顧靖華，劉平小，方以群，柳初萌，范 維

（海軍特色醫(yī)學中心，上海200433）

0 引言

隨著人類對海洋資源的開發(fā)利用，各類潛水活動在科研、軍事、娛樂等領域得到廣泛應用[1-2]。潛水服是潛水員開展水下活動時用于防止?jié)撍畣T體溫散失過快、在潛水員遇險時協(xié)助其安全上浮至水面并漂浮于水面等待救援的裝備[3-5]。為保證潛水服的安全使用，需要對潛水服的性能進行檢測[6]。目前國內(nèi)尚未有專用的潛水服檢測裝置，對潛水服的各項關鍵指標進行檢測時，需單獨連接管路、儀表等，不僅操作煩瑣，還不便于攜帶，因而通常無法對潛水服進行使用前檢測，導致潛水時存在一定風險。本研究基于潛水服的性能要求，設計了一種常壓下的潛水服性能檢測裝置，集成了潛水服氣囊氣密性、強度，排氣閥開關壓力、流量，單人救生筏浮胎氣密性、強度等指標的檢測功能，具備功能齊全、使用方便、體積較小、質(zhì)量較輕的特點。

1 設計

1.1 組成

潛水服性能檢測裝置由供氣模塊、檢測模塊、信號采集處理模塊和箱體組成。其中，供氣模塊用于為裝置提供適宜的檢測用氣體；檢測模塊用于檢測并顯示潛水服的各項關鍵性能指標；信號采集處理模塊用于記錄和存儲數(shù)據(jù)；箱體包括控制面板和支架等結(jié)構(gòu)組件，主要的閥件、檢測儀表及供氣管路集成在箱體面板上。

1.2 原理

被測潛水服（單人救生筏）與本裝置的潛水服充氣接口（單人救生筏充氣接口）接通后，氣源高壓氣經(jīng)球閥1 和減壓器減至中壓，通過調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)至設定測試壓力，通過數(shù)顯壓力顯示儀、流量計、流量積算儀分別顯示被測潛水服（單人救生筏）的壓力、流量、供氣量等指標。測試結(jié)束后，通過球閥3 排空管路余氣。閥件儀表連接示意圖如圖1 所示。

圖1 潛水服性能檢測裝置閥件儀表連接示意圖

1.3 具體設計

1.3.1 外形結(jié)構(gòu)

潛水服性能檢測裝置的功能是為潛水服（單人救生筏）提供方便、有效的性能檢測手段，一般放置于研究單位、教學單位及使用單位的實驗室或操作間，因此在滿足功能要求前提下，應盡可能控制外形尺寸和質(zhì)量，以減小所占空間。故本裝置設計成箱柜式，通過合理布局，將所有儀表及操作閥門布置于箱體正面操作面板上，便于操作和觀察；潛水服充氣接口和單人救生筏充氣接口布置于箱體左側(cè)下方，便于連接和展開潛水服及單人救生筏；氣源接口布置在箱體右側(cè)下方。箱體框架和面板分別采用厚度1.5 和1 mm 的1Cr18Ni9Ti 材料制作，箱體外形尺寸為800 mm×700 mm×400 mm，總質(zhì)量約65 kg。裝置實物如圖2 所示。

圖2 潛水服性能檢測裝置實物圖

1.3.2 供氣模塊

供氣模塊主要包括球閥、調(diào)節(jié)閥、減壓器、過濾器、安全閥、供氣管路等流體控制組件。中壓氣源經(jīng)過濾器過濾后，利用球閥控制啟閉，通過減壓器和調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)壓力和流量。供氣模塊管路采用通徑DN15不銹鋼管制作，減壓器后面的低壓管路設計壓力為0.2 MPa，在此壓力下低壓管路流量為1 680 L/min，滿足≥1 000 L/min 的要求[7]。安全閥控制壓力設定值為0.3 MPa，用于管路過壓保護。管路安裝后進行水壓強度試驗，保證安全使用。

1.3.3 檢測模塊

檢測模塊主要由體積流量計、浮子流量計、流量積算儀、數(shù)顯壓力顯示儀、壓力變送器組成，儀表之間通過管路連接。根據(jù)潛水服和單人救生閥的設計要求[7-8]，潛水服氣囊工作壓力為8 kPa，單人救生筏浮胎工作壓力為10.7 kPa，充氣接頭工作壓力為7 kPa，因此，選用量程為0～50 kPa、精度為±1%F.S 的數(shù)顯壓力顯示儀和量程為0～50 kPa、誤差≤±0.25%F.S 的壓力變送器；排氣安全閥排氣流量要求＞100 L/min，因此，選用量程為20～200 L/min、準確度等級4 級的浮子流量計以及量程為0～1 000 L/min、精度為±0.2%F.S的體積流量計；流量積算儀量程為0～1 000 L/min（在標準大氣壓下），用于顯示累計流量。檢測模塊的所有檢測儀表均安裝在箱體上，便于讀數(shù)。

1.3.4 信號采集處理模塊

信號采集處理模塊包括外置記錄用計算機、串口服務器、電源、數(shù)據(jù)電纜等。采用220 V 電源為流量計和壓力變送器供電；選用ADAM-4570/L 型串口服務器將測試信號輸出至計算機，用于記錄和存儲測試數(shù)據(jù)。

2 性能試驗

2.1 氣密性試驗

2.1.1 試驗方法

將氣源與檢測裝置氣源接口連接，氣源采用潔凈空氣或氮氣。將減壓器出口壓力調(diào)至0.2 MPa，參照GB/T 16560—2011《甲板減壓艙》[9]中試驗方法保持4 h，記錄試驗開始和結(jié)束時減壓器上的壓力表讀數(shù)及溫度，計算泄漏率（計算時扣除溫度變化影響因素）。

2.1.2 試驗結(jié)果

壓力表初始讀數(shù)為0.198 0 MPa，環(huán)境溫度為28 ℃。4 h 后，壓力表讀數(shù)為0.199 2 MPa，環(huán)境溫度為30 ℃，泄漏率為0.012 5%/h，滿足泄漏率≤0.25%/h的要求[9]。

2.2 充氣接口匹配性試驗

2.2.1 試驗方法

分別將被測潛水服和單人救生筏充氣接頭與檢測裝置相應充氣接口連接，將檢測裝置減壓器出口壓力調(diào)整為0.2 MPa。檢測潛水服時壓力調(diào)節(jié)為7 kPa，檢測單人救生筏時壓力調(diào)節(jié)為10.7 kPa。參照GB/T 12137—2015《氣瓶氣密性試驗方法》，將潛水服充氣接頭和檢測裝置充氣接口連接部位浸入水中并停留5 min，觀察密封情況。

2.2.2 試驗結(jié)果

壓力為7 kPa 時，潛水服充氣接頭和檢測裝置充氣接口連接部位5 min 內(nèi)無漏氣現(xiàn)象；壓力為10.7 kPa時，單人救生筏充氣接頭和檢測裝置充氣接口連接部位5 min 內(nèi)無漏氣現(xiàn)象。檢測裝置充氣接口與潛水服和單人救生筏充氣接頭匹配性試驗合格。

2.3 測試功能試驗

2.3.1 潛水服氣囊氣密性和強度測試

2.3.1.1 試驗方法

將被測潛水服充氣接頭與檢測裝置的潛水服充氣接口連接，參照GJB 2780—1996《潛艇艇員水下脫險裝具通用規(guī)范》[7]中潛水服氣囊的試驗方法，通過氣源為潛水服氣囊供氣。當壓力顯示達到潛水服氣囊氣密性測試壓力時，停止供氣，通過記錄壓力降判定潛水服氣囊氣密性。繼續(xù)為潛水服氣囊供氣至強度測試壓力，觀察氣囊是否有破裂、開裂等現(xiàn)象。

2.3.1.2 試驗結(jié)果

被測潛水服氣囊在充氣壓力21 kPa 條件下保持5 min，未發(fā)生破裂、開裂情況，滿足氣囊強度要求；被測潛水服氣囊在充氣壓力達到7 kPa 時停止供氣，2 h 后壓力降為1.76%，滿足壓力降≤2%的要求[7]。被測潛水服氣囊強度和氣密性檢測合格。試驗表明，檢測裝置具備測試潛水服氣囊氣密性、強度的功能。

2.3.2 潛水服排氣閥啟閉壓力、流量測試

2.3.2.1 試驗方法

將被測潛水服充氣接頭與檢測裝置的潛水服充氣接口連接，參照GJB 2780—1996[7]中潛水服排氣閥的試驗方法，通過氣源為潛水服氣囊充氣至排氣閥打開，記錄此時數(shù)顯壓力顯示儀數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)即排氣閥開啟壓力。調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)閥使數(shù)顯壓力顯示儀數(shù)據(jù)達到排氣閥測試壓力，記錄流量計讀數(shù)，該讀數(shù)即排氣閥流量。通過調(diào)節(jié)閥減小充氣流量，直至排氣閥關閉，此時數(shù)顯壓力顯示儀上讀數(shù)即排氣閥關閉壓力。

2.3.2.2 試驗結(jié)果

被測潛水服排氣閥開啟壓力為2.41 kPa，滿足開啟壓力2～4 kPa 要求；關閉壓力為1.71 kPa，滿足關閉壓力≥1 kPa 要求；排氣流量為167 L/min，滿足排氣流量≥100 L/min 的要求[7]。潛水服排氣閥性能試驗合格。試驗表明檢測裝置具備測試潛水服排氣閥啟閉壓力和流量的功能。

2.3.3 單人救生筏浮胎氣密性和強度測試

2.3.3.1 測試方法

將單人救生筏充氣接頭與檢測裝置的單人救生筏充氣接口連接，參照CB/T 3593—1994《氣脹救生筏技術條件》[8]中救生筏浮胎氣密性和強度的試驗方法，采用與潛水服氣囊氣密性和強度同樣的方法測試單人救生筏浮胎的氣密性和強度。

2.3.3.2 試驗結(jié)果

單人救生筏浮胎充氣至20 kPa 后保持15 min，無破裂、開裂現(xiàn)象，滿足強度要求；浮胎充氣至13.3 kPa，2 h 后壓力降為1.94%，滿足≤2%的要求[8]。單人救生筏浮胎氣密性和強度性能試驗合格。試驗表明，檢測裝置具備測試單人救生筏浮胎氣密性和強度的功能。

2.4 環(huán)境試驗

按照GJB 150A—2009《軍用裝備實驗室環(huán)境試驗方法》相關規(guī)定，由第三方檢測機構(gòu)對檢測裝置開展高溫貯存、低溫貯存、振動和恒定濕熱試驗。經(jīng)試驗，檢測裝置滿足高溫55 ℃、低溫-10 ℃的貯存要求；檢測裝置在經(jīng)受恒定濕熱和振動試驗后能正常工作。表明檢測裝置環(huán)境適應性符合要求。

2.5 可靠性試驗

按照GJB 899A—2009《可靠性鑒定和驗收試驗》相關要求，由第三方檢測機構(gòu)對檢測裝置開展可靠性試驗，試驗總時間1 100 h，試驗期間檢測裝置未發(fā)生故障，滿足平均無故障時間1 000 h 的可靠性要求。

3 討論

潛水服是潛水員水下作業(yè)時必須穿著的裝備，其性能的穩(wěn)定是保證潛水員水下安全的關鍵。本文研制的潛水服性能檢測裝置集成了潛水服關鍵性能指標檢測的功能，便于在潛水前對潛水服進行檢測?？紤]到部分潛水服配備了單人救生筏[10-13]，故在檢測裝置上設計了單人救生筏檢測接口，可對單人救生筏浮胎氣密性和強度進行檢測。

本裝置設計時充分考慮了人機交互性，如將儀表和操作部件集中于箱體正面面板上，氣源接口布置在箱體右下側(cè)，檢測接口布置在箱體左下側(cè)，以提高操作性能；在裝置進氣管路部分安裝調(diào)節(jié)閥，可實現(xiàn)壓力緩慢微調(diào)，防止壓力急劇升高，避免了充氣急劇潛水服氣囊爆裂的風險，保證了測試人員的安全；為提高裝置便攜性，潛水服檢測管路和單人救生筏檢測管路共用，只需通過閥門切換，減小了裝置的體積和質(zhì)量；裝置外形設計成箱柜式，可放置于工作臺上，且左右兩側(cè)設計了提手，便于根據(jù)氣源位置等現(xiàn)場環(huán)境移動。通過氣密性、充氣接口匹配性、測試功能以及環(huán)境和可靠性試驗，表明檢測裝置能滿足潛水服檢測需求。

本裝置可放置于研究、訓練單位的實驗室，也可配發(fā)基層潛水班。下一步，可重點考慮進一步提高裝置的便攜性和維修性，減壓器后面的低壓管路可采用軟管，不僅可減輕裝置整體質(zhì)量，而且有利于減小維修空間；另外可升級信號采集處理模塊，實現(xiàn)在裝置面板上實時顯示數(shù)據(jù)變化曲線。由于潛水服檢測裝置的工作環(huán)境為室內(nèi)，因此未對裝置提出鹽霧要求，也未開展鹽霧試驗。下一步可加強防鹽霧設計，開展鹽霧試驗，使本裝置可用于潛水作業(yè)現(xiàn)場，拓展裝置的使用環(huán)境。