CN108749997A - 弹性位移补偿固连单元和深海多耐压体组合式耐压结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种弹性位移补偿固连单元和深海多耐压体组合式耐压结构，弹性位移补偿固连单元包括圆盘形预紧盖、定位圆柱段、弹性元件、位移补偿元件和滑移涂层；所述位移补偿元件安装于定位圆柱段之内的底部；所述滑移涂层镀在位移补偿元件的外底面；所述弹性元件安装于所述位移补偿元件的上方；所述圆盘形预紧盖旋入定位圆柱段上方，并压缩弹性元件，进而通过弹性元件推动位移补偿元件。本发明能够有效补偿深海耐压结构的收缩变形，减小深海多个耐压结构变形不协调对连接框架影响，有效提升组合结构连接的安全性、可靠性，且安装、维护方便。

Description

弹性位移补偿固连单元和深海多耐压体组合式耐压结构
技术领域
本发明涉及一种弹性位移补偿固连机构，具体涉及一种弹性位移补偿固连单元和安装有该弹性位移补偿固连单元的深海多耐压体组合式耐压结构。
背景技术
传统的深海装备由单耐压壳体和与之焊接的非耐压框架共同构成其主体结构。耐压结构作为人员、电子设备等有效载荷的承载体，在巨大的深水压力下处于较高的应力水平状态，产生一定的收缩变形。随着深海装备向大潜深、大型化发展，单个耐压结构尺寸和厚度都将增大，给制造、维护带来较大难度，在这种情况下，深海装备的主体结构由多个耐压结构和非耐压连接框架组合构成更为合理，例如俄罗斯的三型核动力深海移动工作站，主体结构都包含多个通过框架互相连接的耐压体。
由于多个耐压结构在深海受静水压力时收缩变形，变形之间的不协调及主体结构间不合理的连接形式会在结构上产生巨大的应力，造成结构破坏，变形失控，对深海装备产生不利影响。深海多耐压体组合结构的连接方式有焊接连接和装配连接两种形式。传统方式是将多个耐压结构和连接框架焊接成一个整体，主体结构的整体性连续性相对较好，但不利影响有三点：连接框架会使耐压壳体受到静水压力外的附加载荷，对耐压结构的均匀受力产生不利影响；耐压结构收缩使连接框架不均匀变形，在框架局部产生较大的应力；连接框架的变形使生根在框架上的舷外设备产生位移，装配关系发生变化，导致设备不能正常运行。通过连接处相关部位的加强，硬抗结构变形，能够缓解焊接连接带来的部分不利影响，但付出空间和重量的代价，减少了深海装备内部的设备空间，削弱了作业能力，同时增加了许多焊缝，大大降低了主体结构的可靠性。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明公开了本发明公开了一种弹性位移补偿固连单元和安装有该单元的深海多耐压体组合式耐压结构。
本发明的技术方案如下：
一种弹性位移补偿固连单元，包括圆盘形预紧盖、定位圆柱段、弹性元件、位移补偿元件和滑移涂层；所述位移补偿元件安装于定位圆柱段之内的底部；所述滑移涂层镀在位移补偿元件的外底面；所述弹性元件安装于所述位移补偿元件的上方；所述圆盘形预紧盖旋入定位圆柱段上方，并压缩弹性元件，进而通过弹性元件推动位移补偿元件。
其进一步的技术方案为，所述位移补偿元件包括第一圆柱段和第二圆柱段；所述第一圆柱段在所述第二圆柱段的上方；所述第一圆柱段的直径小于第二圆柱段；弹性元件为弹簧状，套在所述第一圆柱段之外。
其进一步的技术方案为，所述圆盘形预紧盖底部设置有环形凹槽；当所述圆盘形预紧盖旋入耐压壳体时，第一圆柱段嵌入所述环形凹槽之中。
其进一步的技术方案为，所述位移补偿元件为圆柱形；所述弹性元件为Ω形状，固定于位移补偿元件的上表面。
其进一步的技术方案为，所述圆盘形预紧盖的外侧壁有外螺纹，定位圆柱段的顶部内侧壁有内螺纹；圆盘形预紧盖从定位圆柱段的顶部旋入，外螺纹与内螺纹耦合。
一种安装有上述的弹性位移补偿固连单元的深海多耐压体组合式耐压结构，包括连接框架，所述连接框架之内嵌放有多个耐压壳体；每个耐压壳体之上固定有多个弹性位移补偿固连单元；多个弹性位移补偿固连单元沿耐压壳体环形分布；定位圆柱段焊接在连接框架之内；所述位移补偿元件的底面紧贴在耐压壳体底部的外表面，与耐压壳体底部的外表面共型。
其进一步的技术方案为，所述连接框架之上开有钥匙形孔；所述弹性位移补偿固连单元焊接与钥匙形孔内。
其进一步的技术方案为，所述连接框架之上、弹性位移补偿固连单元的旁侧留有圆形开孔。
本发明的有益技术效果是：
本发明针对深海多耐压体组合结构连接中存在的问题，提出了一种通过在深海释放机构内部弹性元件预压缩的位移的的弹性位移补偿固连单元和以及安装有此弹性位移补偿固连单元的深海多耐压体组合式耐压结构，能够有效补偿深海耐压结构的收缩变形，减小深海多个耐压结构变形不协调对连接框架影响，适用于未来海多耐压体连接组合结构，有效提升组合结构连接的安全性、可靠性，且安装、维护方便。
具体的，本发明具有以下优点：
1)本发明对耐压结构径向收缩变形进行补偿，释放了耐压结构的纵向收缩变形，使耐压结构的变形不传递到连接框架上，大大减小了框架的应力与变形，保证了整体结构的安全性；
2)连接框架不受耐压结构收缩变形的影响，消除了与连接框架相连设备的大位移，减小了结构变形对设备运行的影响；
3)无论在水面还是深水状态下，耐压结构和连接框架都能够通过弹性位移补偿固连单元抱紧连接，保证深海多耐压体组合式耐压结构的整体性和连续性；
4)本发明组成结构简单。水面状态，弹性位移补偿固连单元仅需通过预紧盖施加预紧力，安装维护方便；深水状态不需要操控装置就能自动提供满足要求的抱紧力和位移补偿，可靠性高；
5)类似弹性位移补偿固连单元的实施例B所示的结构，其除具备提供抱紧力和位移补偿的功能外，还能作为较好的承力隔振元件。
附图说明
图1为弹性位移补偿固连单元的实施例A的基本结构剖视图。
图2为弹性位移补偿固连单元的实施例B的基本结构剖视图。
图3是安装有弹性位移补偿固连单元的深海多耐压体组合式耐压结构的示意图。
图4是图3中I部分的放大图。
图5是图3中II部分的放大图。
图6是实施例A的水面预紧状态的示意图。
图7是实施例A的水下补偿状态的示意图。
图8是实施例B的水面预紧状态的示意图。
图9是实施例B的水下补偿状态的示意图。
具体实施方式
本发明公开了一种弹性位移补偿固连单元和安装有该弹性位移补偿固连单元的深海多耐压体组合式耐压结构。
以下用两种实施方式来介绍弹性位移补偿固连单元的结构。
实施例A。
图1为弹性位移补偿固连单元的实施例A的基本结构剖视图。如图1所示，弹性位移补偿固连单元包括包括圆盘形预紧盖1、定位圆柱段2、弹性元件3、位移补偿元件4和滑移涂层5。位移补偿元件4安装于定位圆柱段2之内的底部。一层较薄的滑移涂层5镀在位移补偿元件4的外底面。弹性元件3安装于位移补偿元件4的上方。
具体的，位移补偿元件4包括第一圆柱段和第二圆柱段。第一圆柱段在第二圆柱段的上方。第一圆柱段的直径小于第二圆柱段。弹性元件3为弹簧状，套在第一圆柱段之外。
圆盘形预紧盖1旋入定位圆柱段2上方，并压缩弹性元件3，进而通过弹性元件3推动位移补偿元件4。受圆盘形预紧盖1压缩时推动位移补偿元件4为深海多耐压体组合结构提供径向的抱紧力和径向位移补偿
进一步的，圆盘形预紧盖1底部设置有环形凹槽。当圆盘形预紧盖1旋入耐压壳体时，第一圆柱段嵌入环形凹槽之中。
实施例B。
图2为弹性位移补偿固连单元的实施例B的基本结构剖视图。实施例B与实施例A的结构基本一致，如图2所示，弹性位移补偿固连单元包括包括圆盘形预紧盖1、定位圆柱段2、弹性元件3、位移补偿元件4和滑移涂层5。位移补偿元件4安装于定位圆柱段2之内的底部。一层较薄的滑移涂层5镀在位移补偿元件4的外底面。弹性元件3安装于位移补偿元件4的上方。
相对于实施例A，实施例B中的定位圆柱段2的顶部开口较大。
具体的，位移补偿元件4为圆柱形。弹性元件3为Ω形状，焊接固定于位移补偿元件4的上表面。此种形状的弹性元件，受压时能够提供径向抱紧力和位移补偿，同时这类形状的结构具有“高静低动”的刚度特性(高静刚度保证系统静变形量小，低动刚度扩大隔振区间)，是非常好的承力隔振元件
圆盘形预紧盖1旋入定位圆柱段2上方，并压缩弹性元件3，进而通过弹性元件3推动位移补偿元件4。圆盘形预紧盖1旋入直至顶住定位圆柱段2的断面，弹性元件3和位移补偿元件4提供预紧力，补偿径向位移。
在实施例A和实施例B中，进一步的，圆盘形预紧盖1的外侧壁有外螺纹，定位圆柱段2的顶部内侧壁有内螺纹。圆盘形预紧盖1从定位圆柱段2的顶部旋入，外螺纹与内螺纹耦合。
图3是安装有弹性位移补偿固连单元的深海多耐压体组合式耐压结构的示意图。此结构的主要作用是保证多个耐压壳体与连接框架抱紧固连的同时使得耐压壳体各自的收缩变形不传递到连接框架上，从而减小多个耐压结构收缩变形对连接框架的影响，保证深海多耐压体组合结构的安全
如图3～图5所示，其包括连接框架6，连接框架6之内嵌放有多个耐压壳体7，8。每个耐压壳体7，8之上固定有多个弹性位移补偿固连单元。多个弹性位移补偿固连单元沿耐压壳体7，8环形分布。定位圆柱段2焊接在连接框架6之内。位移补偿元件4的底面紧贴在耐压壳体7，8底部的外表面，与耐压壳体7，8底部的外表面共型。
例如，在实施例A中，第二圆柱段的底面紧贴于耐压壳体外表面，与耐压壳体底部的外表面共型。
位移补偿元件4底面镀有的滑移涂层5，兼具降低装弹性位移补偿固连单元与耐压壳体间的摩擦和提高耐磨性能的功能，保证耐压结构在纵向能够自由滑动。
进一步的，连接框架6之上开有钥匙形孔。弹性位移补偿固连单元焊接于钥匙形孔内。连接框架6之上、弹性位移补偿固连单元的旁侧留有圆形开孔为安装维护提供操作空间。
具体的，在本实施例中，图3中包括两个圆柱状深海耐压壳体和梯形横向连接框架。
在本实施例中，连接框架6和耐压壳体7之间通过实施例A所示的弹性位移补偿固连单元连接。连接框架6和耐压壳体8之间通过实施例B所示的弹性位移补偿固连单元连接。
耐压结构在深海受静水压力的变形主要为径向收缩与纵向收缩变形。通过计算耐压结构在水面与连接框架抱紧所需的预紧力和耐压结构设计最大深度上的收缩变形，确定弹性位移补偿固连单元在水面的预紧收缩量d1和水下的最大位移释放量d2(要求d2<d1)。在水面通过弹性位移补偿固连单元之内的弹性元件的压缩，实现组合结构径向的抱紧，同时产生较大的摩擦力使组合结构间不产生纵向滑动；在水下通过释放部分预压缩的位移，补偿耐压结构的径向收缩，并仍具有一定的径向抱紧力，同时已减小的摩擦力使耐压结构在纵向能自由收缩。
图7和图9中，线a是耐压壳体水面状态外轮廓线，线b是耐压壳体水下状态外轮廓线。如图6～图9所示，水面初始状态，弹性位移补偿固连单元的收缩量为d1，提供d1×k(k为弹性位移补偿固连单元内部弹性元件径向刚度)的径向预紧力，该预紧力通过旋入预紧盖压缩弹性元件实现，圆盘形预紧盖1的凹槽深度和圆柱段顶部的端面深度与d1相等。在下潜过程中，耐压结构径、纵向不断收缩，径向的收缩量通过释放弹性位移补偿固连单元内弹性元件预压缩的部分位移来补偿，最大深度下耐压结构径向收缩量d2，此时弹性元件依旧提供(d1-d2)×k的径向抱紧力；纵向通过滑移涂层降低了组合结构间的摩擦力，耐压结构在径向被连接框架抱紧的同时可以在纵向自由收缩，不将纵向变形传递到连接框架上。
如上所述，本装置实现了对耐压结构径向收缩变形的补偿，使耐压结构纵向独立收缩变形，允许多个耐压壳体各自收缩变形的同时与框架抱紧连接，保证多个耐压结构的变形不传递到连接框架上，降低了静水压力下深海组合结构的应力水平，减小了耐压结构对连接框架的变形影响，消除了多耐压体组合结构变形对舷外设备的不利影响。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种弹性位移补偿固连单元，其特征在于，包括圆盘形预紧盖(1)、定位圆柱段(2)、弹性元件(3)、位移补偿元件(4)和滑移涂层(5)；所述位移补偿元件(4)安装于定位圆柱段(2)之内的底部；所述滑移涂层(5)镀在位移补偿元件(4)的外底面；所述弹性元件(3)安装于所述位移补偿元件(4)的上方；所述圆盘形预紧盖(1)旋入定位圆柱段(2)上方，并压缩弹性元件(3)，进而通过弹性元件(3)推动位移补偿元件(4)。
2.如权利要求1所述的弹性位移补偿固连单元，其特征在于，所述位移补偿元件(4)包括第一圆柱段和第二圆柱段；所述第一圆柱段在所述第二圆柱段的上方；所述第一圆柱段的直径小于第二圆柱段；弹性元件(3)为弹簧状，套在所述第一圆柱段之外。
3.如权利要求2所述的弹性位移补偿固连单元，其特征在于，所述圆盘形预紧盖(1)底部设置有环形凹槽；当所述圆盘形预紧盖(1)旋入耐压壳体时，第一圆柱段嵌入所述环形凹槽之中。
4.如权利要求1所述的弹性位移补偿固连单元，其特征在于，所述位移补偿元件(4)为圆柱形；所述弹性元件(3)为Ω形状，固定于位移补偿元件(4)的上表面。
5.如权利要求1所述的弹性位移补偿固连单元，其特征在于，所述圆盘形预紧盖(1)的外侧壁有外螺纹，定位圆柱段(2)的顶部内侧壁有内螺纹；圆盘形预紧盖(1)从定位圆柱段(2)的顶部旋入，外螺纹与内螺纹耦合。
6.一种安装有权利要求1～5任一项所述的弹性位移补偿固连单元的深海多耐压体组合式耐压结构，其特征在于，包括连接框架(6)，所述连接框架(6)之内嵌放有多个耐压壳体(7，8)；每个耐压壳体(7，8)之上固定有多个弹性位移补偿固连单元；多个弹性位移补偿固连单元沿耐压壳体(7，8)环形分布；定位圆柱段(2)焊接在连接框架(6)之内；所述位移补偿元件(4)的底面紧贴在耐压壳体(7，8)底部的外表面，与耐压壳体(7，8)底部的外表面共型。
7.如权利要求6所述的深海多耐压体组合式耐压结构，其特征在于，所述连接框架(6)之上开有钥匙形孔；所述弹性位移补偿固连单元焊接与钥匙形孔内。
8.如权利要求6所述的深海多耐压体组合式耐压结构，其特征在于，所述连接框架(6)之上、弹性位移补偿固连单元的旁侧留有圆形开孔。
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