張祚良

（海裝裝備招標(biāo)中心，北京100070）

1 飽和潛水的發(fā)展歷史

飽和潛水是人類對于潛水技術(shù)的一個突破。50多年前，美國的一位鄉(xiāng)村醫(yī)生經(jīng)過和同事們反復(fù)試驗，獲得了一個驚人的發(fā)現(xiàn)：人如果在高壓下逗留達(dá)到一定時間，其血液組織里滲入的氣體就會達(dá)到飽和程度。從這一程度起，只要壓力不變，即使再增加停留的時間，血液和組織里的氣體含量也不會改變。這就像一只盛滿了水的杯子，它的容量達(dá)到了極限，再加一滴水也是不行的，無論把水龍頭再開多長時間，效果總是一樣的。當(dāng)潛水員在某一壓力下連續(xù)停留24 h后，身體組織中溶解的稀有氣體量也就達(dá)到了最大限度。嚴(yán)格地說，這時吸入的稀有氣體與呼出的量相等，處于動態(tài)平衡。機(jī)體被稀有氣體飽和得愈多，其安全減壓時間也愈長。如果溶解量達(dá)到一定極限，不再增加，其減壓時間也可始終保持不變。

根據(jù)這一發(fā)現(xiàn)，潛水員在海洋的某個深度工作一段時間后，不必匆忙回到海面上來減壓，他可以繼續(xù)在海中呆下去，直到工作完成后再返回海面，進(jìn)行一次減壓就行了。這種潛水方法就叫做“飽和潛水”。在發(fā)現(xiàn)飽和潛水之前，人們雖然掌握了足夠的潛水技術(shù)，卻仍然只是海底的匆匆過客。每個潛水員進(jìn)行一次潛水后，要花費大量的時間進(jìn)行減壓，這大大影響了工作效率。

1962年，美軍組織了第一次飽和潛水實驗，至此飽和潛水成為唯一一種可使?jié)撍畣T直接暴露于高壓環(huán)境開展水下作業(yè)的潛水方式。經(jīng)過50多年的發(fā)展，飽和潛水目前廣泛應(yīng)用于失事潛艇救援、海底施工作業(yè)、水下資源勘探、海洋科學(xué)考察等軍事和民用領(lǐng)域。世界各國都十分重視飽和潛水技術(shù)研究，據(jù)了解，英、美、瑞士、挪威、法、德、日本、俄羅斯等國已先后突破400 m深度，海上實際深潛實驗極限已達(dá)到710 m。

2 飽和潛水系統(tǒng)組成

飽和潛水系統(tǒng)主要包括一個潛水鐘、甲板加減艙系統(tǒng)、生命支持系統(tǒng)、潛水鐘釋放回收液壓系統(tǒng)、兩個高壓救生艇、氦氣回收凈化系統(tǒng)、HRC生命支持集裝箱。

空氣潛水系統(tǒng)主要包含空氣潛水員加減壓艙系統(tǒng)、空氣潛水下放和回收系統(tǒng)及生命支持系統(tǒng)。

2.1 甲板加減艙系統(tǒng)

主要由三個潛水員生活居住艙、一個轉(zhuǎn)換艙、兩個逃生通道以及兩個供潛水員逃生的高壓救生艇、居住艙與外界轉(zhuǎn)送食物等生活必需品的空間、居住艙之間連接的空間組成。

2.2 生命支持系統(tǒng)

主要由艙室加減壓系統(tǒng)、環(huán)境控制系統(tǒng)、氣體分析系統(tǒng)、供氧系統(tǒng)、衛(wèi)生系統(tǒng)、水加熱系統(tǒng)、潛水鐘呼吸系統(tǒng)、居住艙呼吸系統(tǒng)、潛水鐘應(yīng)急呼吸系統(tǒng)、電視監(jiān)控系統(tǒng)、通信娛樂系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、配氣/儲存氣體、消防系統(tǒng)FI-FI、氦氣回收處理系統(tǒng)、氦氧再造系統(tǒng)組成。

（1）潛水員工作以及居住的艙室有六個區(qū)域（三個居住艙、一個緩沖艙、兩個高壓救助艇），每個區(qū)域配備一臺冷熱水單元，備用一臺。通過環(huán)境控制單元控制加減壓艙、緩沖艙、潛水鐘、高壓救生艇艙室內(nèi)部的環(huán)境溫度，每一臺也可通過軟管互為備用。

（2）通過生活水供給單元供給居住艙內(nèi)部的生活用水。

（3）通過SAT間控制面板的氣體控制閥維持潛水員的氧氣消耗。

（4）通過MIX MARKER可以將2%的氦氧轉(zhuǎn)化為不同濃度的氦氧。

（5）高壓氣體壓縮機(jī)可以將空氣和釋放到氣包中的氦氣混合后輸送到氣瓶中儲存，也可以把潛水系統(tǒng)中的氦氧回收到高壓氣瓶中。

（6）配備三臺熱水單元為潛水員水下作業(yè)時提供身體溫度保障，通過生命支持間內(nèi)部的控制面板實現(xiàn)互為備用。

（7）通過低壓氣體空壓機(jī)保證潛水員水下作業(yè)時的氦氧流通問題。

（8）潛水系統(tǒng)內(nèi)部的CCTV監(jiān)控潛水員生活、關(guān)鍵設(shè)備運行情況以及水下作業(yè)情況。通過外部CCTV系統(tǒng)可以監(jiān)控潛水鐘升降情況以及潛水系統(tǒng)涉及的區(qū)域。

（9）通過居住艙內(nèi)部水霧消防系統(tǒng)，保證潛水員在居住艙內(nèi)部的安全。外部噴淋消防系統(tǒng)保證潛水系統(tǒng)區(qū)域設(shè)備的安全。

（10）空氣潛水高壓空壓機(jī)可以壓縮空氣到空氣潛水氣瓶中。利用低壓空壓機(jī)壓縮空氣給潛水員水下作業(yè)提供呼吸的空氣。

（11）由于部分潛水區(qū)域有純氧以及稀有高壓氣體的管路，為解決管路泄漏等安全問題，增加了O2氣體探測，O2濃度過高、過低的時候都會有報警。

2.3 潛水鐘釋放回收系統(tǒng)

主要由液壓單元、潛水鐘主絞車、配重塊絞車、臍帶絞車、液壓滑車以及固定插銷、臍帶下導(dǎo)架、潛水鐘保護(hù)罩液壓插銷、應(yīng)急提升裝置組成。

潛水鐘釋放回收流程：潛水員進(jìn)入潛水鐘中關(guān)閉潛水鐘與緩沖艙的門；潛水鐘與緩沖艙的抱箍打開；打開月池蓋的門；釋放配重塊到水下工作位置；打開滑車鎖緊插銷，移動液壓滑車，關(guān)閉潛水鐘連接緩沖艙外部的門；移動滑車到月池正上方，注意移動滑車過程中調(diào)整主絞車鋼纜以及臍帶的長度，鎖緊滑車固定插銷；收回臍帶下導(dǎo)架，連接潛水鐘防晃裝置小臂，拔出潛水鐘水下平臺連接插銷，提升潛水鐘；當(dāng)潛水鐘水下平臺全部釋放出后，插入平臺連接插銷；繼續(xù)提升潛水鐘至指定位置（與導(dǎo)向保護(hù)罩相接觸），拔出導(dǎo)向保護(hù)罩插銷；拔出滑車固定插銷，移回并固定在指定位置；固定潛水鐘兩端導(dǎo)向滑道，下放潛水鐘至合適位置，拆除防撞裝置小臂；下放潛水鐘入水，導(dǎo)向保護(hù)罩下降至下導(dǎo)軌底部時停止，潛水鐘離開船體，靠重力下潛至工作位置。

潛水鐘下放過程中主絞車和臍帶絞車可以同步工作，主絞車升降潛水鐘的時候臍帶絞車需要以自動模式收放臍帶。通過配重絞車鋼纜的指引，潛水鐘在十幾分鐘內(nèi)就可以到達(dá)300 m的水下，一次輸送三名潛水員。潛水員通過臍帶與潛水鐘與臍帶管路相連，臍帶輸送熱水以及氦氧混合氣、電力、通信等給潛水員，提供其在水下生存的必要條件。工作一定時間后，潛水員再通過潛水鐘返回船上，通過液壓滑車運輸潛水鐘與WETPOT連接，潛水員回到居住艙休息。通過同樣的方式再輸送一批潛水員下潛工作，周而復(fù)返，直到水下作業(yè)結(jié)束。

3 飽和潛水在海洋工程船的應(yīng)用

前不久，馬尾造船股份有限公司成功交付了一艘飽和潛水支持船，該類型船舶在海洋工程船領(lǐng)域是明星代表產(chǎn)品，它具有高附加值、高技術(shù)性能、高難度的特點。該船采用不減壓巡回潛水的飽和潛水方式，大大提高了潛水作業(yè)效率，具有很高的實用價值。本船可和ROV、鋪管設(shè)備、深海吊車等設(shè)備同步作業(yè)。

該船設(shè)置有三個機(jī)艙、三個配電板間、兩個舵槳間、兩個艏側(cè)推間、一個伸縮推間、兩個應(yīng)急發(fā)電機(jī)間、一個駕駛室及一個應(yīng)急駕駛室、兩個HIPAP間。動力方面由四臺主發(fā)電機(jī)組和一臺輔助發(fā)電機(jī)為全船提供電力保障；由兩臺平旋推進(jìn)器、兩臺超靜音的艏側(cè)推、一臺伸縮式全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器為全船提供推進(jìn)和定位動力，動力定位能力為DP3級，同時配置一臺應(yīng)急發(fā)電機(jī)及一臺潛水設(shè)備專用應(yīng)急發(fā)電機(jī)。

該船最核心的系統(tǒng)是配備了可在300 m水深的區(qū)域工作的飽和潛水系統(tǒng)和兩套深水工作的空氣潛水系統(tǒng)。同時還配套了兩個深水遙控潛水器和一臺150 t的深水主動補償甲板吊，可支持水下3 000 m水深作業(yè)；兩個月池，船舶艏部上方裝有鋁制直升機(jī)平臺。

4 飽和潛水系統(tǒng)的生產(chǎn)重點和難點

飽和潛水系統(tǒng)主要涉及潛水鐘升降區(qū)域（月池區(qū)域）、加減壓艙區(qū)域、SAT間、潛水控制間、氣包間、氣瓶間、生命支持間，左右兩個高壓救助艇（SPHL）區(qū)域、空氣潛水系統(tǒng)包括LARS釋放架區(qū)域，空氣潛水居住艙、兩個空氣潛水液壓間以及上述區(qū)域周邊需要設(shè)置的其他艙室等區(qū)域。

飽和潛水系統(tǒng)在海洋工程船的施工安裝過程中，有以下幾方面需要重點關(guān)注：

（1）潛水系統(tǒng)區(qū)域具有區(qū)域多、范圍廣的特點，加減壓艙、SAT間處于本船的中心位置，船用設(shè)備的很多管路、電纜都需要經(jīng)過該區(qū)域，怎樣保證按合同的時間節(jié)點交付廠家是施工中一個很大的問題。

（2）主甲板潛水轉(zhuǎn)換艙WETPOT、加減壓艙、逃生通道以及高壓救生艇SPHL的安裝如圖1所示。

圖1 潛水包居住艙剖面圖

（3）潛水鐘釋放回收設(shè)備的安裝：潛水鐘回收釋放系統(tǒng)的主要設(shè)備包括潛水鐘上下導(dǎo)軌、配重絞車、臍帶絞車、主絞車、滑輪和上下臍帶導(dǎo)向架，分別分布在船舶的月池區(qū)域、主甲板區(qū)域、01甲板區(qū)域、02甲板區(qū)域以及03甲板區(qū)域，并且是一個相互關(guān)聯(lián)的關(guān)系。以月池的十字中心線作為平面坐標(biāo)系，并以平面坐標(biāo)系零點向上下垂直延伸線作為另一坐標(biāo)線，結(jié)合平面坐標(biāo)系建立一個三維坐標(biāo)系，該三維坐標(biāo)系是整個潛水鐘回收釋放區(qū)域的定位基準(zhǔn)。根據(jù)每一個設(shè)備的定位坐標(biāo)，將其分別定位完成。各自定位完成后，再進(jìn)行每一個設(shè)備關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)的測量，如距離、角度、高度等。通過反復(fù)的測量調(diào)整將所有設(shè)備定位完成，然后通過螺栓固定或焊接的方式將所有設(shè)備安裝到位。

5 結(jié)語

隨著我國建設(shè)海洋強(qiáng)國的戰(zhàn)略需求和走向海洋深藍(lán)步伐的加速推進(jìn)，飽和潛水的應(yīng)用將更加廣泛；同時，該技術(shù)的發(fā)展對于我國提高應(yīng)急救援保障能力，在深海打撈勘探領(lǐng)域提升在國際上的發(fā)言權(quán)也具有十分重要的意義。

[1]宋海鷹.飽和潛水專家系統(tǒng)的研究與開發(fā)[D].大連：大連海事大學(xué)，2015.

[2]中國船級社.潛水系統(tǒng)和潛水器入級規(guī)范[Z]，2013.

[3]ABSrulesforbuildingandclassing——UNDERWATER VEHICLES，SYSTEMS AND HYPERBARIC FACILITIES[S]，2015.