馮 磊，張 民，張 劍

·經(jīng)驗(yàn)交流·

500 m飽和潛水系統(tǒng)加壓艙有機(jī)玻璃觀察窗的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

馮 磊，張 民，張 劍

飽和潛水;加壓艙;觀察窗

某部于2010年8-10月利用500 m飽和潛水系統(tǒng)，進(jìn)行了“模擬480 m氦氧飽和—493 m巡回潛水實(shí)驗(yàn)研究”。在實(shí)驗(yàn)進(jìn)行之前，筆者對(duì)飽和潛水系統(tǒng)的每一個(gè)部件都進(jìn)行系統(tǒng)的檢查。發(fā)現(xiàn)在用艙體有機(jī)玻璃觀察窗，廠家無法提供產(chǎn)品合格證書，也沒有進(jìn)行出廠前的壓力相關(guān)試驗(yàn)，缺少證明其能夠在5.0 MPa壓力條件下安全使用的證據(jù)。因此筆者據(jù)加壓艙圖紙資料，重新加工制作觀察窗有機(jī)玻璃，并按照原加壓艙設(shè)計(jì)單位提供的驗(yàn)收方案對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)檢驗(yàn)，現(xiàn)將加壓艙觀察窗的制作及試驗(yàn)過程總結(jié)如下。

1 觀察窗的制作

1.1 參考標(biāo)準(zhǔn) 主要依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)為中國(guó)船級(jí)社《潛水系統(tǒng)和潛水器入級(jí)與建造規(guī)范》1996版、HJB170-97《加壓艙通用規(guī)范》、GJB1251A-2008《澆鑄航空有機(jī)玻璃規(guī)范》。

1.2 窗玻璃材料 選用以甲基丙烯酸甲酯為原料的澆鑄型工業(yè)有機(jī)玻璃板材制作。

1.3 窗玻璃設(shè)計(jì)［1］根據(jù)中國(guó)船級(jí)社《潛水系統(tǒng)和潛水器入級(jí)與建造規(guī)范》1996版規(guī)定:最大工作壓力0～69 MPa范圍的標(biāo)準(zhǔn)形窗玻璃的尺寸由其短期臨界壓力值(STCP)確定，并考慮最高環(huán)境溫度下的轉(zhuǎn)換系數(shù)(CF)的影響。窗玻璃的最大工作壓力由下式計(jì)算:

窗玻璃幾何形狀要求(見圖1):

圖1 圓錐形窗幾何形狀示意圖

500 m飽和艙觀察窗玻璃規(guī)格:

500 m飽和艙觀察窗玻璃最大工作壓力需滿足:

p=STCP/CF≥5 MPa，其中，CF值由表1給出

當(dāng)最高工作溫度Tc≤52℃時(shí)，p=STCP/CF=69.6/10= 6.96＞5(MPa)

可見，在艙溫小于52℃時(shí)，500 m飽和艙的窗玻璃能滿足使用。

表1 圓錐形窗不同環(huán)境溫度下轉(zhuǎn)換系數(shù)表

1.4 觀察窗制作過程 選用優(yōu)質(zhì)正規(guī)廠家生產(chǎn)厚度為65 mm的航空有機(jī)玻璃板材，裁剪成300 mm×300 mm方塊，再按圖紙機(jī)加工成形，拋光處理后，進(jìn)行熱處理并在每塊玻璃上做出標(biāo)記。

2 觀察窗玻璃的性能檢驗(yàn)

2.1 檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn) 加壓艙觀察窗玻璃的材質(zhì)、外觀、標(biāo)記及物理力學(xué)性能指標(biāo)應(yīng)分別滿足參考文獻(xiàn)［1］及參考文獻(xiàn)［2］的第五章第二節(jié)相關(guān)要求。

觀察窗玻璃的壓力試驗(yàn)過程應(yīng)符合參考文獻(xiàn)［2］的第五章第四節(jié)要求。

測(cè)試主要儀器儀表有實(shí)驗(yàn)工裝、試壓泵、壓力表、溫度計(jì)、計(jì)時(shí)器等。

2.2 試驗(yàn)方法及要求 將玻璃安裝于實(shí)驗(yàn)工裝(見圖2)，并使實(shí)驗(yàn)用水的溫度為室溫。加壓至6.5 MPa，并保壓1.5 h后減壓，90 s減至常壓(注:試驗(yàn)過程中密封裝置不得泄漏)。測(cè)試結(jié)果和要求:不得有任何細(xì)微裂紋、破裂或永久變形。

2.3 試驗(yàn)結(jié)果 (1)外觀及尺寸:外觀目測(cè)，未發(fā)現(xiàn)有銀紋及劃傷;用游標(biāo)卡尺及角規(guī)測(cè)量，物理尺寸符合圖紙?jiān)O(shè)計(jì)要求。(2)壓力試驗(yàn)結(jié)果:未發(fā)現(xiàn)裂紋及永久變形，試驗(yàn)合格。

3 討論

加壓艙觀察窗有機(jī)玻璃是逐一加工的，出廠時(shí)每一塊有機(jī)玻璃都必須要進(jìn)行壓力實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)，并出具試驗(yàn)記錄報(bào)告。窗玻璃制造廠家應(yīng)為每塊玻璃提供相應(yīng)的合格證書。合格證書包括編號(hào)、材料規(guī)格、重量、尺寸、最大工作壓力及使用環(huán)境溫度范圍等。并應(yīng)在每塊玻璃上不影響觀察的部位清晰地做出以下標(biāo)記:編號(hào)、最大工作壓力、最高設(shè)計(jì)溫度、制造廠名或商標(biāo)、制造日期。所有標(biāo)記都應(yīng)為不易磨損的型板噴刷標(biāo)記。不得采用可能引起裂紋傳播的打印或標(biāo)記。

圖2 壓力試驗(yàn)裝置

關(guān)注加壓艙觀察窗有機(jī)玻璃使用條件及使用壽命。觀察窗表面應(yīng)有保護(hù)措施以防止有機(jī)玻璃受損，并且要嚴(yán)禁與油漆、丙酮等有機(jī)溶劑接觸。觀察窗有機(jī)玻璃的使用年限為10年［3］，在使用過程中，有機(jī)玻璃上出現(xiàn)銀紋等異?，F(xiàn)象則應(yīng)及時(shí)更換。

有機(jī)玻璃成型方法有澆鑄、射出成型，機(jī)械加工、熱成型等。其中澆鑄及射出成型方法都需要借助模俱，此方法適合大批量生產(chǎn)，制程簡(jiǎn)單，成本低;熱成型方法是將有機(jī)玻璃板材或片材制成各種尺寸形狀制品的過程，將裁切成要求尺寸的坯料夾緊在模俱框架上，加熱使其軟化，再加壓使其貼緊模俱型面，得到與型面相同的形狀，經(jīng)冷卻定型后修整邊緣即得成品，適合制作有機(jī)玻璃工藝品、零部件等;機(jī)械加工方法用途比較廣泛，既適合小批量制作，也可以大規(guī)模生產(chǎn)，可以制作比較復(fù)雜的零部件。加壓艙觀察窗有機(jī)玻璃選用特定航空有機(jī)玻璃板材，根據(jù)圖紙尺寸，經(jīng)過外形冷加工后，再通過手工拋光修理后，放入恒溫箱內(nèi)熱處理，消除其加工過程產(chǎn)生的應(yīng)力，最后刻印標(biāo)記，貼膜后包裝出廠。其中熱處理過程溫度、時(shí)間控制是關(guān)鍵工序，應(yīng)嚴(yán)格控制［4］。

［1］ GJB1251A-2008，澆鑄航空有機(jī)玻璃規(guī)范［S］.

［2］ 中國(guó)船級(jí)社.潛水系統(tǒng)和潛水器入級(jí)和建造規(guī)范［S］.1996版.附錄A.

［3］ GB/T 16560-2011，甲板減壓艙［S］.

［4］ 劉曉杰，王言英.觀光潛艇舷窗有機(jī)玻璃制作的關(guān)鍵技術(shù)研究［J］.船海工程，2010，2(1):9-12.

R849

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10.3969/j.issn.1009-0754.2014.05.032

2013-10-28)

(本文編輯:林永麗)

200433 上海，海軍醫(yī)學(xué)研究所