一种水下设备玻璃视窗安装结构及安装方法

1.本发明涉及水下设备领域，具体地，涉及一种水下设备玻璃视窗安装结构及安装方法。


背景技术：

2.目前，水下设备通常采用法兰完成玻璃视窗的密封，该方法通常需要用到上镜盖、安装底座(或下镜盖)、玻璃视窗、o型圈、螺栓等。上镜盖与安装底座之间形成卡槽，将视镜与o型圈放入卡槽内，拧入螺栓将上镜盖固定于安装底座上即可完成玻璃视窗的安装与密封。该方法所需零部件较多，且使用螺栓的数量通常不小于6个，导致安装较为繁琐。
3.对比最常见的法兰安装方法(例如中国专利cn 210199380 u公开的法兰视镜)，其结构需要较多螺栓实现玻璃视窗的固定与密封预紧，这无疑增加了装配难度与额外体积，使得玻璃视窗面积占比小，装置臃肿。对于直径10cm的玻璃视窗，其面积可能仅占整个法兰装置的30％。总体而言，传统方法存在着装配繁琐与空间利用率低两个主要缺点。
4.中国专利cn 202121578520.2公开了一种便于更换玻璃的法兰视镜，采用法兰盘夹紧玻璃。该方法基于传统的法兰视镜改进得到，故尽管解决了装配繁琐的问题，仍然存在空间利用率不足，玻璃视窗面积占比低的问题。
5.中国专利cn 201210541265.3公开了一种玻璃视窗的安装方法。该发明设计船体玻璃视窗安装领域，在窗座及船舷外板上固定对玻璃起限位作用的限位块，在船舷外板上贴压条，并在压条内侧与船舷外板之间的缝隙里涂粘胶。将玻璃放置在窗座上，用限位块进行限位并安装临时压块。在玻璃与窗座之间的缝口处注粘胶，待粘胶干好后拆除临时压块、安装玻璃盖板。本技术提供的玻璃视窗的安装方法，安装玻璃视窗所需成本较低，安装的玻璃视窗能够承受较大的水下压力。该方法有效解决了玻璃视窗占比小的、空间利用率低的问题，然而其装配流程较为繁琐，且通过填涂胶水固定玻璃视窗，不适用于有玻璃视窗拆卸需求的应用场景。


技术实现要素：

6.本发明提供一种水下设备玻璃视窗安装结构及安装方法，利用内外压差提供玻璃视窗固定与密封所需的预紧力，以避免现有的水下设备玻璃视窗多通过法兰实现安装密封，安装繁琐、体积臃肿的缺点。
7.为了实现上述目的，本发明提供一种水下设备玻璃视窗安装结构，其包括：
8.水下设备舱体，其壳体开设有窗口，壳体的外侧开设有环绕窗口的密封沟槽；
9.密封件，环绕窗口，嵌设在密封沟槽中；
10.玻璃视窗，设置在水下设备舱体的外侧，其内表面的边缘与密封件贴合，用于遮挡窗口；
11.水下设备舱体的内部处于负压状态，使得玻璃视窗在外界气压或液体压力的作用下紧贴在水下设备舱体上，并压紧密封件以形成密封结构。
12.本发明的进一步改进在于：所述水下设备舱体上开设有内外连通的压力平衡口，所述压力平衡口由可拆卸的密封堵头进行封堵。
13.本发明的进一步改进在于：所述密封堵头与所述压力平衡口通过螺纹结构连接。
14.本发明的进一步改进在于：所述水下设备舱体上安装有抽气阀门，所述抽气阀门用于和真空泵连接。
15.本发明的进一步改进在于：所述水下设备舱体的表面设置有环绕所述玻璃视窗的限位突起结构，用以限制所述玻璃视窗平移。
16.本发明的进一步改进在于：所述密封件为o型圈。
17.本发明还包括一种水下设备玻璃视窗安装方法，用于得到上述的水下设备玻璃视窗安装结构，该方法包括：
18.(1)将密封件(2)置于环绕窗口的密封沟槽(31)中；
19.(2)将玻璃视窗(1)安装至水下设备舱体(3)外侧遮挡窗口，并使得玻璃视窗(1)的内表面与密封件(2)充分接触；
20.(3)降低水下设备舱体(3)中的气压，使得所述玻璃视窗(1)在外界气压或液体压力的作用下紧贴在所述水下设备舱体(3)上，并压紧所述密封件(2)以形成密封结构。
21.本发明的进一步改进在于：降低水下设备舱体(3)中的气压的过程中，将安装有玻璃视窗(1)的水下设备舱体(3)置于密闭容器中，并采用真空泵抽取密闭容器中的气体；在密闭容器的气压恢复后，水下设备舱体(3)的内部处于负压状态。
22.本发明的进一步改进在于：在降低水下设备舱体(3)中的气压之前，将密封堵头(4)安装在压力平衡口(32)上；需要拆下玻璃视窗(1)时，拆下所述密封堵头(4)，以使得水下设备舱体(3)内外气压一致。
23.本发明的进一步改进在于：对于安装有抽气阀门(7)的水下设备舱体(3)，降低水下设备舱体(3)中的气压的过程中，将抽气阀门(7)与真空泵连接，真空泵抽气过程中打开抽气阀门(7)，水下设备舱体(3)中的气压下降至预定数值后关闭所述抽气阀门(7)。
24.本发明方法的有益效果为：
25.1.仅需通过一次抽气即可完成玻璃视窗的安装，相比传统使用胶水固定或螺栓固定等方法操作便捷许多。与此同时，在拆卸上也十分便捷，通过密封堵头或阀门将内部气体排出即可。
26.2.通过内外压差实现玻璃视窗安装所需零部件极少，因此通过该方法可有效提高水下设备结构紧凑性与可靠性，提高玻璃视窗的面积占比。
27.3.可实现多个玻璃视窗同时安装，提高水下设备生产效率。
附图说明
28.图1为水下设备玻璃视窗安装结构的爆炸示意图；
29.图2是水下设备玻璃视窗安装结构抽真空过程的示意图；
30.图3是玻璃视窗的受力分析图；
31.图4是具有抽气阀门的水下设备的示意图。
32.其中，附图标记为：
33.1-玻璃视窗
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2-密封件
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3-水下设备舱体
4-密封堵头
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5-真空罩
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6-真空罩底座
34.7-抽气阀门
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31-密封沟槽
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32-压力平衡口
具体实施方式
35.以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
36.需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
37.为了阐释的目的而描述了本发明的一些示例性实施例，需要理解的是，本发明可通过附图中没有具体示出的其他方式来实现。
38.本发明的实施例涉及一种水下设备玻璃视窗安装结构。如图1为水下设备玻璃视窗安装结构的示意图，该示意图仅用于说明原理，不用于限定水下设备的类型和形状。如图1所示，本实施例的水下设备玻璃视窗安装结构包括：水下设备舱体3、密封件2、玻璃视窗1。水下设备舱体3的壳体开设有内外连通的窗口，壳体的外侧开设有环绕窗口的密封沟槽31。密封件2环绕窗口，嵌设在密封沟槽31中，并略微突出。玻璃视窗1，设置在水下设备舱体3的外侧，其内表面的边缘与密封件2贴合，用于遮挡窗口，并可透光，以便水下设备舱体3中的光电设备工作。水下设备舱体3的内部处于负压状态，使得玻璃视窗1在外界气压或液体压力的作用下紧贴在水下设备舱体3上，并压紧密封件2以形成密封结构。
39.如图3所示，为玻璃视窗1的受力分析图。内外压差δp＝p
out-p
in
。抽取真空后，理想情况下内部压强p
in
＝0，大气环境下p
out
＝105pa，由压力公式f＝p
·
s可得，直径10cm的玻璃视镜在大气环境下预紧力约800n，即80kg压力作用于玻璃视镜上方，足够提供o型圈挤压所需的预紧力。随着设备潜入水下，外界压力p
out
＝p
atm
+p
hydro
，即大气压强与水压之和，预紧力将进一步增加，确保密封性。
40.如图1所示，在一些实施例中，水下设备舱体3上开设有内外连通的压力平衡口32，压力平衡口32由可拆卸的密封堵头4进行封堵。封堵状态下，水下设备舱体3舱体可保持气压。在需要拆卸玻璃视窗1时，可将密封堵头4拆下，使得水下设备舱体3内外连通，在失去内外压差后，玻璃视窗1可轻松拆下。在一个具体实施例中，密封堵头4与压力平衡口32通过螺纹结构连接。
41.密封堵头4的安装可根据实际需要调整。例如，若自始至终无玻璃视窗1拆卸需求，可取消密封堵头4与压力平衡口32设计，其余结构不变。除此之外，密封堵头4与压力平衡口32的设计位置也可根据水下设备的实际外形与需要进行调整。
42.抽取真空方法可根据实际需要调整。如图4所示，若水下设备舱体3适合安装阀门，可将密封堵头4更换为阀门7。真空泵可通过阀门7抽取水下设备舱体3内部气体实现内部环境真空，进而完成玻璃视窗1与水下设备舱体3之间的安装，随后关闭阀门7即可，如图4所
示。
43.在一些实施例中，玻璃视窗1为片状透明部件。水下设备舱体3的表面设置有环绕玻璃视窗1的限位突起结构，用以限制玻璃视窗1平移。水下设备舱体3可以引出线缆，线缆穿过壳体的位置进行密封处理。
44.本实施例中，密封件2为o型圈。但本专利不限制具体密封使用器件，如密封胶、密封垫片等密封期间均应在本专利保护范围内。
45.如图1、2所示，本发明的实施例还包括一种水下设备玻璃视窗安装方法，用于得到上述的水下设备玻璃视窗安装结构，该方法包括：
46.(1)将密封件2置于环绕窗口的密封沟槽31中；
47.(2)将玻璃视窗1安装至水下设备舱体3外侧遮挡窗口，并使得玻璃视窗1的内表面与密封件2充分接触；
48.(3)降低水下设备舱体3中的气压，使得玻璃视窗1在外界气压或液体压力的作用下紧贴在水下设备舱体3上，并压紧密封件2以形成密封结构。
49.在一些实施例中，在降低水下设备舱体3中的气压之前，将密封堵头4安装在压力平衡口32上。降低水下设备舱体3中的气压的过程中，将安装有玻璃视窗1的水下设备舱体3置于密闭容器中，并采用真空泵抽取密闭容器中的气体。本实施例中，密闭容器由真空罩底座6以及真空罩5构成。在密闭容器的气压恢复后，水下设备舱体3的内部处于负压状态，负压将玻璃视窗1固定在水下设备舱体3上。需要拆下玻璃视窗1时，拆下密封堵头4，以使得水下设备舱体3内外气压一致。
50.对于如图4所示的，安装有抽气阀门7的水下设备舱体3，降低水下设备舱体3中的气压的过程中，将抽气阀门7与真空泵连接，真空泵抽气过程中打开抽气阀门7，水下设备舱体3中的气压下降至预定数值后关闭抽气阀门7。
51.本发明通过将水下设备仓内抽取真空，利用内外压力差代替螺栓提供固定玻璃视窗所需的预紧力，可极大减小多余结构与零件的使用，降低装配复杂度，与此同时减小装置体积，提高玻璃视窗面积占比。若有更换需求，拆除密封堵头平衡水下设备舱体内外气压即可，拆卸便捷。本发明的方案具有操作简单、体积精巧、有效玻璃视窗面积大等优点，在水下机器人、水下照明等领域有很大应用潜力。
52.上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

技术特征：
1.一种水下设备玻璃视窗安装结构，其特征在于包括：水下设备舱体(3)，其壳体开设有窗口，所述壳体的外侧开设有环绕所述窗口的密封沟槽(31)；密封件(2)，环绕所述窗口，嵌设在所述密封沟槽(31)中；玻璃视窗(1)，设置在所述水下设备舱体(3)的外侧，其内表面的边缘与所述密封件(2)贴合，用于遮挡所述窗口；所述水下设备舱体(3)的内部处于负压状态，使得所述玻璃视窗(1)在外界气压或液体压力的作用下紧贴在所述水下设备舱体(3)上，并压紧所述密封件(2)以形成密封结构。2.根据权利要求1所述的一种水下设备玻璃视窗安装结构，其特征在于：所述水下设备舱体(3)上开设有内外连通的压力平衡口(32)，所述压力平衡口(32)由可拆卸的密封堵头(4)进行封堵。3.根据权利要求2所述的一种水下设备玻璃视窗安装结构，其特征在于：所述密封堵头(4)与所述压力平衡口(32)通过螺纹结构连接。4.根据权利要求1所述的一种水下设备玻璃视窗安装结构，其特征在于：所述水下设备舱体(3)上安装有抽气阀门(7)，所述抽气阀门(7)用于和真空泵连接。5.根据权利要求1所述的一种水下设备玻璃视窗安装结构，其特征在于：所述水下设备舱体(3)的表面设置有环绕所述玻璃视窗(1)的限位突起结构，用以限制所述玻璃视窗(1)平移。6.根据权利要求1所述的一种水下设备玻璃视窗安装结构，其特征在于：所述密封件(2)为o型圈。7.一种水下设备玻璃视窗安装方法，用于得到权利要求1至6中任一所述的水下设备玻璃视窗安装结构，其特征在于，本方法包括以下步骤：(1)将密封件(2)置于环绕窗口的密封沟槽(31)中；(2)将玻璃视窗(1)安装至水下设备舱体(3)外侧遮挡窗口，并使得玻璃视窗(1)的内表面与密封件(2)充分接触；(3)降低水下设备舱体(3)中的气压，使得所述玻璃视窗(1)在外界气压或液体压力的作用下紧贴在所述水下设备舱体(3)上，并压紧所述密封件(2)以形成密封结构。8.根据权利要求7所述的一种水下设备玻璃视窗安装方法，其特征在于：降低水下设备舱体(3)中的气压的过程中，将安装有玻璃视窗(1)的水下设备舱体(3)置于密闭容器中，并采用真空泵抽取密闭容器中的气体；在密闭容器的气压恢复后，水下设备舱体(3)的内部处于负压状态。9.根据权利要求8所述的一种水下设备玻璃视窗安装方法，其特征在于：在降低水下设备舱体(3)中的气压之前，将密封堵头(4)安装在压力平衡口(32)上；需要拆下玻璃视窗(1)时，拆下所述密封堵头(4)，以使得水下设备舱体(3)内外气压一致。10.根据权利要求7所述的一种水下设备玻璃视窗安装方法，其特征在于：对于安装有抽气阀门(7)的水下设备舱体(3)，降低水下设备舱体(3)中的气压的过程中，将抽气阀门(7)与真空泵连接，真空泵抽气过程中打开抽气阀门(7)，水下设备舱体(3)中的气压下降至预定数值后关闭所述抽气阀门(7)。

技术总结
本发明提供一种水下设备玻璃视窗安装结构，其包括：水下设备舱体，其壳体开设有窗口，壳体的外侧开设有环绕窗口的密封沟槽；密封件，环绕窗口，嵌设在密封沟槽中；玻璃视窗，设置在水下设备舱体的外侧，其内表面的边缘与密封件贴合，用于遮挡窗口；水下设备舱体的内部处于负压状态，使得玻璃视窗在外界气压或液体压力的作用下紧贴在水下设备舱体上，并压紧密封件以形成密封结构。该方案具有操作简单、体积精巧、有效玻璃视窗面积大等优点，在水下机器人、水下照明等领域有很大应用潜力。水下照明等领域有很大应用潜力。水下照明等领域有很大应用潜力。


技术研发人员：赵浩南 马道林 首成逸 金潮郴 余赫曦 赵灿
受保护的技术使用者：上海交通大学
技术研发日：2022.11.29
技术公布日：2023/3/16