一种小型水密耐压舱体的设计与制作

　　随着国民经济发展和国防建设对海洋技术的需要,海洋仪器设备在海洋资源调查、环境监测与保护、海洋科学研究、海战场建设等领域的应用越来越广泛。因此海洋仪器系统的设计与研制是普遍而又重要的工作。海洋仪器研制的关键问题之一是电子、动力等器件的密封问题,通常是将它们放置在水密耐压舱体内,出于耐压性能、水下迎流阻力、加工制作的难易程度等方面的考虑,水密耐压舱体通常制作成圆柱形。拟制作的一个海洋要素垂直剖面监测系统,其电动部件也需要密封,并且涉及静密封和动密封两种情况,总体设计采用了圆柱形水密耐压壳体结构,并在其结合部位密封方式上作了改进,而且舱体本身增加了许多附带设备,使系统的功能更加完善。

　　1　外壳体的设计

　　1·1　壳体结构组成

　　该水密舱体放置在一个海洋要素监测载体上,其下潜的最大水深为200 m。密封舱体采用流线型的圆柱形密封外壳设计,整个密封壳体框架由两个端盖和一个圆筒组成,每个端盖和圆筒都用四个螺钉均布在圆周上进行连接,其结合部位加O形圈作为填料进行密封,其结构如图1所示。O形圈装入沟槽后,其截面一般受到15%~ 30%的压缩变形。由于O形圈具有良好的弹性,对接触面产生接触压力(平均压力) ,从而实现密封。

　　这种连接的好处是:由于圆筒两边都与外界相通,便于对舱体内部件的拆装;另外,由于圆筒与端盖采用小螺钉紧固,可以方便地对密封壳体本身进行拆装;采用多分体式,加工方便。使用O形圈进行密封,具有下列优点:(1)结构简单,体积小,安装部位紧凑,装卸方便,制造容易;(2)具有自密封作用,不需要周期性调整;(3)适用参数范围广,使用温度范围可达-60~200℃,用于动密封装置时,密封压力可达35 MPa;(4)价格便宜。

　　1·2　圆筒耐压性能设计

　　由于此水密舱体被放置在测量平台上,要下潜到水下200 m的深度,对其耐压性能要充分考虑,所设计的密封舱符合薄壁圆筒耐压强度设计公式。外压圆筒按直径、壁厚及有关的长度可分为长圆筒、短圆筒和刚性筒。

　　当圆筒足够长,两端的约束影响可忽略不计时,其破坏形式为外压容器的失稳,即出现被压扁或折皱现象。这种圆筒称为长圆筒,它的临界压力Pk可用Bress公式计算,即:

　　式中　μ———圆筒材料的泊桑比,钢制容器可取μ=0·3

　　S———圆筒的计算壁厚,mm

　　D———圆筒的平均直径,mm

　　E———圆筒材料的弹性模量

　　从式(1)可以看出,长圆筒的临界压力仅与圆筒的相对厚度S/D有关,而与圆筒的相对长度L/D无关。