САМОБАЛАНСИРУЮЩАЯСЯ УСТОЙЧИВАЯ К ДАВЛЕНИЮ КОНСТРУКЦИЯ КОРПУСА
SELF-BALANCING PRESSURE-RESISTANT HULL DESIGN

Область техники
Настоящее изобретение относится к устойчивой к давлению конструкции батискафа, и, в частности, оно относится к трехуровневой самобалансирующейся конструкции корпуса, устойчивой к давлению за счет соразмерного уменьшения давления. Оно относится к области техники подводных аппаратов.
Уровень техники
1
1
4
2
Ввиду непрерывного ускорения темпов освоения океанов, глубина, на которой ведутся исследования от берегов до открытого моря, непрерывно увеличивается, поэтому разновидностей подводных аппаратов разного назначения много, они быстро развиваются и в основном применяются для разведки и разработки морских ресурсов, научных исследований, военных поисков, извлечения из-под воды и других целей. Подводные аппараты представляют собой важное оборудование для океанических исследований и глубоководных научных исследований, и как важная составная часть подводного аппарата устойчивый к давлению корпус обеспечивает нормальную работу внутреннего оборудования и безопасность здоровья персонала в процессе погружения, при этом его вес составляет от / до / общего веса подводного аппарата. В проектировании устойчивого к давлению корпуса важное место отводится таким характеристикам подводного аппарата, как безопасность, грузоподъемность, эргономичность и т. п. На глубине подводный аппарат испытывает действие высокого давления и низкой температуры, и течения в морской воде также могут приводить к раскачиванию подводного аппарата. В то же время разное измерительное оборудование, установленное в подводном аппарате, часто рассчитано на работу в условиях нормальных температуры и давления, а условия выживания подводников также должны быть близкими к условиям на суше. Поэтому в отношении устойчивой к давлению конструкции подводного аппарата выдвигаются высокие требования.
У батискафов в основном имеются следующие проблемы:
(1) Возникающее в сложных условиях работы на морском дне сравнительно большое раскачивание батискафов значительно влияет на стабильную работу установленного в них разного измерительного оборудования и условия работы исследователей. Для регулирования положения подводного аппарата и уменьшения такого рода раскачивания в современных подводных аппаратах в основном применяют сравнительно сложную замкнутую систему управления с отрицательной обратной связью для управления несколькими гребными винтами, расположенными по периметру подводного аппарата. Однако такой способ управления требует затраты сравнительно большого количества энергии, при этом конструкция всей системы управления также сравнительно сложная, а надежность — низкая. В случае одноуровневого устойчивого к давлению корпуса даже увеличением балласта в нижней части также очень сложно исключить или уменьшить раскачивание устойчивого к давлению корпуса, вызванное течениями в морской воде снаружи.
(2) В случае батискафов давление воды снаружи, действующее на устойчивый к давлению корпус, сравнительно большое. Если применяется общепринятый одноуровневый устойчивый к давлению корпус, то необходимо применять высокопрочный материал или увеличивать толщину корпуса, при этом выбираемый и применяемый объем материала сравнительно мал, а сложность изготовления сравнительно большая.
(3) В процессе работы батискафов возникает сильный шум, который серьезно мешает работе исследователей под водой и нормальной работе средств связи, поэтому корпус должен обладать хорошими звукоизолирующими характеристиками. Поскольку температура воды на глубине сравнительно низкая, корпус также должен обладать хорошими теплоизоляционными характеристиками. Во многих современных подводных аппаратах для снижения шума применяют композитные материалы или конструкцию корпуса особой формы, однако такого рода способы звукоизоляции могут снижать шум только до определенных пределов, при этом исключить шум или снизить его до сравнительно низких значений очень сложно. Чтобы в условиях низкой температуры поддерживать постоянную температуру внутри отсеков, часто применяют сверхмощные устройства регулирования температуры и теплоизоляционный материал для поддержания постоянной температуры внутри отсеков подводного аппарата, однако такой способ обеспечения постоянной температуры требует терморегулирующего оборудования со сравнительно высокими характеристиками, и терморегулирующее оборудование должно потреблять сравнительно большое количество энергии.
Суть изобретения
В отношении вышеизложенных существующих проблем, согласно настоящему изобретению предлагается совершенно новая конструкция самобалансирующегося корпуса, устойчивая к давлению за счет соразмерного уменьшения давления.
Для достижения вышеуказанных целей техническое решение согласно настоящему изобретению следующее:
Самобалансирующаяся устойчивая к давлению конструкция корпуса, содержащая сферический внутренний корпус, сферический промежуточный корпус и сферический внешний корпус, последовательно расположенные изнутри наружу относительно центра сферы; указанные сферический внутренний корпус и сферический промежуточный корпус, а также сферический промежуточный корпус и сферический внешний корпус соединены друг с другом посредством пары симметричных коаксиальных соединительных осей в сборе, при этом осевые линии двух пар соединительных осей в сборе взаимно перпендикулярные, что обеспечивает возможность поворота сферического внутреннего корпуса и сферического промежуточного корпуса, а также сферического промежуточного корпуса и сферического внешнего корпуса относительно друг друга; на каждой из соединительных осей в сборе установлено пружинное амортизирующее средство, предназначенное для противодействия биению соседних корпусов друг о друга в осевом направлении.
Указанный сферический внутренний корпус образован соединением двух полусфер — внутреннего корпуса I и внутреннего корпуса II; указанный сферический промежуточный корпус образован соединением двух полусфер — промежуточного корпуса I и промежуточного корпуса II; указанный сферический внешний корпус образован соединением двух полусфер — внешнего корпуса I и внешнего корпуса II.
Размеры конструкции двух соединительных осей в сборе между указанными сферическим промежуточным корпусом и сферическим внешним корпусом являются идентичными; подшипники скольжения в сборе содержат пружинные амортизирующие средства, опоры, соединительные оси, подшипники скольжения, внутренние вкладыши, внешние вкладыши, прижимные пластины подшипников и винты; указанные подшипники скольжения посредством прижимных пластин подшипников и винтов закреплены на соединительных осях; между внутренними стенками указанных подшипников скольжения и соединительными осями установлены внутренние вкладыши; указанным соединительным осям обеспечивает опору внешняя стенка сферического промежуточного корпуса; указанным опорам обеспечивает опору внутренняя стенка сферического внешнего корпуса; между внешними стенками указанных подшипников скольжения и опорами установлены внешние вкладыши; указанные пружинные амортизирующие средства установлены с внешней стороны опор и с обоих концов зажаты выступами соединительных осей и опорами соответственно. Размеры конструкции двух соединительных осей в сборе между указанными сферическим внутренним корпусом и сферическим промежуточным корпусом являются идентичными; подшипники скольжения в сборе содержат пружинные амортизирующие средства, опоры, соединительные оси, подшипники скольжения, внутренние вкладыши, внешние вкладыши, прижимные пластины подшипников и винты; указанные подшипники скольжения посредством прижимных пластин подшипников и винтов закреплены на соединительных осях; между внутренними стенками указанных подшипников скольжения и соединительными осями установлены внутренние вкладыши; указанным соединительным осям обеспечивает опору внешняя стенка сферического внутреннего корпуса; указанным опорам обеспечивает опору внутренняя стенка сферического промежуточного корпуса; между внешними стенками указанных подшипников скольжения и опорами установлены внешние вкладыши; указанные пружинные амортизирующие средства установлены с внешней стороны опор и с обоих концов зажаты выступами соединительных осей и опорами соответственно.
В указанном сферическом внутреннем корпусе предусмотрен люк во внутренний отсек, в сферическом промежуточном корпусе предусмотрен люк в промежуточный отсек и в сферическом внешнем корпусе предусмотрен люк во внешний отсек; люк во внутренний отсек, люк в промежуточный отсек и люк во внешний отсек снабжены круглыми крышками люков в отсеки; крышка люка во внутренний отсек посредством соединительного штифта крышки люка во внутренний отсек прикреплена к внутренней стенке внутреннего корпуса, прижата посредством прижимной пластины крышки люка во внутренний отсек, установленной на внутренней стенки внутреннего корпуса, и уплотнена посредством уплотнительного кольца; крышка люка в промежуточный отсек посредством соединительного штифта крышки люка в промежуточный отсек прикреплена к внешней стенке внутреннего корпуса, прижата посредством прижимной пластины крышки люка в промежуточный отсек, установленной на внешней стенке промежуточного корпуса, и уплотнена посредством уплотнительного кольца; крышка люка во внешний отсек посредством соединительного штифта крышки люка во внешний отсек прикреплена к внешней стенке внешнего корпуса, прижата посредством прижимной пластины крышки люка во внешний отсек, установленной на внешней стенке внешнего корпуса, и уплотнена посредством уплотнительного кольца. Указанная прижимная пластина крышки люка во внутренний отсек прикреплена к внутреннему корпусу посредством центральной оси и прижата винтом; указанная прижимная пластина крышки люка в промежуточный отсек прикреплена к промежуточному корпусу посредством центральной оси и прижата винтом; указанная прижимная пластина крышки люка во внешний отсек прикреплена к внешнему корпусу посредством центральной оси и прижата винтом.
1
2
3
1
2
3
Пропорциональное соотношение между диаметрами D, D и D указанных сферического внутреннего корпуса, сферического промежуточного корпуса и сферического внешнего корпуса составляет 2:3:4, при этом диаметр указанного сферического внутреннего корпуса составляет 2,2–3,1·м. Пропорциональное соотношение между диаметрами L, L и L люка во внутренний отсек, люка в промежуточный отсек и люка во внешний отсек составляет 1:1:2, при этом диаметр люка во внутренний отсек составляет от 0,7 м до 1,1 м.
За счет соединения штуцера на крышке люка во внутренний отсек со штуцером на крышке люка во внешний отсек посредством узла из гибкой трубы и штуцера во внутреннем отсеке, внутренний отсек внутри сферического внутреннего корпуса соединен с внешним дополнительным подводным аппаратом для поддержания во внутреннем отсеке внутри сферического внутреннего корпуса нормального атмосферного давления; за счет соединения штуцера на крышке люка в промежуточный отсек со штуцером на крышке люка во внешний отсек посредством узла из гибкой трубы и штуцера в промежуточном отсеке, промежуточный отсек между сферическим внутренним корпусом и сферическим промежуточным корпусом соединен с внешним дополнительным подводным аппаратом для поддержания вакуума в промежуточном отсеке между сферическим внутренним корпусом и сферическим промежуточным корпусом; внешний отсек между промежуточным корпусом и внешним корпусом посредством штуцера на крышке люка во внешний отсек соединен с внешним дополнительным подводным аппаратом для поддержания давления воздуха во внешнем отсеке между промежуточным корпусом и внешним корпусом равным половине давления воды снаружи на глубине работы подводного аппарата; указанный штуцер на крышке люка во внешний отсек представляет собой металлический переходник для соединения на трех уровнях, при этом внутренний, промежуточный и внешний уровни посредством металлических гибких труб находятся в сообщении с внутренним отсеком, промежуточным отсеком и внешним отсеком соответственно; указанные штуцер на крышке люка во внутренний отсек, штуцер на крышке люка в промежуточный отсек и штуцер на крышке люка во внешний отсек посредством резьбы соединены с крышкой люка во внутренний отсек, крышкой люка в промежуточный отсек и крышкой люка во внешний отсек соответственно и уплотнены посредством уплотнительных колец.
Между указанными сферическим внутренним корпусом и сферическим промежуточным корпусом, а также между сферическим промежуточным корпусом и сферическим внешним корпусом установлены пары симметричных устройств ограничения и амортизации; соединительная линия устройств ограничения и амортизации между сферическим внутренним корпусом и сферическим промежуточным корпусом перпендикулярна осевой линии соединительных осей в сборе между сферическим внутренним корпусом и сферическим промежуточным корпусом; соединительная линия устройств ограничения и амортизации между сферическим промежуточным корпусом и сферическим внешним корпусом перпендикулярна линии соединительных осей между сферическим промежуточным корпусом и сферическим внешним корпусом. Размеры конструкции пары устройств ограничения и амортизации между указанным сферическим внутренним корпусом и сферическим промежуточным корпусом являются идентичными; устройства ограничения и амортизации содержат верхние опорные плиты, промежуточные опорные плиты и нижние опорные плиты, а также верхние средства амортизации гидроудара и нижние средства амортизации гидроудара; указанные промежуточные опорные плиты соединены с внешней стенкой сферического внутреннего корпуса сваркой; указанные верхние опорные плиты и нижние опорные плиты установлены соответственно на верхних опорах нижних опорных плит и нижних опорах нижних опорных плит, прикрепленных к внутренней стенке сферического промежуточного корпуса; верхние средства амортизации гидроудара и нижние средства амортизации гидроудара расположены симметрично относительно промежуточных опорных плит; верхние средства амортизации гидроудара и нижние средства амортизации гидроудара одним концом прикреплены к промежуточным опорным плитам посредством универсальных шарниров; верхние средства амортизации гидроудара другим концом прикреплены к верхним опорным плитам посредством универсальных шарниров; нижние средства амортизации гидроудара другим концом прикреплены к нижним опорным плитам посредством универсальных шарниров. Размеры конструкции пары устройств ограничения и амортизации между указанным сферическим промежуточным корпусом и сферическим внешним корпусом являются идентичными; устройства ограничения и амортизации содержат верхние опорные плиты, промежуточные опорные плиты и нижние опорные плиты, а также верхние средства амортизации гидроудара и нижние средства амортизации гидроудара; указанные промежуточные опорные плиты соединены с внешней стенкой сферического внутреннего корпуса сваркой; указанные верхние опорные плиты и нижние опорные плиты установлены соответственно на верхних опорах нижних опорных плит и нижних опорах нижних опорных плит, прикрепленных к внутренней стенке сферического промежуточного корпуса; верхние средства амортизации гидроудара и нижние средства амортизации гидроудара расположены симметрично относительно промежуточных опорных плит; верхние средства амортизации гидроудара и нижние средства амортизации гидроудара одним концом прикреплены к промежуточным опорным плитам посредством универсальных шарниров; верхние средства амортизации гидроудара другим концом прикреплены к верхним опорным плитам посредством универсальных шарниров; нижние средства амортизации гидроудара другим концом прикреплены к нижним опорным плитам посредством универсальных шарниров.
Верхние опоры указанных нижних опорных плит и нижние опоры нижних опорных плит состоят из двух симметричных полуопор, при этом каждая из двух полуопор приварена к краю соответствующего полусферического корпуса, и при сборке двух полусферических корпусов в один сферический корпус верхние опорные плиты и нижние опорные плиты соответственно вставляются в соответствующие две полуопоры.
В нижней части указанных сферического внутреннего корпуса, сферического промежуточного корпуса и сферического внешнего корпуса размещен балласт.
Внутренний, промежуточный и внешний корпусы согласно настоящему изобретению эквивалентны соответственно внутренней опоре, балансировочному кольцу и внешней опоре двухосевого гироскопа. Каждая группа соединительных осей между соседними корпусами обладает двумя степенями свободы поворота и движения по оси, и если предположить, что внутренний корпус закреплен, то внешний корпус обладает четырьмя степенями свободы. Поскольку внутренний корпус, а также персонал и предметы во внутреннем отсеке обладают сравнительно большой инерцией, то после установления за счет двух пар пружинных амортизирующих средств и средств амортизации гидроудара равновесия во внутреннем отсеке качание и перемещение внешнего корпуса в горизонтальной плоскости в основном устраняются, что обеспечивает устойчивость внутреннего отсека.
Перед погружением подводного аппарата три двери в отсеки закрывают. Со штуцером на крышке люка во внешний отсек, обеспечивающим сообщение на трех уровнях, соединено устройство обеспечения давления, и давление воздуха во внутреннем отсеке, поддерживаемое посредством металлической гибкой трубы внутреннего отсека, представляет собой нормальное атмосферное давление. Металлическая гибкая труба промежуточного отсека, проходящая от центрального кольцевого отверстия штуцера на крышке люка во внешний отсек, обеспечивающего сообщение на трех уровнях, создает в промежуточном отсеке вакуум, при этом наличие вакуума в промежуточном отсеке уменьшает потери тепла во внутреннем отсеке, а также изолирует внешний шум. Через внешнее кольцевое отверстие штуцера 121 на крышке люка во внешний отсек, обеспечивающего сообщение на трех уровнях, во внешний отсек подается под высоким давлением инертный, легкий газ в виде газообразного гелия, при этом давление воздуха равно половине давления воды снаружи на соответствующей глубине работы подводного аппарата, что значительно повышает безопасность работы подводного аппарата, а также расширяет выбор материалов, которые можно применять в процессе изготовления устойчивого к давлению корпуса подводного аппарата. Ввиду утечек, чтобы поддерживать нормальное атмосферное давление во внутреннем отсеке, вакуум в промежуточном отсеке и высокое давление во внешнем отсеке, необходимо к штуцеру 121 на крышке люка во внешний отсек, обеспечивающему сообщение на трех уровнях, подключить дополнительный подводный аппарат, и на трех уровнях поддерживается соответствующее давление воздуха.
Настоящее изобретение обладает следующими преимуществами:
(1) Будучи основанной на принципе конструкции двухосевого гироскопа, самобалансирующаяся устойчивая к давлению конструкция корпуса согласно настоящему изобретению обладает трехуровневой конструкцией. Внешний корпус эквивалентен внешней опоре гироскопа, промежуточный корпус эквивалентен балансировочному кольцу гироскопа, а внутренний корпус эквивалентен внутренней опоре гироскопа, при этом корпусы трех уровней попарно соединены посредством пары осей поворота, и линии осей поворота между внутренним и промежуточным корпусами образуют с линями осей поворота между промежуточным и внешним корпусами угол, составляющий 90 градусов. Поскольку применяется такая трехуровневая поворотная конструкция корпусов на основе двухосевого гироскопа, то колебательные движения внешнего корпуса влево вправо и вперед назад, достигающие внутреннего корпуса, уже значительно ослабевают, и сохраняются относительное равновесие и стабильность внутреннего корпуса.
На концах двух пар осей установлены пружины, которые могут снижать степень биения в осевом направлении между двумя соседними корпусами и ограничивать их относительное поворотное движение. Поскольку на концах соединительных осей соседних корпусов установлены пружинные амортизирующие средства, то колебания внешнего корпуса в горизонтальном направлении, достигающие внутреннего корпуса, за счет взаимодействия промежуточного корпуса и пружин уже значительно ослабевают.
Поскольку применяемая механическая самобалансирующаяся конструкция относится к способу пассивного управления, то упрощается система управления, повышается надежность работы и стабильность перемещения подводного аппарата, а также повышается комфортность работы подводников.
(2) Поскольку внешний отсек между промежуточным корпусом и внешним корпусом заполнен легким газом под высоким давлением, то в направлении от внешней части устойчивого к давлению корпуса подводного аппарата давление во внешнем отсеке между внешним и промежуточным корпусами, а также в промежуточном отсеке между промежуточным и внутренним корпусами соразмерно уменьшаться, в отличие от одноуровневого корпуса, в случае которого высокое давление действует только на внешнюю часть, и устойчивость значительно повышается. Вследствие этого повышается безопасность работы подводного аппарата, расширяется диапазон выбора материалов, уменьшается толщина корпуса и снижается сложность изготовления корпуса.
(3) В промежуточном отсеке между промежуточным корпусом и внутренним корпусом создается вакуум, и предотвращаются потери тепла и прохождение звука, во внутреннем отсеке поддерживается относительно стабильная температура, исключается сравнительно большой шум от системы расположенных снаружи гребных винтов, и, таким образом, условия работы внутри отсеков значительно улучшаются.
Описание прилагаемых графических материалов
Фиг. 1 — общий вид спереди в разрезе самобалансирующейся устойчивой к давлению конструкции корпуса в сборе.
Фиг. 2 — общий вид слева в разрезе самобалансирующейся устойчивой к давлению конструкции корпуса в сборе.
Фиг. 3 — общий вид сверху в разрезе самобалансирующейся устойчивой к давлению конструкции корпуса в сборе.
Фиг. 4 — увеличенный местный вид в разрезе узла 7 прижимной пластины крышки люка во внешний отсек и уплотнения крышки люка во внешний отсек.
Фиг. 5 — увеличенный местный вид в разрезе узла 8 прижимной пластины крышки люка в промежуточный отсек и уплотнения крышки люка в промежуточный отсек.
Фиг. 6 — увеличенный местный вид в разрезе узла 9 прижимной пластины крышки люка во внутренний отсек и уплотнения крышки люка во внутренний отсек.
Фиг. 7 — увеличенный местный вид в разрезе узла 12 соединительного элемента крышки люка во внешний отсек, обеспечивающего сообщение на трех уровнях, который соединен со штуцером металлической гибкой трубы.
Фиг. 8 — увеличенный местный вид в разрезе узла 11 штуцера на крышке люка в промежуточный отсек, который соединен со штуцером металлической гибкой трубы.
Фиг. 9 — увеличенный местный вид в разрезе узла 10 штуцера на крышке люка во внутренний отсек, который соединен со штуцером металлической гибкой трубы.
Фиг. 10 — увеличенный местный вид в разрезе соединительной оси 15 в сборе между внутренним корпусом и промежуточным корпусом.
Фиг. 11 — увеличенный местный вид в разрезе соединительной оси 16 в сборе между внутренним корпусом и промежуточным корпусом.
Фиг. 12 — увеличенный местный вид в разрезе соединительной оси 17 в сборе между промежуточным корпусом и внешним корпусом.
Фиг. 13 — увеличенный местный вид в разрезе соединительной оси 18 в сборе между промежуточным корпусом и внешним корпусом.
Фиг. 14 — местный вид снизу узла 21 крышки люка во внутренний отсек и узла 9 прижимной пластины крышки люка во внутренний отсек.
Фиг. 15 — местный вид сверху узла 20 крышки люка в промежуточный отсек и узла 8 прижимной пластины крышки люка в промежуточный отсек.
Фиг. 16 — местный вид сверху узла 19 крышки люка во внешний отсек и узла 7 прижимной пластины крышки люка во внешний отсек.
Фиг. 17 — увеличенный местный вид в разрезе узла 22 ограничения и амортизации поворота внутреннего корпуса и промежуточного корпуса.
Фиг. 18 — увеличенный местный вид в разрезе узла 23 ограничения и амортизации поворота внутреннего корпуса и промежуточного корпуса.
Фиг. 19 — увеличенный местный вид в разрезе узла 24 ограничения и амортизации поворота промежуточного корпуса и внешнего корпуса.
Фиг. 20 — увеличенный местный вид в разрезе узла 25 ограничения и амортизации поворота промежуточного корпуса и внешнего корпуса.
На фигурах: 1 — внутренний корпус I; 2 — внутренний корпус II; 3 — промежуточный корпус I; 4 — промежуточный корпус II; 5 — внешний корпус I; 6 — внешний корпус II; 7 — узел прижимной пластины крышки люка во внешний отсек; 71 — винт прижимной пластины крышки люка во внешний отсек; 72 — прижимная пластина крышки люка во внешний отсек; 73 — центральная ось крышки люка во внешний отсек; 8 — узел прижимной пластины крышки люка в промежуточный отсек; 81 — центральная ось крышки люка в промежуточный отсек; 82 — прижимная пластина крышки люка в промежуточный отсек; 83 — винт крышки люка в промежуточный отсек; 9 — узел прижимной пластины крышки люка во внутренний отсек; 91 — центральная ось крышки люка во внутренний отсек; 92 — винт крышки люка во внутренний отсек; 93 — прижимная пластина крышки люка во внутренний отсек; 10 — узел штуцера на крышке люка во внутренний отсек; 101 — штуцер на крышке люка во внутренний отсек; 102 — уплотнительное кольцо штуцера на крышке люка во внутренний отсек; 11 — узел штуцера на крышке люка в промежуточный отсек; 111 — штуцер на крышке люка в промежуточный отсек; 112 — уплотнительное кольцо штуцера на крышке люка в промежуточный отсек; 12 — узел штуцера на крышке люка во внешний отсек; 121 — штуцер на крышке люка во внешний отсек; 122 — уплотнительное кольцо штуцера на крышке люка во внешний отсек; 13 — узел из гибкой трубы и штуцера в промежуточном отсеке; 131 — гайка I гибкой трубы в промежуточном отсеке; 132 — уплотнительное кольцо I гибкой трубы в промежуточном отсеке; 133 — уплотнительная втулка I гибкой трубы в промежуточном отсеке; 134 — гибкая труба в промежуточном отсеке; 135 — уплотнительная втулка II гибкой трубы в промежуточном отсеке; 136 — уплотнительное кольцо II гибкой трубы в промежуточном отсеке; 137 — гайка II гибкой трубы в промежуточном отсеке; 14 — узел из гибкой трубы и штуцера во внутреннем отсеке; 141 — гайка I гибкой трубы во внутреннем отсеке; 142 — уплотнительное кольцо I гибкой трубы во внутреннем отсеке; 143 — уплотнительная втулка I гибкой трубы во внутреннем отсеке; 144 — гибкая труба во внутреннем отсеке; 145 — уплотнительная втулка II гибкой трубы во внутреннем отсеке; 146 — уплотнительное кольцо II гибкой трубы во внутреннем отсеке; 147 — гайка II гибкой трубы во внутреннем отсеке; 15 — соединительная ось в сборе I между промежуточным корпусом и внешним корпусом; 151 — пружинное амортизирующее средство; 152 — опора; 153 — соединительная ось; 154 — прижимная пластина подшипника; 155 — винт; 156 — внутренний вкладыш; 157 — подшипник скольжения; 158 — внешний вкладыш; 16 — соединительная ось в сборе II между промежуточным корпусом и внешним корпусом; 161 — пружинное амортизирующее средство; 162 — опора; 163 — соединительная ось; 164 — прижимная пластина подшипника; 165 — винт; 166 — вкладыш; 167 — подшипник скольжения; 168 — вкладыш; 17 — соединительная ось в сборе I между внутренним корпусом и промежуточным корпусом; 171 — пружинное амортизирующее средство; 172 — опора; 173 — соединительная ось; 174 — прижимная пластина подшипника; 175 — винт; 176 — внутренний вкладыш; 177 — подшипник скольжения; 178 — внешний вкладыш; 18 — соединительная ось в сборе II между внутренним корпусом и промежуточным корпусом; 181 — пружина; 182 — опора; 183 — соединительная ось; 184 — прижимная пластина подшипника; 185 — винт; 186 — внутренний вкладыш; 187 — подшипник скольжения; 188 — внешний вкладыш; 19 — узел крышки люка во внешний отсек; 191 — уплотнительное кольцо крышки люка во внутренний отсек; 192 — крышка люка во внутренний отсек; 193 — соединительный штифт крышки люка во внешний отсек; 20 — узел крышки люка в промежуточный отсек; 201 — уплотнительное кольцо крышки люка в промежуточный отсек; 202 — крышка люка в промежуточный отсек; 203 — соединительный штифт крышки люка в промежуточный отсек; 21 — узел крышки люка во внутренний отсек; 211 — уплотнительное кольцо крышки люка во внутренний отсек; 212 — крышка люка во внутренний отсек; 213 — соединительный штифт крышки люка во внутренний отсек; 22 — устройство I ограничения и амортизации поворота внутреннего и промежуточного корпусов; 221 — верхняя опорная плита; 222 — универсальный шарнир; 223 — верхнее средство амортизации гидроудара; 224 — универсальный шарнир; 225 — промежуточная опорная плита; 226 — универсальный шарнир; 227 — нижнее средство амортизации гидроудара; 228 — универсальный шарнир; 229 — нижняя опорная плита; 2210 — верхняя опора нижней опорной плиты; 2211 — нижняя опора нижней опорной плиты; 23 — устройство ограничения и амортизации поворота II внутреннего и промежуточного корпусов; 231 — верхняя опорная плита; 232 — универсальный шарнир; 233 — верхнее средство амортизации гидроудара; 234 — универсальный шарнир; 235 — промежуточная опорная плита; 236 — универсальный шарнир; 237 — нижнее средство амортизации гидроудара; 238 — универсальный шарнир; 239 — нижняя опорная плита; 24 — устройство I ограничения и амортизации поворота промежуточного и внешнего корпусов; 241 — верхняя опорная плита; 242 — универсальный шарнир; 243 — верхнее средство амортизации гидроудара; 244 — универсальный шарнир; 245 — промежуточная опорная плита; 246 — универсальный шарнир; 247 — нижнее средство амортизации гидроудара; 248 — универсальный шарнир; 249 — нижняя опорная плита; 2410 — верхняя опора нижней опорной плиты; 2411 — нижняя опора нижней опорной плиты; 25 — устройство II ограничения и амортизации поворота промежуточного и внешнего корпусов; 251 — верхняя опорная плита; 252 — универсальный шарнир; 253 — верхнее средство амортизации гидроудара; 254 — универсальный шарнир; 255 — промежуточная опорная плита; 256 — универсальный шарнир; 257 — нижнее средство амортизации гидроудара; 258 — универсальный шарнир; 259 — нижняя опорная плита; 26 — балласт во внутреннем корпусе; 27 — балласт в промежуточном корпусе; 28 — балласт во внешнем корпусе.
Конкретный способ осуществления
Со ссылкой на прилагаемые фиг. 1–15 представлено подробное описание принципов действия, сборки и конструирования самобалансирующейся устойчивой к давлению конструкции корпуса.
Как показано на фиг. 2–9, настоящее изобретение содержит сферический внутренний корпус, сферический промежуточный корпус и сферический внешний корпус, последовательно расположенные изнутри наружу относительно центра сферы. При этом сферический внутренний корпус и сферический промежуточный корпус, а также сферический промежуточный корпус и сферический внешний корпус посредством пары подшипников скольжения соединены в осевом направлении, при этом их осевые линии попарно взаимно перпендикулярные, и, такими образом, сферический внутренний корпус и сферический промежуточный корпус, а также сферический промежуточный корпус и сферический внешний корпус могут поворачиваться относительно друг друга. Снаружи каждой из соединительных осей предусмотрено пружинное амортизирующее средство, которое может противодействовать биению соседних корпусов друг о друга в осевом направлении. Сферический внутренний корпус образован соединением двух полусфер — внутреннего корпуса I 1 и внутреннего корпуса II 2; сферический промежуточный корпус образован соединением двух полусфер — промежуточного корпуса I 3 и промежуточного корпуса II 4; сферический внешний корпус образован соединением двух полусфер — внешнего корпуса I 5 и внешнего корпуса II 6.
На фиг. 10 и фиг. 11 показана пара осей в сборе, соединяющая промежуточный корпус с внешним корпусом, и поскольку размеры конструкций идентичные, то они будут рассмотрены со ссылкой на фиг. 9 в качестве примера. Соединительная ось в сборе между промежуточным корпусом и внешним корпусом содержит пружинное амортизирующее средство, опору подшипника скольжения, соединительную ось, подшипник скольжения с вкладышем и прижимную пластину подшипника с винтом. В качестве подшипника скольжения выбирается и применяется цельный самосмазывающийся подшипник, который при первой установке смазывается консистентной смазкой.
Подшипник скольжения посредством прижимной пластины 154 с винтом 155 закреплен на оси 153 внешнего отсека и опирается на опору 152 оси внешнего отсека; пружинное амортизирующее средство 151 установлено на внешней стороне опоры 152 и с обоих концов зажимается выступами. На фиг. 12 и фиг. 13 показана пара осей в сборе, соединяющая внутренний корпус с промежуточным корпусом, и поскольку размеры конструкций идентичные, то они будут рассмотрены со ссылкой на фиг. 11 в качестве примера. Соединительная ось в сборе между внутренним корпусом и промежуточным корпусом содержит пружинное амортизирующее средство, опору подшипника скольжения, соединительную ось, подшипник скольжения с вкладышем и прижимную пластину подшипника с винтом. Подшипник скольжения посредством прижимной пластины 174 с винтом 175 закреплен на оси 173 промежуточного отсека и опирается на опору 172 оси промежуточного отсека. Пружинное амортизирующее средство 171 установлено на внешней стороне опоры 172 и с обоих концов зажимается выступами. Каждая соединительная ось и опора соединены с соответствующим корпусом сваркой.
Чтобы обеспечить то, что двери отсеков на трех уровнях при условии состояния равновесия корпусов направлены одинаково вверх и сохраняется правильный вид всего подводного аппарата, применяют две меры: во-первых, в нижней части каждого корпуса размещают балласт (как показано на фиг. 1), чтобы немного опустить центр тяжести; во-вторых, два конца пружинного амортизирующего средства соединяют с соответствующими корпусами или переходят на резиновое амортизирующее средство.
В процессе реальной работы подводного аппарата, чтобы предотвращать повреждение соединительного трубопровода и другого вспомогательного оборудования вследствие поворота корпусов трех уровней относительно друг друга, необходимо ограничивать соответствующий поворот относительно каждого корпуса и установить абсолютное значение угла поворота между соседними корпусами не больше чем 15 градусов. В то же время соответствующий поворот относительно каждого корпуса необходимо амортизировать. На фиг. 17 и фиг. 18 представлено устройство ограничения и амортизации поворота между внутренним корпусом и промежуточным корпусом, а на фиг. 19 и фиг. 20 представлено устройство ограничения и амортизации поворота между промежуточным корпусом и внешним корпусом. Поскольку конструкция всех устройств ограничения и амортизации идентична, то они будут рассмотрены со ссылкой на фиг. 17 в качестве примера. Все устройства ограничения и амортизации содержат верхнюю, промежуточную и нижнюю опорные плиты и соответствующие опоры, два симметрично расположенных средства амортизации гидроудара, а также четыре универсальных шарнира, предназначенные для соединения средств амортизации гидроудара с опорными плитами. Соединительная линия и линия соединительной оси устройства ограничения и амортизации, расположенного между внутренним корпусом и промежуточным корпусом, перпендикулярны друг другу; соединительная линия и линия соединительной оси устройства ограничения и амортизации, расположенного между промежуточным корпусом и внешним корпусом, перпендикулярны друг другу; и когда подводный аппарат находится в состоянии устойчивого равновесия, то две соединительные оси корпуса расположены в одной горизонтальной плоскости с устройствами ограничения и амортизации. Промежуточная опорная плита соединена с корпусом сваркой, и универсальные шарниры соединены с соответствующими опорными плитами сваркой. Опора верхней и нижней опорных плит средства амортизации гидроудара состоит из двух симметричных полуопор, при этом каждая из двух полуопор приварена к краю соответствующего полусферического корпуса, и при сборке двух полусферических корпусов в один сферический корпус верхняя и нижняя опорные плиты средства амортизации гидроудара соответственно вставляются в соответствующие две полуопоры.
1
2
3
2
3
1
Для обеспечения достаточного пространства между соответствующими корпусами пропорциональное соотношение между диаметрами D, D и D внутреннего, промежуточного и внешних корпусов устанавливается как 2:3:4, при этом диапазон значений диаметра внутреннего корпуса составляет 2,2–3,1 м. На промежуточный корпус и внешний корпус действует сравнительно большее давление, поэтому необходимо применять материал из высокопрочных сплавов, при этом рекомендуется выбирать и применять титановый сплав, и конкретная величина толщины h и h рассчитывается на основании расчетной глубины погружения подводного аппарата. Поскольку на внутренний корпус действует сравнительно меньшее давление, то можно применять обычную низкоуглеродистую легированную сталь, и толщина h рассчитывается на основании допускаемого напряжения материала и действующего атмосферного давления.
Как показано на фиг. 1, снизу вверх последовательно расположены люк во внутренний отсек, люк в промежуточный отсек и люк во внешний отсек, и на люках в отсеки трех уровней установлены круглые крышки люков в отсеки (как показано на фиг. 13, фиг. 14 и фиг. 15). При этом крышка 212 люка во внутренний отсек посредством соединительного штифта 213 крышки люка во внутренний отсек прикреплена к внутренней стенке внутреннего корпуса, прижата посредством прижимной пластины 93 крышки люка во внутренний отсек, установленной на внутренней стенки внутреннего корпуса, и уплотнена посредством уплотнительного кольца 211; крышка 202 люка в промежуточный отсек посредством соединительного штифта 203 крышки люка в промежуточный отсек прикреплена к внешней стенке внутреннего корпуса, прижата посредством прижимной пластины 82 крышки люка в промежуточный отсек, установленной на внешней стенке промежуточного корпуса, и уплотнена посредством уплотнительного кольца 201; крышка 192 люка во внешний отсек посредством соединительного штифта 193 крышки люка во внешний отсек прикреплена к внешней стенке внешнего корпуса, прижата посредством прижимной пластины 72 крышки люка во внешний отсек, установленной на внешней стенке внешнего корпуса, и уплотнена посредством уплотнительного кольца 191.
Прижимная пластина 93 крышки люка во внутренний отсек прикреплена к внутреннему корпусу посредством центральной оси 91 и прижата посредством винта 92; прижимная пластина 82 крышки люка в промежуточный отсек прикреплена к промежуточному корпусу посредством центральной оси 81 и прижата посредством винта 83; прижимная пластина 72 крышки люка во внешний отсек прикреплена к внешнему корпусу посредством центральной оси 73 и прижата посредством винта 71.
1
2
3
Для обеспечения возможности беспрепятственного открывания и закрывания крышек люков в отсеки трех уровней пропорциональное соотношение между диаметрами L, L и L люков в отсеки внутреннего, промежуточного и внешнего уровней устанавливается как 1:1:2, при этом диапазон значений диаметра люка во внутренний отсек составляет от 0,7 м до 1,1 м.
Посредством узла 14 из металлической гибкой трубы и штуцера во внутреннем отсеке, штуцера 101 на крышке люка во внутренний отсек и штуцера 121 на крышке люка во внешний отсек внутренний отсек соединен с внешним дополнительным подводным аппаратом, и во внутреннем отсек внутри внутреннего корпуса поддерживается нормальное атмосферное давление. Посредством узла 13 из металлической гибкой трубы и штуцера в промежуточном отсеке, штуцера 111 на крышке люка в промежуточный отсек и штуцера 121 на крышке люка во внешний отсек промежуточный отсек между сферическим внутренним корпусом и сферическим промежуточным корпусом соединен с внешним дополнительным подводным аппаратом, и в промежуточном отсеке между внутренним корпусом и промежуточным корпусом поддерживается вакуум. Внешний отсек посредством штуцера 121 на крышке люка во внешний отсек соединен с внешним дополнительным подводным аппаратом, и давление воздуха во внешнем отсеке между промежуточным корпусом и внешним корпусом остается равным половине давления воды снаружи на глубине работы подводного аппарата.
Штуцер 121 на крышке люка во внешний отсек представляет собой металлический переходник для соединения на трех уровнях, при этом внутренний, промежуточный и внешний уровни сообщаются с внутренним отсеком, промежуточным отсеком и внешним отсеком соответственно. Соединительный элемент металлической гибкой трубы внутреннего отсека, соединяющий металлическую гибкую трубу 144 внутреннего отсека со штуцером 121 на крышке люка во внешний отсек, содержит гайку 141, уплотнительное кольцо 142 и уплотнительную втулку 143; соединительный элемент 14 металлической гибкой трубы внутреннего отсека, соединяющий металлическую гибкую трубу 144 внутреннего отсека со штуцером 101 на крышке люка во внутренний отсек, содержит уплотнительную втулку 145, уплотнительное кольцо 146 и гайку 147; соединительный элемент металлической гибкой трубы промежуточного отсека, соединяющий металлическую гибкую трубу 134 промежуточного отсека со штуцером 121 на крышке люка во внешний отсек, содержит уплотнительное кольцо 132, уплотнительную втулку 133 и гайку 131; соединительный элемент металлической гибкой трубы промежуточного отсека, соединяющий металлическую гибкую трубу 134 промежуточного отсека со штуцером 111 на крышке люка в промежуточный отсек, содержит уплотнительную втулку 135, уплотнительное кольцо 136 и гайку 137. Штуцеры крышек люков в отсеки трех уровней соединены с крышками люков посредством резьбы и уплотнены посредством уплотнительных колец.
Далее описан процесс сборки согласно настоящему изобретению.
(1) Корпусы трех уровней
Элементы корпусов трех уровней выполнены в виде полусферических корпусов, при этом два полусферических корпуса соединены посредством болтов или сваркой (например, в этом варианте осуществления соединены сваркой) для получения целого сферического корпуса. В фактическом процессе сборки корпусов трех уровней крышка 7 люка во внутренний отсек и другое крупногабаритное оборудование размещаются между двумя полусферическими элементами внутреннего корпуса, и два полусферических элемента внутреннего корпуса соединяются и привариваются друг к другу для получения целого внутреннего корпуса.
С двух сторон внутреннего корпуса симметрично привариваются две оси 173 и 183 промежуточного отсека; затем на две оси устанавливаются подшипник 177 скольжения и подшипник 187 скольжения, смазанные консистентной смазкой, которые закрываются прижимной пластиной 174 подшипника промежуточного отсека и прижимной пластиной 184 подшипника промежуточного отсека, в которые ввинчиваются винт 175 прижимной пластины подшипника промежуточного отсека и винт 185 прижимной пластины подшипника промежуточного отсека. К внутренним стенкам двух полусферических элементов промежуточного корпуса соответственно привариваются опора 172 подшипника промежуточного отсека и опора 182 подшипника промежуточного отсека; и с внешней стороны на опоре 172 подшипника промежуточного отсека и опоре 182 подшипника промежуточного отсека устанавливаются пружинное амортизирующее средство 171 промежуточного отсека и пружинное амортизирующее средство 181 промежуточного отсека соответственно. Промежуточные опорные плиты устройства 22 ограничения и амортизации поворота в промежуточном отсеке и устройства 23 ограничения и амортизации поворота в промежуточном отсеке симметрично прикрепляются сваркой к внешней стенке внутреннего корпуса; затем четыре средства амортизации гидроудара, снабженные универсальными шарнирами, попарно прикрепляются сваркой одним концом к соответствующим промежуточным опорным плитам с двух сторон, а другим концом соответственно прикрепляются сваркой к соответствующим верхней и нижней опорным плитам с одной стороны. Две симметричные полуопоры опор верхней и нижней опорных плит средств амортизации гидроудара, соединяющих внутренний корпус с промежуточным корпусом, соответственно прикреплены сваркой к соответствующему краю полусферических корпусов. Два полусферических элемента промежуточного корпуса, снабженные полуопорами верхней и нижней опорных плит средств амортизации гидроудара, опорами осей промежуточного отсека и пружинными амортизирующими средствами промежуточного отсека, устанавливаются с двух сторон внутреннего корпуса, снабженных осями промежуточного отсека, и оси промежуточного отсека надежно взаимодействуют с ними посредством элементов в виде подшипников скольжения с вкладышами и внутренних отверстий опор осей промежуточного отсека; верхняя и нижняя опорные плиты средств амортизации гидроудара соответственно вставляются в соответствующие две полуопоры; затем два полусферических элемента промежуточного корпуса соединяются сваркой для получения целого промежуточного корпуса.
С двух сторон промежуточного корпуса симметрично привариваются две оси — ось 153 внешнего отсека и ось 163 внешнего отсека; затем на две оси устанавливаются подшипник 157 скольжения и подшипник 167 скольжения, смазанные консистентной смазкой, которые закрываются прижимной пластиной 154 подшипника внешнего отсека и прижимной пластиной 164 подшипника внешнего отсека, в которые ввинчиваются винт 155 прижимной пластины подшипника внешнего отсека и винт 165 прижимной пластины подшипника внешнего отсека. К внутренним стенкам двух полусферических элементов внешнего корпуса соответственно привариваются опора 152 подшипника внешнего отсека и опора 162 подшипника внешнего отсека; и с внешней стороны на опоре 152 подшипника внешнего отсека и опоре 162 подшипника внешнего отсека устанавливаются пружинное амортизирующее средство 151 внешнего отсека и пружинное амортизирующее средство 161 внешнего отсека соответственно. Промежуточные опорные плиты устройства 24 ограничения и амортизации поворота во внешнем отсеке и устройства 25 ограничения и амортизации поворота во внешнем отсеке симметрично прикрепляются сваркой к внешней стенке промежуточного корпуса; затем четыре средства амортизации гидроудара, снабженные универсальными шарнирами, попарно прикрепляются сваркой одним концом к соответствующим промежуточным опорным плитам с двух сторон, а другим концом соответственно прикрепляются сваркой к соответствующим верхней и нижней опорным плитам с одной стороны. Две симметричные полуопоры опор верхней и нижней опорных плит средств амортизации гидроудара, соединяющих промежуточный корпус с внешним корпусом, соответственно прикреплены сваркой к соответствующему краю полусферических корпусов. Два полусферических элемента внешнего корпуса, снабженные полуопорами верхней и нижней опорных плит средств амортизации гидроудара, опорами осей внешнего отсека и пружинными амортизирующими средствами внешнего отсека, устанавливаются с двух сторон промежуточного корпуса, снабженных осями внешнего отсека, и оси внешнего отсека надежно взаимодействуют с ними посредством элементов в виде подшипников скольжения с вкладышами и внутренних отверстий опор осей внешнего отсека; верхняя и нижняя опорные плиты средств амортизации гидроудара соответственно вставляются в соответствующие две полуопоры; затем два полусферических элемента внешнего корпуса соединяются сваркой для получения целого внешнего корпуса.
(2) Крышки люков в отсеки трех уровней
В фактическом процессе сборки крышек люков во внутренний, промежуточный и внешний отсеки трех уровней и соответствующих прижимных пластин сначала устанавливают уплотнительное кольцо 211, уплотнительное кольцо 201 и уплотнительное кольцо 191 крышек люков в отсеки трех уровней. Уже размещенная во внутреннем отсеке крышка 212 люка во внутренний отсек посредством соединительного штифта 213 крышки люка во внутренний отсек устанавливается на внутренний корпус; прижимная пластина 93 крышки люка во внутренний отсек устанавливается на центральную ось 91 прижимной пластины крышки люка во внутренний отсек и вставляется в стопорное кольцо на конце оси; после закрытия крышки люка во внутренний отсек в прижимную пластину крышки люка во внутренний отсек ввинчивается винт 92. Крышка 202 люка в промежуточный отсек посредством соединительного штифта 203 крышки люка в промежуточный отсек устанавливается на промежуточный корпус; прижимная пластина 82 крышки люка в промежуточный отсек устанавливается на центральную ось 81 прижимной пластины крышки люка в промежуточный отсек и вставляется в стопорное кольцо на конце оси; после закрытия крышки люка в промежуточный отсек в прижимную пластину крышки люка в промежуточный отсек ввинчивается винт 83. Крышка 192 люка во внешний отсек посредством соединительного штифта 193 крышки люка во внешний отсек устанавливается на внешний корпус; прижимная пластина 16 крышки люка во внешний отсек устанавливается на центральную ось 73 прижимной пластины крышки люка во внешний отсек и вставляется в стопорное кольцо на конце оси; после закрытия крышки люка во внешний отсек в прижимную пластину крышки люка во внешний отсек ввинчивается винт 71.
(3) Трубопроводы на трех уровнях
В фактическом процессе сборки трубопроводов для подачи воздуха и выведения воздуха и соответствующих штуцеров сначала уплотнительные кольца штуцеров крышек люков в отсеки трех уровней устанавливаются в соответствующие штуцеры. Штуцер 101 на крышке люка во внутренний отсек, штуцер 111 на крышке люка в промежуточный отсек и штуцер 121 на крышке люка во внешний отсек устанавливаются на соответствующую крышку 212 люка во внутренний отсек, крышку 202 люка в промежуточный отсек и крышку 192 люка во внешний отсек соответственно и привинчиваются к ним. Соединительный элемент 14 гибкой трубы внутреннего отсека пропускается через соединительный элемент 13 гибкой трубы промежуточного отсека и штуцер 111 на крышке люка в промежуточный отсек; два соединительных элемента металлической гибкой трубы внутреннего отсека по отдельности привинчиваются к штуцеру 101 на крышке люка во внутренний отсек и к штуцеру 121 на крышке люка во внешний отсек; и два соединительных элемента металлической гибкой трубы промежуточного отсека по отдельности привинчиваются к штуцеру 111 на крышке люка в промежуточный отсек и штуцеру 121 на крышке люка во внешний отсек.