CN115258035B - 一种大口径碳纤维复合材料耐压结构端部封装连接结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大口径碳纤维复合材料耐压结构端部封装连接结构，所述复合材料耐压结构包括主体，所述主体的端部分别密封设置有内套筒和外套筒，主体的端部还分别通过过渡法兰密封设置有封头，所述内套筒和外套筒均通过温差装配方式与主体装配。本发明可保证复合材料耐压结构的完整性，实现无损复合材料耐压结构端部的封装，并可承受10MPa静水压力。
Description
技术领域
本发明涉及碳纤维复合材料耐压结构技术领域，具体涉及一种大口径碳纤维复合材料耐压结构端部封装连接结构。
背景技术
碳纤维复合材料由于其高比强、高比模、抗腐蚀等优点在海洋工程中的应用日益广泛，因而海洋环境下碳纤维复合材料结构的连接则是必须考虑的关键问题之一。复合材料的缺陷敏感性以及深海环境下的结构密封问题使得传统广泛应用的机械连接方式很难满足应用环境，而胶接连接的环境敏感性又使其难以长期服役。因此，为了扩大碳纤维复合材料在深海环境中的应用，合理的连接结构设计是十分必要的。
公开号为CN110217336A的专利说明书公开了一种大深度潜水器耐压结构，其为组合结构形式；其包括内壳、外壳、左法兰和右法兰；内壳为主承力结构，内壳在左法兰和右法兰的基础上缠绕而成，外壳为钛合金板卷制并通过纵焊缝焊接而成，并与内壳环肋紧密贴合，外壳再通过两端的环焊缝与左法兰和右法兰连接而成；内壳由采用圆筒加外环肋结构形式，外环肋等间距分布，具体间距根据承受外压时耐压结构最小应力准则进行优化配置；内壳与外壳采用对接环焊缝连接而成，焊缝只承受拉力和压力，受力形式简单。上述方案耐压能力高、耐压稳定性好、耐压受力均匀、重量轻、比强度高、耐冲击性能好、耐海水腐蚀持续时间长、使用寿命长、无磁性以及隐蔽性更好。
公告号为CN113581361B的专利说明书公开了一种深海长期工作耐压复合结构，包括金属封头，所述金属封头的外形为双曲率回转体一部分，所述金属封头的上部通过金属预置件配合安装碳纤维耐压壳体，所述金属封头、金属预置件和碳纤维耐压壳体组合安装后形成椭圆形的双曲率回转体结构，金属封头和金属预置件之间采用锥面密封，并利用螺栓和防松垫片锁紧，碳纤维耐压壳体的外面涂覆有聚脲防水涂层。
上述两种方案均未考虑结构相容性，同时具有较高的制造工艺，对此，考虑结构相容性、制造工艺可行性等，本发明提出一种用于大口径复合材料耐压结构端部封装的连接结构。
发明内容
本发明的目的在于提供一种大口径碳纤维复合材料耐压结构端部封装连接结构，该结构可保证复合材料耐压结构的完整性，实现无损复合材料耐压结构端部的封装，并可承受10MPa静水压力。
一种大口径碳纤维复合材料耐压结构端部封装连接结构，所述复合材料耐压结构包括主体，所述主体的端部分别密封设置有内套筒和外套筒，主体的端部还分别通过过渡法兰密封设置有封头，所述内套筒和外套筒均通过温差装配方式与主体装配。
本方案中，内套筒与外套筒分别提供内部支撑与外部约束，通过过渡法兰实现封头与内套筒、外套筒的连接，内套筒与外套筒通过温差装配实现与复合材料耐压结构的过盈装配，各部件组合实现复合材料耐压结构的端部封装。
作为优选，所述外套筒通过热胀装配与所述主体过盈装配。
作为优选，所述内套筒通过冷缩装配与所述主体过盈装配。
作为优选，所述主体与所述内套筒之间通过离散分布的楔形涨紧块实现局部增强，所述楔形涨紧块与内套筒之间通过离散分布的轴向螺栓连接。
作为优选，所述过渡法兰通过离散分布的两组轴向螺栓分别与所述外套筒和内套筒连接，通过O型密封圈实现与金属外套筒和金属内套筒的密封。
作为优选，所述封头通过离散分布的轴向螺栓与所述过渡法兰连接，通过O型密封圈实现与过渡法兰的密封。
作为优选，所述封头包括一端的锥形封头和另一端的椭球形封头。
作为优选，所述锥形封头上通过离散分布的轴向螺栓密封设置有主检修端盖，所述椭球形封头上通过离散分布的轴向螺栓密封设置有次检修端盖。
本发明的有益效果：
本发明通过金属过渡法兰实现金属封头与金属内套筒、金属外套筒的连接，金属内套筒与金属外套筒通过温差装配、辅以金属楔形涨紧块，实现与复合材料耐压结构主体的过盈装配，各部件组合在一起实现复合材料耐压结构的封装连接并能承受10MPa静水压力，并保证在10MPa外压载荷下结构不破坏、不发生泄漏。
附图说明
图1为本发明的主视剖视图；
图2为本发明的结构示意图。
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。
如图1和2所示，一种大口径碳纤维复合材料耐压结构端部封装连接结构，复合材料耐压结构包括主体13，复合材料耐压结构主体13两端封装连接结构除了金属封头几何外形的差别外，其他各部件均相同。
主体1的端部分别密封设置有金属内套筒9和金属外套筒1；金属内套筒9通过冷缩装配工艺实现与复合材料耐压结构主体13过盈装配，为结构提供内部支撑；金属外套筒1通过热胀装配工艺实现与复合材料耐压结构主体13的过盈装配，为结构提供外部约束。
金属内套筒9与复合材料耐压结构主体13之间通过离散分布的金属楔形涨紧块14实现局部增强，金属楔形涨紧块14通过离散分布的轴向螺栓实现与金属内套筒9的连接。
复合材料耐压结构主体13的端部通过金属过渡法兰3密封设置上述金属封头，一端的金属封头为锥形封头4，另一端的金属封头为椭球形封头12；金属过渡法兰3抵接金属外套筒1、复合材料耐压结构包括主体13和金属内套筒9的端部，并通过离散分布的两组轴向螺栓2分别实现与金属外套筒1、金属内套筒9的连接，并组成“凹”字形结构将复合材料耐压结构主体13包裹。
金属封头通过离散分布的轴向螺栓7实现与金属过渡法兰3的连接，并通过O型密封圈8实现金属封头与金属过渡法兰3之间的密封；金属过渡法兰3与金属外套筒1、金属内套筒9之间同样也通过O型密封圈8实现密封。
锥形封头4上通过离散分布的轴向螺栓5密封设置有主检修端盖6，椭球形封头12上通过离散分布的轴向螺栓11密封设置有次检修端盖10；锥形封头4与主检修端盖6之间，以及椭球形封头12与次检修端盖10之间均通过O型密封圈密封。
本发明通过金属过渡法兰3实现金属封头与金属内套筒9、金属外套筒1的连接，金属内套筒9与金属外套筒1通过温差装配、辅以金属楔形涨紧块14，实现与复合材料耐压结构主体13的过盈装配，各部件组合在一起实现复合材料耐压结构的封装连接并能承受10MPa静水压力。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种大口径碳纤维复合材料耐压结构端部封装连接结构，所述复合材料耐压结构包括主体，其特征在于，所述主体的端部分别密封设置有内套筒和外套筒，主体的端部还分别通过过渡法兰密封设置有封头，所述内套筒和外套筒均通过温差装配方式与主体过盈装配；
所述主体与所述内套筒之间通过离散分布的楔形涨紧块实现局部增强，所述楔形涨紧块与内套筒之间通过离散分布的轴向螺栓连接；
所述过渡法兰抵接外套筒，通过离散分布的两组轴向螺栓分别实现与外套筒、内套筒的连接，并组成“凹”字形结构将复合材料耐压结构的主体包裹。
2.根据权利要求1所述的大口径碳纤维复合材料耐压结构端部封装连接结构，其特征在于，所述外套筒通过热胀装配与所述主体过盈装配。
3.根据权利要求1所述的大口径碳纤维复合材料耐压结构端部封装连接结构，其特征在于，所述内套筒通过冷缩装配与所述主体过盈装配。
4.根据权利要求1所述的大口径碳纤维复合材料耐压结构端部封装连接结构，其特征在于，所述过渡法兰分别通过O型密封圈实现与金属外套筒和金属内套筒的密封。
5.根据权利要求1所述的大口径碳纤维复合材料耐压结构端部封装连接结构，其特征在于，所述封头通过离散分布的轴向螺栓与所述过渡法兰连接，通过O型密封圈实现与过渡法兰的密封。
6.根据权利要求1所述的大口径碳纤维复合材料耐压结构端部封装连接结构，其特征在于，所述封头包括一端的锥形封头和另一端的椭球形封头。
7.根据权利要求6所述的大口径碳纤维复合材料耐压结构端部封装连接结构，其特征在于，所述锥形封头上通过离散分布的轴向螺栓密封设置有主检修端盖，所述椭球形封头上通过离散分布的轴向螺栓密封设置有次检修端盖。
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