[發明專利]一種深海長期工作耐壓復合結構及其制造方法

有效

• 申請號: 202110947541.5
• 申請日: 2021-08-18
• 公開（公告）號: CN113581361B
• 公開（公告）日: 2022-05-27
• 發明（設計）人: 吳健;李泓運;王緯波;張彤彤;李永勝
• 申請（專利權）人: 中國船舶科學研究中心
• 主分類號: B63B3/13
• 分類號: B63B3/13;B63B73/70
• 代理公司: 無錫華源專利商標事務所(普通合伙) 32228
• 代理人: 聶啟新

1.一種深海長期工作耐壓復合結構，其特征在于：包括金屬封頭(1)，所述金屬封頭(1)的外形為雙曲率回轉體一部分，所述金屬封頭(1)的上部通過金屬預置件(5)配合安裝碳纖維耐壓殼體(6)，所述金屬封頭(1)、金屬預置件(5)和碳纖維耐壓殼體(6)組合安裝后形成橢圓形的雙曲率回轉體結構，金屬封頭(1)和金屬預置件(5)之間采用錐面密封，并利用螺栓(3)和防松墊片(4)鎖緊，碳纖維耐壓殼體(6)的外面涂覆有聚脲防水涂層(7)；所述金屬封頭(1)的結構為：包括頂部為敞口的封頭本體(101)，所述封頭本體(101)的圓周方向設置有臺階，并形成錐形的第一配合面(103)和水平的第二配合面(105)，所述第一配合面(103)上開有密封件安裝槽(104)，所述密封件安裝槽(104)內安裝O形密封圈(2)，所述第二配合面(105)上開有鎖緊孔(102)；所述金屬預置件(5)的結構為：包括環形結構的預置件本體(501)，所述預置件本體(501)，所述預置件本體(501)的下方設置有與金屬封頭(1)配合安裝的內圓錐面(503)，以及下平面(505)，所述下平面(505)上開有固定孔(502)；所述預置件本體(501)的上方設置有外圓錐面(504)和上平面(506)，所述外圓錐面(504)和上平面(506)與碳纖維耐壓殼體(6)匹配。

2.如權利要求1所述的一種深海長期工作耐壓復合結構，其特征在于：所述金屬封頭(1)、螺栓(3)和防松墊片(4)均采用鈦合金材料。

3.如權利要求1所述的一種深海長期工作耐壓復合結構，其特征在于：所述聚脲防水涂層(7)的厚度為0.2-0.3mm。

4.如權利要求1所述的一種深海長期工作耐壓復合結構，其特征在于：所述金屬封頭(1)和金屬預置件(5)由數控機床一次性加工成型。

5.一種深海長期工作耐壓復合結構的制造方法，其特征在于：包括如下操作步驟：

第一步：利用數控機床將金屬封頭(1)和金屬預置件(5)加工成型；

第二步：制作復合材料耐壓殼體，采用石膏芯模，將石膏預制成碳纖維耐壓殼體(6)內部型線要求的內部模具(8)，并在內部模具(8)中間固定一根軸(9)，軸(9)的直徑為D；

第三步：按照耐壓結構的外形特征將耐壓殼沿對稱面展開成兩個相同大小的平面，隨著厚度增大，平面相應增大；由于采用的是碳纖維布，對于端部連接過渡處，將纖維展開成圓形碳纖維布，D1由圓弧過渡段的長度決定，D2小于金屬預置件(5)的最小直徑，并大于軸(9)的直徑D；

第四步：根據展開的平面圖，裁剪碳纖維布(10)，保持長軸方向和纖維0°相同，或者根據計算結果將長軸與纖維方向偏移一個角度；

第五步：用砂紙打毛內部模具(8)的表面，并用酒精清洗干凈；在內部模具(8)表面采用手糊工藝鋪疊兩層碳纖維布(10)，接縫90度錯開，并固化；

第六步：繼續將碳纖維布(10)交錯鋪放到石膏芯模上，利用中心軸確定接縫的位置，每層接縫處呈θ角錯開，最終將接縫處均勻分布在殼體一周上；

第七步：采用真空導入工藝、RTM工藝導入樹脂工藝，或熱壓罐工藝，進行高溫固化；

第八步：從金屬預置件(5)端進行開口，開口小于金屬預置件(5)的最小直徑，取出內部的石膏芯模；

第九步：修整碳纖維耐壓殼體(6)的開口，使之與金屬預置件(5)的外形錐度一致，并進行粘接，粘接時需要外加壓力壓緊；

第十步：采用砂紙打磨碳纖維耐壓殼體(6)的表面，保證結構的外形滿足設計外形曲線要求；

第十一步：采用酒精清洗表面，然后在碳纖維耐壓殼體(6)表面及與金屬件的粘接縫處均勻涂覆聚脲防水層(7)；

第十二步：清理金屬預置件(5)的外錐面，并與金屬封頭(1)的錐面進行研配，確保具有錐面密封能力；

第十三步：最后在金屬封頭(1)上安裝O形密封圈(2)、螺栓(3)、防松墊片(4)，依次擰緊螺栓(3)，保證各螺栓(3)的扭矩相同；

第十四步：耐壓結構下水時，采用螺栓(3)將O形密封圈(2)壓緊，提供初始密封；隨著水壓增加，依靠金屬錐面之間形成機械密封。