飽和潛水自航式高壓逃生艇總體集成技術(shù)研究

朱海榮 洪力云 周怡和

摘要：300米級(jí)飽和潛水自航式高壓逃生艇研制是國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃深海關(guān)鍵技術(shù)與裝備專項(xiàng)之一，其目標(biāo)是完成300米級(jí)自航式高壓逃生艇總體集成技術(shù)研究及海上實(shí)驗(yàn)、艇體及快速釋放對(duì)接裝置研制、艇載逃生艙研制及設(shè)備檢驗(yàn)規(guī)范研究制定。目前，該項(xiàng)目已完成自航式高壓逃生艇的總體集成，準(zhǔn)備進(jìn)行海上試驗(yàn)。本文主要介紹了自航式高壓逃生艇總體集成技術(shù)，重點(diǎn)介紹設(shè)計(jì)思路和如何將各子系統(tǒng)集成的主要關(guān)鍵技術(shù)。

關(guān)鍵詞：飽和潛水;高壓逃生艇;環(huán)控設(shè)備;系統(tǒng);總體集成

0 引 言

飽和潛水是一種廣泛應(yīng)用于海洋工程、海底沉船打撈、海洋軍事、科學(xué)考察等領(lǐng)域的高效率潛水作業(yè)方式。采用飽和潛水作業(yè)方式，潛水員可以在海洋某個(gè)深度長(zhǎng)時(shí)間工作，以及返回跟該深度壓強(qiáng)相當(dāng)?shù)纳钆搩?nèi)居住，直到項(xiàng)目結(jié)束或一個(gè)工作周期（一般是28 d）快結(jié)束時(shí)才一次性減壓出艙。

海上飽和潛水作業(yè)系統(tǒng)目前配置的是傳統(tǒng)的高壓逃生艙。高壓逃生艙被放置在作業(yè)母船上。若作業(yè)母船在海上遇難，則這種傳統(tǒng)的高壓逃生艙也難逃災(zāi)難的侵襲，飽和潛水員也難以逃生。自航式高壓逃生艇作為海上飽和潛水作業(yè)系統(tǒng)高壓撤離單元已成發(fā)展趨勢(shì)。

作為國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃深海關(guān)鍵技術(shù)與裝備專項(xiàng)之一，300米級(jí)自航式高壓逃生艇的研制具有重要的意義。本項(xiàng)目由交通運(yùn)輸部上海打撈局牽頭，聯(lián)合上海交通大學(xué)、蕪湖潛水裝備廠、中國(guó)船級(jí)社、上海交大?？疲瘓F(tuán)）有限公司、深圳杉葉實(shí)業(yè)有限公司、上海潛水裝備廠、青島船舶重工、合肥豐藍(lán)電器組成聯(lián)合科研團(tuán)隊(duì)。該團(tuán)隊(duì)已研制出我國(guó)第一套300米飽和潛水自航式高壓逃生艇系統(tǒng)。

本文主要介紹了自航式高壓逃生艇和外循式環(huán)控設(shè)備的系統(tǒng)集成技術(shù)，重點(diǎn)介紹設(shè)計(jì)思路和如何將各子系統(tǒng)集成的主要關(guān)鍵技術(shù)。

1? 設(shè)計(jì)要求

1.1? 研制目標(biāo)

研制目標(biāo)：研制出載人12 名、300米級(jí)飽和潛水逃生艙總成樣機(jī)，并與逃生艇進(jìn)行總體集成安裝，形成自航式高壓逃生艇。逃生艇最高航速不低于6 kn。

完成時(shí)指標(biāo)值/狀態(tài)：

承載人數(shù)：潛水員 12人

生命支持持久力：72 h

最大作業(yè)深度：300 m，并完成海試。

1.2? 主要特征

該設(shè)備由帶自航功能的艇體、艇內(nèi)高壓逃生艙、艙內(nèi)生命支持系統(tǒng)（包括氣源、環(huán)控內(nèi)機(jī)、CO2吸收裝置、應(yīng)急電源、通訊裝置、照明裝置等）、艇吊放系統(tǒng)（包括吊鉤釋放裝置）等組成。

考慮到高壓逃生艙與逃生艇技術(shù)融合的特殊性，逃生艙結(jié)構(gòu)型式采用臥式模塊化結(jié)構(gòu)，并與母船側(cè)接對(duì)接。另外，逃生艙本體采用強(qiáng)度高、重量輕的雙相不銹鋼。

逃生艇吊放系統(tǒng)采用卡箍式快速脫離裝置。

2? 設(shè)計(jì)思路

本項(xiàng)目需要設(shè)計(jì)以下內(nèi)容：

艇體、艇內(nèi)高壓逃生艙、艙內(nèi)生命支持系統(tǒng)（包括氣源、環(huán)控內(nèi)機(jī)、CO2吸收裝置、應(yīng)急電源、通訊裝置、照明裝置等）、艇吊放系統(tǒng)（包括吊鉤釋放裝置）等。

其中艇體設(shè)計(jì)需要考慮船型、高壓逃生艙和其它設(shè)備的布置、艇體的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度等內(nèi)容。船型可參考已有的成熟的逃生艇型式，并對(duì)局部結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，以放置高壓逃生艙。

另外，逃生艙設(shè)計(jì)需要考慮主要設(shè)備配置、空間布置、艙體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)管路圖設(shè)計(jì)、系統(tǒng)電氣設(shè)計(jì)、釋放對(duì)接裝置、通用部件設(shè)計(jì)等。

逃生艙內(nèi)的生命支持系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要確定氣瓶數(shù)量、環(huán)控內(nèi)機(jī)選型，CO2吸收裝置選型，應(yīng)急電源、通訊、照明、氣體分析儀等選型。

高壓逃生艙與艇總體集成設(shè)計(jì)需要確定氣電接口、空間布置、重心。

在設(shè)計(jì)時(shí)需要同時(shí)考慮以上各方面，另外還要考慮到各子系統(tǒng)的總體集成，因此在該設(shè)備設(shè)計(jì)時(shí)項(xiàng)目組采用了模塊化設(shè)計(jì)思路，宏觀上對(duì)各系統(tǒng)（模塊）進(jìn)行總體把握，統(tǒng)一接口，以利于后期系統(tǒng)的總體集成。

3? 總體集成關(guān)鍵技術(shù)

該設(shè)備是分為艇體、艇內(nèi)高壓逃生艙、艙內(nèi)生命支持系統(tǒng)（包括氣源、環(huán)控內(nèi)機(jī)、CO2吸收裝置、應(yīng)急電源、通訊裝置、照明裝置等）、艇吊放系統(tǒng)（包括吊鉤釋放裝置）等四大系統(tǒng)。

要形成300米級(jí)飽和潛水自航式高壓逃生艇，需要將以上4個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行總體集成。另外，還要考慮到逃生艇與飽和潛水居住艙之間的對(duì)接。

3.1? 艇體、高壓艙與居住艙對(duì)接關(guān)鍵技術(shù)

自航式高壓逃生艇內(nèi)的逃生艙、潛水工作母船上飽和居住艙和對(duì)接裝置三者之間采用何種有效的對(duì)接連接方式，是保證整個(gè)飽和潛水系統(tǒng)潛水員逃生的關(guān)鍵技術(shù)。

綜合考慮，高壓逃生艙與飽和潛水居住艙采用側(cè)接方式。因此高壓逃生艙在逃生艇內(nèi)的空間布置需要考慮側(cè)接這種對(duì)接方式?？紤]到飽和居住艙配有法蘭式對(duì)接口，逃生艙也配備法蘭式對(duì)接口。這樣對(duì)接裝置兩端均有法蘭式對(duì)接口匹配，這樣就可以保證艇、高壓艙和居住艙三者之間的相互匹配性。無(wú)論居住艙在潛水工作母船上的空間布置位置怎樣，只要根據(jù)具體的空間位置修改通道方向即可，最終的對(duì)接連接端保持一致，就能保證有效連接。

對(duì)接裝置的快速脫離部位采用卡箍式結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)可以快速打開對(duì)接裝置的連接位置，使自航式高壓逃生艇和飽和居住艙分離。

對(duì)接裝置如圖1所示。

3.2? 高壓艙與生命支持系統(tǒng)集成關(guān)鍵技術(shù)

高壓艙是維持與飽和潛水員居住環(huán)境壓強(qiáng)相等的載體。為了維持潛水員的生命，需要在高壓艙內(nèi)配置一套生命支持系統(tǒng)。該系統(tǒng)與高壓艙的集成是一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。

生命支持系統(tǒng)包括提供飽和潛水員的呼吸氣體、吸收潛水員呼出的CO2、維持艙壓等。

環(huán)控系統(tǒng)方面，結(jié)合逃生艙輕量化需求特點(diǎn)，采用了體積小、重量輕、低噪音的環(huán)控內(nèi)機(jī)（CCU-06、CCU-07型）。將環(huán)控內(nèi)機(jī)在逃生艙內(nèi)多處布置，從而保證艙內(nèi)溫度控制均勻，滿足飽和潛水員對(duì)溫控的特殊要求。

有害氣體去除方面，結(jié)合高壓艙特點(diǎn)，采用了耐高壓、低轉(zhuǎn)速、耐長(zhǎng)時(shí)間工作的二氧化碳吸收器DH21（KI17018 HS）型，從而確保艙內(nèi)有害氣體高效去除，保證潛水員生命安全。

備用應(yīng)急電源采用中國(guó)船級(jí)社認(rèn)可廠家制造的理電池，具備體積小、安全無(wú)污染等特點(diǎn)，克服了鉛酸電池的缺點(diǎn)。

為了克服在高壓艙氦氧壓力環(huán)境下通訊語(yǔ)音聲調(diào)變化，通訊系統(tǒng)選定帶氦語(yǔ)音矯正功能的對(duì)講機(jī)（H203-U型），保證通訊安全。

為了解決高壓差、氦氧介質(zhì)特殊環(huán)境下的電氣船艙連接問題、照明問題、攝像問題，選定SEACON電連接器、低發(fā)熱量AMRON耐壓LED照明燈、UOTLAND固定焦距彩色攝像頭，從而確保電氣關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)安全和功能;

另外管路系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用了抗氧化、耐壓、耐腐蝕的閥件、儀表，管路連接密封元件主要采用了便于施工且密封性能好的雙卡套，具備易于維護(hù)、通用化率高的特點(diǎn)。為了確保防止高壓逃生艙應(yīng)急失壓，采用了內(nèi)外加裝殼體閥，維持艙室壓力穩(wěn)定。為了使艙內(nèi)潛水員呼吸阻力減少，采用了背壓調(diào)節(jié)器，可以進(jìn)行呼氣阻力調(diào)節(jié)，保證適宜的參數(shù)值。

以上生命支持系統(tǒng)所有設(shè)備選型均考慮到高壓逃生艙的技術(shù)特點(diǎn)，以利于最終將生命支持系統(tǒng)所有設(shè)備集成到高壓逃生艙內(nèi)。

3.3? 艇與吊放系統(tǒng)集成關(guān)鍵技術(shù)

高壓逃生艇釋放系統(tǒng)包括前后兩個(gè)吊艇鉤，一個(gè)吊鉤釋放器和一套靜水壓力保護(hù)裝置。在逃生艇駕駛臺(tái)，操艇人員可以遠(yuǎn)程控制吊鉤的釋放和回收。靜水壓力保護(hù)裝置可以防止誤操作。

4? 結(jié) 論

300米級(jí)飽和潛水高壓逃生艇對(duì)推動(dòng)我國(guó)大深度飽和潛水技術(shù)的進(jìn)步具有重要意義，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）通過(guò)此項(xiàng)目掌握了300米級(jí)飽和潛水高壓逃生艇總體集成技術(shù)，為我國(guó)大深度飽和潛水提供了安全保障。

（2）為今后研發(fā)500米級(jí)飽和潛水逃生艙/艇打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

（3）培養(yǎng)和鍛煉了一支高素質(zhì)的研發(fā)團(tuán)隊(duì)。

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