一种深海潜水器耐压壳的调压填充物及其填充装置的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种深海潜水器耐压壳的调压填充物,其能够精确地控制外壳和内壳之间的空间的压强，并且不会腐蚀深海潜水器的外壳和内壳，而且在低温尤其是0摄氏度以下仍然能够正常工作。这种深海潜水器耐压壳的调压填充物，潜水器外面的压强≤120MPa，潜水器里面的压强为0.1MPa，该深海潜水器耐压壳包括2层球壳，外壳和内壳，外壳和内壳之间的空间设置流体，并通过分层调压装置充入指定压强，所述分层调压装置是利用海水压强实现调压的装置，所述流体为低温液压油，其最大承受压强≥50MPa。
【专利说明】
一种深海潜水器耐压壳的调压填充物及其填充装置
技术领域
[0001] 本发明属于深海潜水器的技术领域，具体地涉及一种深海潜水器耐压壳的调压填 充物以及填充装置，主要能够有效地控制深海潜水器的两个分压层之间的压强。
【背景技术】
[0002] 现今各国发展的深海载人潜水器耐压舱结构均为单层球壳，材料体系主要有高强 钢和钛合金两种。目前下潜最深的是美国的"深海挑战者"号，下潜深度为10908米。此前深 海载人潜水器耐压舱的突破主要在材料和加工精度两个方面。以"深海挑战者"为例，其耐 压壳体为钢制壳体，内径1.1米，厚度0.066米，在宾州州立大学的实验室的两次测试中，该 结构均顺利通过IHMPa全海深压强测试。从测试安装的22个应变片的实验数据分析，该结 构能承受114X 1.4 = 159.6MPa的压强而不发生屈曲。简单地计算表明，该球壳环向的压应 力已达1000 MPa左右。
[0003] 除了材料特性，结构的加工精度也会影响结构的抗压/抗屈曲的能力。现今的深潜 器球壳加工精度的要求都非常高，以日本"深海6500"制造工艺的精度为例，球壳的真球度 (即实测的曲率半径和标准曲率半径的比）已近1.004。另外，现有的耐压壳体安全系数较 低，过高的应力水平会使疲劳寿命大幅降低。
[0004] 现今，在材料强度和加工精度方面，提升空间都已很小。只有研发新型耐压舱结 构，摆脱对材料强度和加工精度的依赖，才是新一代深潜器发展的途径。
[0005] 为此，
【申请人】研发了 一种分层调压潜水器，如图1所示，潜水器外面的压强< 120MPa，潜水器里面的压强为0.1 MPa，该分层调压潜水器包括2层球壳，外壳5和内壳6，外壳 和内壳之间的空间设置流体，并通过分层调压装置充入指定压强，所述分层调压装置根据 海水深度来调节相邻两层球壳之间的空间的压强。这样无需外加动力设备而不增加潜水器 的重量，能够自我调节相邻两层球壳之间的压强，节省时间成本和人力成本，可靠性更高。
[0006] 但是，在外壳和内壳之间的空间设置何种流体，才能精确地控制该空间的压强，并 且不会腐蚀深海潜水器的外壳和内壳，而且在低温，尤其是低于〇度的深海中仍然能够正常 工作，对于分层调压潜水器的实际实现是至关重要的。
【发明内容】
[0007] 本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种深海潜水器耐压壳的 调压填充物，其能够精确地控制外壳和内壳之间的空间的压强，并且不会腐蚀深海潜水器 的外壳和内壳，而且在低温尤其是〇摄氏度以下仍然能够正常工作。
[0008] 本发明的技术解决方案是:这种深海潜水器耐压壳的调压填充物，潜水器外面的 压强彡120MPa，潜水器里面的压强为O.IMPa，该深海潜水器耐压壳包括2层球壳，外壳和内 壳，外壳和内壳之间的空间设置流体，并通过分层调压装置充入指定压强，所述分层调压装 置是利用海水压强实现调压的装置，所述流体为低温液压油，其最大承受压强多50MPa。
[0009] 还提供了一种深海潜水器耐压壳的调压填充物的调压填充装置，其包括除气系 统、除水系统、注油系统;液压油通过除气系统去除气泡，通过除水系统分离水，通过注油系 统将液压油注入外壳和内壳之间的空间。
[0010] 本发明采用低温液压油作为外壳和内壳之间的空间设置的流体，其最大承受压强 多50MPa，因此能够精确地控制外壳和内壳之间的空间的压强，并且不会腐蚀深海潜水器的 外壳和内壳，而且在低温尤其是〇摄氏度以下仍然能够正常工作。
【附图说明】
[0011] 图1是根据本发明的分层调压潜水器的结构示意图。
[0012] 图2是根据本发明的分层调压装置的结构示意图。
[0013]图3是图2的F-F向剖视图。
【具体实施方式】
[0014] 如图1所示，这种深海潜水器耐压壳的调压填充物，潜水器外面的压强彡120MPa， 潜水器里面的压强为0.1 MPa，该深海潜水器耐压壳包括2层球壳，外壳5和内壳6，外壳和内 壳之间的空间设置流体，并通过分层调压装置充入指定压强，所述分层调压装置是利用海 水压强实现调压的装置，所述流体为低温液压油，其最大承受压强多50MPa。
[0015] 本发明采用低温液压油作为外壳和内壳之间的空间设置的流体，其最大承受压强 多50MPa，因此能够精确地控制外壳和内壳之间的空间的压强，并且不会腐蚀深海潜水器的 外壳和内壳，而且在低温尤其是〇摄氏度以下仍然能够正常工作。
[0016] 更进一步地，如图2、3所示，所述分层调压装置为活塞，活塞包括气缸2、活塞杆1、 连接孔3;活塞杆在气缸内往复运动，活塞通过连接孔与相邻两层球壳之间的空间连通，活 塞杆的第一端与气缸围成的腔体4和连接孔3导通，活塞杆的第二端与海水接触，根据海水 深度来调节相邻两层球壳之间的空间的压强。这样无需外加动力设备而不增加潜水器的重 量，能够自我调节相邻两层球壳之间的压强，节省时间成本和人力成本，可靠性更高。
[0017] 更进一步地，所述液压油为L-HV46液压油。
[0018]下面给出液压油的分类。
[0019] 液压传动机构中的液压油主要起到传递压力的作用，液压油的主要特性由相对密 度，粘度及其粘度指数，低温性能，等等，
[0020] a.液压油的标准规范：
[0021] GB 11118.1-201IHydraulic fluids of L-HL，L-HM，L-HV，L-HS and L-HG type
[0022] 液压油标记为： 品种.代号粘度等级产品名称 标准号 如： L-HL 46 抗氧防锈液压油 GB11118.1
[0023] L-HM 46 抗磨液压油丨(）GBl 1118.1 L-HM 46 抗磨液压油（普通）GBlll 18.1 L-HV 46 低温液压油 GBlH 18.1 L-HS 46 超低温液压油 CBinm
[0024] b.按压力和温度分类：
[0025]液压油的工作范围
[0030] 按照IS06743/4划分，液压油分为两大类:一类是抗燃(或难燃）的矿物油型液压 油，如HH，HL，HM，HR，HV，HG。另一类是易燃的烃类液压油(矿物油类和合成烃型）。
[0031] 更进一步地，所述低温液压油通过液压装置控制其压强，所述液压装置包括液压 马达、节流阀。通过液压马达、节流阀来控制液压油的流量，从而控制其压强。
[0032] 更进一步地，其包括除气系统、除水系统、注油系统;液压油通过除气系统去除气 泡，通过除水系统分离水，通过注油系统将液压油注入外壳和内壳之间的空间。
[0033] 更进一步地，所述除气系统为真空滤油机。真空滤油机净油机在国内外都有比较 成熟的产品，如日本大生公司的油液净化设备，以及国内东助公司的真空滤油设备，适用于 发电行业及电器制造厂、造纸厂、电化厂、工矿企业的变压器油，汽轮机油（透平油），润滑 油，液压油等工业用油的破乳化、除气、除杂、滤水净化及废油再生。一个真空滤油机主要由 进油过滤系统、真空抽气系统、出油过滤系统组成。进油过滤系统将油液进行先期的过滤； 真空抽气系统将真空罐内抽成真空负压(一般为或更低），使油液中水分能在较低温状态下 挥发，抽出的水蒸汽经冷却器和分水器冷凝、析出；出油过滤系统主要功能是将油液从真空 罐中抽出，再经多次精过滤后回到工作箱(罐)中。
[0034] 更进一步地，所述除水系统为真空除水装置。这种技术利用水与油沸点不同的原 理，可以有效地除去所有状态的水。真空除水设备通过油温升高到的温度，并且产生约的真 空，同时将油散布并产生很大的表面积来有效地使油中的水沸腾和被蒸发掉。这种装置在 清除水的同时也可以除去一些其它易气化的污染物，同时也存在添加剂气化损失的风险， 因此要严格控制温度避免基础油和添加刻的变性。
[0035] 更进一步地，所述注油系统包括真空注油单元和高压注油单元;真空注油单元先 对外壳和内壳之间的空间抽真空，减少其中的空气残留，然后在外壳和内壳之间的空间内 部真空度与真空罐内真空度相同后接通两者之间的液压管路，再对外壳和内壳之间的空间 继续抽真空，利用压力差缓慢的将净化后的液压油从待注油液压设备的下端缓慢注入外壳 和内壳之间的空间内部(该过程可以避免液压油的扰动，控制液压油与待注油液压设备内 残留空气的接触面积，有效减少二次污染）；高压注油单元对外壳和内壳之间的空间进行高 压注油，使内部压力大于外界一个大气压（以钬薄膜压力补偿器为例，高压注油可以进一步 减少深海液压设备在使用时液压油的体积改变量，保证压力补偿器在深海使用时有足够的 冗余量）。
[0036]以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依 据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属本发明 技术方案的保护范围。
【主权项】
1. 一种深海潜水器耐压壳的调压填充物，潜水器外面的压强彡120MPa，潜水器里面的 压强为0 . IMPa，该深海潜水器耐压壳包括2层球壳，外壳和内壳，外壳和内壳之间的空间设 置流体，并通过分层调压装置充入指定压强，所述分层调压装置是利用海水压强实现调压 的装置，其特征在于:所述流体为低温液压油，其最大承受压强多50MPa。2. 根据权利要求1所述的深海潜水器耐压壳的调压填充物，其特征在于:所述分层调压 装置为活塞，活塞包括气缸(2)、活塞杆（1)、连接孔(3);活塞杆在气缸内往复运动，活塞通 过连接孔与相邻两层球壳之间的空间连通，活塞杆的第一端与气缸围成的腔体(4)和连接 孔(3)导通，活塞杆的第二端与海水接触，根据海水深度来调节相邻两层球壳之间的空间的 压强。3. 根据权利要求2所述的深海潜水器耐压壳的调压填充物，其特征在于:所述液压油为 L-HV46液压油。4. 根据权利要求1所述的深海潜水器耐压壳的调压填充物，其特征在于:所述低温液压 油通过液压装置控制其压强，所述液压装置包括液压马达、节流阀。5. -种根据权利要求1所述的深海潜水器耐压壳的调压填充物的调压填充装置，其特 征在于:其包括除气系统、除水系统、注油系统;液压油通过除气系统去除气泡，通过除水系 统分离水，通过注油系统将液压油注入外壳和内壳之间的空间。6. 根据权利要求5所述的调压填充装置，其特征在于:所述除气系统为真空滤油机。7. 根据权利要求6所述的调压填充装置，其特征在于:所述除水系统为真空除水装置。8. 根据权利要求7所述的调压填充装置，其特征在于:所述注油系统包括真空注油单元 和高压注油单元;真空注油单元先对外壳和内壳之间的空间抽真空，减少其中的空气残留， 然后在外壳和内壳之间的空间内部真空度与真空罐内真空度相同后接通两者之间的液压 管路，再对外壳和内壳之间的空间继续抽真空，利用压力差缓慢的将净化后的液压油从待 注油液压设备的下端缓慢注入外壳和内壳之间的空间内部;高压注油单元对外壳和内壳之 间的空间进行高压注油，使内部压力大于外界一个大气压。
【文档编号】B63G8/00GK106043633SQ201610363074
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年5月27日
【发明人】魏宇杰, 方新, 宋宏伟
【申请人】中国科学院力学研究所