轴向密封结构还包括，门盖，覆盖在所述对接开口上。

5.根据权利要求1所述的适用于水下运动的耐压密封舱，其特征在于，所述径向密封结构包括：

所述锥形舱段与所述柱形舱段或所述柱形舱段与另一所述柱形舱段在边缘向外延伸出配合部彼此配合，形成径向配合面；

开设在所述锥形舱段或所述柱形舱段的所述径向配合面上的凹槽，密封圈安装在所述凹槽内。

6.根据权利要求5所述的适用于水下运动的耐压密封舱，其特征在于，所述径向密封结构还包括：

在所述锥形舱段或所述柱形舱段的配合部上开设盲孔；

所述盲孔中设置径向螺钉紧固连接所述锥形舱段与所述柱形舱段或所述柱形舱段与另一所述柱形舱段。

7.根据权利要求6所述的适用于水下运动的耐压密封舱，其特征在于，所述盲孔中设置环形的钢套；所述钢套中设置所述径向螺钉。

8.根据权利要求1所述的适用于水下运动的耐压密封舱，其特征在于，包括依次连接组成的九个舱段，从前端到后端依次为第一舱段、第二舱段、第三舱段、第四舱段、第五舱段、第六舱段、第七舱段、第八舱段、第九舱段；其中，第一舱段、第二舱段、第三舱段、第九舱段为锥形舱段；第四舱段、第五舱段、第六舱段、第七舱段及第八舱段为柱形舱段。