一种自平衡耐压壳装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种深海潜水器耐压结构件，尤其涉及到一种三层自平衡压力递减式耐压壳装置。属于潜水器技术领域。
【背景技术】
[0002]随着海洋开发速度不断加快，从近海到远海探索深度不断增加，各种作业目的的潜水器种类繁多、发展迅速，主要用于海洋资源勘探与开发、科学研究、军事探测和打捞等方面。潜水器是大洋勘查与深海科学研究的重要装备，作为潜水器的重要组成部分，耐压壳起着保障下潜过程中内部设备正常工作和人员健康安全的作用，其重量占潜水器总重的1/4?1/2。耐压壳设计对潜水器安全性、载运能力和人机环等性能具有重要影响。潜水器在深海承受高压和低温，海水的流动也会造成潜水器的晃动。然而，潜水器所携带的各种仪器设备常常需要在常温常压下工作，潜航员的生存条件也需要和陆面接近。因此，对潜水器的耐压结构提出了很高的要求。
[0003]深海潜水器主要存在如下问题:
[0004](I)深海潜水器在复杂的海底工况下将产生较大的晃动，对内部各种仪器装备的稳定工作和科研人员的工作环境造成较大的影响。现代的潜水器主要通过较为复杂的负反馈闭环控制系统控制布置在潜水器周围的多组推进器调节潜水器的姿态并减小这种晃动。但是，这种控制方式需要消耗较多的能量，整个控制系统的结构也较为复杂且可靠性不高。对于单层壳体的耐压壳，即使采用在底部增加配重的方法也很难消除或减少外界海水流动造成耐压壳的晃动。
[0005](2)对于深海潜水器，耐压壳体所承受的外部水压力较大。如果采用常规的单层壳体耐压壳，需使用高强度材料或增加壳体的厚度，材料的可选用范围较小、加工难度较大。
[0006](3)深海潜水器在工作过程中将产生巨大的噪音，严重干涉科研人员的水下作业与通信装置的正常工作，壳体需要具有很好的隔声性能。在深海处水温较低，壳体还需要具有很好的隔热保温功能。现代潜水器多采用复合材料或特殊形状的板壳结构来减弱噪声，但是，这种隔音方式只能在一定范围内减弱噪声，很难将噪声消除或降到较低值。为了维持在低温环境下舱内的恒温，常采用大功率的温控装置和保温层材料来维持潜水器舱内恒定的温度，但是，这种恒温方法对温控设备的性能要求较高，温控设备需要消耗较多的能量。
【发明内容】
[0007]针对上述存在的问题，本发明提供一种全新的自平衡压力递减式耐压壳装置。
[0008]为达到上述目的，本发明的技术方案为:
[0009]—种自平衡耐压壳装置，从内向外依次由球形内壳、球形中壳、球形外壳环绕球心套装组成；所述球形内壳与球形中壳之间、球形中壳与球形外壳之间均通过一对对称同轴的连接轴组件连接，两对连接轴组件的轴线相互垂直，使得球形内壳与球形中壳之间、球形中壳与球形外壳之间可相互转动；两对连接轴组件均设有弹簧阻尼器，抵抗相邻壳体之间的轴向冲击。
[0010]所述球形内壳由内壳I和内壳II两个半球连接构成，所述球形中壳由中壳I和中壳II两个半球连接构成，所述球形外壳由外壳I和外壳II两个半球连接构成。
[0011]所述球形中壳与球形外壳之间的两对连接轴组件结构尺寸相同，滑动轴承组件包括弹簧阻尼器、支座、连接轴、滑动轴承、内轴瓦、外轴瓦、轴承压板和螺钉；所述滑动轴承通过轴承压板与螺钉固定在连接轴上，所述滑动轴承的内壁与连接轴之间设有内轴瓦，所述连接轴支撑在球形中壳的外壁上，所述支座支撑在球形外壳的内壁上，所述滑动轴承的外壁与支座之间设有外轴瓦，所述弹簧阻尼器装在支座外侧且两端分别顶紧连接轴和支座的凸台。所述球形内壳与球形中壳之间的两对连接轴组件结构尺寸相同，滑动轴承包括弹簧阻尼器、支座、连接轴、滑动轴承、内轴瓦、外轴瓦、轴承压板和螺钉；所述滑动轴承通过轴承压板与螺钉固定在连接轴上，所述滑动轴承的内壁与连接轴之间设有内轴瓦，所述连接轴支撑在球形内壳的外壁上，所述支座支撑在球形中壳的内壁上，所述滑动轴承的外壁与支座之间设有外轴瓦，所述弹簧阻尼器装在支座外侧且两端分别顶紧连接轴和支座的凸台。
[0012]所述球形内壳设有内舱口，球形中壳设有中舱口，球形外壳设有外舱口，内舱口、中舱口和外舱口都装有圆形舱盖；内舱盖通过内舱盖连接销轴组件与内壳内壁相连，通过装在内壳内壁上的内舱盖压板压紧，由O型密封圈密封；中舱盖通过中舱盖连接销轴组件与内壳外壁相连，通过装在中壳外壁上的中舱盖压板压紧，由O型密封圈密封；外舱盖通过外舱盖连接销轴组件与外壳外壁相连，通过装在外壳外壁上的外舱盖压板压紧，由O型密封圈密封。所述内舱盖压板通过心轴组件与内壳相连，由螺钉组件压紧；所述中舱盖压板通过心轴组件与中壳相连，由螺钉组件压紧；所述外舱盖压板通过心轴组件与外壳相连，由螺钉组件顶紧。
[0013]所述球形内壳、球形中壳、球形外壳壳体的直径Dp D2, D3之间的比例关系为2:3:4，所述球形内壳的直径为2.2?3.lm。所述内舱口、中舱口和外舱口的直径Ln L2, L3之间的比例关系为1:1:2，内舱口的直径为0.7m?1.lm。
[0014]通过内舱软管与接头组件连接内舱盖管接头与外舱盖管接头将球形内壳内部的内舱与外部的辅助潜水器相连，维持球形内壳内部的内舱一个标准大气压；通过中舱软管与接头组件连接中舱盖管接头与外舱盖管接头将球形内壳与球形中壳之间中舱与外部的辅助潜水器相连，维持球形内壳与球形中壳之间中舱的真空；通过外舱盖管接头将中壳与外壳之间的外舱与外部的辅助潜水器相连，维持中壳与外壳之间的外舱气压为潜水器工作水深处外部水压的一半；所述外舱盖管接头为三层嵌套式金属接头，内、中、外三层分别通过金属软管与内舱、中舱、外舱相连；所述内舱盖管接头、中舱盖管接头和外舱盖管接头均通过螺纹分别与内舱盖、中舱盖和外舱盖连接并由O型密封圈实现密封。
[0015]所述球形内壳与球形中壳之间、球形中壳与球形外壳之间均设有一对对称的限位缓冲装置，球形内壳与球形中壳之间的限位缓冲装置连线与球形内壳与球形中壳之间连接轴组件的轴线垂直，球形中壳与球形外壳之间的限位缓冲装置连线与球形中壳与球形外壳连接轴线垂直。所述球形内壳与球形中壳之间的一对限位缓冲装置结构尺寸相同，限位缓冲装置包括上支撑板、中支撑板、下支撑板、上液压阻尼器和下液压阻尼器，所述中支撑板与球形内壳外壁焊接，所述上支撑板、下支撑板分别设于连接在球形中壳内壁的下支撑板上支座、下支撑板下支座上，上液压阻尼器和下液压阻尼器以中支撑板对称布置，上液压阻尼器和下液压阻尼器的一端通过万向节与中支撑板连接，上液压阻尼器的另一端通过万向节与上支撑板，下液压阻尼器的另一端通过万向节与下支撑板连接。所述球形中壳与球形外壳之间的一对限位缓冲装置结构尺寸相同，限位缓冲装置包括上支撑板、中支撑板、下支撑板、上液压阻尼器和下液压阻尼器，所述中支撑板与球形内壳外壁焊接，所述上支撑板、下支撑板分别设于连接在球形中壳内壁的下支撑板上支座、下支撑板下支座上，上液压阻尼器和下液压阻尼器以中支撑板对称布置，上液压阻尼器和下液压阻尼器的一端通过万向节与中支撑板，上液压阻尼器的另一端通过万向节与上支撑板，下液压阻尼器的另一端通过万向节与下支撑板连接。
[0016]所述下支撑板上支座、下支撑板下支座由两个对称的半支座组成，两个半支座分别焊在对应的半球壳的边缘，在将两个半球壳装配成完整的球壳时，上支撑板、下支撑板分别卡入对应的两个半支座。
[0017]所述球形内壳、球形中壳、球形外壳的底部均放置配重。
[0018]本发明的内、中、外层壳体分别相当于二轴陀螺仪的内支架、平衡环和外支架。每组相邻壳体之间的连接轴具有转动和轴向移动两个自由度，若假设内层壳体固定，则外层壳体具有四个自由度。因为内层壳体和舱内人员与物品具有较大的惯性，外层壳体相对于水平面的摆动与移动在经过两组弹簧阻尼器和液压阻尼器的平衡到达内舱后基本消除，保证了内舱的平稳性。
[0019]潜水器下水之前，关闭三层舱门。将外舱盖三层嵌套式管接头与压力机相连，通过内舱金属软管组件维持内舱里的气压为一个标准大气压。由外舱盖三层嵌套式管接头的中层环孔通过中舱金属软管组将中舱抽成真空，真空中舱的存在，减少了内舱热量的散失，也隔绝了外部的噪声。由外舱盖三层嵌套式管接头121的外层环孔向外舱充入高压惰性轻质气体氦气，气压为对应工作水深处外界水压的一半，极大地提高了潜水器工作的安全性，也扩宽了潜水器耐压壳制造过程中材料的取用范围。由于泄漏的存在，为了维持内舱的一个标准大气压、中舱的真空和外舱的高压，需要将外舱盖三层嵌套式管接头121接