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专利号: 2021113841753
申请人: 江苏科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-03-02
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种塔螺形深海耐压壳体的设计方法,壳体包括圆锥形壳体(1)、环形组合壳体、柱形壳体(5)、法兰螺栓(6)、开孔厚板(7),圆锥形壳体(1)的底端与环形组合壳体的顶端连接,两者的内部连通,开孔厚板(7)封堵环形组合壳体的底端,两者之间通过多个法兰螺栓(6)连接,柱形壳体(5)设置于环形组合壳体的内部,其下端插入环形组合壳体与开孔厚板(7)的间隙之间,柱形壳体(5)的上端和下端分别与环形组合壳体的内周面连接;环形组合壳体包括从上至下端部依次连接的第一环壳(2)、第二环壳(3)和第三环壳(4),三者的内部连通,第一环壳(2)的上端与圆锥形壳体(1)连接,第三环壳(4)的底端与开孔厚板(7)连接,柱形壳体(5)设置于第三环壳(4)内部,其特征在于,壳体的设计方法包括以下步骤:步骤一:

设塔螺形深海耐压壳体内侧等腰三角形的高度为H,则:H=(L+2r2+2r3+2r4)cosα;

其中,L为圆锥形壳体的母线长度,r2为第一环壳的圆周半径,r3为第二环壳的圆周半径,r4为第二环壳的圆周半径,α为半锥角;

通过以上各壳体的圆周半径设计值计算得到圆锥形壳体、第一环壳、第二环壳、第三环壳、柱形壳体的旋转半径;

步骤二:

设圆锥形壳体的厚度t1为:

t1=Max{t1e,t1b};

其中,

其中,p为计算压力,[σ]为许用应力,α为半锥角,R1为圆锥形壳体大端半径,r为圆锥形壳体小端半径,K1为与加强肋骨有关的参数,K1=1;

其中,t1e、t1b的推导过程为:根据薄壳理论,圆锥形壳体的经向薄膜应力 环向薄膜应力σθ、等效应力σe分别为:将经向薄膜应力 环向薄膜应力σθ、等效应力σe以最大等效应力[σe]max小于等于材料的许用应力[σ]为准则,设计时考虑最大等效应力[σe]max等于材料许用应力[σ]的情况,确定等厚圆锥形壳体厚度t1e;

根据圆锥形壳体屈曲载荷计算公式:

计算确定等厚圆锥形壳体厚度t1b;

分别计算以上由薄膜原理和屈曲载荷公式推导出的壳体厚度,取两者中的最大厚度确定为圆锥形壳体的最终厚度;

步骤三:

设第一环壳、第二环壳、第三环壳各环壳的厚度ti为:ti=Max{tie,tib}(i=2,3,4);

其中,

其中,i取2、3、4,p为计算压力,[σ]为许用应力,Ri为环壳的旋转中径,ri为环壳的圆周半径,α为半锥角,E为弹性模量,μ为泊松;

根据薄壳理论,环壳的最大经向薄膜应力 最大环向薄膜应力σθ、最大等效应力σe分别为:将最大经向薄膜应力 最大环向薄膜应力σθ、最大等效应力σe以最大等效应力[σe]max小于等于材料的许用应力[σ]为准则,设计时考虑最大等效应力[σe]max等于材料许用应力[σ]的情况,确定等厚环壳厚度tie;

根据Jordan公式,表述环壳的屈曲临界载荷为:

根据上式计算确定的等厚环壳厚度tib;

分别计算以上由薄膜原理和载荷公式推导出的壳体厚度,取两者中的最大厚度确定为第一环壳、第二环壳、第三环壳的最终厚度;

步骤四:

设柱形壳体的厚度t5为:

t5=Max{t5e,t5b};

其中,

其中,p为计算压力,[σ]为许用应力,R为柱壳的旋转半径,l为柱壳高度,E为弹性模量;

根据薄壳理论,柱壳的经向薄膜应力 环向薄膜应力σθ、等效应力σe分别为:将经向薄膜应力 环向薄膜应力σθ、等效应力σe以最大等效应力[σe]max小于等于材料的许用应力[σ]为准则,设计时考虑最大等效应力[σe]max等于材料许用应力[σ]的情况,确定等厚柱壳厚度t5e;

柱壳的屈曲载荷计算公式为:

由上式计算确定等厚柱壳厚度t5b;

分别计算以上由薄膜原理和载荷公式推导出的壳体厚度,取两者中的最大厚度确定为柱壳的最终厚度;

柱形壳体(5)的外周面上开设有至少两个通道,使第一环壳(2)、第二环壳(3)和第三环壳(4)三者的内部相互贯通;

第一环壳(2)、第二环壳(3)和第三环壳(4)的外壳面均为圆弧面,三者的外径依次递增,第一环壳(2)、第二环壳(3)和第三环壳(4)圆弧面的截面圆圆心均位于圆锥形壳体(1)外轮廓的延长线上;

圆锥形壳体(1)、第一环壳(2)、第二环壳(3)和第三环壳(4)四者依次焊接固定成一体。

2.根据权利要求1所述的一种塔螺形深海耐压壳体的设计方法,其特征在于:法兰螺栓(6)包括螺栓(61)、法兰一(62)、密封圈(63)、法兰二(64)、垫圈(65)、螺母(66),法兰一(62)与环形组合壳体底面固定,法兰二(64)与开孔厚板(7)的底面固定,螺栓(61)依次穿设于法兰一(62)和法兰二(64),并通过螺母(66)使两者紧固连接,法兰一(62)和法兰二(64)的连接面之间设有密封圈(63),螺母(66)与法兰二(64)的接触面之间设有垫圈(65)。