CN114872868A - 一种耐外压舱体结构及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了海洋技术领域的一种耐外压舱体结构及其制备方法，包括壳体，壳体两侧圆周面通过接头紧固件固定连接有外侧接头和内侧接头，外侧接头的一端通过堵盖紧固件固定连接有堵盖和外侧接头，内侧接头的一端安装有两个密封圈，密封圈分别与壳体和堵盖紧密贴合，壳体内部通过装配型架安装有环筋，本发明有效地提高了传统的耐压舱的安全性能，耐压能力，进一步提高了耐压舱体的安装效率。
Description
技术领域
本发明涉及海洋技术领域，具体为一种耐外压舱体结构及其制备方法。
背景技术
自20世纪60年代以来，碳纤维复合材料在航空航天领域就已扮演着重要的角色，但由于成本较高，在追求低成本的船舶海洋领域发展应用受到了一定的限制。随着近年来国家海洋战略的推动和发展，以及国内碳纤维复合材料的自主研发与成本降低，我国将大力发展海洋资源高效开发、利用和保护技术，其中，在深海探测方面，将突破全海深(最大深度11000米)潜水器研制，形成1000米～7000米级潜水器作业应用能力，为我国深海资源开发利用提供科技支撑。
潜水器是一种水压耐压舱体，是内部人员和仪器设备的安全保障，一旦在外部水压力作用下产生局部破裂或失稳，其后果不堪设想。一方面深水环境复杂、水压大，潜水器作业时间长，对于结构安全性的考验更加严峻；另一方面，为了保证正常的上浮下潜，将严格控制结构的重量浮力比，对于舱体的重量控制将更加苛刻。相对于传统耐压舱体，碳纤维复合材料比强度高、比刚度高、可设计性好、耐腐蚀，可以满足潜水器对高强度、大浮力、轻量化、工程可行的要求。
基于此，本发明设计了一种耐外压舱体结构，以解决传统的舱体安全性能低、耐压能力小、重量浮力比较大的问题。
发明内容
为解决传统的舱体安全性能低、耐压能力小、重量浮力比较大的问题，本发明提供如下技术方案：
一种耐外压舱体结构，包括壳体，所述壳体两侧圆周面通过接头紧固件固定连接有外侧接头和内侧接头，所述外侧接头的一端通过堵盖紧固件固定连接有堵盖和外侧接头，所述内侧接头的一端安装有两个密封圈，所述密封圈分别与壳体和堵盖紧密贴合，所述壳体内部通过装配型架安装有环筋。
作为本使用新型的进一步方案，所述接头紧固件包括有接头螺栓和接头垫圈，所述壳体两侧圆周面通过接头螺栓分别螺纹连接有外侧接头和内侧接头，所述接头螺栓圆周面套接有接头垫圈，所述接头垫圈与外侧接头紧密贴合；工作时，通过螺栓将外侧接头、内侧接头和壳体进行固定，再用接头垫片将其密封，从而达到便于安装外侧接头和内侧接头的效果
作为本使用新型的进一步方案，所述外侧接头包括有接头基体和加强筋，所述壳体两侧圆周面通过接头螺栓螺纹连接有接头基体和内侧接头，所述接头基体表面固定连接有加强筋；工作时，通过加强筋加强接头基体，从而达到防止接头基体发生形变的效果。
作为本使用新型的进一步方案，所述堵盖紧固件包括有堵盖螺栓和堵盖垫圈，所述接头基体的一端通过堵盖螺栓分别螺纹连接有堵盖和内侧接头，所述堵盖螺栓圆周面套接有堵盖垫圈，所述堵盖垫圈与堵盖紧密贴合；工作时，通过堵盖螺栓堵盖、内侧接头和接头基体进行固定，再用堵盖垫片将其密封，从而达到便于安装堵盖的效果。
作为本使用新型的进一步方案，所述堵盖包括有堵盖基体、外侧筋条、内侧筋条和把手，所述外侧接头的一端通过堵盖螺栓分别螺纹连接有堵盖基体和内侧接头，所述堵盖基体远离外侧接头的一端固定连接有外侧筋条和把手，所述堵盖基体靠近外侧接头的一端固定连接有内侧筋条；工作时，通过外侧筋条和内侧筋条加强堵盖基体，从而达到防止堵盖基体发生形变的效果。
作为本使用新型的进一步方案，所述密封圈采用橡胶材质，所述环筋采用T800级碳纤维复合材料制成；工作时，通过两道密封圈的设置，从而达到增加密封的效果；通过环筋采用真空袋热压罐成型工艺，从而达到可根据承压大小设计环筋数量、铺层厚度与铺层角度的目的。
作为本使用新型的进一步方案，所述外侧接头、内侧接头和堵盖采用TC4钛合金制成；工作时，通过用TC4钛合金制成外侧接头、内侧接头和堵盖，从而达到加强了外侧接头、内侧接头和堵盖承载能力与拆卸方便性的效果。
作为本使用新型的进一步方案，所述壳体采用碳纤维复合材料制成，工作时，通过采用缠绕成型工艺，从而达到可根据承压大小设计铺层厚度与铺层角度；且壳体两端的内表面设置坡度，加强壳体与接头的连接强度与密封的效果。
本发明还公开了上述一种耐外压舱体结构的制备方法，所述方法包括以下步骤：
步骤(1)：外侧接头与内侧接头采用TC4钛合金机加成型；
步骤(2)：堵盖采用TC4钛合金粗机加，然后焊接，最后精机加成型；
步骤(3)：环筋采用T800级碳纤维环氧树脂预浸料，使用金属组合模具铺贴，真空袋热压罐固化成型；
步骤(4)：壳体采用T800级碳纤维纱与缠绕用环氧树脂，使用金属分瓣式芯模缠绕，烘箱固化成型；壳体与内侧接头共固化，内侧接头先安装在芯模外侧，再进行壳体的缠绕；
步骤(5)：密封圈选用成品O型橡胶密封圈，接头紧固件和堵盖紧固件选用不锈钢材质的国标螺栓和垫片；
步骤(6)：通过装配型架定位环筋位置，使用结构胶胶接壳体与环筋；
步骤(7)：通过装配型架定位外侧接头、内侧接头与壳体，通过钻模钻制接头紧固件的安装孔，使用接头紧固件连接三者；安装接头紧固件的同时，使用密封胶进行密封处理；
步骤(8)：使用堵盖紧固件，将密封圈与堵盖安装在内侧接头上。
有益效果
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本申请减重效果明显。相比传统金属结构，在体积相同的情况下，减重50％以上，这将使得舱体易于上浮下潜，也可搭载更多的仪器设备用于探测，降低了舱体进出深海与更换仪器设备的频率，为科研探测节约了成本与时间；
(2)本申请的密封效果优良，易于维修和更换。本申请的零件数量少，降低了泄压风险；零件连接处进行了密封处理，密封圈可更换，密封胶肉眼可见，易于发现缺陷与维修；
(3)本申请的耐压能力强。本申请的主承力结构为高强碳纤维复合材料，比强度与比刚度优于金属材料，可以承载更大的外压，安全性能更高，可探测更深的海底；
(4)本申请是由碳纤维复合材料为主体的舱体，重量轻、浮力大、密封好、耐外压能力强、安全性能高，可作为深海探测仪器设备的搭载舱体。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述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。
图1为本发明总体轴侧结构示意图；
图2为本发明剖面结构示意图；
图3为本发明图2中A部分放大结构示意图；
图4为本发明堵盖轴侧结构示意图；
图5为本发明外侧接头轴侧结构示意图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、堵盖；1-1、堵盖基体；1-2、外侧筋条；1-3、内侧筋条；1-4、把手；2、外侧接头；2-1、接头基体；2-2、加强筋；3、壳体；4、堵盖紧固件；4-1、堵盖螺栓；4-2、堵盖垫圈；5、接头紧固件；5-1、接头螺栓；5-2、接头垫圈；6、环筋；7、内侧接头；8、密封圈。
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。
请参阅图1-5，本发明提供一种技术方案：
一种耐外压舱体结构，包括壳体3，壳体3两侧圆周面通过接头紧固件5固定连接有外侧接头2和内侧接头7，外侧接头2的一端通过堵盖紧固件4固定连接有堵盖1和外侧接头2，内侧接头7的一端安装有两个密封圈8，密封圈8分别与壳体3和堵盖1紧密贴合，壳体3内部通过装配型架安装有环筋6；工作时，通过紧固件固定和堵盖紧固件4对壳体3、外侧接头2、内侧接头7和堵盖1进行固定，从而达到便于拆卸的效果；通过设置的密封圈8，从而达到增加密封的效果。
作为本使用新型再进一步的实施方案：接头紧固件5包括有接头螺栓5-1和接头垫圈5-2，壳体3两侧圆周面通过接头螺栓5-1分别螺纹连接有外侧接头2和内侧接头7，接头螺栓圆周面套接有接头垫圈5-2，接头垫圈5-2与外侧接头2紧密贴合；工作时，通过螺栓将外侧接头2、内侧接头7和壳体3进行固定，再用接头垫片将其密封，从而达到便于安装外侧接头2和内侧接头7的效果。
作为本使用新型再进一步的实施方案：外侧接头2包括有接头基体2-1和加强筋2-2，壳体3两侧圆周面通过接头螺栓5-1螺纹连接有接头基体2-1和内侧接头7，接头基体2-1表面固定连接有加强筋2-2；工作时，通过加强筋2-2加强接头基体2-1，从而达到防止接头基体2-1发生形变的效果。
作为本使用新型再进一步的实施方案：堵盖紧固件4包括有堵盖螺栓4-1和堵盖垫圈4-2，接头基体2-1的一端通过堵盖螺栓4-1分别螺纹连接有堵盖1和内侧接头7，堵盖螺栓4-1圆周面套接有堵盖垫圈4-2，堵盖垫圈4-2与堵盖1紧密贴合；工作时，通过堵盖螺栓4-1堵盖1、内侧接头7和接头基体2-1进行固定，再用堵盖1垫片将其密封，从而达到便于安装堵盖1的效果。
作为本使用新型再进一步的实施方案：堵盖1包括有堵盖基体1-1、外侧筋条1-2、内侧筋条1-3和把手1-4，外侧接头2的一端通过堵盖螺栓4-1分别螺纹连接有堵盖基体1-1和内侧接头7，堵盖基体1-1远离外侧接头2的一端固定连接有外侧筋条1-2和把手1-4，堵盖基体1-1靠近外侧接头2的一端固定连接有内侧筋条1-3；工作时，通过外侧筋条1-2和内侧筋条1-3加强堵盖基体1-1，从而达到防止堵盖基体1-1发生形变的效果。
作为本使用新型再进一步的实施方案：密封圈8采用橡胶材质，环筋6采用T800级碳纤维复合材料制成；工作时，通过两道密封圈8的设置，从而达到增加密封的效果；通过环筋6采用真空袋热压罐成型工艺，从而达到可根据承压大小设计环筋6数量、铺层厚度与铺层角度的目的。
作为本使用新型再进一步的实施方案：外侧接头2、内侧接头7和堵盖1采用TC4钛合金制成；工作时，通过用TC4钛合金制成外侧接头2、内侧接头7和堵盖1，从而达到加强了外侧接头2、内侧接头7和堵盖1承载能力与拆卸方便性的效果。
作为本使用新型再进一步的实施方案：壳体3采用碳纤维复合材料制成，工作时，通过采用缠绕成型工艺，从而达到可根据承压大小设计铺层厚度与铺层角度；且壳体3两端的内表面设置坡度，加强壳体3与接头的连接强度与密封的效果。
本发明基于耐外压舱体结构的制备方法包括以下步骤：
步骤1：外侧接头2与内侧接头7采用TC4钛合金机加成型；
步骤2：堵盖1采用TC4钛合金粗机加，然后焊接，最后精机加成型；
步骤3：环筋6采用T800级碳纤维环氧树脂预浸料，使用金属组合模具铺贴，真空袋热压罐固化成型；
步骤4：壳体3采用T800级碳纤维纱与缠绕用环氧树脂，使用金属分瓣式芯模缠绕，烘箱固化成型；壳体3与内侧接头7共固化，内侧接头7先安装在芯模外侧，再进行壳体3的缠绕；
步骤5：密封圈8选用成品O型橡胶密封圈8，接头紧固件5和堵盖紧固件4选用不锈钢材质的国标螺栓和垫片；
步骤6：通过装配型架定位环筋6位置，使用结构胶胶接壳体3与环筋6；
步骤7：通过装配型架定位外侧接头2、内侧接头7与壳体3，通过钻模钻制接头紧固件5的安装孔，使用接头紧固件5连接三者；安装接头紧固件5的同时，使用密封胶进行密封处理；
步骤8：使用堵盖紧固件4，将密封圈8与堵盖1安装在内侧接头7上。
本使用新型的工作原理是：使用本发明时，通过壳体3与环筋6胶接，环筋6加强壳体3筒段的承压能力；壳体3与内侧接头7、外侧接头2通过紧固件连接，堵盖1通过紧固件和密封圈8连接在内侧接头7上，使舱体结构封闭；整个舱体外侧承受深海压力，内侧安装仪器设备，用于深海探测；舱体为筒形结构，相对体积更大，进而产生的浮力更大，复合材料的主结构壳体3大幅降低了舱体重量，使得舱体易于上浮下潜。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种耐外压舱体结构，包括壳体(3)，其特征在于：所述壳体(3)两侧圆周面通过接头紧固件(5)固定连接有外侧接头(2)和内侧接头(7)，所述外侧接头(2)的一端通过堵盖紧固件(4)固定连接有堵盖(1)和外侧接头(2)，所述内侧接头(7)的一端安装有两个密封圈(8)，所述密封圈(8)分别与壳体(3)和堵盖(1)紧密贴合，所述壳体(3)内部通过装配型架安装有环筋(6)。
2.根据权利要求1所述的一种耐外压舱体结构，其特征在于：所述接头紧固件(5)包括有接头螺栓(5-1)和接头垫圈(5-2)，所述壳体(3)两侧圆周面通过接头螺栓(5-1)分别螺纹连接有外侧接头(2)和内侧接头(7)，所述接头螺栓(5-1)圆周面套接有接头垫圈(5-2)，所述接头垫圈(5-2)与外侧接头(2)紧密贴合。
3.根据权利要求1所述的一种耐外压舱体结构，其特征在于：所述外侧接头(2)包括有接头基体(2-1)和加强筋(2-2)，所述壳体(3)两侧圆周面通过接头螺栓(5-1)分别螺纹连接有接头基体(2-1)和内侧接头(7)，所述接头基体(2-1)表面固定连接有加强筋(2-2)。
4.根据权利要求3所述的一种耐外压舱体结构，其特征在于：所述堵盖紧固件(4)包括有堵盖螺栓(4-1)和堵盖垫圈(4-2)，所述接头基体(2-1)的一端通过堵盖螺栓(4-1)螺纹连接有堵盖(1)和内侧接头(7)，所述堵盖螺栓(4-1)圆周面套接有堵盖垫圈(4-2)，所述堵盖垫圈(4-2)与堵盖(1)紧密贴合。
5.根据权利要求1所述的一种耐外压舱体结构，其特征在于：所述堵盖(1)包括有堵盖基体(1-1)、外侧筋条(1-2)、内侧筋条(1-3)和把手(1-4)，所述外侧接头(2)的一端通过堵盖螺栓(4-1)分别螺纹连接有堵盖基体(1-1)和内侧接头(7)，所述堵盖基体(1-1)远离外侧接头(2)的一端固定连接有外侧筋条(1-2)和把手(1-4)，所述堵盖基体(1-1)靠近外侧接头(2)的一端固定连接有内侧筋条(1-3)。
6.根据权利要求1所述的一种耐外压舱体结构，其特征在于：所述密封圈(8)采用橡胶材质，所述环筋(6)采用T800级碳纤维复合材料制成。
7.根据权利要求1所述的一种耐外压舱体结构，其特征在于：所述外侧接头(2)、内侧接头(7)和堵盖(1)采用TC4钛合金制成。
8.根据权利要求1所述的一种耐外压舱体结构，其特征在于：所述壳体(3)采用碳纤维复合材料制成。
9.一种利用权利要求1-8中任一项所述的耐外压舱体结构制作耐外压舱体结构及其制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤(1)：外侧接头(2)与内侧接头(7)采用TC4钛合金机加成型；
步骤(2)：堵盖(1)采用TC4钛合金粗机加，然后焊接，最后精机加成型；
步骤(3)：环筋(6)采用T800级碳纤维环氧树脂预浸料，使用金属组合模具铺贴，真空袋热压罐固化成型；
步骤(4)：壳体(3)采用T800级碳纤维纱与缠绕用环氧树脂，使用金属分瓣式芯模缠绕，烘箱固化成型；壳体(3)与内侧接头(7)共固化，内侧接头(7)先安装在芯模外侧，再进行壳体(3)的缠绕；
步骤(5)：密封圈(8)选用成品O型橡胶密封圈(8)，接头紧固件(5)和堵盖紧固件(4)选用不锈钢材质的国标螺栓和垫片；
步骤(6)：通过装配型架定位环筋(6)位置，使用结构胶胶接壳体(3)与环筋(6)；
步骤(7)：通过装配型架定位外侧接头(2)、内侧接头(7)与壳体(3)，通过钻模钻制接头紧固件(5)的安装孔，使用接头紧固件(5)连接三者；安装接头紧固件(5)的同时，使用密封胶进行密封处理；
步骤(8)：使用堵盖紧固件(4)，将密封圈(8)与堵盖(1)安装在内侧接头(7)上。
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