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潛水器的發展情況 港水器是各種水下運行器的統稱。通花分為執人潛水器和無人灣水器兩大類。 數人灣水器是在水下有人探縱,并可提帶源貿的一種灣水器。根據胎室壓力的不同,可分為路壓數人 潛水器、閘式潛水器和濕式潛水器三種。濕 式潛水器,其艙室是非耐壓的,駕駛員和乘 員需戴水下呼吸器,主要用于潛水觀光和運 送潛水員。閘式潛水器是一種組合式(常壓 ,高壓)載人潛水器,可在水面及水下航行 (圖 1-8)。早的一艘閘式潛水器于 1895 年是根據 “沉箱”的氣閘原理制成的。 閘式 潛水器首部的駕駛艙內為常壓,駕駛員可利 用儀器設備對舷外目標物進行水下觀察和 Gof 00: 錄像,可監視舷外潛水員的活動,并能及時 營救。潛水器中部為一可調壓的潛水艙。當 艙室內外壓力平衡時,打開底門,潛水員可 出潛作業。作業結束,返回艙室。潛水員可 在高壓下與母船上的甲板減壓艙對接后,進 圖1-8 閘式潛水器 入甲板減壓艙再實施減壓。閘式潛水器在水下有很大的靈活性,是一種新型的多功能的潛水器,但它的投 資和使用費用均較高。我國在20 世紀 80 年代曾從法國進口過 SM358 和 SM360 兩種閘式潛水器,其 潛 水深度為 300 m。 常壓潛水是人在潛水過程中始終處于常壓環境下的一種潛水技術。人在水中直接潛水的 深度在 500~600口范國,而人在窗南的第達村達龍體中,時以到忑灣計的取休短。 人港水器創造了深灣 10 911. S4 四 的世界紀錄。 諾壓潛水版,是近年*才發展起來的一種作業型潛水器,主要由堅固耐壓的輕顧合金數光、機城手和 生金支持系統每部分組成。操作者時吸滿壓空氣,因而沒有年語音失真及保暖問題,潛水作業后也無需發 壓。20 世紀70 年代初的產品型號有“吉姆” 和“山婚”,外形權人, 四肢有活動關節,水下活動不夠靈活。后來的“黃蜂”、 “蜘蛛”和“蟺 婷。型,下肢改為桶形,設 6~8個小型推進器,可上下、左右、路后 移動,也可懸停作業,潛水深度達 610四。因不再星人形,故改稱為單 人常壓潛水器,英文縮寫名仍為 OMAS(圖 1-9)。 OMAS 的主要優點是操 作使用方便、可靠,尤其是在緊愈情況下可迅速投入使用,不足 的是在水中停留時間受到海況和人的耐受力限制。因內有代表性的 osz-11型常壓潛水服派有觀察和作業等功能,既是常壓執人潛水器, 又可作為簡單的過控潛水器,其 工作深度為 300m,水下巡航半徑 50m,生命支持力 80 h,可以在海況不大于4 級的海區進行作業。 遙控潛水器和水下機器人足兩種典型的無人潛水器。遛控潛水器 常按英文名縮寫稱其為 ROV,是一種依靠水面遙控而運行的潛水器。按 逼拉方式不同,ROV 可分為系纜和無纜兩種類型。前者通過電統可把水 下獲得的水深、水溫、航向、航速等各種參數傳回水面控制臺上。操 因1-9 單人常壓潛水器 縱人員可監視 ROV 的活動,并進行遙控指揮,指令它在水下完成一定 的任務。后者由水面通過聲波指令對 ROV 實現邏控。目前,ROV 的 深度已達 7000m,但其工作深度多半在600 m 以淺。ROV 由于不需要人員下海而無生命危險和可以不必自 行攜帶動力源等,因而尺寸小、重量輕、造價低,近年來國內外發展迅速。 我國 ROV 研制開發工作始于 20 世紀 70年代末。 臺 HR-I 型 ROv 屬水下觀察型 ROV,其 工作深度為 300 m,水下巡航半徑 120元, 航速 2.5 k。之后,國內又研制出 Yg2 型等幾種作業型的 ROV,具有水下搜素、水下觀察和水下作業等功 能。 水下機器人,又稱海洋機器人,是一種代替潛水員在水下作業的自控的潛水器。能在水下游動或行走, 能模仿人的手和臂運動,完成水下作業所需動作。國際上,水下機器人品種繁多。國內,1994年研制出落 一臺潛水深度為 1000 m 的探素者號水下機器人。1996年又研制成 6000 m 的 CR-01 型水下機器人。目煎, 我國在無纜智能型水下機器人的研究方面也取得了一定的成果。 潛水技術發展多元化的今天,有統計資料表明,ROV、OMAS 和飽和潛水 系統的初始投資費之比約為 1:1:10,苦運費約為 0.5:1:10,重量約為 1:1:12。所以,當今人們普追認為:在潛水作業深度超過 150 之后,盡管可采用飽和潛水進行作業,但是由于它的投資和營遠費用品貴及醫務保障的復雜性,因此都飯 向于選用 ROV 或 OMAS 以取代潛水員直接潛水。在水深 150n 以淺的水下作業,由于潛水員的手比機械手作 業效率高,可完成許多復雜的任務,因此,仍基本采用承壓潛水技術。具體地說,60m 以淺,水下作業貨 間短,主要采用水面供氣式輕裝空氣潛水,但在寒冷和/ 或海流較大的水城,也可采用新型的重裝空氣樓 水:水下作業時間及整個作業周期較長,宜采用空氣飽和潛水或氮氧飽和一空氣巡回潛水:60~120口道 圍,水下作業時間較短,可采用瓜氧常規潛水:60~150m 范圍,水下時間較長,則應采用氫氧飽和港本 當然如果需要,150~300m 范圍,也可采用飽和潛水技術。
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潛水員的穩性 潛水員在水下作業時,需要采取各種不間的體位(比如:站立、半屈位、跑姿等),不論采取何種體 位,都要求潛水員保特身體處于穩定的平衡狀態。 (一)重心和浮心的概念 所調潛水員的重心,是指潛水員自身的重力和潛水裝具的重力共同作用形成的合力的作用點。 對于浩 水員米說,重心一般在腰帶部位。 潛水員的浮心,是指潛水員 《含裝具)在水中所受到的浮力的作用點。對于重潛水員來說,浮心一般 在乳頭的高度上。直立體位時,重心和浮心的垂直距離約為 200 毫米,這個距高也叫穩性高度。 (二)潛水員在水下的穩性 潛水員在水下保持身體平衡的能力,稱做潛水員的穩性。它取決于重心和浮心的相對位置以及潛水員 本身的平衡感。 港水員的平街分為穩定 平街,不穩定平街和中性平街三種情況。穩定平衡的基本條件是保特浮心在上, 玉心在下,并且在同一條鉛垂線上。 但潛水員在水下作業過程中,需經常交換體位,因此,也就不可能水 遠保持在一種平街狀態。由于不斷交換動作,潛水員的重心和浮心隨之不斷發生位移,因而原有的平衡不 斷被打破,而產生新的平衡。造成重心和浮心位移的原因很多,主要為身體長度的改變、重量的增減,潛 水服內空氣墊的位移等。灣水員在水下應保持穩定平衡。 潛水員水下不穩定平街的條件是:重心在浮心的上方,或浮心與重心不在同一條鉛重線上。造成潛水 員不穩定平街的原因主要有:()壓鉛位置掛得過高,潛水員進入水后,重心位置在浮心之上,潛水員感到 頭重腳輕,極易傾倒,當潛水員兩只潛水鞋都脫落時,亦會產生同樣現象:(2)一側壓鉛脫落或者一只潛水 鞋脫落,會造成浮心與重心不在同一鉛垂線上,重力和浮力形成的傾愛力矩使潛水員倒轉放漂。潛水員應 避免不穩定平街。 中性平衡系指潛水員在水下浮力和重力相等,且浮心與重心重合的情況,此時,潛水員可懸浮于任何 位置,并可繞重心與浮心的重合點作任意轉動,這將不利于潛水員水下工作的正常進行。 (三)潛水員重心和浮心交化規律 潛水員穩性取決于重心和浮心的相對位置。為了更好掌握水下穩性,我們有必要對重心和浮心的變化 規律進行分析和概括。 !重心的變化規律 在潛水運動中,一般認為在正確者裝基礎上,不施力于物體,潛水員的重心位移很小。在直立的靜態 狀態下,重心不變,而徒手運動時,雖因體位的變化造成重心的位移,但這種位移仍然是小范圍的。由于 重心在小范圍發生偏離,潛水員可輕易控制穩性,保持平衡。 重心的變化只有在潛水裝具各部分配重不當,著裝時佩掛物的位置偏差,運動時發生壓鉛、潛水鞋脫 落,搬運重物時用力不當時才會出現較大幅度的位移。如果重心位移后仍在浮心的下方,則仍屬穩定平省 范圍。如果重心位移后處于浮心上方,則為不穩定平衡。這時如果潛水員有準備,可以迅速將重心和浮 調整在同一鉛垂線上,仍可保持一個暫時的平衡當然這是不易掌握的, 一旦重心和浮心偏離同一條鉛垂鄉 時,傾覆力矩將使潛水員失去平衡,這是很危險的。 2. 浮心的變化規律 浮心的變化是隨時隨地發生的。這里因為潛水員在水下作業時,空氣墊浮力的大小和位置隨時都在了 化。我們知道,空氣墊浮力的大小是通過改變排水體積來實現的,而空氣墊體積和位置是隨時變化的, 種變化往往是不對稱的,這就使得浮心隨空氣墊的變化而產生位移。浮心總是向排水體積相對增大的方F 移動的。由于浮心的隨時變化,從而隨時改變著重心和浮心的相對位置關系,影響穩性。 對于重潛水員幾種常規移動與浮心變化關系可概括為: (1空氣墊增大時,浮心下移,反之上移: (2)后仰時空氣墊前移,浮心亦前移; (3)前俯時空氣墊后移,浮心亦后移; (4)左側身時空氣墊向右移,浮心亦右移; (5)右側身時空氣墊向左移,浮心亦左移。
混合氣 ?混合氣的概念 混合個是指兩種或兩種以上單一一氣體找一定此例混合所組成的均勻混合的氣體。 潛水中呼吸的混合氣一般買用人工配前而成,器用的配制方法有。分壓配氣法、容積配氣法、流電 氣法及稱量配氣法等。 金個是被路見的天然泥合氣。它含有額、每、三氧化碳、水不汽等成份。空氣是當用的譜水呼吸個 源。因空氣中含有大的魚。 在深落水時,會使港永民發生無麻醉。故在深港水中第用氧氣和其它一些情 性氣體配成灣水混合氣體。現今常用的是角街,和家氣校一定比例配制成氫氧混合氣,用于氫氧潛水和 混合氣具有一定的壓理,一瓶裝有菜種混合氣的氣瓶,我們用壓力表可測出這瓶混合一的壓強。這個 壓強是由混合氣中各個成份共同作用的結果,我們把它稱做混合氣的總壓。如果我們把混合氣體中某一成 份氣體單獨留在氣瓶內,其它成份全部排出氣瓶,這時所留下的單一氣體將單獨占據整個氣瓶的空間。我 們用壓力表能夠測出這種單一成份氣體的壓強。泥合氣體中,某種單一成份的氣體的壓強叫做混合氣體中這種單一成份氣體的分壓。故在混合氣體中, 每一種成份的單一氣體都具有各自的分壓。 二、道爾頓定律 混合氣的總壓用壓力表可輕易測得,但混合氣中某種成份氣體的分壓幾乎不可能用壓力表測出。 因為 我們無法在容器中僅保留某種氣體,而把其它成份氣體排出。 英國科學家道爾頓通過實驗證明: 混合氣體的,總壓強,等于各組成成份氣體的分壓之和,即: P=Pi+P2+Pst?Pn (2-10) 式中:P一混合氣的總壓強 P P2???P. 各組成成份氣體的分壓。 我們把 2-10式稱做道爾頓定律,也叫分壓定律。 道爾頓指出混合氣中任何一種氣體的分壓與這種氣體在整個容器中的分子百分數(體積百分比)成正 比。 道爾頓定律可用于計算混合氣中菜種成份氣體的分壓,即: Px-P ?C (2-11) 式中:P一某種氣體的分壓 P一混合氣總壓 C一某種氣體在混合氣中所占的體積百分比。 例2.6 己知空氣中 の、N,和CO,的體積分別占空氣總體積的 21%、78%和 0.03%。求在常壓及水下 50m 時,它們各自的分壓。 解:常壓下,空氣的總壓強為 0.IMPa,水下 50m 時,空氣的壓強變為 0.6MPa。在空氣的壓縮過程中, 各種成份的百分比不變。 據 2-11 式,在常壓時,Po?= 0.l×21% =0.021(MPa) PN2=0.1x78% =0.078(MPa) Poo2= 0.1×0.03%=0.000 03(MPa)在水下 50m 時,三、水面等值 從上面例題中,可以看出,潛水員在 50m 水深時,從空氣中吸入的氧分子的數量,比在常壓(0.1MP, 從純氧中吸入的氧分子數量還多得多。 同樣吸入的二氧化碳分子數也為在水面正常空氣中的六倍。為了 較氣體在高壓環境和常壓環境對人體生理作用的影響,我們引入水面等值的概念。 所謂水面等值,指在某一深度的水中, 一定分壓的某種氣體的濃度,與在水面常壓(0.1MPa)時呼吸白 合氣體中含x%的這種氣體相同。即:式中:SE一水面等值 P 一氣體在某深度水中的分壓 例2.7 某種混合氣體中,CO,分壓為 0.003MPa( 壓)。問其水面等值為多少? 解:己知 Pco2=0.003MPa,根據 2-12式,可得:SE = 6., * = 0,023 x = 3% ?其水面等值為 3%。 上例中,說明潛水員在水下所吸入的二氧化碳的數量,相當于在水面常壓下呼吸的氣體中含有 3%的 二氧化碳,這對潛水員來說是相當危險的,即可能引起二氧化碳中毒癥狀。為了避免這種現象的出現,應 嚴格控制呼吸氣源中二氧化碳的含量,并經常對潛水頭盔進行通風,防止頭盔內二氧化碳大量積聚引起分 壓過高。 四、氣體的彌散 氣體的彌散,是指某種氣體的分子,通過自身的運動而進入另一種物質分子間隙內部的現象。它是氣 體分子在分壓作用下運動的結果。 把兩種氣體放在同一容器內,盡管兩種氣體的密度不同,但到 ,這兩種將完全均勻混合。 氣體的彌散遵循從高分壓向低分壓區擴散的規律。分壓的差值越大,彌散的速度也越快。
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