Корпус подводного гидрофизического прибора

 

КОРПУС ПОДВОДНОГО ГИДРОФИЗИЧЕСКОГО ПРИБОРА, содержащий тяги, узлы крепления троса, одну или несколько цилиндрических секций из высокопрочного хрупкого материала, jopцы которых окантованы нежесткими металлическими кольцами, расположенных между двумя опорными плитами, каждая из которых сопряжена с одним КЗ двух накидных колец, причем каждое из этих колец вьтолнено с торцовыми , расположенными по окружности и параллельно образующим боковой поверхности кольца отверстиями, в каждое из которых пропущен один конец каждой тяги, снабженной натяжным элементом, отличающийс я тем, что, с целью повышения надежности в работе корпусаJ тяги разделены на две равные группы с поочередным расположением всех тяг каждой группы между собой, при этом другой конец каждой тяги -первой группы жестко закреплен в одной опорной плите, а другой конец каждой тяги второй группы жестко закреплен В другой . (Л опорной плите, причем каждая цилиндрическая секция охвачена через эластичные прокладки жестким кольцом, сквозь которое свободно пропущены все тяги, а каждый узел крепления троса расположен на соответствующем ему накидном кольце. 4 СО а х

СВОЗ СОВЕТСНИХ .СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

4(51) В 63 В 3/13

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTGPCHQMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ Э(уег °:

Г. у

; 1 1

1 (21) 3648088/27-11 (22) 03. 10.83 (46) 07.03.85. Бюл. В 9 (72) Г.С. Писаренко, Ю.М. Родичев и Г.M. Охрименко (71) Институт проблем прочности

АН Украйнской ССР (53) 629. 124.68.551.48(088.8) (56) 1. Охрименко Г.М. Оболочки на основ" "промышленных стеклоэлементов при внешнем давлении. — Сб. 11Прочность элементов конструкций из стек1 ла и ситалла". Киев, "Наукова думка", 1983, с, 182-202. (54) (57) КОРПУС ПОДВОДНОГО ГИДРОФИЗИЧЕСКОГО ПРИБОРА, содержащий тяги, узлы крепления троса,.одну или несколько цилиндрических секций из высокопрочного хрупкого материала, торцы которых окантованы нежесткими металлическими кольцами, расположенных между двумя опорными плитами, каждая из которых сопряжена с одним

„„SU „„ ЗД А.из двух накидных колец, причем каж дое из этих колец выполнено с торцовыми, расположенными по окружности и параллельно образующим боковой поверхности кольца отверстиями, в каждое из которых пропущен один конец каждой тяги, снабженной натяжным элементом, о т л и ч а ю щ и й— с я тем, что, с целью повьпиения надежности в работе корпуса, тяги разделены на две равные группы с поочередным расположением всех тяг каждой группы между собой, при этом другой конец каждой тяги .первой группы жестко закреплен в одной опорной плите, а другой конец каждой тяги второй группы жестко закреплен в другой опорной плите, причем каждая цилиндрическая секция охвачена через эластичные прокладки жестким кольцом, сквозь которое свободно пропущены все тяги, а каждый узел крепления троса расположен на соответствующем ему накидном кольце.

643

Ф 1343

Изобретение относится к судострое нию, а именно к устройствам подводных немагнитных корпусов на основе технических стекол, ситаллов и керамики, предназначенных для гидрофизи- 5 ческих исследований Мирового океа:на, а также для длительной работы в морской среде; например, в составе кабельных линий..

Известен корпус подводного гидро10 физического прибора, содержащий тяги, узлы крепления троса, одну нли несколько цилиндрических секций из .высокопрочного хрупкого материала, t торцы которых окантованы нежесткими металлическими кольцами, расположенных между двумя опорными плитами, каждая из которых сопряжена с одним из двух накидных колец, причем каждое из эpHx колец выполнено с торцовыми, расположенными по окружности и параллельно образующим боковой поверхности кольца отверстиями, в каждое из которых пропущен один конец каждой тяги, снабженной натяжным элементом (1) .

Недостатком известной конструкции является низкая надежность при действии растягивающих напряжений, которые выводят из строя хрупкую секцию, а ЗО

I также из-за возможного раскрытия разьемных швов, обусловленного действием растягивающих осевых нагрузок. Это ограничивает использование в морской среде известных корпусов из стекла, ситалла и керамики, которые устанавливаются в разрыве якорной линии или в составе кабельной линии. В этих случаях на корпус, йаходящийся еще на погрузном устройстве над поверх- 40 ностью океана, может действовать pae" тягивающее усилие, достигающее нескольких десятков тони.

Методика выполнения работ по прокладке подводных кабельных линий пре-45 дусматривает прохождение корпуса через валки постановочной машины, .которые воздействуют на хрупкую секцию сосредоточенными усилиями, действующими по диаметру и противо- щ положно направленными к центру. В таком случае в корпусе возникают растягивающие тангенциальные напряжения, способные вывести иэ строя корпус, находящийся на палубе. у

Условием постановки хрупких корпусов для работы в океане в составе кабельных линий является прохождение корпуса через слип. При этом наряду с продольным растягивающим усилием на корпус одновременно действует также изгибающий момент.

Конструкция известного корпуса исключает возможность его эксплуатации при действии изгибающих напряжений.

Целью изобретения является повышение надежности в работе корпуса при совместном действии продольных растягивающих и поперечных сил и изгибающих моментов.

Поставленная цель достигается тем, что в корпусе подводного гидрофизического прибора, содержащем тяги, узлы крепления троса, одну или несколько цилиндрических секций из высокопрочного хрупкого материала, торцы которых окантованы нежесткими металлическими кольцами, расположенных между двумя опорными плитами, каждая из которых сопряжена с одним из двух накидных колец, причем каждое из этих колец выполнено с торцовыми, расположенными по окружности и параллельно образующим боковой поверхности кольца отверстиями, в каждое из которых пропущен один конец каждой тяги, снабженной натяжным элементом, тяги разделены на две равные группы с поочередным расположением всех тяг каждой группы между собой, при этом другой конец каждой тяги первой группы жестко закреплен в одной опорной плите, а другой конец каждой тяги второй группы жестко закреплен в другой опорной плите, причем каждая цилиндрическая секция охвачена через эластичные прокладки жестким кольцом, сквозь которое свободно пропущены все тяги, а каждый узел крепления троса расположен на соответствующем ему накидном кольце.

На фиг. 1 показан корпус подводного гидрофизического прибора на основе монолитной хрупкой цилиндрической секции,(тип ?), продольный разрез; на фиг.2 -.то же, на основе цилиндрической трубы из хрупкого материала с полусферической оконцовкой (тип II); на фиг. 3— то же, на основе двух цилиндрических труб с полусферическими оконцовками, контактирующих между собой через металлические нежесткие кольца, (тип III); на фиг. 4 — сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 5 — сечение Б-Б на фиг. 1; на фиг. 6 — сечение В-В

1143641 на фиг. 3; на фиг. 7 — соединение двух цилиндрических секций корпуса типа III (фиг. 3) с помощью промежуточного металлического фланца.

Корпус подводного гидрофизического S прибора (тип I, фиг. 1) содержит одну цилиндрическую секцию 1 в виде трубы из высокопрочного хрупкого стекла или керамики и верхнюю 2 и нижнюю 3 опорные плиты в виде металлических заглушек, которые сочленены с верхним 4 и нижним 5 накидными кольцами.

Корпус имеет продольные тяги, которые разделены на две одинаковые группы.

Нижние концы первой группы тяг 6 15 жестко закреплены в отверстиях в нижней плите 3. Их верхние концы вставлены в отверстия верхнего накидного кольца 4 и затянуты гайками 7 с шайбами 8. Верхние концы второй группы 20 тяг 9 неподвижно закреплены в отверстиях верхней плиты 2, а их нижние концы вставлеHbl в отверстия нижнего накидного кольца 5 и затянуты гайками 10 с шайбами 11. 25

Торцы хрупкой секции 1 вклеены эпоксидным составом в углубления не;жестких металлических колец 12, соединенных разъемно с верхней 2 и нижней 3 плитами. Герметизация может 30

I осуществляться круглыми резиновыми кольцами 13, поджатие которых при сборке достигается затяжкой гаек

7 или 10 на одной из групп продольных.тяг 6 или 9.

Клеевые швы мест соединений хрупкой секции 1 с нежесткими металличес-. кими кольцами 12 могут быть защищены от контакта с внешней средой герметиком 14, 40

С накидными кольцами 4 и 5 соединены с помощью осей 15 скобы 16 и

17, с помощью которых корпус может крепиться в разрыве якорной линии или 45 в кабельной системе, реакция которых в осевом направлении обозначена усилием P.

Хрупкая секция 1 с внешней стороны имеет одно или несколько охваты- 50 вающих жестких колец 18 с отверстиями, через которые свободно проходят продольные тяги 6 и 9 двух групп.

Охватывающие кольца 18 зафиксированы винтами 19, каждое на тягах 6 или 9 одной группы (фиг. 5). Кольцо 18 зафиксировано на тягах 9 с возможностью свободного перемещения в осевом направлении относительно тяг

6 первой группы.

Для исключения контакта хрупкой секции 1 с металлическим кольцом 18 используется эластичная прокладка 20.

Отметим, что на фиг. 5 кольцо 18 изображено условно монолитным. Однако для удобства монтажа и эксплуатации корпуса оно может быть выполнвно составным.

Отверстие в верхней опорной плите 2, служащее для доступа вовнутрь корпуса, закрыто крышкой 21, которая фиксируется винтами 22, обеспечивающими поджатие в осевом направлении круглых резиновых уплотнений 23.

Корпус (тип II фиг. 2) содержит хрупкую секцию 24 с полусферической оконцовкой, которая соединяется с верхней плитой 2 с помощью нежесткого металлического кольца 12. Сферическая часть хрупкой секции контактирует с нижней плитой 25. Для обеспечения равномерной передачи осевой нагрузки на полусферическую оконцовку установлена эластичная прокладка 26, например, из резины или поронита ° Остальные детали данного корпуса по своей конструкции и функциональному назначению подобны аналогичным деталям корпуса типа I (фиг. 1).

В частности, нижние концы тяг первой группы неподвижно закреплены в нижней плите 25, вставлены в отверс тия верхнего накидного кольца 4 и затянуты гайками 7 с шайбами 8 ° Верхние концы тяг 9 второй группы закреплены в верхней плите 2, а нижние концы вставлены в отверстия колец 5 и затянуты гайками 10 с шайбами 11.

Корпус (тип III фиг. 3) содержит. две цилиндрические секции 27 и 28, торцы которых вклеены в нежесткие кольца 29 и 30, койтактирующие между собой. Место разъема между кольцами

29 и 30 герметизировано резиновым уплотнением 31. Места соединений хрупких секций 27 и 28 с нежесткими кольцами 29 и 30 защищены от контакта с внешней средой герметиком 14.

Хрупкие секции 27 и 28 могут соединяться между собой металлическим фланцем 32 (фиг. 7). В остальном конструкция корпуса типа III аналогична корпусам (фиг. 1 и 2).

Для увеличения жесткости на изгиб тяг 6 и 9 на них смонтированы жесткие кольца 18, охватывающие хруп1143641

1а кую секций 1, 24 или 27 и 28. При этом корпуса типов 1 и II условно снабжены каждый только одним кольцом.

Корпус типа Ш имеет два кольца 18.

Кольца f8 расположены на одинаковом расстоянии между собой, а также от накидных колец 4 и 5, Это расстояние выбирается из условия исключения контакта валков постановочной машины с хрупкой цилиндрической секцией 1, 24 или 27 и 28 в момент прохождения корпуса через направляющие валки.

Сборку корпусов трех типов осуществляют в следующей последовательнос15 ти. Секции 1, 24, 27 и 28 изготавливают из стекла, ситалла или фарфора методами стекольного и керамического производства. Механической обработке подвергаются торцовые поверхности, воспринимающие осевую нагрузку. Высота микронеровностей после обработки алмазным кругом составляет R.z 1,65 мкм.

Обезжиренные поверхности хрупких секций f, 24, 27 и 28 и нежестких металлических колец 12, 29 и 30 сое" диняют с помощью эпоксидного клея, а после полимеризации клеевые стыки защищают слоем из герметика 14 типа УЗО-МЭС-5.

Перед сборкой корпуса обезжиривают сочленяемые поверхности плит

2 и 3, а также колец 12, соединенных эпоксидным составом с хрупкой секци- 35 ей 1 (фиг. 1). На нижней плите 3 с помощью центровочного выступа фиксируется секция !. Место разъема уплотняется кругльич резиновым кольцом 13.

Затем в плите 3 жестко закрепляют 40 нижние концы первой группы тяг 6, на тяги б устанавливают совместно с эластичными прокладками 20 одно или несколько жестких внешних колец

18, которые закрепляют на тягах 6 45 винтами 19.

После этого собирают верхнюю . часть корпуса. С помощью центрирующего выступа фиксируют плиту 2 относительно кольца 12, соединенного эпо-50 ксидным составом со стеклянной секцией 1. Место разъема герметиэируют уплотнением 13. На верхние концы тяг 6 первой группы .одевают верхнее накидное кольцо 4 с шайбами 8 и фиксируют 55 гайками 7, при затяжке которых происходит сжатие колец f3 в осевом направлении. К верхнему кольцу 4 с помощью осей lg крепится качающаяся ско" ба 16.

Корпус поворачивают на 180 и фиксируют верхние концы тяг 9 второй группы в верхней плите 2. На нижние концы этих тяг одевают нижнее накидное кольцо 5 с шайбами 11 и фиксируют гайками 10. Затем к кольцу 5 присоединяют с помощью осей 15 качающуюся скобу 17.

Отверстие в верхней плите 2 для доступа вовнутрь корпуса закрывают крышкой 2 1, место разъема уплотняют резиновыми кольцами 23, поджатие которых в осевом направлении достигается при завинчивании винтов 22.

Аналогично осуществляется сборка корпуса типа II (фиг. 2).

Охватывающие кольца 18 монтируют так, что после установки верхнего 4 и нижнего 5 накидных колец расстояние между крайними кольцами 18 и кольцами 4 и 5 одинаково.

Сборка корпуса типа Ш осуществляется следующим образом. После фиксации нижних концов тяг 6 первой группы в нижней плите 25 (прижиме) устанавливается секция 28, фиксируются кольца f8 с прокладками 20, затем устанавливается секция 27 непосредственно на кольцо 30, соединенное с секцией 28, или,на фланец 32 (фиг. 3 и 7) и места разъемов герметиэируют уплотнениями 31. Собрав сек" ции 27 и 28, устанавливают кольца 18, контактирующие через прокладки 20 с хрупкой секцией 27, монтируют верхнюю плиту 25 (прижим) с верхннм накидным кольцом 4. Детали 25, 28, 32, 27, 25 и 4 фиксируют от перемещения в осевом направлении затяжкой гаек 7 с шайбами 8 на тягах 6 первой группы. Корпус поворачивают о на 180 и устанавливают неподвижно в верхней плите 25 верхние концы второй группы тяг 9, монтируют нижнее кольцо 5!и фиксируют его на тягах 9 гайками 10 с шайбами 11. Гидрофиэическую аппаратуру в корпус помещают при сборке секций 27 и 28.

Дальнейшая связь с ией может осуществляться через гермораэъемы, .выполненные в полюсах хрупких секций

27 и 28, а также во фланце 32 (услов но не показаны).

Монтаж второго накидного кольца 4 в корпусах типов I II и Ш можно осуществлять без поворота кор1143641 ся скобам 16 и 17 (фиг. 1-3) уравновешивается сжимающей реакцией на хрупкие секции 1, 24, 27 и 28. Благодаря этому закрываются разъемные соединения между деталями 2 и 12, 3 и 1, 29 и 30, 29 и 32, 30 и 32 .(фиг. 1, 2, 3 и 7). Это же.усилие способствует закрытию клеевых швов между деталями 1, 12, 24 и 12, 27 и 29, 28 и 30 (фиг. 1, 2, 3 и 7) .

1Благодаря этому существенно повышается надежность корпуса при его входе в воду, когда внешнее гидростати.ческое давление отсутствует.

При достижении заданной глубины величина растягивающего усилия, действующего на корпус, может умень шиться. Однако в этом случае закрытию разъемных и клеевых соединений способствует внешнее гидростатическое давление.

При подъеме корпуса на борт судна растягивающее усилие sa счет реакции троса и массы подвешенных приборов способствует закрытию указанных соединений в момент выхода прибора из воды, Таким образом, предложенный корпус -в случае совместного действия на него продольных и поперечных растягивающих усилий и изгибающих моментов обладает повышенной работоспособностью и надежностью .

Благодаря этому возможна замена используемых при исследовании океана корпусов из титановых и других дефицитных нержавеющих сталей, монтируемых в разрезе троса или кабеля, корпусами из высокопрочных стекол, ситаллов и керамики. В результате достигается экономия дорогостоящих материалов, а также существенно улучшаются метрологические параметры изделий, поскольку хрупким материалам присущи, оптическая прозрачность, немагнитность, радиопрозрачность, и высокая коррозионная стойкость.

Предполагается создание корпуса типа I с наружным и внутренним диаметрами 550 и 490 мм и величиной растягивающего усилия до 1500 кГ. Материал хрупкой секции — фарфор, пределы прочности которого на осевое сжатие бс и растяжение б р равны соо гветственно 80 и 4 кГ/мм2 . Растягиваю щее усилие способствует созданию в. цилиндрической части напряжений сжатия бс =25 кГ/мк . пусов на 180 . Для этого к присоеди:ненному верхнему накидному кольцу 4 монтируется с помощью осей 15 качаю- .щаяся скоба 16, за которую корпус подвешивают к перекладине и дальней- 5 шая сборка корпуса может осуществлять. ся в подвешенном состоянии.

Корпус используется следующим образом.

Предварительно его проверяют на 16 герметичность и прочность.при заданном рабочем давлении,,например, в гидростатических камерах. Испытания проводятся при закрытых крышках 21, герметизированных уплотнениями 23 и зафиксированных винтами 22.

Второй этап испытаний осуществляется на разрывной машине, к захватам которой подсоединяется корпус с помощью качающихся скоб t6 и 17. Harpy- 20 жение производится усилием Р, которое должно превышать эксплуатационное на

20-257. Во время этих испытаний оценивают работоспособность хрупких секций 1, 24, 27 и 28, тяг 6 и 9, плит 2 и 3, а также колец 4 и 5 с осями 15.

Корпус должен быть герметичным, должна обеспечиваться работа хрупких секций прн напряжениях, не превышающих допускаемых, а металлические311 детали должны работать в области только упругих деформаций.

Гидрофизическая аппаратура (условно не показана) может крепиться к крышкам 21, фланцу 32, плитам 2 и 3, кольцам 12, 29 и 30 (фиг. 1-3) . Перед постановкой корпуса на палубе или в специальном помещении его крепят к концам троса или кабеля за качающиеся скобы 16 и 17. При этом могут 4О использоваться известные детали, например вертлюги, скобы, зажимы (не показаны).

После присоединения корпуса с гидрофизической аппаратурой к тросу или кабелю он поступает в рабочее пространство постановочной машины, продолжением которой является слиц.

После выхода из постановочной машины, валки которой воздействуют на жест- о кие охватывающие кольца 18, на корпус действует растягивающее усилие

Р, обусловленное массой подвешен,ного троса или кабеля, а также соединенных с ними гидрофизических прибо- у ров,,опущенных в океан. Пренебрегая потерями на трение, можно считать, .что приложенное усилие Р к качающим1143641

2122

Такии образом, проектная величина сжимающих напряжений в хрупкой части корпуса более чем в 6 раз превосходит прочность материала на осевое растяжение..Это свидетельствует о по.— вьппении несущей способности и надежности предложенной конструкции корпуса на основе материалов типа стекла, ситалла или технической керамики.

1143641

1 f43641

1 1436ч!

4-4

Фиг.4

Фиг.Ю

1143641

8-8

Составитель В. Владимиров

Редактор О. Юрковецкая Техред О.Ващишина Корректор И. Муска

Заказ 834/17 Тираж 435 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал П1П1 ™Патент", г, 0p, vJI Проектная, 4