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)計能使?jié)撏е車畨盒纬上嗷プ饔贸晒靶沃?，保護內(nèi)部空間的效果。但是由于潛艇耐壓殼厚度太大對焊接技術(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)有活動門，所述活動門位于相鄰的兩個套設(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)件的相對兩側(cè)中的一側(cè)凸設(shè)有多個凸柱，所述多個凸柱沿著套設(shè)件的環(huán)向間隔分布，另一側(cè)設(shè)有分別與多個凸柱配合的多個翻邊孔；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)件的多個凸柱分別插入相鄰的另一套設(shè)件的多個翻邊孔中以使這兩套設(shè)件的腔體連通并使這兩個套設(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)明目的的實現(xiàn)、功能特點及優(yōu)點將結(jié)合實施例，參照附圖做進一步說明。

【具體實施方式】
[0020]應(yīng)當理解，此處所描述的具體實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)量的空心鋼管比實心鋼管更抗壓力。同時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，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，否則當失去一定比例時，拱形的抗壓效用會無限減小，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。實際上，潛艇的耐壓殼在壓力極限時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。當壓力繼續(xù)加大時，其中一端點發(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一步擴大形變，直至耐壓殼失去張力和韌性，進而導(dǎo)致整個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。潛艇屬橋梁式抗壓結(jié)構(gòu)方式，在受到壓力時兩端點和中間部最受力，或許也可以造成局部某一點的破裂，但整個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，無法實現(xiàn)實際意義的拱型抗壓原理。為了能夠進一步的提高抗壓能力，我們須對結(jié)構(gòu)抗壓做進一步的研究而不是局限于材料本身的改進。
[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，和通過氣壓的作用來實現(xiàn)抗壓目的。請參看圖1，在一實施例中，該潛水耐壓殼包括外殼
1、內(nèi)殼2以及多個套設(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]對一個物體施加壓力并且使其發(fā)生損傷，同時必須需要有一個反作用力，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，即某一點受力P = f/s形成力量對比差，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，要使物體實現(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現(xiàn)，減小加速度力學(xué)的破壞原理。但對于靜態(tài)抗壓的實現(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，當我們想要折斷一根樹枝時，最好的方法是找到一個支點提供反作用力，使其反作用力過于集中，且作用力施加在遠離支點的位置。
[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)強度指數(shù)，因抗變力學(xué)指數(shù)計算復(fù)雜等因素，我們這里不做列舉和詳細論述。
[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，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)就會提高幾個數(shù)量級。從構(gòu)造方面分析，外殼I和內(nèi)殼2之間由多個套設(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發(fā)生特別因素致使外殼I在壓力作用下會相應(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。進一步地致使耐壓殼遇強則強，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]進一步地，所述內(nèi)殼2朝所述外殼I開設(shè)有活動門，所述活動門位于相鄰的兩個套設(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)成一個較大的外腔，相鄰的兩內(nèi)腔8相通以構(gòu)成一個較大的內(nèi)腔。當所述活動門開啟時，則可以將儲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。具體的多個套設(shè)件3之間的內(nèi)腔8形成低壓倉，氣壓在100個以下，可以壓縮儲存:氧氣、空氣、淡水、燃料等重要物資，或排放的廢氣等，而且不會影響抗壓功能。同時設(shè)有安全閥，當氣壓超過額定值時，安全閥將自動開啟將多余壓力排出倉外，以保證安全。
[0033]進一步地，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。多個套設(shè)件3的腔體7并列連接在一起，就形成了一個大型管道壁的腔體7。多個套設(shè)件3內(nèi)的腔體7構(gòu)成的大型腔體7可承受100?300個或以上的氣壓，我們知道100個氣壓相當于1600米深的水壓，通過腔體7所承受的氣壓值也可測算耐壓殼深潛抗壓值。腔體7充氣的時候可以一次連接即可使得多個套設(shè)件3內(nèi)皆具有高壓氣體。同時，由于套設(shè)件3的腔體7可以在充入高壓氣體時也充入水等流體，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；當需要緊急上浮時，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]請結(jié)合參看圖2至圖4，具體地，所述套設(shè)件3的相對兩側(cè)中的一側(cè)凸設(shè)有多個凸柱4，所述多個凸柱4沿著套設(shè)件3的環(huán)向間隔分布，另一側(cè)設(shè)有分別與多個凸柱4配合的多個翻邊孔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的多個凸柱4分別插入相鄰的另一套設(shè)件3的多個翻邊孔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所述副壓載艙可無需動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(沒有計算肋骨、隔倉等用鋼)，所用鋼板都是超強度鋼材，同時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)的的潛水耐壓殼對鋼板強度要求不需很高，而更多的要求鋼板的韌性。由于結(jié)構(gòu)功能的優(yōu)點體現(xiàn)，減化了用鋼強度的難點，且焊接工藝及材質(zhì)對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)；同時對于經(jīng)濟、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)可參照上述實施例，在此不再贅述。理所應(yīng)當?shù)?，由于本實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)有活動門，所述活動門位于相鄰的兩個套設(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)件的相對兩側(cè)中的一側(cè)凸設(shè)有多個凸柱，所述多個凸柱沿著套設(shè)件的環(huán)向間隔分布，另一側(cè)設(shè)有分別與多個凸柱配合的多個翻邊孔；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)件的多個凸柱分別插入相鄰的另一套設(shè)件的多個翻邊孔中以使這兩套設(shè)件的腔體連通并使這兩個套設(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任一項所述的潛水耐壓殼。
【文檔編號】B63B3/13GK104071298SQ201410295053
【公開日】2014年10月1日 申請日期: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 申請人:彭學(xué)龍