CN108037015A - 一种用于深海压力模拟试验的大内径超高压压力筒 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于深海压力模拟试验的大内径超高压压力筒，包括预应力钢丝缠绕筒体（3）和框架，预应力钢丝缠绕筒体（3）是筒形体，框架是矩形框体，预应力钢丝缠绕筒体（3）置于矩形框体中，预应力钢丝缠绕筒体（3）内上端设置上盖（2），预应力钢丝缠绕筒体（3）内下端设置下盖（4），上盖（2）和下盖（4）与预应力钢丝缠绕筒体（3）内壁之间间隙配合，上盖（2）和下盖（4）与预应力钢丝缠绕筒体（3）内壁之间设置组合密封（12），这样，预应力钢丝缠绕筒体（3）同框架、上盖（2）、下盖（4）无任何连接结构，避免应力集中；采用预应力钢丝缠绕筒体和框架，显著提高筒体的最高工作压力范围，满足全海深水压试验要求。

Description

一种用于深海压力模拟试验的大内径超高压压力筒
技术领域
本发明涉及一种用于深海压力模拟试验的大内径超高压压力筒，尤其涉及一种用于深海压力模拟试验的有效内径≥Ф2150mm，有效高度≥4000mm的大内径、工作压力范围0MPa～180MPa的超高压压力筒。
背景技术
目前已知地球海洋最深处是位于北纬11°20′，东经142°11.5′北太平洋西部海床的马里亚纳海沟，大部分水深在8000米以上，其中斐查兹海渊深度11034米，相当于1100个大气压（110MPa&16000psi）的巨大水压，对于人类是一个巨大的挑战。随着我国近年来对海洋领域的探索不断发展，特别是蛟龙号的成功下潜，国家对更深海领域的探索从未停止，大型深海压力模拟试验装置作为专门的实验设备，是开展深海技术与装备研究中必不可少的支撑系统。为实现载人潜水器下潜至最深处进行科考，必须先期对潜水器进行全海深（140MPa）压力试验，但传统的如中船第七零二研究所的最大压力筒的压力试验舱仅能提供90MPa左右的耐压试验压力，只能对载人球舱进行缩比验证试验，无法满足载人球舱1：1的实物验证试验；且压力试验舱封头处承受综合应力，受力结构复杂，封头处难以制作且使用寿命较低。
发明内容
为解决现有技术存在的深海压力模拟试验的压力筒只能对载人球舱进行缩比验证试验，无法满足载人球舱1：1的实物验证试验且压力筒的压力试验舱封头处承受综合应力，受力结构复杂，封头处难以制作且使用寿命较低的问题，本发明提供了一种用于深海压力模拟试验的大内径超高压压力筒。本发明的一种用于深海压力模拟试验的大内径超高压压力筒，其特征在于：包括预应力钢丝缠绕筒体和框架，所述的预应力钢丝缠绕筒体是一筒形体，所述的框架是一矩形框体，所述的预应力钢丝缠绕筒体置于所述的矩形框体中，所述的预应力钢丝缠绕筒体内的上端设置上盖，所述的预应力钢丝缠绕筒体内的下端设置下盖，所述的上盖和所述的下盖与预应力钢丝缠绕筒体内壁之间间隙配合，所述的上盖和所述的下盖与预应力钢丝缠绕筒体内壁之间设置组合密封。
进一步，所述的框架由至少两个框架单体叠合并通过拉杆横向固连而成。
进一步，所述的框架单体是由两侧的立柱和置于所述的立柱两端的半圆梁经预应力钢丝缠绕产生的压力连为一体形成。
进一步，所述的预应力钢丝缠绕筒体上端设置上承压板，所述的上承压板固连在所述的框架上，所述的预应力钢丝缠绕筒体下端设置下承压板，所述的下承压板固连在所述的框架上。
进一步，所述的上承压板和下承压板采用螺钉分别与所述的框架中间空腔上端面和下端面连接。
进一步，所述的下盖连接下盖提升机构，所述的下盖提升机构连接油缸。
进一步，所述的上盖内部设置引出信号线的通道，所述的通道入口装有转接头，所述的转接头前端与通道入口之间设有对工作介质形成金属线密封的锥面垫，在所述的转接头尾端设置与水密插件进行连接的螺纹孔，所述的水密插件轴向设置有利用超高压压力进行自紧密封的O形圈，所述的水密插件、转接头、锥面垫内部均设有孔道，所述的的信号线穿过水密插件、转接头和锥面垫内部孔道，进入通道引出至超高压压力筒外部。
进一步，所述的预应力钢丝缠绕筒体内径大于等于Φ2150mm，有效高度大于等于4000mm。
本发明的一种用于深海压力模拟试验的大内径超高压压力筒具有如下积极效果，本发明的预应力钢丝缠绕筒体和框架完全分离，分别承受工作时的径向力和轴向力，上盖和下盖是浮动式结构，与预应力钢丝缠绕筒体之间采用间隙配合，无任何连接结构，相较传统压力筒封头，结构受力简单，避免应力集中缺陷。采用预应力钢丝缠绕筒体和框架，在同等体积的情况下，相较传统焊接式或螺柱式压力筒，可显著提高筒体的最高工作压力范围，达180MPa，预应力钢丝缠绕技术，即在物件外部绕制多层扁钢丝，利用扁钢丝绕制的拉力对物件进行预紧，使其处于压缩状态，在工作时的超高压压力仍不能完全抵消预紧力，使物件受力简单，应力幅值降低，疲劳抗力提高，由于筒体始终处于压缩状态，即便出现裂纹，也是阻止裂纹的扩张趋势的，裂纹只会慢慢扩张，出现泄漏现象导致压力无法保持，不会出现因裂纹瞬间扩大而产生爆炸的风险。另外，通过上盖设置的信号线通道，具备测试信号线引出功能，实现信号线由压力筒内部引出到压力筒外连接分析仪器，可在线实时对压力测试件进行各项数据采集和分析。
附图说明
图1是本发明的一种用于深海压力模拟试验的大内径超高压压力筒的示意图。
图2是图1的右视示意图。
图3是本发明的一种用于深海压力模拟试验的大内径超高压压力筒的非加压工作状态时的示意图。
图4是本发明的一种用于深海压力模拟试验的大内径超高压压力筒的上盖的示意图。
图5是本发明的一种用于深海压力模拟试验的大内径超高压压力筒的下盖的示意图。
图6是本发明的一种用于深海压力模拟试验的大内径超高压压力筒的上盖信号线引出结构的示意图。
图中：1上承压板，2上盖，3预应力钢丝缠绕筒体，4下盖，5下承压板，6框架一，7框架二，8框架三，9拉杆，10半圆梁，11立柱，12组合密封，13信号线，14通道，15锥面垫，16转接头，17水密插件,18.下盖提升机构。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
参见图1、图2、图3和图4，本发明的一种用于深海压力模拟试验的大内径超高压压力筒，其特征在于：包括预应力钢丝缠绕筒体3和框架，所述的预应力钢丝缠绕筒体3是一筒形体，所述的框架是一矩形框体，所述的预应力钢丝缠绕筒体3置于所述的矩形框体中，所述的预应力钢丝缠绕筒体3内的上端设置上盖2，所述的预应力钢丝缠绕筒体3内的下端设置下盖4，所述的上盖2和所述的下盖4与预应力钢丝缠绕筒体3内壁之间间隙配合，所述的上盖2和所述的下盖4与预应力钢丝缠绕筒体3内壁之间设置组合密封12。
所述的预应力钢丝缠绕筒体3采用高强度合金钢锻件整体制造，钢丝采用高锰扁钢丝；所述的预应力钢丝缠绕筒体3仅在工作时承受径向力；所述的上盖2和下盖4自由放入预应力钢丝缠绕筒体3内，均采用高强度合金钢锻件整体制造，所述的组合密封12是密封圈。
进一步，所述的框架由至少两个框架单体叠合并通过拉杆9横向固连而成。图1实施例中，所述的框架由框架一6、框架二7和框架三8三个框架单体叠合组成。
进一步，所述的框架单体是由两侧的立柱11和置于所述的立柱11两端的半圆梁10经预应力钢丝缠绕产生的压力连为一体形成。
进一步，所述的预应力钢丝缠绕筒体3上端设置上承压板1，所述的上承压板1固连在所述的框架上，所述的预应力钢丝缠绕筒体3下端设置下承压板5，所述的下承压板5固连在所述的框架上。
进一步，所述的上承压板1和下承压板5采用螺钉分别与所述的框架中间空腔上端面和下端面连接。
参见图5,进一步，所述的下盖4连接下盖提升机构18，所述的下盖提升机构18连接油缸。参见图3，当超高压压力筒处于非加压工作状态时，上盖2依靠重力向下移动与上承压板1分离形成间隙A，下盖4依靠油缸带动下盖提升机构18向上提升与下承压板5分离形成间隙B，当超高压压力筒处于加压工作状态时，工作介质产生的轴向力将上盖2和下盖4分别向上和向下推动，抵消掉间隙A和B后，分别顶住上承压板1、下承压板5并在压力的作用下充分接触，由上承压板1和下承压板5将轴向力传递给框架承受。
参见图6，进一步，所述的上盖2内部设置引出信号线13的通道14，所述的通道14入口装有转接头16，所述的转接头16前端与通道14入口之间设有对工作介质形成金属线密封的锥面垫15，在所述的转接头16尾端设置与水密插件17进行连接的螺纹孔，所述的水密插件轴向设置有利用超高压压力进行自紧密封的O形圈，所述的水密插件17、转接头16、锥面垫15内部均设有孔道，所述的信号线13穿过水密插件17、转接头16和锥面垫15内部孔道，进入通道14引出至超高压压力筒外部。
进一步，所述的预应力钢丝缠绕筒体3内直径大于等于Φ2150mm，有效高度大于等于4000mm，最高工作压力180MPa，满足全海深水压试验140MPa要求。

Claims (10)

1.一种用于深海压力模拟试验的大内径超高压压力筒，其特征在于：包括预应力钢丝缠绕筒体（3）和框架，所述的预应力钢丝缠绕筒体（3）是一筒形体，所述的框架是一矩形框体，所述的预应力钢丝缠绕筒体（3）置于所述的矩形框体中，所述的预应力钢丝缠绕筒体（3）内的上端设置上盖（2），所述的预应力钢丝缠绕筒体（3）内的下端设置下盖（4），所述的上盖（2）和所述的下盖（4）与预应力钢丝缠绕筒体（3）内壁之间间隙配合，所述的上盖（2）和所述的下盖（4）与预应力钢丝缠绕筒体（3）内壁之间设置组合密封（12）。
2.根据权利要求1所述的一种用于深海压力模拟试验的大内径超高压压力筒，其特征在于：所述的框架由至少两个框架单体叠合并通过拉杆（9）横向固连而成。
3.根据权利要求2所述的一种用于深海压力模拟试验的大内径超高压压力筒，其特征在于：所述的框架单体是由两侧的立柱（11）和置于所述的立柱（11）两端的半圆梁（10）经预应力钢丝缠绕产生的压力连为一体形成。
4.根据权利要求1、2或3所述的任一一种用于深海压力模拟试验的大内径超高压压力筒，其特征在于：所述的预应力钢丝缠绕筒体（3）上端设置上承压板（1），所述的上承压板（1）固连在所述的框架上，所述的预应力钢丝缠绕筒体（3）下端设置下承压板（5），所述的下承压板（5）固连在所述的框架上。
5.根据权利要求4所述的一种用于深海压力模拟试验的大内径超高压压力筒，其特征在于：所述的上承压板（1）和下承压板（5）采用螺钉分别与所述的框架中间空腔上端面和下端面连接。
6.根据权利要求1、2或3所述的任一一种用于深海压力模拟试验的大内径超高压压力筒，其特征在于：所述的下盖（4）连接下盖提升机构（18），所述的下盖提升机构（18）连接油缸。
7.根据权利要求5所述的一种用于深海压力模拟试验的大内径超高压压力筒，其特征在于：所述的下盖（4）连接下盖提升机构（18），所述的下盖提升机构（18）连接油缸。
8.根据权利要求4所述的一种用于深海压力模拟试验的大内径超高压压力筒，其特征在于：所述的上盖（2）内部设置引出信号线（13）的通道（14），所述的通道（14）入口装有转接头（16），所述的转接头（16）前端与通道（14）入口之间设有对工作介质形成金属线密封的锥面垫（15），在所述的转接头（16）尾端设置与水密插件（17）进行连接的螺纹孔，所述的水密插件轴向设置有利用超高压压力进行自紧密封的O形圈，所述的水密插件（17）、转接头（16）、锥面垫（15）内部均设有孔道，所述的信号线（13）穿过水密插件（17）、转接头（16）和锥面垫（15）内部孔道，进入通道（14）引出至超高压压力筒外部。
9.根据权利要求7所述的一种用于深海压力模拟试验的大内径超高压压力筒，其特征在于：所述的上盖（2）内部设置引出信号线（13）的通道（14），所述的通道（14）入口装有转接头（16），所述的转接头（16）前端与通道（14）入口之间设有对工作介质形成金属线密封的锥面垫（15），在所述的转接头（16）尾端设置与水密插件（17）进行连接的螺纹孔，所述的水密插件（17）轴向设置有利用超高压压力进行自紧密封的O形圈，所述的水密插件（17）、转接头（16）、锥面垫（15）内部均设有孔道，所述的信号线（13）穿过水密插件（17）、转接头（16）和锥面垫（15）内部孔道，进入通道（14）引出至超高压压力筒外部。
10.根据权利要求9所述的一种用于深海压力模拟试验的大内径超高压压力筒，其特征在于：所述的预应力钢丝缠绕筒体（3）内径大于等于Φ2150mm，有效高度大于等于4000mm。
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