一种水下承压密封筒及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种水下承压密封筒及其制备方法，其中水下承压密封筒包括前部、中部和后部，前部呈中心对称的球冠体形，中部呈圆筒形，后部为收敛形，前部与中部、中部与后部均通过形状相互配合的凸台与凹台连接；在凸台与凹台接触平面上，设置有用于放置密封圈的凹槽，凹槽的高度小于密封圈的高度；在凸台与凹台接触棱线处，还设置有用于角密封的密封圈。本发明专利技术的水下承压密封筒具有良好的流体外形、强度高、耐压性好、可靠的水密性、较小的结构重量、较大的内部容装空间、成本低等特点，能满足水下较大下沉深度和航行机动性好等要求，能承受下沉和航行过程最大的流体静载荷与动载荷。

【技术实现步骤摘要】
一种水下承压密封筒及其制备方法
本专利技术属于水下探测航行体领域，更具体地，涉及一种用于水下航行体的水下承压密封筒及其制备方法。
技术介绍
在水下环境工作的承压密封筒，作为水下航行体的外壳，其壳体结构和连接必须满足耐压性与长期水密性两项基本要求，同时尽量追求最小的结构重量(薄而轻和强度高)。水深静压力是密封筒壳体所受的最基本和最重要的外部载荷，同时密封筒结构特性(包括选材、构型、强度和稳定性、模态及连接密封方式)还应满足运输、吊装和行进过程中的动载荷、冲击载荷和惯性载荷以及水面波浪载荷的影响。现有水下承压密封筒在外形上前后部均为半球形结构，中部为筒形结构，前后部与中部通过法兰连接，采用密封圈端面密封方式；在成型方式上采用高强度铝合金，主要有板料卷焊与锻件机械加工。然而，进一步的研究表明，上述水下承压密封筒仍然存在以下的缺陷，主要体现在：半球形外形结构在水下航行阻力较大，姿态稳定性较差；法兰连接结构各部连接定位精度不高，传力小，扩展性较差，当长径比超过8时，连接部位稳定性差，不能承受较大外力载荷作用，且密封圈端面密封方式因变形易出现渗漏；在成型方式上采用板料卷焊时，内腔加强筋和安装凸台需在卷焊后再逐个焊接到筒壁上，焊缝较多，变形不容易控制，稳定性和抗震性较差；由于内部空间较小，操作不方便，存在一定的安全隐患；内腔加强筋、安装凸台与筒壁存在一定的尺寸误差，不能完全贴合，影响了中部强度和稳定性；焊缝位置的耐腐蚀性能较差。采用锻件机械加工时，内腔加强筋和安装凸台只能通过加工成型，材料利用率低，加工成本高；锻造模具成本高，加工周期长；一次锻造长度有限，一般都需要分段锻造后通过对焊或螺接等方式对接成需要长度的中部，工序较多且较复杂，变形较难控制，联接部位强度和稳定性较差，焊缝位置耐腐蚀性能较差。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术的目的在于提供一种水下承压密封筒及其制备方法，其中通过对其关键组件的结构及其连接方式、制备工艺的关键步骤等进行改进，与现有技术相比能够有效解决水下承压密封筒在水下航行阻力较大、姿态稳定性较差的问题，并且该水下承压密封筒各部连接定位精度高、传力效果好，扩展性强，能满足水下较大下沉深度和航行机动性好等要求，能承受下沉和航行过程最大的流体静载荷与动载荷。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种水下承压密封筒，其特征在于，该水下承压密封筒从前到后依次包括前部、中部和后部，其中：所述前部呈中心对称的球冠体形，并且在所述球冠体形的内壁上具有整体成型的内环形加强筋；所述中部呈圆筒形，并且在所述圆筒形的内壁上设置有均匀分布的整体成型的内环形加强筋；所述后部为收敛形，所述收敛形关于对称轴中心对称，沿所述对称轴的轴向方向，所述收敛形的截面为半径不断缩小的圆形形状；并且，在所述收敛形的内壁上具有整体成型的内环形加强筋；此外，所述后部还设置有沿所述收敛形圆周方向均匀分布的多个尾翼，各个尾翼均具有流线型的扁平平面，所述各个尾翼扁平平面的延伸面相交于所述对称轴；所述前部与中部、中部与后部均通过形状相互配合的凸台与凹台连接；在所述凸台与凹台接触平面上，设置有用于放置密封圈的凹槽，所述凹槽的高度小于所述密封圈的高度；在所述凸台与凹台接触棱线处，还设置有用于角密封的密封圈。作为本专利技术的进一步优选，所述后部上还设置有检修口以及与所述检修口匹配使用的检修口盖，所述后部与检修口盖之间通过形状相互配合的凸台与凹台连接，所述凸台与凹台通过螺栓或者螺钉连接；在所述凸台与凹台接触平面上，设置有用于放置密封圈的凹槽，所述凹槽的高度小于所述密封圈的高度；在所述凸台与凹台接触棱线处，还设置有用于角密封的密封圈。作为本专利技术的进一步优选，所述中部由多个圆筒形组合而成，各个圆筒形之间通过形状相互配合的凸台与凹台连接；在所述凸台与凹台接触平面上，设置有用于放置密封圈的凹槽，所述凹槽的高度小于所述密封圈的高度；在所述凸台与凹台接触棱线处，还设置有用于角密封的密封圈。作为本专利技术的进一步优选，所述凸台与凹台通过连接螺栓相连。作为本专利技术的进一步优选，所述前部、中部和后部均采用铝合金整体铸造成型。按照本专利技术的另一方面，提供了一种水下承压密封筒的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将含有Ti、B和Sr元素的铝合金原材料熔化得到铝合金熔融液，所述铝合金原材料所含元素及各个元素的质量百分比为：Si为8.0％～10.5％，Mg为0.17％～0.35％，Mn为0.2％～0.5％，Sr为0.02％～0.06％，0≤Cu＜0.1％，0≤Zn＜0.25％，0＜Ti+Zr＜0.15％，0≤Sn＜0.01％，0≤Pb＜0.05％，0≤Fe＜0.6％,B为0.005％～0.07％，余量为Al；(2)采用纤维过滤网过滤的树脂砂制作砂芯和砂型；接着，使用远红外线加热炉将所述砂芯和砂型加热到100℃～160℃的温度，并保温100分钟～200分钟；(3)进行反重力铸造浇注：将所述铝合金熔融液通过反重力铸造浇注到由所述步骤(2)制得的砂芯和砂型所构成的铸型内，形成铸造件；所述反重力铸造浇注满足以下条件：浇注温度为700℃～720℃，充型压力为45kPa～60kPa，充型速度为40mm/s～50mm/s，升液压力为15kPa，升液速度为40mm/s～50mm/s，结壳增压压力为5kPa，结壳增压速度为2kPa/s，结壳时间为3s～5s，结晶增压压力为40kPa～55kPa，结晶增压速度为3kPa/s～5kPa/s，结晶时间为600s～700s；(4)进行铸造件热处理：将所述铸造件在530℃～540℃的温度下保温360分钟～450分钟进行固溶处理；接着，在160℃～170℃的温度下保温240分钟～300分钟进行时效处理。作为本专利技术的进一步优选，所述步骤(1)中的铝合金原材料包括铝锶合金和铝钛硼细化晶粒。作为本专利技术的进一步优选，所述步骤(1)还包括使用氩气和喷粉精炼对所述铝合金熔融液除气。作为本专利技术的进一步优选，所述步骤(2)中砂芯和砂型是被加热到100℃，并保温60分钟。作为本专利技术的进一步优选，所述步骤(4)中的固溶处理是在545℃的温度下保温360分钟；时效处理是在155℃的温度下保温480分钟。通过本专利技术所构思的以上技术方案，与现有技术相比，具有以下有益效果：1.本专利技术的水下承压密封筒具有良好的流体外形、强度高、耐压性好、可靠的水密性、较小的结构重量、较大的内部容装空间、成本低等特点，能满足水下较大下沉深度和航行机动性好等要求，能承受下沉和航行过程最大的流体静载荷与动载荷。本专利技术的水下承压密封筒其前部、中部和后部的内壁上均设置有与主体(如前部的球冠体形、中部的圆筒形或者后部的收敛形)整体成型的内环形加强筋，整体成型的加强筋能提高水下承压密封筒主体的耐压程度；并且，由于采用整体成型，减少了加强筋与主体之间的误差，使相互之间能够紧密贴合，提高了总体强度与稳定性，整体的耐腐蚀性能好。该水下承压密封筒各部之间(如前部与中部、中部与后部、以及中部各圆筒形之间)均通过形状相互配合的凸台与凹台连接，再使用连接螺栓或者螺钉将凸台与凹台固定连接，连接处的传动性好；并且，该水下承压密封筒可按需求加减中部结构(即圆筒形)的数量，使水下密封筒空间变长，但不影响其传动和密封效本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水下承压密封筒，其特征在于，该水下承压密封筒从前到后依次包括前部(1)、中部(2)和后部(3)，其中：所述前部(1)呈中心对称的球冠体形，并且在所述球冠体形的内壁上具有整体成型的内环形加强筋(7)；所述中部(2)呈圆筒形，并且在所述圆筒形的内壁上设置有均匀分布的整体成型的内环形加强筋(7)；所述后部(3)为收敛形，所述收敛形关于对称轴中心对称，沿所述对称轴的轴向方向，所述收敛形的截面为半径不断缩小的圆形形状；并且，在所述收敛形的内壁上具有整体成型的内环形加强筋(7)；此外，所述后部还设置有沿所述收敛形圆周方向均匀分布的多个尾翼(4)，各个尾翼(4)均具有流线型的扁平平面，所述各个尾翼(4)扁平平面的延伸面相交于所述对称轴；所述前部(1)与中部(2)、中部(2)与后部(3)均通过形状相互配合的凸台与凹台连接；在所述凸台与凹台接触平面上，设置有用于放置密封圈的凹槽，所述凹槽的高度小于所述密封圈的高度；在所述凸台与凹台接触棱线处，还设置有用于角密封的密封圈。

【技术特征摘要】
1.一种水下承压密封筒，其特征在于，该水下承压密封筒从前到后依次包括前部(1)、中部(2)和后部(3)，其中：所述前部(1)呈中心对称的球冠体形，并且在所述球冠体形的内壁上具有整体成型的内环形加强筋(7)；所述中部(2)呈圆筒形，并且在所述圆筒形的内壁上设置有均匀分布的整体成型的内环形加强筋(7)；所述后部(3)为收敛形，所述收敛形关于对称轴中心对称，沿所述对称轴的轴向方向，所述收敛形的截面为半径不断缩小的圆形形状；并且，在所述收敛形的内壁上具有整体成型的内环形加强筋(7)；此外，所述后部还设置有沿所述收敛形圆周方向均匀分布的多个尾翼(4)，各个尾翼(4)均具有流线型的扁平平面，所述各个尾翼(4)扁平平面的延伸面相交于所述对称轴；所述前部(1)与中部(2)、中部(2)与后部(3)均通过形状相互配合的凸台与凹台连接；在所述凸台与凹台接触平面上，设置有用于放置密封圈的凹槽，所述凹槽的高度小于所述密封圈的高度；在所述凸台与凹台接触棱线处，还设置有用于角密封的密封圈；所述前部(1)、中部(2)和后部(3)均采用铝合金整体铸造成型，所述铝合金整体铸造成型包括以下步骤：(1)将含有Ti、B和Sr元素的铝合金原材料熔化得到铝合金熔融液，所述铝合金原材料所含元素及各个元素的质量百分比为：Si为8.0％～10.5％，Mg为0.17％～0.35％，Mn为0.2％～0.5％，Sr为0.02％～0.06％，0≤Cu＜0.1％，0≤Zn＜0.25％，0＜Ti+Zr＜0.15％，0≤Sn＜0.01％，0≤Pb＜0.05％，0≤Fe＜0.6％,B为0.005％～0.07％，余量为Al；(2)采用纤维过滤网过滤的树脂砂制作砂芯和砂型；接着，使用远红外线加热炉将所述砂芯和砂型加热到100℃～160℃的温度，并保温100分钟～200分钟，或者，使用远红外线加热炉将所述砂芯和砂型加热到100℃的温度，并保温60分钟；(3)进行反重力铸造浇注：将所述铝合金熔融液通过反重力铸造浇注到由所述步骤(2)制得的砂芯和砂型所构成的铸型内，形成铸造件；所述反重力铸造浇注满足以下条件：浇注温度为700℃～720℃，充型压力为45kPa～60kPa，充型速度为40mm/s～50mm/s，升液压力为15kPa，升液速度为40mm/s～50mm/s，结壳增压压力为5kPa，结壳增压速度为2kPa/s，结壳时间为3s～5s，结晶增压压力为40kPa～55kPa，结晶增压速度为3kPa/s～5kPa/s，结晶时间为600s～700s；(4)进行铸造件热处理：将所述步骤(3)得到的所述铸造件在530℃～540℃的温度下保温360分钟～450分钟进行固溶处理，接着，在160℃～170℃的温度下保温240分钟～300分钟进行时效处理；或者，将所述步骤(3)得到的所述铸造件在545℃的温度下保温360分钟进行固溶处理，接着，在155℃的温度下保温480分钟进行时效处理。2.如权利要求1所述水下承压密封筒，其特征在于，所述后部(3)上还设置有检修口以及与所述检修口匹配使用的检修口盖(5)，所述后部(3)与检修口盖(5)之间通过形状相互配合的凸台与凹台连接，所述凸台与...

【专利技术属性】
技术研发人员：王元成，杨蒲莉，孙旭，罗志鹏，李娜，朱幼芬，张汶松，
申请(专利权)人：湖北三江航天万峰科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42