小型深海仪器承压筒体的间隙配合加强圈装置的制作方法

本发明属于深海监测仪器设备领域，具体涉及一种小型深海仪器承压筒体的间隙配合加强圈装置，以提高筒体的抗失稳变形能力，还可降低筒体壁厚，实现筒体的轻量化。

背景技术：

降低承压筒体壁厚、实现轻量化和提高抗失稳变形能力是深海仪器设计需要解决的一个关键问题。

深海仪器的外部承压筒体的主要作用是承受深海的压力，和两端的端盖一起组成一个水密空间，保证筒体内部仪器的正常工作。随着仪器布放深度的增加，仪器的筒体所承受的海水压力也随之增大。为了提高筒体的承压能力，在筒体内径一定的条件下，可采用增加筒体的壁厚或缩短筒体计算长度的方法。对于深海仪器的较薄筒体而言，设置加强圈，即是为了变长圆筒为短圆筒或缩短圆筒的计算长度，要比单独增加壁厚的方法经济合理。该法较直接增加筒体厚度节省材料，约可减轻重量1/3。

加强圈设置在筒体内部，如果和筒体焊接成一体，可有效提高筒体的承压能力和稳定性。这种方法的不足之处是：筒体内部空间的利用率降低，由于加强圈的阻碍，筒体内径不能得到利用，而只能以加强圈内径构成的空间。深海仪器的拆卸/安装过程通常是打开一端的端盖，就可将内部仪器全部取出或装入。如果提高空间利用率时（即利用筒体内径），由于加强圈的阻碍，需将仪器分成两部分，拆卸两端的端盖后，才能分别将仪器从两端取出或装入，导致拆装的极大不方便。

针对上述问题，将加强圈和承压筒体内部的仪器连成一个整体，加强圈和承压筒体之间采用间隙配合方式，以便于拆装。圆形剖面的筒体的一个优点是：在均匀外压作用下，筒体只产生均匀收缩变形，筒体内部只有均匀压缩应力而无弯曲应力。如果筒体和加强圈之间的间隙值取为承压筒体均匀收缩变形的安全允许范围内（即承压筒体弹性变形范围内），则一方面可增强承压筒体的抗变形能力，另一方面又可提高筒体内部空间利用率，便于拆装。

本发明通过加强圈将筒体的变形范围限定在合理安全值之内，在不增加壁厚或少量增加壁厚的条件下，提高筒体的深海抗压能力，又不缩小筒体内部的可用空间。

技术实现要素：

本发明目的在于通过筒体和加强圈之间的间隙配合方式，提供一种简单有效的加强圈装置用以提高筒体深海承压能力和筒体内部仪器拆装的便利性，实现筒体的轻量化。

本发明提出的一种小型深海仪器承压筒体的间隙配合加强圈装置，包括承压筒体1、加强圈2和仪器安装支架3：加强圈2伸入承压筒体1内，承压筒体1内表面和加强圈2外表面之间采用间隙配合；间隙值取承压筒体均匀收缩变形的安全允许范围之内；仪器安装支架3伸入加强圈2内，使用时，仪器安装支架3上放置仪器设备；由于承压筒体1与加强圈2之间存在间隙，可方便的安装或拆卸承压筒体1内的仪器设备；当深海工作时，承压筒体1受到深海压力而收缩，间隙值逐渐减小，此时承受压力的是承压筒体1本身；随着深度增加海水压力持续升高，承压筒体1和加强圈2之间的间隙值减小为零，此时加强圈2与承压筒体1共同承受海水压力。

本发明中，承压筒体1为薄壁圆筒，内壁光滑。用于安装和保护筒体内部的仪器设备。其几何形状误差允许值应该严格控制，并要考虑一定的稳定性安全裕度。

本发明中，加强圈2采用具有一定宽度的金属或非金属光滑圆环，加强圈2的外表面为光滑面。加强圈2材料应有足够的抗弯刚度，并且截面惯性矩要大，成型要方便。

本发明中，加强圈2和仪器安装支架3的连接采用螺纹连接或焊接方式，以确定仪器设备与加强圈2的相对位置，然后整体装入承压筒体1中。

本发明中，承压筒体1较长时，可以采用多个加强圈2组合成一个框架结构来固定仪器安装支架3和其上的仪器设备，提高承压能力。

本发明的有益效果在于：采用间隙配合的加强圈2，提高了承压筒体1的耐压能力，减小了筒体的壁厚，节约了材料，降低了重量，实现了承压筒体1的轻量化。同时，加强圈2具有易于加工，易于装配，易于标准化的特点。

附图说明

图1为本发明的深海仪器承压筒体的三维装配结构示意图；

图2为本发明的深海仪器承压筒体的主视剖面图；

图中标号：1为承压筒体，2为加强圈，3为仪器安装支架。

具体实施方式

下面通过实施例结合附图进一步说明本发明。

实施例1：以短圆柱体仪器为例说明。

如图1所示，小型深海仪器承压筒体的间隙配合加强圈装置包括承压筒体1、加强圈2、安装仪器的仪器安装支架3。承压筒体1和加强圈2之间采用间隙配合，即加强圈2的外壁和承压筒体1的内壁之间具有一定的间隙。间隙值为承压筒体1均匀收缩变形的安全允许范围之内，即承压筒体1的弹性变形范围内。由于间隙的存在，在安装或拆卸时，可以方便地将加强圈2和仪器安装支架3上的仪器设备装进承压筒体1，或从承压筒体1中取出。在深海工作时，承压筒体1受到深海压力而收缩，间隙值逐渐减小，此时承受压力的是承压筒体1本身；随着深度增加海水压力持续升高，承压筒体1和加强圈2之间的间隙值减小为零，此时加强圈2与承压筒体1共同承受海水压力，其失稳条件变为承压筒体1和加强圈2同时失稳，加强圈2起到加强承压筒体1刚度的作用。

承压筒体1和加强圈之间采用间隙配合，在低压情况下，承压筒体1本身的强度和刚度足以起支撑保护作用；在高压情况下，承压筒体1的内壁和加强圈2的外壁贴合，从而增强刚度和稳定性。

实施例2：以长圆柱体仪器为例说明。

如图1所示，在承压筒体1较长的情况下，可以采用多个加强圈2和仪器安装支架3构成一个整体框架装入承压筒体1，在增强筒体刚度的同时，也便于装配，从而实现承压筒体1的轻量化。在低压情况下，承压筒体1本身的强度和刚度足以起支撑保护作用；在高压情况下，承压筒体1的内壁和加强圈2的外壁贴合，从而增强刚度和稳定性。

技术特征：

技术总结
本发明涉及一种小型深海仪器承压筒体的间隙配合加强圈装置。包括承压筒体、加强圈和仪器安装支架，承压筒体的内壁和加强圈之间采用间隙配合，间隙值取为承压筒体均匀收缩变形的安全允许范围之内。由于间隙的存在，在安装时，可方便地将加强圈和仪器安装支架上的仪器设备装进承压筒体。在深海工作时，承压筒体受到深海压力而收缩，间隙值逐渐减小，此时承受压力的是承压筒体本身；随着深度增加海水压力持续升高，承压筒体和加强圈之间的间隙值减小为零，即承压筒体的内壁和加强圈的外壁贴合，此时加强圈与承压筒体共同承受海水压力，从而增强筒体的刚度和稳定性。本发明可降低承压筒体厚度，提高承压筒体的刚度，也易于装配，并可增大承压筒体内部的有效空间。

技术研发人员：米智楠;姜凯;王浩;黄再轩
受保护的技术使用者：同济大学
技术研发日：2017.06.28
技术公布日：2017.10.20