CN109292059A - 一种深海用耐压舱及其制备装置和制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明专利涉及深海潜器领域,具体公开了一种深海用耐压舱及其制备装置和制备方法,其中,所述深海用耐压舱包括:舱体、外防护层和连接套;所述外防护层套设在舱体的外部,所述连接套设置在舱体的两端;所述舱体内壁均匀设置有加强筋,所述加强筋包括相互垂直设置的横向加强筋和竖向加强筋;所述舱体为碳纤维舱体,所述连接套为钛合金连接套。本发明通过采用由碳纤维材质制成的舱体,在保证同等结构强度的前提下,降低了舱体厚度,极大地降低了使用成本;通过在舱体内壁设置加强筋和采用钛合金连接套,增强了耐压舱的耐压强度、稳定性和安全性。本发明有效地提高了传统的耐压舱的安全性能,进一步提高了深海用耐压舱的生产加工效率。

Description

一种深海用耐压舱及其制备装置和制备方法
技术领域
本发明专利涉及深海用装置领域,尤其是一种深海用耐压舱及其制备装置和制备方法。
背景技术
目前世界各国都在加大对海洋资源的开发利用,随之对海洋的考察及监测要求也越来越高。海洋资源的勘探开发等研究工作也逐渐从浅海走向深海,海洋资源的开发已成为一种必然选择。海洋探测仪器耐压舱是为电子器件、电源等仪器单元提供安装空间的水密耐压舱体,是海洋探测及开发海洋资源的基础条件。海洋探测仪器耐压舱的关键问题在于舱体的强度、刚度、水密性及耐腐蚀等问题。因此,对深海用耐压舱的设计生产要求非常严格。
现代传统的耐压舱体多采用铝、钛合金材料制成,具有质轻、高强、耐海水腐蚀等优点,但也存在焊接要求高、加工复杂等缺点,因此,开发一种新型材料耐压舱来满足深海条件下正常工作就变得尤为重要。
目前,国内已有这方面的研究,发明专利号为201610057814.8公开的一种新型碳纤维高分子复合材料耐压舱体及其制作工艺中,具体公开了“一种耐压舱,其碳纤维筒体内外表面均为光面”。这种结构的耐压舱在较大海深时,由于筒壁的厚度增大,造成整体重量偏重,影响大深度耐压舱重量和浮力的控制,导致该种类型的耐压舱的安全性较低。
另外,现有的耐压舱的内壁一般为为光滑的圆形筒体,而传统的耐压舱缠绕模具为外圆光滑的钢质圆形模具,这样有利于脱模,但如果在此模具的外表面加工成与耐压舱内壁相对应的形状时,这样就无法形成脱模工序,最终导致耐压舱的生产加工效率低。
综上所述,现有的深海用耐压舱的安全性能较低且现有的深海用耐压舱的生产加工效率较低。
基于此,如何提高深海用耐压舱的安全性能和深海用耐压舱的加工效率是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。
发明内容
针对现有技术中的问题,本发明的目的是要提供一种深海用耐压舱及其制备装置和制备方法,提高深海用耐压舱的安全性能和深海用耐压舱的加工效率。
为了达到上述目的,本发明的技术方案是:
一种深海用耐压舱,包括:舱体、外防护层和连接套;
所述外防护层套设在所述舱体的外部,所述连接套为中空结构且其边缘通过胶接剂与所述舱体的边缘胶接;
所述舱体内壁均匀设置有加强筋,所述加强筋包括相互垂直设置的横向加强筋和竖向加强筋;
所述舱体为碳纤维舱体,所述连接套为钛合金连接套。
进一步,本发明的深海用耐压舱,所述横向加强筋和竖向加强筋均为梯形筋条。
进一步,本发明的深海用耐压舱,所述横向加强筋的数量为多个且横向平行间隔设置于舱体内壁上;
所述竖向加强筋的数量为多个且竖向平行间隔设于舱体内壁上。
进一步,本发明的深海用耐压舱,所述外防护层由聚氨酯浇铸而成。
进一步,本发明的深海用耐压舱,所述连接套与所述舱体铰接。
进一步,本发明的深海用耐压舱,所述舱体和外防护层之间还设置有浮力层。
进一步,本发明的深海用耐压舱,所述加强筋的材质为碳纤维高分子材料或者浮力材料。
与现有技术相比,本发明提供的深海用耐压舱的结构与众不同,通过采用由碳纤维材质制成的舱体,在保证同等结构强度的前提下,可降低舱体厚度,极大地降低了使用成本;通过在舱体内壁设置相互垂直的横向加强筋和竖向加强筋,通过采用钛合金连接套,增强了耐压舱的耐压强度、稳定性和安全性;通过采用碳纤维高分子材料或者浮力材料的加强筋,减少了价格昂贵的浮力材料使用,有效地降低了耐压舱的生产升本;本装置在减轻自重的同时,又满足了耐压舱浮力损失要求,提供了较大的浮力载荷,符合深海潜器“下得来、上得去”的工作要求,同时也增强了耐压舱的安全性能;另外,本装置具有强度高、耐磨损、耐低温等优点,综合性能更优。
一种如上任一项所述的深海用耐压舱的制备装置,包括:内模和外模,所述外模套设于所述内模的外侧;
所述内模的两端分别设置有夹持头,所述夹持头上设置有通孔;
所述外模的两端对称设置有凸台,所述凸台内侧对称设置凹槽,所述外模外侧的轴向位置均匀开设有多个横槽,所述外模外侧的径向位置均匀开设有多个竖槽,所述横槽和竖槽相互垂直交叉,所述横槽的槽底开设有多个线槽,多个所述线槽均匀分布在所述外模的外圆周上。
进一步,本发明的深海用耐压舱的制备装置,所述内模为圆柱状结构,其材质为钢;
所述外模为圆柱状结构且与所述内模配合使用,所述外模的材质为超高分子量聚乙烯。
进一步,本发明的深海用耐压舱的制备装置,所述线槽的宽度为1至3mm且所述线槽的两端分别延伸至所述凸台的内侧。
进一步,本发明的深海用耐压舱的制备装置,所述外模的壁厚均大于所述横槽和竖槽的槽深。
进一步,本发明的深海用耐压舱的制备装置,所述横槽和竖槽均为梯形凹槽。
进一步,本发明的深海用耐压舱的制备装置,多个所述横槽之间的间距和所述竖槽在所述外模的圆周面上分布的角度是可调的。
与现有技术相比,本发明提供的深海用耐压舱的制备装置的结构与众不同,本装置的内模和外模结构简单、组装方便、产品易于脱模,有利于提高深海用耐压舱的生产加工效率;另外,外模采用超高分子量聚乙烯材质制成,材料来源广泛、易于加工、使用成本较低,而且,具有很好的热塑性,在产品使用过程中不会影响产品的整体性能。
一种利用如上任一项所述的深海用耐压舱的制备装置制作深海用耐压舱的制备方法,包括如下步骤:
步骤101:将所述外模紧密套设在所述内模上;
步骤102:在所述外模的横槽和竖槽的内部依次均匀地以45度、30度和60度紧密缠绕碳纤维布和碳纤维丝,直至碳纤维布和碳纤维丝填满所述横槽和竖槽的整个槽口;
步骤103:再依次均匀地以45度、30度和60度紧密缠绕碳纤维布和碳纤维丝至一定厚度,得到所述深海用耐压舱的舱体;
步骤104:将步骤103中得到的舱体置于烘箱中固化5-6个小时,温度控制在60-70摄氏度;
步骤105:将内模两端的夹持头固定在脱模装置上,加热舱体至60-70摄氏度,在外力的作用下将外模和内模脱离;
步骤106:将所述外模的凸台切除,沿着线槽将外模切割成多个独立的单元,将所述外模从舱体中取出;
步骤107:将所述舱体上多余的碳纤维丝和碳纤维布清理掉,在所述舱体外部套设外防护层;
步骤S108:将所述连接套安装在所述舱体的两端,制成所述深海用耐压舱。
通过上述技术方案,本发明的深海用耐压舱的制备方法,有效地提高了深海用耐压舱的生产加工效率。本发明的深海用耐压舱及其制备装置和制备方法,有效地提高了传统的耐压舱的安全性能,进一步提高了深海用耐压舱的生产加工效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
附图1为本发明的其中一个实施例的深海用耐压舱的结构示意图;
附图2为本发明的其中一个实施例的深海用耐压舱的剖视图;
附图3为本发明的其中一个实施例的深海用耐压舱的制备装置的结构示意图;
附图4为本发明的其中一个实施例的深海用耐压舱的制备装置的内模的结构示意图;
附图5为本发明的其中一个实施例的深海用耐压舱的制备装置的外模的结构示意图;
附图6为本发明的其中一个实施例的深海用耐压舱的制备方法流程图。
图中:1-舱体,2-外防护层,3-连接套,4-加强筋,401-横向加强筋,402-竖向加强筋,5-内模,6-外模,501-夹持头,502-通孔,601-凹槽,602-横槽,603-竖槽,604-线槽。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
如附图1和2所示,附图1为本发明的其中一个实施例的深海用耐压舱的结构示意图,附图2为本发明的其中一个实施例的深海用耐压舱的剖视图。
本发明所述的深海用耐压舱,包括:舱体1、外防护层2和连接套3;
所述外防护层2套设在所述舱体1的外部,所述连接套3为中空结构且其边缘通过胶接剂与所述舱体1的边缘胶接;
所述舱体1内壁均匀设置有加强筋4,所述加强筋4包括相互垂直设置的横向加强筋401和竖向加强筋402;
所述舱体1为碳纤维舱体,所述连接套3为钛合金连接套。
在上述实施例中,本发明的深海用耐压舱,所述连接套3的数量为两个,分别设置在所述舱体1的两端,且所述连接套3为中空结构且其边缘通过胶接剂与所述舱体1的边缘胶接;而且,所述舱体1的外圆直径略大于连接套3的圆周直径。在实际应用中,上面所述的胶接剂可以是高分子树脂胶或环氧树脂胶等等。
在其中一个实施例中,本发明的深海用耐压舱,所述横向加强筋401和竖向加强筋402均为梯形筋条。
在其中一个实施例中,本发明的深海用耐压舱,所述横向加强筋401的数量为多个且横向平行间隔设置于舱体1内壁上;
所述竖向加强筋402的数量为多个且竖向平行间隔设于舱体1内壁上。
在其中一个实施例中,本发明的深海用耐压舱,所述外防护层2由聚氨酯浇铸而成。
在其中一个实施例中,本发明的深海用耐压舱,所述连接套3与所述舱体1铰接。
在其中一个实施例中,本发明的深海用耐压舱,所述舱体1和外防护层2之间还设置有浮力层。
在其中一个实施例中,本发明的深海用耐压舱,所述加强筋4的材质为碳纤维高分子材料或者浮力材料。
本发明的深海用耐压舱,通过采用由碳纤维材质制成的舱体1,在保证同等结构强度的前提下,可降低舱体1的厚度,极大地降低了使用成本;通过在舱体1内壁设置相互垂直的横向加强筋401和竖向加强筋402,通过采用钛合金连接套3,增强了耐压舱的耐压强度、稳定性和安全性;通过采用碳纤维高分子材料或者浮力材料的加强筋4,减少了价格昂贵的浮力材料使用,有效地降低了耐压舱的生产成本;本装置在减轻自重的同时,又满足了耐压舱浮力损失要求,提供了较大的浮力载荷,符合深海潜器“下得来、上得去”的工作要求,同时也增强了耐压舱的安全性能;另外,本装置具有强度高、耐磨损、耐低温等优点,综合性能更优。
在其中一个实施例中,本发明的深海用耐压舱,各项参数可设置如下所示:
舱体1的直径为310mm,长度为800至810mm,舱体内壁的横向加强筋401之间的间距为5至10cm,竖向加强筋402在圆周面上呈45°角均布,所述舱体1的材质为碳纤维材质。上述实施例的深海用耐压舱至少能够承受44MPa的压力,满足深海用耐压舱的工作环境要求。
在实际使用上述实施例的深海用耐压舱之前,可以对上述耐压舱进行水静压力检测,具体如下:
1、水静压力检测所使用的主要计量器具和设备
1)名称:JSA2-1型压力试验系统;
2)测量范围:(0-100)MPa;
3)不确定度或准确度等级或最大允许误差:1级。
2、水静压力检测时间及其环境条件
1)地点:水静压力试验室;
2)温度:26.0℃;
3)相对湿度:60%。
3、水静压力检测结果:
1)试验条件:试验压力44MPa,保压时间2h;
2)检测结果:
将规格为310mm×800mm的深海用耐压舱的壳体放入压力试验系统内,首先升压至5MPa,保压2min;再升压至10MPa,保压2min;再升压至15MPa,保压2min;再升压至20MPa,保压2min;再升压至25MPa,保压2min;再升压至30MPa,保压2min;再升压至35MPa,保压2min;再升压至40MPa,保压2min;再升压至42MPa,保压2min;最后,升压至44MPa,保压2h;然后降压至0MPa。试验后经检查,样品外观未变形。
如附图3、4和5所示,附图3为本发明的其中一个实施例的深海用耐压舱的制备装置的结构示意图,附图4为本发明的其中一个实施例的深海用耐压舱的制备装置的内模的结构示意图,附图5为本发明的其中一个实施例的深海用耐压舱的制备装置的外模的结构示意图。
本发明所述的深海用耐压舱的制备装置,包括:内模5和外模6,所述外模6套设于所述内模5的外侧;
所述内模5的两端分别设置有夹持头501,所述夹持头501上设置有通孔502;
所述外模6的两端对称设置有凸台,所述凸台内侧对称设置凹槽601,所述外模6外侧的轴向位置均匀开设有多个横槽602,所述外模外侧的径向位置均匀开设有多个竖槽603,所述横槽602和竖槽603相互垂直交叉,所述横槽602的槽底开设有多个线槽604,多个所述线槽604均匀分布在所述外模6的外圆周上。
在其中一个实施例中,本发明的深海用耐压舱的制备装置,所述内模5为圆柱状结构,其材质为钢;
所述外模6为圆柱状结构且与所述内模5配合使用,所述外模6的材质为超高分子量聚乙烯。
在其中一个实施例中,本发明的深海用耐压舱的制备装置,所述线槽604的宽度为1至3mm且所述线槽604的两端分别延伸至所述凸台的内侧。
在其中一个实施例中,本发明的深海用耐压舱的制备装置,所述外模6的壁厚均大于所述横槽602和竖槽603的槽深。
在其中一个实施例中,本发明的深海用耐压舱的制备装置,所述横槽602和竖槽603均为梯形凹槽。
在其中一个实施例中,本发明的深海用耐压舱的制备装置,多个所述横槽602之间的间距和所述竖槽603在所述外模6的圆周面上分布的角度是可调的。
本发明的深海用耐压舱的制备装置,其内模5和外模6结构简单、组装方便、产品易于脱模,有利于提高深海用耐压舱的生产加工效率;其次,内模5采用钢质材料,有利于延长本装置的使用寿命且成本较低;外模6采用超高分子量聚乙烯材质制成,材料来源广泛、易于加工、使用成本较低,具有良好的热塑性,在产品使用过程中不会影响产品的整体性能。
在实际使用本发明的深海用耐压舱的制备装置时,通过将外模6套设在内模5上,将内模5一端的夹持头501放置在传统的脱模机的卡头上,用销轴穿过设置在夹持头501上的通孔502,以固定内模5;再将外模6的一侧固定在脱模机的另一端,运用脱模机将内模5和外模6分开,有利于产品脱模。
如附图6所示,附图6为本发明的其中一个实施例的深海用耐压舱的制备方法流程图,本实施例的深海用耐压舱的制备方法,可以包括如下步骤:
步骤S101:将所述外模6紧密套设在所述内模5上;
步骤S102:在所述外模6的横槽602和竖槽603的内部依次均匀地以45度、30度和60度紧密缠绕碳纤维布和碳纤维丝,直至碳纤维布和碳纤维丝填满所述横槽602和竖槽603的整个槽口;
步骤S103:再依次均匀地以45度、30度和60度紧密缠绕碳纤维布和碳纤维丝至一定厚度,得到所述深海用耐压舱的舱体1;
步骤S104:将步骤S103中得到的舱体1置于烘箱中固化5-6个小时,温度控制在60-70摄氏度;
步骤S105:将内模5两端的夹持头501固定在脱模装置上,加热舱体1至60-70摄氏度,在外力的作用下将外模6和内模5脱离;
步骤S106:将所述外模6的凸台切除,沿着线槽604将外模6切割成多个独立的单元,将所述外模604从舱体1中取出;
步骤S107:将所述舱体1上多余的碳纤维丝和碳纤维布清理掉,在所述舱体1外部套设外防护层2;
步骤S108:将所述连接套3安装在所述舱体1的两端,制成所述深海用耐压舱。
需要说明的是,在实际应用本发明的深海用耐压舱的制备方法时,上述步骤S101至108的实施顺序可以根据实际需要进行灵活变动,在此不做赘述。
通过上述技术方案,本发明的深海用耐压舱的制备方法,有效地提高了深海用耐压舱的生产加工效率。本发明的深海用耐压舱及其制备装置和制备方法,有效地提高了传统的耐压舱的安全性能,进一步提高了深海用耐压舱的生产加工效率。
对所公开的实施例的上述说明,使本领域技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域技术人员来说将是显而易见的,本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下,在其它实施例中实现。因此,本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种深海用耐压舱,其特征在于,包括:舱体(1)、外防护层(2)和连接套(3);
所述外防护层(2)套设在所述舱体(1)的外部,所述连接套(3)为中空结构且其边缘通过胶接剂与所述舱体(1)的边缘胶接;
所述舱体(1)内壁均匀设置有加强筋(4),所述加强筋(4)包括相互垂直设置的横向加强筋(401)和竖向加强筋(402);
所述舱体(1)为碳纤维舱体,所述连接套(3)为钛合金连接套。
2.根据权利要求1所述的深海用耐压舱,其特征在于:所述横向加强筋(401)和竖向加强筋(402)均为梯形筋条。
3.根据权利要求2所述的深海用耐压舱,其特征在于:所述横向加强筋(401)的数量为多个且横向平行间隔设置于舱体(1)内壁上;
所述竖向加强筋(402)的数量为多个且竖向平行间隔设于舱体(1)内壁上。
4.根据权利要求1所述的深海用耐压舱,其特征在于:所述外防护层(2)由聚氨酯浇铸而成,所述加强筋(4)的材质为碳纤维高分子材料或者浮力材料。
5.根据权利要求1所述的深海用耐压舱,其特征在于:所述舱体(1)和外防护层(2)之间还设置有浮力层。
6.一种如权利要求1至5任一项所述的深海用耐压舱的制备装置,其特征在于,包括:内模(5)和外模(6),所述外模(6)套设于所述内模(5)的外侧;
所述内模(5)的两端分别设置有夹持头(501),所述夹持头(501)上设置有通孔(502);
所述外模(6)的两端对称设置有凸台,所述凸台内侧对称设置凹槽(601),所述外模(6)外侧的轴向位置均匀开设有多个横槽(602),所述外模外侧的径向位置均匀开设有多个竖槽(603),所述横槽(602)和竖槽(603)相互垂直交叉,所述横槽(602)的槽底开设有多个线槽(604),多个所述线槽(604)均匀分布在所述外模(6)的外圆周上。
7.根据权利要求6所述的深海用耐压舱的制备装置,其特征在于:所述内模(5)为圆柱状结构,其材质为钢;
所述外模(6)为圆柱状结构且与所述内模(5)配合使用,所述外模(6)的材质为超高分子量聚乙烯。
8.根据权利要求1所述的深海用耐压舱的制备装置,其特征在于:所述线槽(604)的宽度为1至3mm且所述线槽(604)的两端分别延伸至所述凸台的内侧。
9.根据权利要求1所述的深海用耐压舱的制备装置,其特征在于:所述外模(6)的壁厚均大于所述横槽(602)和竖槽(603)的槽深;
所述横槽(602)和竖槽(603)均为梯形凹槽,多个所述横槽(602)之间的间距和所述竖槽(603)在所述外模(6)的圆周面上分布的角度是可调的。
10.一种利用权利要求6至9中任一项所述的深海用耐压舱的制备装置制作深海用耐压舱的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
步骤S101:将所述外模(6)紧密套设在所述内模(5)上;
步骤S102:在所述外模(6)的横槽(602)和竖槽(603)的内部依次均匀地以45度、30度和60度紧密缠绕碳纤维布和碳纤维丝,直至碳纤维布和碳纤维丝填满所述横槽(602)和竖槽(603)的整个槽口;
步骤S103:再依次均匀地以45度、30度和60度紧密缠绕碳纤维布和碳纤维丝至一定厚度,得到所述深海用耐压舱的舱体(1);
步骤S104:将步骤S103中得到的舱体(1)置于烘箱中固化5-6个小时,温度控制在60-70摄氏度;
步骤S105:将内模(5)两端的夹持头(501)固定在脱模装置上,加热舱体(1)至60-70摄氏度,在外力的作用下将外模(6)和内模(5)脱离;
步骤S106:将所述外模(6)的凸台切除,沿着线槽(604)将外模(6)切割成多个独立的单元,将所述外模(604)从舱体(1)中取出;
步骤S107:将所述舱体(1)上多余的碳纤维丝和碳纤维布清理掉,在所述舱体(1)外部套设外防护层(2);
步骤S108:将所述连接套(3)安装在所述舱体(1)的两端,制成所述深海用耐压舱。
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