潛水耐壓殼及采用該潛水耐壓殼的潛水器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種潛水耐壓殼，包括外殼、內(nèi)殼以及多個(gè)套設(shè)件，所述外殼包括外容納腔，所述內(nèi)殼包括內(nèi)容納腔，所述內(nèi)殼容置于所述外殼的外容納腔內(nèi)，所述多個(gè)套設(shè)件套于內(nèi)殼上而位于所述外殼及內(nèi)殼之間，所述套設(shè)件內(nèi)設(shè)有腔體，所述腔體用于充入高壓氣體以抵抗由外殼傳導(dǎo)的壓力并能使作用力均勻分布，且充分利用了氣壓力學(xué)原理。本發(fā)明還提供了一種采用上述潛水耐壓殼的潛水器。本發(fā)明的潛水耐壓殼具有建造成本低、集約化功能及空間利用、減小制造難度和抗壓性能好等效果。
【專利說明】潛水耐壓殼及采用該潛水耐壓殼的潛水器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及潛水【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及潛水耐壓殼及采用該潛水耐壓殼的潛水器。

【背景技術(shù)】
[0002]潛艇外形通常都采用圓柱體，圓柱體外形有利于抗壓，內(nèi)部有多個(gè)肋骨和隔倉，潛艇外殼附著在隔板上，起支撐外殼作用，外殼厚度在6-10mm左右，此結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能使?jié)撏е車畨盒纬上嗷プ饔贸晒靶沃?，保護(hù)內(nèi)部空間的效果。但是由于潛艇耐壓殼厚度太大對(duì)焊接技術(shù)要求高，焊接的難度隨著耐壓殼的厚度增加而不斷加大。而通過提高焊接技術(shù)來提高現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的耐壓殼抗壓能力，已到了難以快速進(jìn)步的階段。因此如何繼續(xù)提高下潛深度成為亟待解決的問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的主要目的在于提高潛水耐壓殼的抗變形能力。
[0004]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的潛水耐壓殼，包括外殼、內(nèi)殼以及多個(gè)套設(shè)件，所述外殼包括外容納腔，所述內(nèi)殼包括內(nèi)容納腔，所述內(nèi)殼容置于所述外殼的外容納腔內(nèi)，所述多個(gè)套設(shè)件套于內(nèi)殼上而位于所述外殼及內(nèi)殼之間，所述套設(shè)件內(nèi)設(shè)有腔體，所述腔體用于充入高壓氣體以抵抗由外殼傳導(dǎo)的壓力。
[0005]優(yōu)選地，所述套設(shè)件的橫截面為圓環(huán)形。
[0006]優(yōu)選地，所述套設(shè)件首尾相連地套于所述內(nèi)殼上。
[0007]優(yōu)選地，多個(gè)套設(shè)件相貼合的套設(shè)于內(nèi)殼上。
[0008]優(yōu)選地，所述內(nèi)殼設(shè)有活動(dòng)門，所述活動(dòng)門位于相鄰的兩個(gè)套設(shè)件之間。
[0009]優(yōu)選地，所述套設(shè)件中用于充入高壓氣體的腔體與其相鄰的另一套設(shè)件的腔體連通。
[0010]優(yōu)選地，所述套設(shè)件的相對(duì)兩側(cè)中的一側(cè)凸設(shè)有多個(gè)凸柱，所述多個(gè)凸柱沿著套設(shè)件的環(huán)向間隔分布，另一側(cè)設(shè)有分別與多個(gè)凸柱配合的多個(gè)翻邊孔；所述凸柱開設(shè)有連通所述套設(shè)件的腔體的通孔；所述套設(shè)件的多個(gè)凸柱分別插入相鄰的另一套設(shè)件的多個(gè)翻邊孔中以使這兩套設(shè)件的腔體連通并使這兩個(gè)套設(shè)件相固定。
[0011 ] 優(yōu)選地，所述套設(shè)件的底端還開設(shè)有通水管口 ；所述通水管口與通往所述外殼外側(cè)的管道相連接，所述通水管口用于在所述潛水耐壓殼需要上浮時(shí)將位于所述套設(shè)件底部的液態(tài)物質(zhì)排出以增加浮力。
[0012]優(yōu)選地，所述套設(shè)件包括與所述外殼和內(nèi)殼接觸的硬質(zhì)層和與所述硬質(zhì)層相對(duì)的軟質(zhì)層；所述硬質(zhì)層用于承受氣壓造成的拉力，所述軟質(zhì)層用于緩沖氣體沖擊力而避免產(chǎn)生硬質(zhì)層破壞或疲勞及防腐蝕等作用。
[0013]此外，為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供一種采用上述潛水耐壓殼的潛水器。
[0014]本發(fā)明所提供的潛水耐壓殼，通過在外殼和內(nèi)殼之間設(shè)置多個(gè)相貼合的套設(shè)件，通過套設(shè)件起到支撐外殼的作用，同時(shí)再向套設(shè)件內(nèi)充入高壓氣體，從而使得套設(shè)件具有較高的抗壓能力。進(jìn)而使得潛水耐壓殼具有成本低、制作難度小和抗壓性能好的效果。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明潛水耐壓殼一實(shí)施例的局部剖視示意圖；
[0016]圖2為圖1中潛水耐壓殼的套設(shè)件的局部剖視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖3為圖1中潛水耐壓殼的套設(shè)件在另一角度下的剖視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖4為圖1中潛水耐壓殼的局部剖視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]本發(fā)明目的的實(shí)現(xiàn)、功能特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn)將結(jié)合實(shí)施例，參照附圖做進(jìn)一步說明。

【具體實(shí)施方式】
[0020]應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0021]我們知道同等量的鋼材，圓柱體比長方體更耐壓，而同等質(zhì)量的空心鋼管比實(shí)心鋼管更抗壓力。同時(shí)我們知道同樣的鋼管厚度，直徑越大抗壓比越小，反之就越大。從而，可以看出物體的抗壓系數(shù)和與材質(zhì)、厚度以及形狀相關(guān)。在形狀一定時(shí)，空心圓柱體的抗壓系數(shù)與材質(zhì)、厚度和圓柱體的直徑有關(guān)?？招膱A柱體的拱形的幅度或稱直徑越大，相應(yīng)的耐壓壁需要越厚，否則當(dāng)失去一定比例時(shí)，拱形的抗壓效用會(huì)無限減小，失去支撐作用。
[0022]比如說，潛艇的耐壓殼厚度與跨幅的比值失效于拱形原理，如果潛艇的耐壓殼沒有隔倉的支撐作用，就像一個(gè)I毫米厚的罐頭瓶一樣，抗壓作用就大大降低，耐壓殼甚至將失去耐高壓的意義，但受目前技術(shù)及制造成本的影響無法持續(xù)增加耐壓殼厚度來維持拱形原理的抗壓比值。實(shí)際上，潛艇的耐壓殼在壓力極限時(shí)是附著在兩端的隔板上，(由于肋骨的承載力有限失去作用力)像橋梁的結(jié)構(gòu)力學(xué)原理，而非拱形原理，橋梁中間的受力將向兩端均勻的分散。當(dāng)壓力繼續(xù)加大時(shí)，其中一端點(diǎn)發(fā)生變形使得受力不再均勻的分散，從而導(dǎo)致局部壓力過大而進(jìn)一步擴(kuò)大形變，直至耐壓殼失去張力和韌性，進(jìn)而導(dǎo)致整個(gè)腔體收縮向中間靠籠變形和局部的坍塌以至發(fā)生折疊效應(yīng)，在抗變破壞時(shí)折疊效應(yīng)最具破壞力。
[0023]從潛艇耐壓極限范圍推理可以讓我們看出潛艇在結(jié)構(gòu)抗壓中存在的弱點(diǎn)。潛艇屬橋梁式抗壓結(jié)構(gòu)方式，在受到壓力時(shí)兩端點(diǎn)和中間部最受力，或許也可以造成局部某一點(diǎn)的破裂，但整個(gè)受壓過程耐壓殼缺乏張力且受力部分不均勻，一旦變形兩陸續(xù)導(dǎo)致抗壓結(jié)構(gòu)變形的惡性循環(huán)等，無法實(shí)現(xiàn)實(shí)際意義的拱型抗壓原理。為了能夠進(jìn)一步的提高抗壓能力，我們須對(duì)結(jié)構(gòu)抗壓做進(jìn)一步的研究而不是局限于材料本身的改進(jìn)。
[0024]在上述分析的基礎(chǔ)上，本發(fā)明提供了一種潛水耐壓殼，并主要通過特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，和通過氣壓的作用來實(shí)現(xiàn)抗壓目的。請(qǐng)參看圖1，在一實(shí)施例中，該潛水耐壓殼包括外殼
1、內(nèi)殼2以及多個(gè)套設(shè)件3。所述外殼I包括外容納腔，所述內(nèi)殼2包括內(nèi)容納腔，該內(nèi)容納腔內(nèi)為常壓。所述內(nèi)殼2容置于外殼I的外容納腔內(nèi)，所述多個(gè)套設(shè)件3相貼地套于內(nèi)殼2上而位于所述外殼I及內(nèi)殼2之間。所述套設(shè)件3內(nèi)設(shè)有腔體7，所述腔體7用于充入高壓氣體以抵抗由外殼I傳導(dǎo)的壓力。
[0025]對(duì)于上述的潛水耐壓殼，將以下述內(nèi)容來闡述其所具有的有益效果。
[0026]對(duì)一個(gè)物體施加壓力并且使其發(fā)生損傷，同時(shí)必須需要有一個(gè)反作用力，否則不能完成。反作用力的大小及力量分布決定了損傷力的大小，即某一點(diǎn)受力P = f/s形成力量對(duì)比差，沒有反作用力就沒有損傷。改變物體結(jié)構(gòu)及功能的力我們也叫破壞力，反做用力越大破壞作用就越大。在作用力的大小不變時(shí)，要使物體實(shí)現(xiàn)更高的抗壓力作用，可以通過兩種方式來完成，以減小破壞性。第一，增加物體的韌性。我們可以增加物體的韌性來實(shí)現(xiàn)，減小加速度力學(xué)的破壞原理。但對(duì)于靜態(tài)抗壓的實(shí)現(xiàn)或許還須更多在結(jié)構(gòu)上的應(yīng)用。第二，分散反作用力，使其結(jié)構(gòu)受力均勻，減小反差力，也是拱形力學(xué)的原理等。通過上述分析，因此，當(dāng)我們想要折斷一根樹枝時(shí)，最好的方法是找到一個(gè)支點(diǎn)提供反作用力，使其反作用力過于集中，且作用力施加在遠(yuǎn)離支點(diǎn)的位置。
[0027]同等質(zhì)量物體的拱形抗變形系數(shù)，從大到小依次為:圓體、環(huán)形體及圓柱體。拱形結(jié)構(gòu)穩(wěn)固的條件是拱形幅度與拱壁厚度成一定比例，也就是拱形跨度越大，拱壁的厚度也比例增大，這就是支撐力或抗變指數(shù)= f。V是幅度抗壓指數(shù)，u是拱壁厚度抗壓指數(shù)，w是物質(zhì)強(qiáng)度指數(shù)，因抗變力學(xué)指數(shù)計(jì)算復(fù)雜等因素，我們這里不做列舉和詳細(xì)論述。
[0028]上述的潛水耐壓殼的依據(jù)是大量提高抗壓指數(shù)U，物質(zhì)強(qiáng)度指數(shù)w受到套設(shè)件3及其內(nèi)部的高壓氣體影響。上述的潛水耐壓殼的物質(zhì)強(qiáng)度指數(shù)w受高壓氣體的影響而高于同等質(zhì)量的現(xiàn)有耐壓殼。因此，由于結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，使得相同質(zhì)量的材質(zhì)制造的上述的潛水耐壓殼的抗壓指數(shù)f將產(chǎn)生大幅提高。
[0029]套設(shè)件3每增厚一倍，抗壓指數(shù)就會(huì)提高幾個(gè)數(shù)量級(jí)。從構(gòu)造方面分析，外殼I和內(nèi)殼2之間由多個(gè)套設(shè)件3平行排列。且外殼1、內(nèi)殼2和套設(shè)件3構(gòu)造緊密連接而形成一體，則在極限值的情況下某一點(diǎn)發(fā)生特別因素致使外殼I在壓力作用下會(huì)相應(yīng)發(fā)生改變，傳導(dǎo)至套設(shè)件3，再傳至內(nèi)殼2。在水下的壓力至使套設(shè)件3變形后，由于套設(shè)件3的拱形效應(yīng)和其內(nèi)的高壓氣體會(huì)產(chǎn)生反作用力，且均勻分散反作用力，致套設(shè)件3保持平穩(wěn)來增加抗變指數(shù)f。進(jìn)一步地致使耐壓殼遇強(qiáng)則強(qiáng)，這就是韌性作用。因此，本文所發(fā)明的潛水耐壓殼的作用原理使其在同等質(zhì)的材料所制造的耐壓殼發(fā)生根本性變化，可提高抗壓指數(shù)5?10倍以上，這將使得深潛技術(shù)發(fā)生根本變化，或是革命性的。
[0030]具體地，所述多個(gè)套設(shè)件3的橫截面為圓環(huán)形。由上所述，圓環(huán)形的抗壓效果更好,且其內(nèi)構(gòu)成的腔體7可以充入高壓氣體。
[0031]具體地，所述套設(shè)件3首尾相連地套于所述內(nèi)殼2上。從而具有更好的抗壓性能。
[0032]進(jìn)一步地，所述內(nèi)殼2朝所述外殼I開設(shè)有活動(dòng)門，所述活動(dòng)門位于相鄰的兩個(gè)套設(shè)件3之間。由于套設(shè)件3的橫截面為圓環(huán)形，所以兩套設(shè)件3與內(nèi)殼2之間具有空隙，該空隙包括靠近外殼I的外腔6和靠近內(nèi)殼2的內(nèi)腔8。其中，相鄰的兩外腔6相通以構(gòu)成一個(gè)較大的外腔，相鄰的兩內(nèi)腔8相通以構(gòu)成一個(gè)較大的內(nèi)腔。當(dāng)所述活動(dòng)門開啟時(shí)，則可以將儲(chǔ)存飲用水和氣體等其他流體物質(zhì)放入內(nèi)腔8中。外腔6也可以儲(chǔ)存飲用水和氣體等其他流體物質(zhì)。從而使得空間集約化利用，減小潛水耐壓殼的整體厚度過厚帶來的空間問題。具體的多個(gè)套設(shè)件3之間的內(nèi)腔8形成低壓倉，氣壓在100個(gè)以下，可以壓縮儲(chǔ)存:氧氣、空氣、淡水、燃料等重要物資，或排放的廢氣等，而且不會(huì)影響抗壓功能。同時(shí)設(shè)有安全閥，當(dāng)氣壓超過額定值時(shí)，安全閥將自動(dòng)開啟將多余壓力排出倉外，以保證安全。
[0033]進(jìn)一步地，所述套設(shè)件3中用于充入高壓氣體的腔體7與其相鄰的另一套設(shè)件3的腔體7連通。多個(gè)套設(shè)件3的腔體7并列連接在一起，就形成了一個(gè)大型管道壁的腔體7。多個(gè)套設(shè)件3內(nèi)的腔體7構(gòu)成的大型腔體7可承受100?300個(gè)或以上的氣壓，我們知道100個(gè)氣壓相當(dāng)于1600米深的水壓，通過腔體7所承受的氣壓值也可測(cè)算耐壓殼深潛抗壓值。腔體7充氣的時(shí)候可以一次連接即可使得多個(gè)套設(shè)件3內(nèi)皆具有高壓氣體。同時(shí)，由于套設(shè)件3的腔體7可以在充入高壓氣體時(shí)也充入水等流體，從而套設(shè)件3起到壓載艙的作用。由于套設(shè)件3的腔體7分擔(dān)了壓載艙的作用，因此使得潛水耐壓殼內(nèi)構(gòu)成主要的壓載艙所需占用的空間可以更小。即套設(shè)件3的腔體7成為調(diào)節(jié)潛水耐壓殼浮力大小的副壓載艙系統(tǒng)。上述的套設(shè)件3的腔體7內(nèi)加有流體后將增加潛水耐壓殼的重量以利于下潛；當(dāng)需要緊急上浮時(shí)，還可以將套設(shè)件3的腔體7內(nèi)的液態(tài)流體排出以減輕潛水耐壓殼的重量。
[0034]請(qǐng)結(jié)合參看圖2至圖4，具體地，所述套設(shè)件3的相對(duì)兩側(cè)中的一側(cè)凸設(shè)有多個(gè)凸柱4，所述多個(gè)凸柱4沿著套設(shè)件3的環(huán)向間隔分布，另一側(cè)設(shè)有分別與多個(gè)凸柱4配合的多個(gè)翻邊孔5。所述凸柱4開設(shè)有連通所述套設(shè)件3的腔體7的通孔；所述套設(shè)件3的多個(gè)凸柱4分別插入相鄰的另一套設(shè)件3的多個(gè)翻邊孔5中以使這兩套設(shè)件3的腔體7連通并使這兩個(gè)套設(shè)件3相固定。
[0035]具體地，所述套設(shè)件3的底端還開設(shè)有通水管口(圖中未示出)，所述通水管口與通往外殼I的外側(cè)的管道相連接，以用于在所述潛水器需要上浮時(shí)所述副壓載艙可無需動(dòng)力即可通過閥門將位于套設(shè)件3底部的液態(tài)物質(zhì)排出倉外以增加浮力。從而可應(yīng)對(duì)主壓載艙不能工作而無法排水以減少重量的特殊情況。
[0036]請(qǐng)參看圖3，所述套設(shè)件3包括與所述外殼I和內(nèi)殼2接觸的硬質(zhì)層31和與所述硬質(zhì)層31相對(duì)的軟質(zhì)層32 ;所述硬質(zhì)層31用于承受氣壓造成的拉力，所述軟質(zhì)層32用于緩沖氣體沖擊力而避免產(chǎn)生硬質(zhì)層31破壞或疲勞及防腐蝕等作用。
[0037]上述的潛水耐壓殼由外中內(nèi)三層組成一體，但是并不增加材料的使用和制造難度。我們知道潛艇除在用鋼材質(zhì)要求很高之外，對(duì)焊接工藝方面要求極高，焊接的工作量也極大，直接影響潛艇整體深潛性能和安全保障。普通潛水耐壓殼的鋼板厚度通常在60?10mm之間(沒有計(jì)算肋骨、隔倉等用鋼)，所用鋼板都是超強(qiáng)度鋼材，同時(shí)鋼板越厚焊接難度越高。而上述潛水耐壓殼的外殼I采用的鋼板可不超過40mm，內(nèi)殼2采用的鋼板可不超過20mm。橫截面為環(huán)形的套設(shè)件3的壁厚在20mm左右，外直徑可在60mm左右。采用上述結(jié)構(gòu)的的潛水耐壓殼對(duì)鋼板強(qiáng)度要求不需很高，而更多的要求鋼板的韌性。由于結(jié)構(gòu)功能的優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)，減化了用鋼強(qiáng)度的難點(diǎn)，且焊接工藝及材質(zhì)對(duì)潛艇的整體影響有限。套設(shè)件3包裹在外殼I和內(nèi)殼2之間，受到的縱向力很巧。
[0038]從以上幾點(diǎn)分析，潛水耐壓殼具有成本低、制作難度小和抗壓性能好的效果。深潛技術(shù)一直是世界各國的重要技術(shù)，用于海洋探索、海底旅游及工作站建設(shè)；同時(shí)對(duì)于經(jīng)濟(jì)、國防軍事和科研等都具有重大意義。
[0039]本發(fā)明還提供一種潛水器，該潛水器包括上述本發(fā)明所公開的潛水耐壓殼，該潛水耐壓殼的結(jié)構(gòu)可參照上述實(shí)施例，在此不再贅述。理所應(yīng)當(dāng)?shù)?，由于本?shí)施例的潛水器采用了上述潛水耐壓殼的技術(shù)方案，因此該潛水器具有上述潛水耐壓殼所有的有益效果。
[0040]以上僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運(yùn)用在其他相關(guān)的【技術(shù)領(lǐng)域】，均同理包括在本發(fā)明的專利保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種潛水耐壓殼,其特征在于，包括外殼、內(nèi)殼以及多個(gè)套設(shè)件，所述外殼包括外容納腔，所述內(nèi)殼包括內(nèi)容納腔，所述內(nèi)殼容置于所述外殼的外容納腔內(nèi)，所述多個(gè)套設(shè)件套于內(nèi)殼上而位于所述外殼及內(nèi)殼之間，所述套設(shè)件內(nèi)設(shè)有腔體，所述腔體用于充入高壓氣體以抵抗由外殼傳導(dǎo)的壓力。
2.如權(quán)利要求1所述的潛水耐壓殼，其特征在于，所述套設(shè)件的橫截面為圓環(huán)形。
3.如權(quán)利要求2所述的潛水耐壓殼，其特征在于，所述套設(shè)件首尾相連地套于所述內(nèi)殼上。
4.如權(quán)利要求3所述的潛水耐壓殼，其特征在于，多個(gè)套設(shè)件相貼合的套設(shè)于內(nèi)殼上。
5.如權(quán)利要求4所述的潛水耐壓殼，其特征在于，所述內(nèi)殼設(shè)有活動(dòng)門，所述活動(dòng)門位于相鄰的兩個(gè)套設(shè)件之間。
6.如權(quán)利要求1所述的潛水耐壓殼，其特征在于，所述套設(shè)件中用于充入高壓氣體的腔體與其相鄰的另一套設(shè)件的腔體連通。
7.如權(quán)利要求6所述的潛水耐壓殼，其特征在于，所述套設(shè)件的相對(duì)兩側(cè)中的一側(cè)凸設(shè)有多個(gè)凸柱，所述多個(gè)凸柱沿著套設(shè)件的環(huán)向間隔分布，另一側(cè)設(shè)有分別與多個(gè)凸柱配合的多個(gè)翻邊孔；所述凸柱開設(shè)有連通所述套設(shè)件的腔體的通孔；所述套設(shè)件的多個(gè)凸柱分別插入相鄰的另一套設(shè)件的多個(gè)翻邊孔中以使這兩套設(shè)件的腔體連通并使這兩個(gè)套設(shè)件相固定。
8.如權(quán)利要求1所述的潛水耐壓殼，其特征在于，所述套設(shè)件的底端還開設(shè)有通水管口 ；所述通水管口與通往所述外殼外側(cè)的管道相連接，所述通水管口用于在所述潛水耐壓殼需要上浮時(shí)將位于所述套設(shè)件底部的液態(tài)物質(zhì)排出以增加浮力。
9.如權(quán)利要求1所述的潛水耐壓殼，其特征在于，所述套設(shè)件包括與所述外殼和內(nèi)殼接觸的硬質(zhì)層和與所述硬質(zhì)層相對(duì)的軟質(zhì)層；所述硬質(zhì)層用于承受氣壓造成的拉力，所述軟質(zhì)層用于緩沖氣體沖擊力而避免產(chǎn)生硬質(zhì)層破壞或疲勞。
10.一種潛水器，其特征在于，所述潛水器包括權(quán)利要求1至9任一項(xiàng)所述的潛水耐壓殼。
【文檔編號(hào)】B63B3/13GK104071298SQ201410295053
【公開日】2014年10月1日 申請(qǐng)日期:2014年6月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月26日
【發(fā)明者】彭學(xué)龍 申請(qǐng)人:彭學(xué)龍