一种深海装备耐压环肋圆柱壳中的装配式内部液舱的制作方法

本发明涉及深海装备技术领域，尤其是一种深海装备耐压环肋圆柱壳中的装配式内部液舱。

背景技术：

海洋是资源的宝库，蕴藏着丰富的能源、矿产和生物资源，海洋资源开发能力是可持续发展的重要保证，进入深海，认识深海，开发深海是世界经济和人类社会发展的必然需求。深海装备在海洋资源开发中具有举足轻重的地位，30年来，美国、日本、俄罗斯等海洋强国已发展了6km级深海装备，进行海底科学考察、资源勘探及军事用途等。近年来我国也投入了大量的人力、物力进行深海装备的研究与开发，取得长足发展，其中“蛟龙号”载人深潜器是先进深海装备和技术的一个代表。

深海装备的结构从是否能够承受海水外压力可分为：耐压结构和非耐压结构。耐压壳是最重要的耐压结构，主要用于抵抗海水外压力，为人员及设备提供常压的工作环境。耐压壳结构的安全与否直接关系到整个深海装备的存亡，其结构安全性必须有所保证。环肋圆柱壳是一种典型的耐压壳结构，它由壳体和肋骨组成：壳体由两个半球封头和一个圆柱壳组成；肋骨有布置于壳体内部和壳体外部两种结构形式，肋骨主要对壳体起到加强结构的作用。

深海装备上的内部液舱布置于耐压壳内部，不承受海水外压力，属于非耐压结构。内部液舱在耐压壳内部储藏人员正常生活和设备正常运转所必需的液体，例如饮用水舱用以储存人员的饮用水，废水舱用以储存设备排出的废水等，因此，内部液舱是深海装备中不可缺少的组成部分。

如图1所示，传统的内部液舱通过两块舱壁板a和一块顶板b直接焊接于耐压壳c内表面，从而围成一个封闭的空间用以储存液体，此种结构形式会在耐压壳内表面形成两道环焊缝d和两道纵焊缝e。如图2所示，耐压壳c在深海中受到巨大的水压力时会发生收缩变形，收缩变形包括沿着耐压壳的纵向和径向两个方向，如果在直角坐标系中表示，纵向变形可表示为x方向变形，径向变形可分解为y方向变形和z方向变形，也就是说耐压壳在受到静水外压时发生三个方向的收缩变形，而内部液舱不承受海水外压，不发生收缩变形，内部液舱与耐压壳之间出现变形不协调，内部液舱会受到耐压壳的挤压作用，在焊缝区域会出现较高应力，尤其在纵焊缝和环焊缝相交的区域，会出现较大的应力集中，容易由焊缝产生裂纹扩散到耐压壳，危及整个深海装备的安全性。

技术实现要素：

本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种结构合理的深海装备耐压环肋圆柱壳中的装配式内部液舱，通过装配的方式连接于耐压壳，减少了焊接，安装方便，既能够保证密性储藏液体，又能够在耐压壳收缩时与其保持变形协调，降低了应力水平，极大的提高了耐压壳及深海装备的结构安全性。

本发明所采用的技术方案如下：

一种深海装备耐压环肋圆柱壳中的装配式内部液舱，包括舱体，所述舱体为内部中空的密封腔体，舱体包括顶盖板，所述顶盖板下端面前后端分别垂直焊接横壁板，顶盖板下端面左右端分别垂直焊接纵壁板，所述纵壁板两端分别和顶盖板左右两端的横壁板焊接，顶盖板前后端的两个横壁板和左右端的两个纵壁板下端面共同焊接底壳板，所述底壳板底部中心焊接垫板；

所述顶盖板上端面四角分别通过若干个定位螺栓可拆卸的连接导向盘，顶盖板下端面四角分别设有基座，所述基座上端面焊接限位螺杆，所述限位螺杆上端穿过顶盖板和导向盘后通过螺纹连接限位螺母；

所述导向盘中心设有上下贯通的限位孔，定位螺栓位于限位孔内，所述限位孔为腰圆孔；以顶盖板中心定为直角坐标系的原点，所述顶盖板上位于x轴正方向的两个导向盘上的限位孔的轴线与x轴形成夹角，顶盖板上位于x轴负方向的两个导向盘上的限位孔的轴线与y轴平行设置。

进一步的，垫板包括橡胶层，橡胶层一端表面通过胶水粘结固定在底壳板底部，另一端表面涂覆形成聚四氟乙烯层。

进一步的，基座包括水平设置的面板，面板下端面垂直焊接筋板。

进一步的，顶盖板四角设有上下贯通的定位孔，导向盘下端面固定连接定位板，定位板定位连接在定位孔中，定位板和定位孔为间隙配合。

进一步的，顶盖板为矩形结构。

进一步的，底壳板为圆弧形结构的板体。

本发明的有益效果如下：

本发明结构紧凑、合理，操作方便，本发明通过装配的方式连接于耐压壳，减少了焊接，安装方便，既能够保证密性储藏液体，又能够在耐压壳收缩时与其保持变形协调，降低了应力水平，极大的提高了耐压壳及深海装备的结构安全性；本发明适用性强，内肋骨或者外肋骨型式的环肋圆柱壳均可适用；本发明减少了内部液舱与耐压壳的焊接量，降低了焊接带来的不确定性；本发明既能够为深海装备中人员和设备存储液体，又能够实现与耐压壳的变形协调，提高了深海装备的结构安全性。

附图说明

图1为现有技术中内部液舱在耐压壳中的布置结构图。

图2为耐压壳收缩变形示意图。

图3为本发明的立体图。

图4为本发明的爆炸图。

图5为图3中a处放大图。

图6为图4中b处放大图。

图7为本发明的舱体结构图。

图8为本发明的垫板结构图。

图9为本发明的舱体俯视图。

图10为图9中c处放大图。

图11为图9中d处放大图。

图12为本发明应用在耐压环肋圆柱壳中的布置图。

其中：1、舱体；101、顶盖板；102、横壁板；103、纵壁板；104、底壳板；2、垫板；201、橡胶层；202、聚四氟乙烯层；3、基座；301、面板；302、筋板；4、限位螺杆；5、限位螺母；6、导向盘；7、定位螺栓；8、定位孔；9、定位板；10、限位孔；a、舱壁板；b、顶板；c、耐压壳；c1、耐压壳变形前；c2、耐压壳变形后；d、环焊缝；e、纵焊缝。

具体实施方式

下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。

如图2和图3所示，本发明中通过设置直角坐标系来清楚的阐明本发明的具体设置形式。

如图3和图7所示，本发明主要包括舱体1，舱体1为内部中空的密封腔体，密封腔体内储存人员正常生活和设备正常运转所必需的液体，舱体1包括矩形结构的顶盖板101，顶盖板101下端面前后端分别垂直焊接横壁板102，顶盖板101下端面左右端分别垂直焊接纵壁板103，纵壁板103两端分别和顶盖板101左右两端的横壁板102焊接。顶盖板101前后端的两个横壁板102和左右端的两个纵壁板103下端面共同焊接底壳板104，底壳板104为圆弧形结构的板体。为了提高舱体1的的结构强度，舱体1的内侧壁上能够根据需要设置加强筋，通过加强筋来提高舱体1内部的结构强度。

如图3所示，底壳板104底部中心焊接垫板2。如图8所示，垫板2包括橡胶层201，橡胶层201一端表面通过胶水粘结固定在底壳板104底部，另一端表面涂覆形成聚四氟乙烯层202。

如图3和图4所示，顶盖板101上端面四角分别通过若干个定位螺栓7可拆卸的连接导向盘6。顶盖板101下端面四角分别设有基座3，基座3上端面焊接限位螺杆4，限位螺杆4上端穿过顶盖板101和导向盘6后通过螺纹连接限位螺母5。

如图5和图6所示，基座3包括水平设置的面板301，面板301下端面垂直焊接筋板302，筋板302能够提高面板301的支撑强度。

如图6所示，为了实现导向盘6在顶盖板101上的定位安装，顶盖板101四角设有上下贯通的定位孔8，导向盘6下端面固定连接定位板9，定位板9定位连接在定位孔8中，定位板9和定位孔8为间隙配合。

如图6所示，导向盘6中心设有上下贯通的限位孔10，定位螺栓7位于限位孔10内。如图10和图11所示，限位孔10为腰圆孔，腰圆孔的两个半圆圆心之间的距离为d4。

如图9～11所示，以顶盖板101中心定为直角坐标系的原点，顶盖板101上位于x轴正方向的两个导向盘6上的限位孔10的轴线与x轴形成夹角，夹角角度为α。顶盖板101上位于x轴负方向的两个导向盘6上的限位孔10的轴线与y轴平行设置。

在安装时，基座3和顶盖板101连接处的位移补充主要通过限位螺杆4在限位孔10中的滑动来实现，基座3在x向和y向的变形量记为dx和dy，根据环肋圆柱壳的尺寸和材料性质，可以通过有限元方法计算出dx和dy的数值。在顶盖板101的x轴负方向的两个导向盘6上的限位孔10用于补偿y向的收缩变形，在x轴方向上相当于将顶盖板101的这一端固定，使其另一端来补充x方向的变形，腰圆孔两个半圆圆心之间的距离d4等于基座3处y向的变形dy。在顶盖板101的x轴正方向的两个导向盘6上的限位孔10能够同时补偿x向和y向的收缩变形，耐压壳c在正常的工作深度下承受水压力收缩时，其材料仍处于线弹性范围内，其收缩变形是线性的，基座3处x向和y向的变形合成后，为一段与x向成一定的角度α的直线变形，腰圆孔两个半圆圆心之间的距离d4等于基座3处的合成变形角度显然，腰圆孔轴线与x向成角度α这一端的两个半圆圆心之间的距离d4要大于另一端，从批量加工方便性考虑，可将四个导向盘6的腰圆孔圆心之间的距离d4统一取为其结果是位移补偿结束后，腰圆孔轴线与x向成角度α这一端的限位螺杆4从腰圆孔的一端滑动到了另一端，而腰圆孔轴线与x向垂直这一端的限位螺杆4滑动到腰圆孔中途的某个位置。顶盖板101与面板301之间的间隙d1等于dy；纵壁板103与筋板302之间的间隙d2等于dy；底壳板104与圆柱壳内表面(外肋骨型式圆柱壳)或者内肋骨面板(内肋骨型式圆柱壳)之间的间隙d3等于垫板2的厚度，垫板2的厚度可以由橡胶的压缩量除以压缩率得到，橡胶压缩率一般最大可以取为0.25，而橡胶的压缩量又可以由环肋圆柱壳的径向收缩变形得到。

本发明在安装时主要包括如下三个步骤：

a.焊接基座

将基座3焊接于耐压环肋圆柱壳上，当环肋圆柱壳是外肋骨型式时，基座3的筋板301焊接到圆柱壳内表面；当环肋圆柱壳是内肋骨型式时，基座3的筋板301焊接到内肋骨的面板上。

b.安装导向盘

将导向盘6下端的定位板9插入定位孔8中，并旋转导向盘6来调整腰圆形的限位孔10轴线的方向，使顶盖板101的x轴负方向一端的两个导向盘6的限位孔10轴线与y向平行，x轴正方向的两个导向盘6的限位孔10轴线与x向成一定的角度α。导向盘6旋转到位后，根据顶盖板101上的螺纹孔的位置在导向盘上加工穿过定位螺栓7的通孔，加工通孔后，定位螺栓7穿过通孔后与螺纹孔连接，将导向盘6和顶盖板101连接为一个整体。

c.装配舱体

将垫板2粘贴到顶盖板101底部，再将安装着导向盘6的顶盖板101由上向下套到基座3的限位螺杆4上，即限位螺杆4穿过限位孔10之后将限位螺母5拧到限位螺杆4之上，只需保证基座3的面板301与顶盖板101贴紧不出现间隙即可，不需施加较大预紧力，便实现了装配式内部液舱的安装。

如图12所示，在y向上，顶盖板101与基座3的面板301靠近圆柱壳的一边留有间隙d1，同时纵壁板103与基座3的筋板302留有间隙d2，底壳板104与圆柱壳内表面(外肋骨型式圆柱壳)或者内肋骨面板(内肋骨型式圆柱壳)留有间隙d3。

当深海装备在水下工作时，其耐压环肋圆柱壳受到巨大的水压力而发生收缩变形，由于基座3与耐压环肋圆柱壳焊接，基座3和限位螺杆4会随着耐压壳一起变形，而舱体1不发生变形，限位螺杆4就会在导向盘6的限位孔10中进行滑动，同时由于垫板2下方有聚四氟乙烯层202，耐压壳内表面(外肋骨型式圆柱壳)或者内肋骨面板(内肋骨型式圆柱壳)也会与垫板2进行相对滑动，这样就实现了x方向和y方向的位移补偿。垫板2材料为橡胶，其受到圆柱壳(外肋骨型式圆柱壳)或者内肋骨面板(内肋骨型式圆柱壳)的挤压作用会发生变形从而补偿z向上的位移，这样就实现了三个方向上的位移补偿，从而使内部液舱与耐压环肋圆柱壳实现了变形协调。在耐压环肋圆柱壳收缩变形后，间隙d1、d2消失，间隙d3减小为压缩后垫板2的厚度，舱体1的x方向一端的限位螺杆4滑动到限位孔10中途的某个位置，另一端的限位螺杆4滑动到限位孔10的另一个圆心位置。

以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在本发明的保护范围之内，可以作任何形式的修改。