CN115432151A - 一种用于深海的充压式分层复合材料壳体及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于深海探索技术领域，公开了一种用于深海的充压式分层复合材料壳体及其使用方法，包括：外壳；内壳；设置于所述外壳与内壳之间的空腔，且所述空腔内填充有压力介质，所述压力介质包括互不干扰的海水和高压气体；设置于所述空腔内的至少一组压力导流装置，所述压力导流装置用于实现外壳与内壳之间的固定连接，且压力导流装置包括用于导通外壳外部和空腔的主动导流组件；设置于所述内壳内部的气压调节装置，且所述气压调节装置与空腔之间连接有调压管路；综上，通过对空腔内部压力的调节能有效实现整体分层壳体的分压，从而可相同材料下实现更安全、更深的潜水器下潜；具体还采用水压与气压相配的方式对空腔内部压力进行调节。

Description

一种用于深海的充压式分层复合材料壳体及其使用方法

技术领域

本发明属于深海探索技术领域，具体涉及一种用于深海的充压式分层复合材料壳体及其使用方法。

背景技术

在进行深海探索中常需要用到潜水器等设备。在现有潜水器结构中，耐压壳体是保障深海潜水器中科研人员健康安全和设备正常工作的重要部分，但目前所使用的潜水器均为一层外壳，而潜水器外壳受到材料技术的限制，无法承受超过材料抗压能力之外的压力，因此则限制了潜水器下潜深度有限。

发明内容

鉴于此，为解决上述背景技术中所提出的由于材料限制导致潜水器下潜深度有限的问题，本发明的目的在于提供一种用于深海的充压式分层复合材料壳体及其使用方法。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种用于深海的充压式分层复合材料壳体，包括：

外壳；

内壳；

设置于所述外壳与内壳之间的空腔，且所述空腔内填充有压力介质，所述压力介质包括互不干扰的海水和高压气体；

设置于所述空腔内的至少一组压力导流装置，所述压力导流装置用于实现外壳与内壳之间的固定连接，且压力导流装置包括用于导通外壳外部和空腔的主动导流组件；

设置于所述内壳内部的气压调节装置，且所述气压调节装置与空腔之间连接有调压管路。

优选的，在所述空腔中设有分隔壳体，所述分隔壳体同轴装配于外壳与内壳之间，且所述分隔壳体将空腔分隔形成内腔与外腔。

优选的，在所述外腔内设有至少一组可移动的活塞板，且至少一组活塞板与至少一组压力导流装置一一对应；每组所述活塞板的数量均为两个，并对称分布于所述压力导流装置的两侧；所述活塞板靠近压力导流装置的一侧及内腔均用于储存海水，且活塞板的另一侧用于储存高压气体。

优选的，所述压力导流装置还包括被动导流组件，且所述被动导流组件用于在内腔与外腔之间的压力差超过预值时，实现内腔与活塞板靠近压力导流装置一侧之间的导通。

优选的，所述被动导流组件：

两端导通的主管；

连接于所述主管中间的分管，且所述分管用于实现主管与内腔之间导通；

固定于所述主管内的两个密封套，且两个密封套对称位于分管两侧；

设置于主管内的两个密封球，两个密封球分别与两个密封套配合，且两个密封球之间连接有弹性限位组件。

优选的，所述弹性限位组件包括：对称设置的两个滑动板，且两个滑动板之间连接有限位弹簧，所述滑动板与主管内壁滑动配合，且两个滑动板分别固定于两个密封球上。

优选的，所述气压调节装置包括相互连接的高压气罐和气泵，且所述高压气罐通过气泵与调压管路连接。

优选的，所述调压管路包括：

固定于所述内壳内部的调压主管；

连接于所述调压主管上的至少一个调压分管，且所述调压分管导通于活塞板的另一侧。

一种用于深海的充压式分层复合材料壳体的使用方法，包括

上述公开壳体的下沉步骤：

A1.辅助下沉：

启动主动导流组件，以将海水导入压力导流装置与活塞板之间，而活塞板远离压力导流装置的一侧则储存有预设压力的高压气体；

在所述内腔与外腔之间的压力差超过预值时，被动导流组件被启动，活塞板一侧的海水流入内腔中；

A2.压力调节：

在外壳外压力超过外腔内压力时，停止主动导流组件；并在外壳外压力与外腔内压力之间的压力差超过设定值时，启动气压调节装置，以导出高压气体向活塞板的另一侧加压。

上述公开壳体的上浮步骤：

B1.辅助上浮：启动主动导流组件，以将活塞板一侧以及内腔中的海水导出至外壳外部；

B2.压力调节：

在外壳外压力不超过外腔内压力时，启动气压调节装置，以回收高压气体实现活塞板另一侧的减压。

本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：

在本发明中，通过对空腔内部压力的调节能有效实现整体分层壳体的分压，从而可相同材料下实现更安全、更深的潜水器下潜。

具体，在对空腔内部压力进行调节时，采用水压与气压相配的方式完成调节操作，其中水压调节不仅能满足整体分层壳体的分压需要，还能有效实现整体分层壳体的辅助下沉与上浮，由此有效降低潜水器的浮力调节总量，从而达到节能效果。

另外，针对上述空腔：通过分隔壳体构成内外分布的两个部分，由此实现多层分压；还通过活塞板实现水压调节与气压调节之间的配合与隔离，由此有效保证空腔内各处压力调整的均匀。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1中的A处放大图；

图3为本发明中被动导流组件的结构示意图；

图中：外壳-1；内壳-2；空腔-3；分隔壳体-31；内腔-32；外腔-33；活塞板-34；压力导流装置-4；主动导流组件-41；被动导流组件-42；主管-421；分管-422；密封套-423；密封球-424；滑动板-425；限位弹簧-426；气压调节装置-5；高压气罐-51；气泵-52；调压管路-53。

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。

请参阅图1-图3所示，在本发明中提供了一种用于深海的充压式分层复合材料壳体，主要包括：

外壳1；

内壳2；

设置于外壳1与内壳2之间的空腔3，且空腔3内填充有压力介质，压力介质包括互不干扰的海水和高压气体。

针对上述包括外壳1与内壳2的双层壳体，其整体壳体受压为：

外壳1压力△P1=P1（外压力）-P1（内压力）；

内壳2压力△P2=P2（外压力）-P2（内压力）。

具体，P1（外压力）即根据整体壳体所下潜的深度确定，下潜深度越深，P1（外压力）则越大；P1（内压力）=P2（外压力）；P2（内压力）即为内壳2内部腔体的压力，该腔体为载人腔体，因此应将压力设置为标准大气压。

基于此，假设下潜至深海10000米处，单层壳体则需要承受相当于1300个大气压强，而在本发明中，在空腔3内填充压力介质，以此使得空腔3内压力达到600个大气压，由此使得：外壳1压力△P1=1300-600=700个大气压；内壳2压力△P2=600-1=599。

综上，利用上述分压原理则能在相同材料下大大提升整体壳体及潜水器的下潜深度。

另外，本发明的分层壳体还包括：

设置于空腔3内的至少一组压力导流装置4，压力导流装置4用于实现外壳1与内壳2之间的固定连接，且压力导流装置4包括用于导通外壳1外部和空腔3的主动导流组件41；

设置于内壳2内部的气压调节装置5，且气压调节装置5与空腔3之间连接有调压管路53。

综上，通过压力导流装置4及气压调节装置5实现整体壳体下潜及上浮过程中的分压调节。而上述主动导流组件41则可采用水泵等强制导流设备。

在本实施例中，进一步的：

在空腔3中设有分隔壳体31，分隔壳体31同轴装配于外壳1与内壳2之间，且分隔壳体31将空腔3分隔形成内腔32与外腔33。

在外腔33内设有至少一组可移动的活塞板34，且至少一组活塞板34与至少一组压力导流装置4一一对应。

每组活塞板34的数量均为两个，并对称分布于压力导流装置4的两侧；活塞板34靠近压力导流装置4的一侧及内腔32均用于储存海水，且活塞板34的另一侧用于储存高压气体。

进一步的：

压力导流装置4还包括被动导流组件42，且被动导流组件42用于在内腔32与外腔33之间的压力差超过预值时，实现内腔32与活塞板34靠近压力导流装置4一侧之间的导通。

被动导流组件42：

两端导通的主管421；

连接于主管421中间的分管422，且分管422用于实现主管421与内腔32之间导通；

固定于主管421内的两个密封套423，且两个密封套423对称位于分管422两侧；

设置于主管421内的两个密封球424，两个密封球424分别与两个密封套423配合，且两个密封球424之间连接有弹性限位组件。其中弹性限位组件包括：对称设置的两个滑动板425，且两个滑动板425之间连接有限位弹簧426，滑动板425与主管421内壁滑动配合，且两个滑动板425分别固定于两个密封球424上。

由上可知，被动导流组件42的被动驱动原理为：在主管421两端的压力升高时，对两个密封球424产生推动，以此使得两个密封球424相互靠近，从而脱离密封套423，使得密封球424与密封套423之间产生间隙，实现整体被动导流组件42的开启；与此同时，两个滑动板425相互靠近，并压缩限位弹簧426，以此实现整体被动导流组件42的复位蓄力。

更进一步的，气压调节装置5包括相互连接的高压气罐51和气泵52，且高压气罐51通过气泵52与调压管路53连接。其中，调压管路53包括：固定于内壳2内部的调压主管；连接于调压主管上的至少一个调压分管，且调压分管导通于活塞板34的另一侧。结合图2所示，优选的，在活塞板34一侧开设斜面，由此使得相邻两个活塞板34在相互配合时，可形成一个倒置V型槽，而调压分管端部则定位于该倒置V型槽内，以此实现整体结构的合理配合。

综上，针对上述所公开的分层壳体，本发明还提供一种用于深海的充压式分层复合材料壳体的使用方法，且该使用方法具体包括：

A壳体下沉步骤：

A1.辅助下沉：

启动主动导流组件41，以将海水导入压力导流装置4与活塞板34之间，而活塞板34远离压力导流装置4的一侧则储存有预设压力的高压气体；

在内腔32与外腔33之间的压力差超过预值时，被动导流组件42基于上述所述原理被启动，活塞板34一侧的海水流入内腔32中；

A2.压力调节：

在外壳1外压力超过外腔33内压力时，停止主动导流组件41；并在外壳1外压力与外腔33内压力之间的压力差超过设定值时，启动气压调节装置5，以导出高压气体向活塞板34的另一侧加压。

B壳体上浮步骤：

B1.辅助上浮：启动主动导流组件41，以将活塞板34一侧以及内腔32中的海水导出至外壳1外部；

B2.压力调节：

在外壳1外压力不超过外腔33内压力时，启动气压调节装置5，以回收高压气体实现活塞板34另一侧的减压。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种用于深海的充压式分层复合材料壳体，其特征在于，包括：

外壳（1）；

内壳（2）；

设置于所述外壳（1）与内壳（2）之间的空腔（3），且所述空腔（3）内填充有压力介质，所述压力介质包括互不干扰的海水和高压气体；

设置于所述空腔（3）内的至少一组压力导流装置（4），所述压力导流装置（4）用于实现外壳（1）与内壳（2）之间的固定连接，且压力导流装置（4）包括用于导通外壳（1）外部和空腔（3）的主动导流组件（41）；

设置于所述内壳（2）内部的气压调节装置（5），且所述气压调节装置（5）与空腔（3）之间连接有调压管路（53）。

2.根据权利要求1所述的一种用于深海的充压式分层复合材料壳体，其特征在于：在所述空腔（3）中设有分隔壳体（31），所述分隔壳体（31）同轴装配于外壳（1）与内壳（2）之间，且所述分隔壳体（31）将空腔（3）分隔形成内腔（32）与外腔（33）。

3.根据权利要求2所述的一种用于深海的充压式分层复合材料壳体，其特征在于：在所述外腔（33）内设有至少一组可移动的活塞板（34），且至少一组活塞板（34）与至少一组压力导流装置（4）一一对应；每组所述活塞板（34）的数量均为两个，并对称分布于所述压力导流装置（4）的两侧；所述活塞板（34）靠近压力导流装置（4）的一侧及内腔（32）均用于储存海水，且活塞板（34）的另一侧用于储存高压气体。

4.根据权利要求3所述的一种用于深海的充压式分层复合材料壳体，其特征在于：所述压力导流装置（4）还包括被动导流组件（42），且所述被动导流组件（42）用于在内腔（32）与外腔（33）之间的压力差超过预值时，实现内腔（32）与活塞板（34）靠近压力导流装置（4）一侧之间的导通。

5.根据权利要求4所述的一种用于深海的充压式分层复合材料壳体，其特征在于，所述被动导流组件（42）：

两端导通的主管（421）；

连接于所述主管（421）中间的分管（422），且所述分管（422）用于实现主管（421）与内腔（32）之间导通；

固定于所述主管（421）内的两个密封套（423），且两个密封套（423）对称位于分管（422）两侧；

设置于主管（421）内的两个密封球（424），两个密封球（424）分别与两个密封套（423）配合，且两个密封球（424）之间连接有弹性限位组件。

6.根据权利要求5所述的一种用于深海的充压式分层复合材料壳体，其特征在于，所述弹性限位组件包括：对称设置的两个滑动板（425），且两个滑动板（425）之间连接有限位弹簧（426），所述滑动板（425）与主管（421）内壁滑动配合，且两个滑动板（425）分别固定于两个密封球（424）上。

7.根据权利要求6所述的一种用于深海的充压式分层复合材料壳体，其特征在于，所述气压调节装置（5）包括相互连接的高压气罐（51）和气泵（52），且所述高压气罐（51）通过气泵（52）与调压管路（53）连接。

8.根据权利要求7所述的一种用于深海的充压式分层复合材料壳体，其特征在于，所述调压管路（53）包括：

固定于所述内壳（2）内部的调压主管；

连接于所述调压主管上的至少一个调压分管，且所述调压分管导通于活塞板（34）的另一侧。

9.一种用于深海的充压式分层复合材料壳体的使用方法，其特征在于，包括如权利要求8所述的壳体下沉步骤：

A1.辅助下沉：

启动主动导流组件（41），以将海水导入压力导流装置（4）与活塞板（34）之间，而活塞板（34）远离压力导流装置（4）的一侧则储存有预设压力的高压气体；

在所述内腔（32）与外腔（33）之间的压力差超过预值时，被动导流组件（42）被启动，活塞板（34）一侧的海水流入内腔（32）中；

A2.压力调节：

在外壳（1）外压力超过外腔（33）内压力时，停止主动导流组件（41）；并在外壳（1）外压力与外腔（33）内压力之间的压力差超过设定值时，启动气压调节装置（5），以导出高压气体向活塞板（34）的另一侧加压。

10.根据权利要求9所述的一种用于深海的充压式分层复合材料壳体的使用方法，其特征在于，还包括壳体上浮步骤：

B1.辅助上浮：启动主动导流组件（41），以将活塞板（34）一侧以及内腔（32）中的海水导出至外壳（1）外部；

B2.压力调节：

在外壳（1）外压力不超过外腔（33）内压力时，启动气压调节装置（5），以回收高压气体实现活塞板（34）另一侧的减压。

Images