張敦曉，王海東，魏建芬

高低壓艙氦氧管路的改造研究

張敦曉，王海東，魏建芬

目的：為了滿足高海拔潛水實(shí)驗(yàn)的要求，對(duì)高低壓艙進(jìn)行技術(shù)改造。方法：利用氣割方法將原氧氣管道切斷，利用氣焊技術(shù)，將氦氧管路焊接在原氧氣管道上。結(jié)果：管道改造完畢后，在實(shí)驗(yàn)過程中既可以保證氦氧混合氣和氧氣的自由轉(zhuǎn)換，又不會(huì)影響其他艙群的氧氣使用。結(jié)論：此改造方法合理有效，能夠滿足實(shí)驗(yàn)要求。

高海拔；潛水；高低壓艙；氦氧混合氣；氧氣

0 引言

隨著社會(huì)的高速發(fā)展，資源短缺越來越凸顯，對(duì)資源進(jìn)行開發(fā)與利用時(shí)的環(huán)境污染也越來越嚴(yán)重，水資源作為一種綠色資源變得更加重要。我國西部高原地區(qū)儲(chǔ)存著占全國70%的湖水資源，絕大部分尚待開發(fā)。西部高原地區(qū)海拔多為4 000~ 5 000 m，水資源的開發(fā)與利用離不開水下探測(cè)與施工。在高海拔地區(qū)的安全潛水作業(yè)以及潛水減壓表的制定都亟須實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)支持，因此，高海拔潛水實(shí)驗(yàn)迫在眉睫。實(shí)驗(yàn)中，由于潛水員下潛深度大、模擬出水后的高海拔大氣壓力低等原因，所以潛水員模擬潛水時(shí)呼吸的是氦氧混合氣。由于目前高海拔潛水的報(bào)道不多[1-2]，試驗(yàn)艙的氦氧管路的改造并沒有可借鑒的標(biāo)準(zhǔn)或方法，因此，本文將對(duì)實(shí)驗(yàn)中氦氧管路的改造方法進(jìn)行研究。

1 資料

1.1 高低壓艙的結(jié)構(gòu)及其與其他艙群供氧管路的連接關(guān)系

高海拔潛水試驗(yàn)的壓力環(huán)境包括2個(gè)方面：（1）模擬高海拔的低氣壓環(huán)境；（2）在高海拔的低氣壓環(huán)境下直接模擬潛水至試驗(yàn)所要求的水深。實(shí)驗(yàn)要求：實(shí)驗(yàn)所用加壓艙既能進(jìn)行正壓加壓，又能進(jìn)行負(fù)壓抽真空的操作，并且不能影響其他艙群的正常工作，因此，選定我科一臺(tái)高低壓艙作為實(shí)驗(yàn)用艙，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。高低壓艙與其他艙群的供氧管路示意圖如圖2所示。

圖1 高低壓艙結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 高低壓艙與其他艙群供氧管路示意圖

高低壓艙主體為一個(gè)艙體結(jié)構(gòu)，分2個(gè)艙室，共6個(gè)艙門，既可作為高壓艙模擬潛水實(shí)驗(yàn)使用，又可

作為低壓艙模擬高空缺氧使用，因此稱為一艙兩室六門高低壓兩用艙，簡(jiǎn)稱高低壓艙。其工作在高低壓不同模式時(shí)，艙門的關(guān)閉方法是不同的。

2號(hào)、3號(hào)、4號(hào)、5號(hào)艙門屬于內(nèi)開式艙門，1號(hào)、6號(hào)艙門屬于外開式艙門。

當(dāng)主艙作為高壓艙模式時(shí)，需關(guān)閉2號(hào)門和3號(hào)門；當(dāng)副艙作為高壓艙模式時(shí)，需關(guān)閉4號(hào)門和5號(hào)門；當(dāng)主艙、副艙作為一個(gè)高壓艙使用時(shí)，需關(guān)閉2號(hào)門和5號(hào)門。

當(dāng)主艙作為低壓艙模式時(shí)，需關(guān)閉1號(hào)門和4號(hào)門；當(dāng)副艙作為低壓艙模式時(shí)，需關(guān)閉3號(hào)門和6號(hào)門；當(dāng)主艙、副艙作為一個(gè)低壓艙使用時(shí)，需要關(guān)閉1號(hào)門和6號(hào)門。

高低壓艙與1號(hào)艙群、2號(hào)艙群的供氧都由醫(yī)院液氧罐氣化減壓后集中供給，壓力穩(wěn)定在0.4~ 0.6 MPa。其中，高低壓艙另配備一路供氧管道，即來自氧氣匯流排、經(jīng)減壓器減壓后的瓶裝氧氣供氧。此供氧管路直接進(jìn)艙，連接艙內(nèi)的急救供氧閥，此閥門處于常閉狀態(tài)。

1.2 高海拔潛水實(shí)驗(yàn)呼吸氣體方案及要求

在高海拔潛水實(shí)驗(yàn)過程中，為了模擬高海拔狀態(tài)，高低壓艙常態(tài)處于低壓艙模式，模擬潛水開始時(shí)轉(zhuǎn)換為高壓艙模式。由于實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)模擬海拔高度分別為3 000、4 000、5 200 m，為了防止?jié)撍畣T發(fā)生高原反應(yīng)，在低壓艙狀態(tài)下，高低壓艙的供氧管路為純氧，即圖2中管路8、管路9為純氧管路。潛水員開始模擬潛水時(shí)，高低壓艙轉(zhuǎn)換為高壓艙模式，此時(shí)管路8、管路9轉(zhuǎn)換為氦氧混合氣管路。在潛水完畢減壓至絕對(duì)壓0.28 MPa以上（即潛水18 m以淺）時(shí)又需要呼吸純氧，此時(shí)管路8、管路9轉(zhuǎn)換為純氧管路。實(shí)驗(yàn)要求，高低壓艙管路在供氧狀態(tài)和供氦氧混合氣狀態(tài)時(shí)，既要滿足管路密閉性、轉(zhuǎn)換快速性，又不能影響1號(hào)艙群和2號(hào)艙群的正常供氧。

2 方法

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中，模擬高原海拔最高5 200 m，因此不需要安裝特殊的航空吸氧面罩，高壓氧艙中的肺式吸氧裝置即可滿足高海拔和潛水情況下的呼吸要求。由于連接氧源的4號(hào)管路同時(shí)給1號(hào)艙群、2號(hào)艙群和高低壓艙供氧，因此不能在4號(hào)管路上焊接支路。

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中，模擬潛水時(shí)，在不同的水深需要呼吸不同比例的氦氧混合氣，潛水氦氧混合氣規(guī)格見表1。

表1 氦氧混合氣規(guī)格

氦氧混合氣共25瓶，每瓶40 L，壓力為15 MPa，由北京氦普北分氣體工業(yè)有限公司配制。其中模擬30 m潛水時(shí)需8瓶，模擬50 m潛水時(shí)需15瓶，剩余2瓶作為預(yù)防治療減壓病的備用氣。

綜上所述，由于4號(hào)管路上無法焊接支路，因此只能將純氧匯流排、氧氣減壓器更換為氦氧匯流排、氦氧減壓器，在管路2和管路5上焊接三通，三通之間焊接支路，并安裝閥門。改造后管路示意圖如圖3所示。

圖3 高低壓艙供氧管路改造后示意圖

在實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備階段，首先在氦氧匯流排處連接4瓶所需同比例的氦氧混合氣。在實(shí)驗(yàn)過程中，若潛水員需要呼吸純氧，則首先關(guān)閉直通截止閥，開啟黃銅球閥；若潛水員需要呼吸氦氧，則首先關(guān)閉黃銅球閥；打開直通截至截止閥，開啟氦氧減壓器，調(diào)整氦氧減壓器，使艙內(nèi)氦氧管路壓力比艙壓高0.4~ 0.7 MPa[3]。

3 討論

氦氣分子量為4.003，比氧氣分子量小得多，氦氣較氧氣更容易溢出。因此，在進(jìn)行氦氧管路改造時(shí)，應(yīng)注意選取使用氦氧混合氣專用的匯流排和減壓器，防止造成氦氧泄露。

在對(duì)加裝的閥門10與閥門11進(jìn)行選型時(shí)，應(yīng)遵循的原則是：在滿足配套設(shè)備使用功能的前提下，選擇的調(diào)節(jié)閥應(yīng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能可靠、外形尺寸小、安裝維護(hù)方便[4]。結(jié)合實(shí)驗(yàn)技術(shù)要求以及當(dāng)高低壓艙用于海拔8 000 m以上高度實(shí)驗(yàn)時(shí)，管路2需要供給艙內(nèi)15 MPa的純氧壓力，因此，選取閥門10為直通截止閥，規(guī)格見表2。閥門11為黃銅球閥，其結(jié)構(gòu)為：浮動(dòng)型球閥，球體材料為碳鋼，表面鍍鉻；高性能密封材料；閥體由黃銅鍛壓成型；閥桿采用防脫

表2 直通截止閥規(guī)格

（????）（????）出結(jié)構(gòu)。

閥門10與閥門11不能隨意選型，特別注意：閥門10不能用黃銅球閥代替。黃銅球閥最高公稱工作壓力為4 MPa，不能滿足高低壓艙用于8 000 m以上高空實(shí)驗(yàn)的15 MPa供氧要求。另外，若選用高壓球閥，由于其公稱通徑比較大，很難對(duì)本實(shí)驗(yàn)要求的閥門進(jìn)行選型，因此，閥門11應(yīng)選取黃銅球閥。

閥門與管道進(jìn)行焊接時(shí)，閥門10進(jìn)口端與管路焊接必須采用銅接頭，并使用銅焊技術(shù)，才能保證管路負(fù)載高壓時(shí)直通截止閥能夠正常啟閉。直通截止閥10出口端管道DN＜32 mm，可以焊接螺紋接頭[5]，此處由于實(shí)驗(yàn)過程中最高供氣壓力不超過1 MPa，因此，可以使用銀焊技術(shù)焊接螺紋接頭與管道。黃銅球閥在實(shí)驗(yàn)過程中最高承受壓力不超過1 MPa，且上下兩端管道DN＜32 mm，可使用焊接螺紋接頭的方式，螺紋接頭與管道的焊接可以使用銀焊技術(shù)。

4 結(jié)語

在氦氧管路的改造過程中，由于原始供氧管路比較復(fù)雜，實(shí)驗(yàn)過程中純氧供氣和氦氧混合氣供氣需要快速轉(zhuǎn)換操作，因此選擇合適的焊接點(diǎn)非常重要，直通截止閥和黃銅球閥的位置應(yīng)盡量靠近。三通、管路和閥門的選材及尺寸的大小是焊接的質(zhì)量保證，更是保證實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蝽樌瓿傻闹匾蛩?。此次氦氧管路的改造以及各閥門的選型，為以后類似高海拔潛水實(shí)驗(yàn)用艙的改造提供了可借鑒的經(jīng)驗(yàn)。

[1]Leach J，McLean A.Mee F B：High altitude dives in the Nepali Himalaya[J].Undersea Hyperb Med，1994，21（4）：459-466.

[2]Sahni T K，John M J，Dhall A.Chatterjee AK：High altitude dives from 7 000 to 14 200 feet in the Himalayas[J].Undersea Biomed Res，1991，18（4）：303-316.

[3]GB/T 12130—2005 醫(yī)用空氣加壓艙[S].

[4]董高峰.調(diào)節(jié)閥的正確選型及注意事項(xiàng)[J].計(jì)量技術(shù)，2007，10（1）：70-72．

[5]毛方琯.高壓氧艙技術(shù)與安全[M].上海：第二軍醫(yī)大學(xué)出版社，2005：93.

（收稿：2013-04-30 修回：2013-07-08）

Improvement of Heliox Pipeline in High and Low Pressure Chamber

ZHANG Dun-xiao,WANG Hai-dong,WEI Jian-fen
(Hyperbaric Oxygen Therapy Center of the PLA,Navy General Hospital,Beijing 100037)

Objective To improve high-and low pressure chamber in order tomeet the requirements ofhigh-altitude diving ex- periment.Methods Gas cuttingwasused to cutoff the originaloxygen pipeline,then gasweldingwasapplying towelding the he- lium-oxygen pipeline to the original oxygen pipeline.Results After the pipeline was transformed,the free conversion between heliox and oxygen could be realized,withoutaffecting the use ofoxygen in other chambers.Conclusion Thismodification is rea- sonable and effective,and can satisfy the experimental requirement.[Chinese Medical Equipment Journal，2014，35（3）：45-46，63]

high altitude;diving;high and low pressure chamber;heliox;oxygen

R318.6；R197.39

A

1003-8868（2014）03-0045-03

10.7687/J.ISSN1003-8868.2014.03.045

張敦曉（1980—），男，技師，主要從事高壓氧艙及其自動(dòng)化方面的研究工作，E-mail：defense_army@126.com。

100037北京，海軍總醫(yī)院全軍高壓氧治療中心（張敦曉，王海東，魏建芬）