摘? 要：目前在飽和潛水支持船的建造中，“300米飽和潛水系統(tǒng)”均由國外公司集成，如英國JFD-DIVEX、意大利DRASS、新加坡JFD-LEXMAR等。國外廠家利用技術(shù)壟斷，飽和潛水系統(tǒng)集成時(shí)在設(shè)備提供、系統(tǒng)設(shè)計(jì)和系統(tǒng)調(diào)試方面賺取天價(jià)利潤，而造船廠作為船舶承建方，經(jīng)濟(jì)效益微薄。本文詳細(xì)剖析了“300米飽和潛水系統(tǒng)”的設(shè)備組成、系統(tǒng)功能以及設(shè)計(jì)原則，為中國制造自主創(chuàng)新集成飽和潛水系統(tǒng)提供理論知識(shí)和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：飽和潛水? 壓力艙? 生命支持系統(tǒng)? 收放系統(tǒng)? 逃生系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：U667? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-098X（2020）10（a）-0055-04

Abstract： At present， "300m saturation diving system" is integrated by foreign companies， such as JFD-DIVEX in UK， Drass in Italy， JFD-LEXMAR in Singapore， etc.? Foreign Manufacturers make use of technology monopoly to make huge profits in equipment supply， system design and system commissioning when saturation diving system is integrated， while shipyards， as ship contractors， have little economic benefit. In this paper， the equipment composition， system function and design principle of "300-meter saturation diving system" are analyzed in detail， which can provide theoretical knowledge and practical experience for chinese-made innovative integrated saturation diving system.

Key Words： Saturation diving; Pressure cabin; Life support system; Extension and retraction system;Escape system

招商局重工（深圳）有限公司共承建了四艘“300米深飽和潛水支持船”，對(duì)單鐘/雙鐘18人/24人“300米飽和潛水系統(tǒng)”的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試及海試都積累豐富經(jīng)驗(yàn)。

飽和潛水系統(tǒng)主要由壓力艙、生命支持系統(tǒng)、潛水鐘收放系統(tǒng)及應(yīng)急高壓逃生系統(tǒng)四大系統(tǒng)組成。

1? 壓力艙

壓力艙由轉(zhuǎn)移艙、進(jìn)入艙、生活艙組成，見圖1。壓力艙直徑一般2.4m，內(nèi)外艙壁涂阻燃涂料，艙外包絕緣材料，并外覆不銹鋼薄鋼板。各壓力艙內(nèi)相互間設(shè)艙口，并設(shè)有雙面能開閉的艙門。艙內(nèi)均設(shè)有高壓LED燈、閉路監(jiān)控系統(tǒng)、火災(zāi)探測系統(tǒng)、高壓滅火系統(tǒng)、固定呼吸系統(tǒng)、空調(diào)裝置、含6kg 堿石灰吸附筒的應(yīng)急CO2氣體清洗裝置、通訊及應(yīng)急通訊系統(tǒng)。

1.1 轉(zhuǎn)移艙

轉(zhuǎn)移艙俗稱濕區(qū)，內(nèi)設(shè)有洗漱、淋浴及馬桶設(shè)施，并存放所有潛水作業(yè)所需設(shè)備及工具。轉(zhuǎn)移艙設(shè)有艙口與潛水鐘匹配，對(duì)接成功后潛水員穿著潛水服進(jìn)入潛水鐘內(nèi)。設(shè)艙口與進(jìn)入艙連接，提供進(jìn)入生活區(qū)的通道。設(shè)艙口與船舶左右舷高壓救生艇通道相連接，給潛水員提供救生通道。另外還設(shè)安全聯(lián)鎖的醫(yī)療及食物傳遞通道，用于給潛水員提供食物或醫(yī)療用品， 轉(zhuǎn)移艙一般容積25m3。

1.2 進(jìn)入艙

進(jìn)入艙是潛水員進(jìn)入生活艙的過度艙。艙內(nèi)設(shè)有帶安全連鎖裝置的不銹鋼馬桶、接冷熱水的洗臉盆、觀察窗。進(jìn)入艙一般容積為7.4m3。

1.3 生活艙

生活艙是潛水員休息的艙室。艙內(nèi)設(shè)有不銹鋼床、不銹鋼桌、儲(chǔ)物架、應(yīng)急氣動(dòng)氣體洗滌裝置、循環(huán)風(fēng)扇。通常6人的生活艙容積為26.8m3，3人的生活艙容積為21.4m3，潛水系統(tǒng)集成時(shí)根據(jù)所載潛水員數(shù)量進(jìn)行生活艙的排列組合。如24人潛水系統(tǒng)可選4個(gè)6人壓力艙，而18人潛水系統(tǒng)可選2個(gè)6人艙，2個(gè)3人艙。所配置的生活艙中至少有一個(gè)艙設(shè)計(jì)有用于醫(yī)療的應(yīng)急供氣及供電的穿艙接口。

2? 生命支持系統(tǒng)

生命支持系統(tǒng)提供潛水員足夠的呼吸氣體、溫濕度合適的環(huán)境、生活用水、控制及通訊等。

2.1 供氣系統(tǒng)

300m飽和潛水員呼吸氦氧混合氣體，氦氣通過316L不銹鋼管輸送，純氧氣通過硅黃銅管輸送。高壓氮?dú)馄拷M、氣源板、控制臺(tái)以及氣體壓縮機(jī)等組成為潛水呼吸系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)潛水呼吸氣體輸送、回收、調(diào)撥等功能。

2.1.1 高壓氣瓶組

根據(jù)潛水員數(shù)量及設(shè)計(jì)最大潛水作業(yè)自持力按國家標(biāo)準(zhǔn)《GB18985-2003 潛水員供氣量》配置氦氣高壓氣瓶組。

2.1.2 潛水呼吸氣源板

氣源板用于氣體壓力顯示以及管路快速連接，方便集中管理，見表1。

2.1.3 潛水呼吸氣體控制臺(tái)

設(shè)飽和艙控制臺(tái)一臺(tái)，用于往壓力艙輸送呼吸氣體以及監(jiān)測各壓力艙參數(shù)，同時(shí)提供通訊及控制系統(tǒng)。

設(shè)潛水員控制臺(tái)二只（單鐘系統(tǒng)只設(shè)一只），用于給潛水鐘輸送潛水呼吸氣體、管理回收氦氣、監(jiān)測潛水員及潛水鐘下潛深度，同時(shí)提供通訊及控制系統(tǒng)。

2.1.4 氣體壓縮機(jī)

設(shè)高壓氣體輸送壓縮機(jī)二臺(tái)，一用一備，用于各高壓氣瓶組間的氦氣輸送，知名品牌有美國GARDNER DENVER，活塞式、工作壓力200bar，流量110m3/h。

潛水呼吸氦氣比較昂貴，多余的氦氣都要回收利用。設(shè)氣袋一只，24m3， 塑料柔性制品，用于收集壓力艙多余的氦氣。設(shè)壓力艙氣體回收機(jī)組一臺(tái)，包含高壓氣體壓縮機(jī)，氣體凈化器、氣體過濾器，來自壓力艙的氦氣經(jīng)氣體凈化器后進(jìn)入氣袋，氣袋收集到額定容積后通過高壓氣體壓縮機(jī)經(jīng)氣體過濾器回收到高壓氣瓶組中。

按潛水鐘數(shù)量設(shè)潛水員呼吸氣體回收裝置及回收罐，用于收集潛水員呼吸后多余的氦氣。呼吸氣體回收裝置包含氣體處理裝置及氣體壓縮機(jī)。潛水員頭盔中多余的呼吸氣體先經(jīng)過濾、除水及混合氧氣后，再經(jīng)氣體壓縮機(jī)加壓后進(jìn)入呼吸氣體回收罐中，由潛水控制臺(tái)控制提供給潛水員循環(huán)使用。

2.2 環(huán)境控制系統(tǒng)

壓力艙內(nèi)為密閉高壓環(huán)境，環(huán)境控制系統(tǒng)保障壓力艙內(nèi)溫濕度適合，氣體質(zhì)量合格。

2.2.1 外部再生系統(tǒng)

外部再生機(jī)組通過閉式循環(huán)系統(tǒng)處理壓力艙內(nèi)的氣體，設(shè)計(jì)壓力35bar，單臺(tái)最大適應(yīng)6個(gè)潛水員的艙室使用。機(jī)組數(shù)量按一臺(tái)/生活艙，一臺(tái)/轉(zhuǎn)移艙配置。另外每3臺(tái)再生機(jī)組設(shè)一臺(tái)備用機(jī)組。整個(gè)再生系統(tǒng)處理過程分3個(gè)步驟進(jìn)行。

清洗：通過儲(chǔ)存8.8kg 堿石灰的洗滌罐來除去壓力艙中的CO2。一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)洗滌罐滿足3個(gè)潛水員的壓力艙8h使用。

除濕：設(shè)立式高效除濕熱交換器一臺(tái)，變速風(fēng)機(jī)一臺(tái)。變速風(fēng)機(jī)安裝在熱交換器上，抽吸壓力艙內(nèi)氣體，經(jīng)清洗后進(jìn)入除濕熱交換器，來自空調(diào)冷熱水機(jī)組的6℃～12℃冷媒水冷卻氣體到露點(diǎn)下，使氣體中的水分析出，再經(jīng)過加熱處理后回到壓力艙。

加熱：設(shè)立式高效加熱熱交換器一臺(tái)，來自空調(diào)冷熱水機(jī)組的70℃熱水加熱氣體到設(shè)定的溫度后再回到壓力艙內(nèi)。

2.2.2 空調(diào)冷熱水機(jī)組

空調(diào)冷熱水機(jī)組用于處理壓力艙內(nèi)氣體的溫度，以及給外部再生機(jī)組提供冷熱媒水?？照{(diào)冷熱水機(jī)組數(shù)量按一臺(tái)/外部再生機(jī)組配置。空調(diào)冷熱水機(jī)組包含3個(gè)部分。

制冷系統(tǒng)：制冷量9.5kW， 冷媒水出機(jī)溫度為6℃～12℃。包含壓縮機(jī)、冷凝器、蒸發(fā)器、儲(chǔ)液管以及控制系統(tǒng)一套。

加熱系統(tǒng)：加熱量9kW，熱媒水出機(jī)溫度為70℃。包含熱水柜，電加熱器及控制系統(tǒng)一套。

循環(huán)系統(tǒng)：冷熱媒水采用70%乙二醇與30%水的混合液體，冷熱媒水循環(huán)系統(tǒng)各自獨(dú)立，共包含冷熱媒水循環(huán)水泵二臺(tái)，流量30～35L/min，揚(yáng)程5bar，給壓力艙提供冷熱媒水，通過壓力艙內(nèi)的空調(diào)盤管調(diào)節(jié)艙內(nèi)溫度，同時(shí)給外部再生機(jī)組提供冷熱媒水，用于壓力艙內(nèi)氣體除濕及加熱到設(shè)定溫度。

2.3 供水系統(tǒng)

2.3.1 生活水供水裝置

生活水供水裝置為提供潛水員飲用及衛(wèi)生用水。供水裝置包括冷熱水容積式供應(yīng)泵各一臺(tái)，流量7.5L/min，最大揚(yáng)程68bar。電熱水柜一臺(tái)，容積60L，加熱功率9kW，加熱溫度30℃～70℃可調(diào)，生活水供水裝置排出壓力值可根據(jù)壓力艙壓力整定。一臺(tái)生活水供水裝置最大可供18個(gè)潛水員使用，另設(shè)一臺(tái)備用。。

2.3.2 熱水單元

飽和潛水員深潛水下時(shí)，加熱后的海水由熱水單元通過臍帶供應(yīng)到潛水服，流經(jīng)潛水員體表后從濕式潛水服腳底開口排出。潛水員熱水單元包含兩個(gè)10微米濾器、壓力調(diào)節(jié)閥、電加熱柜、電動(dòng)柱塞加壓泵以及控制系統(tǒng)。熱水單元按潛水鐘數(shù)量配置，另設(shè)一臺(tái)備用。

2.3.3 生活污水收集柜

設(shè)高壓生活污水排放柜，容積30L，設(shè)計(jì)壓力30bar，數(shù)量按一臺(tái)/衛(wèi)生馬桶配置。衛(wèi)生馬桶蓋與馬桶排空閥機(jī)械連鎖，避免兩閥同時(shí)打開。馬桶沖洗時(shí)，靠壓力艙內(nèi)的壓力將生活污水排至生活污水排放柜中。

設(shè)常壓生活污水收集柜一只，容積250L，設(shè)計(jì)壓力3bar，設(shè)有透氣管通往大氣。

2.3.4 消防供水系統(tǒng)

壓力艙內(nèi)設(shè)固定式噴淋系統(tǒng)，用于撲滅壓力艙內(nèi)的火災(zāi)。設(shè)消防供水單元一套，包含高壓氦氣瓶組，消防淡水瓶組，壓力艙內(nèi)噴淋管及噴頭，以及控制閥門一套。

2.4 通訊系統(tǒng)

潛水系統(tǒng)有兩套獨(dú)立的內(nèi)部通訊系統(tǒng)。一套為英國FATHOM公司提供的通訊系統(tǒng)，一套為直通式聲力電話。FATHOM系統(tǒng)在壓力艙及潛水鐘內(nèi)設(shè)床頭通訊箱、通訊分站。壓力艙外設(shè)2個(gè)19寸通訊機(jī)柜，飽和控制臺(tái)及潛水控制臺(tái)設(shè)通訊操作控制面板，上設(shè)耳機(jī)，麥克風(fēng)及頂式楊聲器。聲力電話系統(tǒng)在每個(gè)壓力艙內(nèi)部、飽和控制臺(tái)及潛水控制臺(tái)都設(shè)有直通式聲力電話。

3? 潛水鐘收放系統(tǒng)

潛水鐘收放系統(tǒng)知名配套廠家為英國PARKBURN公司。每個(gè)潛水收放系統(tǒng)包含潛水鐘、臍帶絞車、主絞車、導(dǎo)向鋼絲繩絞車、帶波浪補(bǔ)償?shù)闹鹘g車滑輪組、滑車行走機(jī)構(gòu)、配重塊、液壓系統(tǒng)及控制操作各一套。臍帶絞車通過臍帶給潛水員提供呼吸氣體、保溫?zé)崴?、電源及控制信?hào)、通訊信號(hào)。主絞車通過滑車行走機(jī)構(gòu)將潛水鐘在潛水月池和轉(zhuǎn)移艙接口往返移動(dòng)，收放潛水鐘。導(dǎo)向鋼絲繩絞車通過配重塊將導(dǎo)向鋼絲繩布置至潛水作業(yè)深度，為潛水鐘收放起導(dǎo)向作業(yè)，同時(shí)導(dǎo)向鋼絲繩絞車也可以應(yīng)急回收潛水鐘，提高系統(tǒng)的安全可靠性。

4? 應(yīng)急逃生系統(tǒng)

應(yīng)急逃生系統(tǒng)包含逃生通道、高壓救生艇、救生艇吊、液壓控制及操作裝置。逃生通道與轉(zhuǎn)移艙連接，通往左右舷高壓救生艇。與常規(guī)救生艇相比，一個(gè)有足夠座位的壓力艙安裝在救生艇上，艙內(nèi)壓力與潛水系統(tǒng)壓力艙壓力相等。另外高壓救生艇上還配有能供潛水員72h呼吸的氦氧氣瓶組、蓄電池以及與潛水系統(tǒng)逃生通道對(duì)接的艙口等。

5? 結(jié)語

隨著海工走向深藍(lán)，越來越多海工工程超過300m水深，為應(yīng)對(duì)新的需求，500～700m飽和潛水正處于研發(fā)試驗(yàn)階段。相比300m飽和潛水系統(tǒng)，500～700m飽和潛水系統(tǒng)最大的技術(shù)難點(diǎn)就是潛水員的呼吸氣體配比方案，到目前為止?jié)撍t(yī)療界還沒有找到成熟的呼吸氣體方案。

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