CN219029679U - 适用于深海潜水器的耐压舱 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种适用于深海潜水器的耐压舱。所述适用于深海潜水器的耐压舱，包括舱体和端盖，所述端盖设置在所述舱体的端口处并与所述舱体围合形成一密闭的腔室，所述舱体的端部具有第一端面，所述端盖具有第二端面，所述第一端面和第二端面相互接触并密封配合，所述第二端面的部分暴露在所述腔室内。本实用新型的适用性强，工程应用价值高，对推动关键材料、技术和装备的顺利实施具有重要意义。

Description

适用于深海潜水器的耐压舱

技术领域

本实用新型涉及一种深海潜水器，特别涉及一种适用于深海潜水器的耐压舱，属于海洋设备技术领域。

背景技术

目前，随着陆地资源的日渐匮乏，研究深海资源开放成为热点，深海资源勘查技术正向着大深度、近海底的方向发展。21世纪中叶，人类将进入开发利用海洋的新时代，海洋资源对人类社会可持续发展越来越重要，在对环境影响最小的前提下，大力发展深海开发技术有着十分重要的意义，开发一种深海潜水器尤为重要。深海潜水器系统中，耐压舱的设计制造是关系到潜水器体积、重量、安全性等性能指标的重要因素。传统的深海潜水器耐压舱主要采用锻钢、铝合金、钛合金等金属材料制作，技术相对成熟。然，随着海水深度的增加，传统的金属材料耐压舱的质量体积比不断增加，潜水器需要更多的浮力材料来抵消自身的重量，进而造成潜水器重量、体积越来越庞大；在此背景下，研究使用轻质、高强度和高稳定性的耐压舱成为潜水器实现全海深目标的关键部件。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供一种适用于深海潜水器的耐压舱，该耐压舱稳定可靠、密封性能好，端盖与舱体(即舱体)配合良好，最外层的防护层可满足深海潜水器的防水、防腐、抗冲击、耐磨损等要求，纤维缠绕结构中铺层顺序及角度合理，可满足深海潜水器的强度和稳定性的要求，可补偿其服役时环境密度变化造成的浮力损失；该耐压舱适用于在具有高压、低温、交变应力、海水侵蚀的深海长期服役，从而克服现有技术中的不足。

为实现前述实用新型目的，本实用新型采用的技术方案包括：

本实用新型提供了一种适用于深海潜水器的耐压舱，包括舱体和端盖，所述端盖可打开地设置在所述舱体的端口处并与所述舱体围合形成一密闭的腔室，所述舱体的端部具有第一端面，所述第一端面环绕所述端口设置，所述端盖具有第二端面，所述第一端面和第二端面相互接触并密封配合，所述第二端面的部分暴露在所述腔室内。

与现有技术相比，本实用新型的优点包括：

1)本实用新型提供的一种适用于深海潜水器的耐压舱的结构更加合理，通过使用比强度高的碳纤维复合材料作为舱体的复合结构层的主要材料，在保证强度和稳定性的条件下，可以有效降低耐压舱的重量和体积，提高材料的利用率；其中的复合结构层采用优化后的铺设和缠绕方式，可以补偿由海水密度变化造成的浮力损伤；

2)本实用新型提供的一种适用于深海潜水器的耐压舱，使用高强度金属作为舱体的内胆，可以为复合材料纤维缠绕工艺提供支撑和着力点，另外，内胆属于内部密封，可以有效的避免泄漏；

3)本实用新型提供的一种适用于深海潜水器的耐压舱，防护层可以为复合材料纤维形成的复合结构层的外圆柱面提供良好的防水、密封、抗冲击、耐磨损及柔韧性能；

4)本实用新型提供的一种适用于深海潜水器的耐压舱，舱体的复合材料纤维缠绕方式先进，结构密封形式稳定可靠，防护层具有防水、密封、抗冲击、耐磨损及柔韧性能，适用于深海潜水器长期服役环境中的高压、低温、交变应力且具有腐蚀作用的海洋环境；

5)本实用新型提供的一种适用于深海潜水器的耐压舱，端盖的端面大于法兰的端面，可避免两个接触端面的应力集中，提供给法兰更大的支撑面，从而提升耐压舱在海水深度变化明显且承受交变载荷作用下的可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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申请中记载的一些实施例，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是本实用新型一典型实施案例中提供的一种适用于深海潜水器的耐压舱的结构示意图。

具体实施方式

鉴于现有技术中的不足，本案发明人经长期研究和大量实践，得以提出本实用新型的技术方案。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。

复合材料是运用先进的材料制备技术将不同性质的材料组分优化组合而成的新材料，一般由增强材料和基体材料组成。复合材料耐压舱壳体由于其低密度、高强度、高模量、可设计性等优点已应用于水下耐压舱壳体的制造。碳纤维增强树脂基复合材料通常以树脂为基体，以碳纤维织物为增强体，具有比强度高、比刚度高及可设计的特点，得到了广泛的运用。碳纤维复合材料一般通过模压成型技术、层压成型技术和缠绕成型技术制备，其中，缠绕成型技术具有制备纤维体积含量高、可改变纤维缠绕角度和生产效率高的优点，适用于圆柱体、圆筒形等回转体构件的制备。使用碳纤维复合材料制作的耐压舱，重量比同尺寸的金属耐压舱减少40％～60％，可以搭载更多的科学仪器和人员；设计一种新型深海潜水器的耐压舱至关重要。

本实用新型提供了一种适用于深海潜水器的耐压舱，包括舱体和端盖，所述端盖可打开地设置在所述舱体的端口处并与所述舱体围合形成一密闭的腔室，所述舱体的端部具有第一端面，所述第一端面环绕所述端口设置，所述端盖具有第二端面，所述第一端面和第二端面相互接触并密封配合，所述第二端面的部分暴露在所述腔室内。

进一步的，所述第一端面和第二端面均为环形面，且在所述耐压舱的径向方向上，所述第二端面的宽度大于所述第一端面的宽度，所述第一端面的全部与所述第二端面的部分接触并密封配合。

进一步的，所述第一端面具有沿舱体的径向方向相对设置的第一内缘和第一外缘，所述第二端面具有沿端盖的径向方向相对设置的第二内缘和第二外缘，其中，所述第一外缘和第二外缘相齐平，所述第二内缘位于所述第一内缘远离第一外缘的一侧。

进一步的，所述舱体包括内胆、包覆在所述内胆表面的复合结构层以及包覆在复合结构层表面的防护层，其中，所述复合结构层包括依次叠设在所述内胆和防护层之间的至少一层第一复合纤维材料层和至少一层第二复合纤维材料层，所述第一复合纤维材料层是由复合材料纤维沿第一方向铺设或缠绕形成的，所述第二复合纤维材料层是由复合材料纤维沿第二方向铺设或缠绕形成的，所述第一方向和第二方向交叉设置。

进一步的，所述内胆的端面可以直接作为所述第一端面。

进一步的，所述第一方向和第二方向中的一者为内胆的轴向。

进一步的，所述第一复合纤维材料层或第二复合纤维材料层是由复合材料纤维沿内胆的轴向方向螺旋缠绕形成的。

进一步的，所述复合材料纤维包括碳纤维以及包裹碳纤维的环氧树脂。

进一步的，所述防护层是覆设在所述复合结构层表面的致密的防水涂层。

进一步的，所述防护层的厚度为1-2mm。

进一步的，所述舱体和端盖通过紧固组件进行连接固定。

进一步的，所述舱体上设置有第一紧固孔，所述端盖上设置有与所述第一紧固孔相对应的第二紧固孔，所述紧固组件包括螺栓以及螺母，所述螺栓设置在所述第一紧固孔和第二紧固孔内并与所述螺母连接。

进一步的，所述舱体还包括法兰，所述法兰沿内胆的轴向固定设置在所述内胆的端部，所述法兰的端面作为所述的第一端面，所述第一紧固孔设置在所述法兰上，所述端盖经所述紧固组件与所述法兰固定连接。

进一步的，所述法兰、内胆以及端盖同轴设置。

进一步的，所述法兰与所述内胆一体设置，所述法兰是由所述内胆的局部沿径向方向向外凸伸形成。

进一步的，所述第一端面和第二端面之间设置有密封件，并经所述密封件密封配合。

进一步的，所述第一端面和第二端面中的至少一者上还设置有限位槽，所述密封件的部分设置在所述限位槽，另一部分从所述限位槽内露出。

进一步的，所述密封件包括环形的密封圈。

进一步的，所述端盖为半球形结构。

如下将结合附图以及具体实施案例对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明，需要说明的是，本实用新型实施例意在对该一种适用于深海潜水器的耐压舱的结构组成以及各组成结构之间的配合关系进行介绍和说明，除非特别说明的之外，本实用新型实施例中的适用于深海潜水器的耐压舱中各组成部分的尺寸、材料以及制作工艺等均可以采用本领域技术人员已知的，在此不作具体的限定。

下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本实用新型的限制，需要说明的是，本实用新型实施例意在解释和说明该种耐压舱的结构构成以及各组成结构之间的连接/配合关系，除非特别说明的之外，该种耐压舱各组成结构的形状、尺寸以及材质等均可以根据具体情况进行选择，在此不作特别的限定和说明。

相反，本实用新型涵盖了任何由权利要求定义的本实用新型的精神、原则和范围上做的替代、修改、等效方法及方案。进一步，为了使公众对本实用新型有更好的了解，在下文对本实用新型的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本实用新型。此外，当使用两侧、外侧、上下等位置术语时，应理解为仅用作便于理解和描述，考虑到结构可能是面向其他位置的。

实施例

请参阅图1，一种适用于深海潜水器的耐压舱1，包括舱体2和端盖3，所述端盖3可打开地设置在所述舱体2的端口处且能够与所述舱体2密封配合，从而在所述通体和端盖3之间围合形成一密闭的腔室。

在本实施例中，所述舱体2是耐压舱最重要的组成部分，所述舱体2整体为一端或两端开放的圆柱形结构，相应地，当所述舱体2为两端开放的结构时，所述端盖3相应设置为两个，即舱体2的两端分别设置有一端盖3，两个端盖3的结构以及端盖3与舱体2之间的连接结构和相对位置关系等均是一致的，下文将以其中一个为例对两者的结构进行解释。

在本实施例中，所述舱体2包括内胆7、复合结构层8和防护层9，所述复合结构层7包覆在内胆7表面，所述防护层9包覆在复合结构层8表面。

在本实施例中，所述内胆7为舱体2的主体结构，所述内胆7具有与舱体2相似的仿形结构，即所述内胆7整体是筒状结构，所述内胆7材质可以是铝合金、钛合金等高强度金属，所述内胆的壁厚等参数不做限定。

在本实施例中，所述复合结构层8包括依次叠设在所述内胆7和防护层9之间的至少一层第一复合纤维材料层和至少一层第二复合纤维材料层，所述第一复合纤维材料层是由复合材料纤维沿第一方向铺设或缠绕形成的，所述第二复合纤维材料层是由复合材料纤维沿第二方向铺设或缠绕形成的，所述第一方向和第二方向交叉设置。

在本实施例中，所述第一方向和第二方向中的一者为内胆7的轴向，示例性的，所述第一复合纤维材料层是由多根复合材料纤维沿内胆的轴向铺设的，即复合材料纤维的长度方向可以是与内胆的轴向平行设置，多根复合材料纤维沿内胆的周向方向排列，铺设的层数可根据耐压舱的强度和稳定性需求进行确定；所述第二复合纤维材料层是由一根或多根复合材料纤维沿内胆的周向螺旋绕设/缠绕的，缠绕的角度和层数可根据耐压舱的强度和稳定性需求确定，其中，在缠绕工艺过程中，所述内胆7可以提供缠绕支撑。

在本实施例中，所述复合材料纤维包括碳纤维以及包裹碳纤维的环氧树脂，即所述复合材料纤维的材质可以为碳纤维增强环氧树脂基复合材料，其可以是由碳纤维丝浸渍在环氧树脂中形成的，所述碳纤维的型号和规格等可以根据具体的需求进行选择；需要说明的是，所述第一复合纤维材料层和第二复合纤维材料层可以是先将碳纤维丝浸渍环氧树脂后进行铺设或缠绕，之后经树脂体系固化要求对其进行固化成型后获得。

需要说明的是，所述第一复合纤维材料层和第二复合纤维材料层具备可设计性，可以通过调整复合材料纤维的缠绕角度、缠绕顺序和缠绕层数改变舱体的力学性能，在确保其具备一定的强度和稳定性的前提下，通过优化缠绕工艺参数来提高舱体的压缩变形量，能够在一定程度上补偿由海水密度变化给潜水器造成的浮力损伤。

在本实施例中，所述防护层9是覆设在所述复合结构层8表面的致密的防水涂层，具体的，所述防护层9在复合结构层8成型后喷涂的防水涂层，处于复合结构层8的外表面，总厚度为1-2mm，该厚度范围可根据实际需求确定，起到保护复合结构层和防水的作用。

需要说明的是，所述防护层9使用的材料要提供高粘接强度和良好的防水、密封、抗冲击、耐磨损及柔韧性能。

在本实施例中，所述端盖3为半球形结构，其沿舱体2的轴向方向向外凸起，即沿远离舱体2内部腔室的方向凸出，所述端盖3材质为铝合金、钛合金等高强度金属。

在本实施例中，所述舱体2和端盖3通过紧固组件5进行连接固定，具体的，所述舱体2上设置有第一紧固孔10，所述端盖3上设置有与所述第一紧固孔10相对应的第二紧固孔11，所述紧固组件5包括螺栓13以及螺母14，所述螺栓13设置在所述第一紧固孔10和第二紧固孔11内并与所述螺母14连接，通过旋拧螺栓或螺母以提供使舱体2和端盖3紧密接触的预紧力，从而实现舱体2和端盖3的紧固连接。

在本实施例中，所述第一紧固孔10和第二紧固孔11为同轴设置且尺寸相同的，所述第一紧固孔10和第二紧固孔11的尺寸和螺栓的尺寸相匹配。

在本实施例中，所述舱体2还包括法兰6，所述法兰6沿内胆7的轴向固定设置在所述内胆7的端部，所述第一紧固孔10设置在所述法兰6上，所述端盖3经所述紧固组件5与所述法兰6固定连接，相应的，所述法兰的数量和端盖的数量相匹配。

在本实施例中，所述法兰6的材质可以是铝合金、钛合金等高强度金属，所述法兰外侧的粗糙度满足密封圈结构密封的要求，优选的，所述法兰6可以是与内胆7一体设置的，可通过管材车削加工一体成型，即所述法兰是由所述内胆的局部沿径向方向向外凸伸形成。

在本实施例中，所述法兰6、内胆7以及端盖3三者同轴设置。

在本实施例中，所述法兰6具有面向端盖3的第一端面，所述第一端面环绕所述舱体的端口设置，所述端盖3具有面向法兰6的第二端面，所述第一端面与所述第二端面相互接触并密封配合，所述第二端面的部分暴露在所述腔室内，通过这样的设置，可避免两个接触的端面之间的应力集中，提供给法兰更大的支撑面，从而提升耐压舱在海水深度变化明显且承受交变载荷作用下的可靠性。

在本实施例中，所述第一端面和第二端面均为环形面，且在所述耐压舱的径向方向上，所述第二端面的宽度大于所述第一端面的宽度，所述第一端面的全部与所述第二端面的部分接触并密封配合，具体的，所述第一端面具有沿舱体的径向方向相对设置的第一内缘和第一外缘，所述第二端面具有沿端盖的径向方向相对设置的第二内缘和第二外缘，其中，所述第一外缘和第二外缘相齐平，所述第二内缘位于所述第一内缘远离第一外缘的一侧。

在本实施例中，所述第一端面和第二端面之间设置有密封件，并经所述密封件4密封配合，示例性的，所述密封件4可以是轴向密封圈等，所述轴向密封圈可以是环形密封圈(即O型密封圈)，材质可以是丁腈橡胶等，复合国家相关标准。

在本实施例中，所述第一端面和第二端面中的至少一者上还设置有限位槽12，所述密封件4的部分设置在所述限位槽12，另一部分从所述限位槽12内露出。

本实用新型提供的一种适用于深海潜水器的耐压舱的结构更加合理，通过使用比强度高的碳纤维复合材料作为舱体的复合结构层的主要材料，在保证强度和稳定性的条件下，可以有效降低耐压舱的重量和体积，提高材料的利用率；其中的复合结构层采用优化后的铺设和缠绕方式，可以补偿由海水密度变化造成的浮力损伤。

本实用新型提供的一种适用于深海潜水器的耐压舱，使用高强度金属作为舱体的内胆，可以为复合材料纤维缠绕工艺提供支撑和着力点，另外，内胆属于内部密封，可以有效的避免泄漏。

本实用新型提供的一种适用于深海潜水器的耐压舱，防护层可以为复合材料纤维形成的复合结构层的外圆柱面提供良好的防水、密封、抗冲击、耐磨损及柔韧性能。

本实用新型提供的一种适用于深海潜水器的耐压舱，端盖的端面大于法兰的端面，可避免两个接触端面的应力集中，提供给法兰更大的支撑面，从而提升耐压舱在海水深度变化明显且承受交变载荷作用下的可靠性。

本实用新型提供的一种适用于深海潜水器的耐压舱，舱体的复合材料纤维缠绕方式先进，结构密封形式稳定可靠，防护层具有防水、密封、抗冲击、耐磨损及柔韧性能，适用于深海潜水器长期服役环境中的高压、低温、交变应力且具有腐蚀作用的海洋环境。

本实用新型提供一种深海潜水器耐压舱的结构适用性强，工程应用价值高，为顺利实施提供关键材料、技术和装备支撑具有重要意义。

应当理解，上述实施例仅为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (18)

1.一种适用于深海潜水器的耐压舱，包括舱体和端盖，所述端盖设置在所述舱体的端口处并与所述舱体围合形成一密闭的腔室，其特征在于：所述舱体的端部具有第一端面，所述第一端面环绕所述端口设置，所述端盖具有第二端面，所述第一端面和第二端面相互接触并密封配合，所述第二端面的部分暴露在所述腔室内。

2.根据权利要求1所述的适用于深海潜水器的耐压舱，其特征在于：所述第一端面和第二端面均为环形面，且在所述耐压舱的径向方向上，所述第二端面的宽度大于所述第一端面的宽度，所述第一端面的全部与所述第二端面的部分接触并密封配合。

3.根据权利要求2所述的适用于深海潜水器的耐压舱，其特征在于：所述第一端面具有沿舱体的径向方向相对设置的第一内缘和第一外缘，所述第二端面具有沿端盖的径向方向相对设置的第二内缘和第二外缘，其中，所述第一外缘和第二外缘相齐平，所述第二内缘位于所述第一内缘远离第一外缘的一侧。

4.根据权利要求1或2或3所述的适用于深海潜水器的耐压舱，其特征在于：所述舱体包括内胆、包覆在所述内胆表面的复合结构层以及包覆在复合结构层表面的防护层，所述内胆的端面为所述的第一端面，其中，所述复合结构层包括依次叠设在所述内胆和防护层之间的至少一层第一复合纤维材料层和至少一层第二复合纤维材料层，所述第一复合纤维材料层是由复合材料纤维沿第一方向铺设或缠绕形成的，所述第二复合纤维材料层是由复合材料纤维沿第二方向铺设或缠绕形成的，所述第一方向和第二方向交叉设置。

5.根据权利要求4所述的适用于深海潜水器的耐压舱，其特征在于：所述第一方向和第二方向中的一者为内胆的轴向。

6.根据权利要求4所述的适用于深海潜水器的耐压舱，其特征在于：所述第一复合纤维材料层或第二复合纤维材料层是由复合材料纤维沿内胆的轴向方向螺旋缠绕形成的。

7.根据权利要求6所述的适用于深海潜水器的耐压舱，其特征在于：所述复合材料纤维包括碳纤维以及包裹碳纤维的环氧树脂。

8.根据权利要求4所述的适用于深海潜水器的耐压舱，其特征在于：所述防护层是覆设在所述复合结构层表面的致密的防水涂层。

9.根据权利要求8所述的适用于深海潜水器的耐压舱，其特征在于：所述防护层的厚度为1-2mm。

10.根据权利要求4所述的适用于深海潜水器的耐压舱，其特征在于：所述舱体和端盖通过紧固组件进行连接固定。

11.根据权利要求10所述的适用于深海潜水器的耐压舱，其特征在于：所述舱体上设置有第一紧固孔，所述端盖上设置有与所述第一紧固孔相对应的第二紧固孔，所述紧固组件包括螺栓以及螺母，所述螺栓设置在所述第一紧固孔和第二紧固孔内并与所述螺母连接。

12.根据权利要求11所述的适用于深海潜水器的耐压舱，其特征在于：所述舱体还包括法兰，所述法兰沿内胆的轴向固定设置在所述内胆的端部，所述法兰的端面作为所述的第一端面，所述第一紧固孔设置在所述法兰上，所述端盖经所述紧固组件与所述法兰固定连接。

13.根据权利要求12所述的适用于深海潜水器的耐压舱，其特征在于：所述法兰、内胆以及端盖同轴设置。

14.根据权利要求12所述的适用于深海潜水器的耐压舱，其特征在于：所述法兰与所述内胆一体设置，所述法兰是由所述内胆的局部沿径向方向向外凸伸形成。

15.根据权利要求12所述的适用于深海潜水器的耐压舱，其特征在于：所述第一端面和第二端面之间设置有密封件，并经所述密封件密封配合。

16.根据权利要求15所述的适用于深海潜水器的耐压舱，其特征在于：所述第一端面和第二端面中的至少一者上还设置有限位槽，所述密封件的部分设置在所述限位槽，另一部分从所述限位槽内露出。

17.根据权利要求15所述的适用于深海潜水器的耐压舱，其特征在于：所述密封件包括环形的密封圈。

18.根据权利要求1所述的适用于深海潜水器的耐压舱，其特征在于：所述端盖为半球形结构。

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