潛水技術

潛水技術

潛水技術,供人員和機具潛入水下環境的專門裝備和操作方法。是海洋開發利用以及打撈、救助、觀測的重要輔助手段。

歷史

 潛水技術 潛水技術

人類利用裝備潛水歷史悠久。早在公元前4世紀,亞里士多德曾記述過供採集海綿用的小型潛水鐘,潛水鐘帶有驢皮製的氣囊。中國明代崇禎十年(1637)出版的《天工開物》,記載了南海沿岸潛水採珠者用錫制彎管呼吸,還記載了治療潛水病的方法。1819年英國人發明了通風式潛水裝置;1866年法國人設計了自攜式輕潛水裝具的供氣調節器,以後研製出自攜式輕潛水裝具。現代海洋潛水技術分為有人潛水和無人潛水兩大類。

分類

有人潛水

 潛水技術 潛水技術

操作人員進入水下環境,所用的潛水裝具需解決呼吸、承受水下壓力和行動等問題。潛水員直接和海水接觸,暴露在高壓環境中,潛水結束後要按照不同下潛深度和逗留時間進行減壓,稱為直接潛水(又稱高壓潛水);潛水員在耐壓容器內,不與海水直接接觸,容器內保持正常大氣壓(一個大氣壓),稱為間接潛水,又稱大氣壓潛水或常壓潛水。

直接潛水 潛水員暴露在水下高壓環境中,每下潛10米水深約增加一個大氣壓,必須呼吸有相應壓力的混合氣體。潛水員在一定水深停留時,人體組織和血液內就會溶解一定數量混合氣體中的中性氣體,其溶解量隨潛水深度和時間的增加而增加。當潛水員要回到常壓環境時,須經過減壓過程,使人體內的中性氣體慢慢析出。析出過快會在人體組織和血液內形成氣泡,使人得病,輕則癱瘓,重則死亡,稱為減壓病。減壓時間隨潛水的深度和時間增加而增加,例如,潛水員在200米水深停留20分鐘,大約需要4小時的減壓時間。套用普遍的是常規潛水,即潛入水下短時間作業後便減壓回到水面的潛水,其供氣裝具有水面供氣式(又稱重潛水)和自攜式(又稱輕潛水)兩種。

水面供氣式潛水由水面通過軟管向潛水員輸送呼吸氣體。隨下潛深度增加,輸送的呼吸氣體成分不同,有氧氣、壓縮空氣、氦-氧或氦-氮-氧混合氣體。潛水深度超過60米,呼吸氣體中需摻入比較昂貴的氦氣,常採用噴射再生式氦-氧潛水裝置,吸收呼吸氣體中的二氧化碳等廢氣,補充其中消耗掉的氧氣,然後繼續循環使用。

自攜式潛水是指潛水員自己攜帶呼吸氣體下潛。潛水員在水下能自由活動,作業範圍廣,並能和潛水鐘式潛水器等配合使用,是現代潛水技術中的主要潛水方式(圖1)。潛水員呼出的氣體有3種處理方式:直接排出裝具的為開放式;全部回收,經淨化和補充氧氣後繼續使用的為密閉式;少量排出,大部分回收的為半密閉式。密閉式和半密閉式一般用於提供氦-氧或氧氣的潛水裝具。

1957年科學家發現,人在水下某一深度停留超過一定時間後(理論上是64小時,實際套用上是24小時),體內溶解的中性氣體量將達到飽和。此時再延長停留時間並不需要增加減壓時間,從而最大限度地減少減壓次數和總減壓時間,提高實際潛水工作效率。利用這一原理,潛水員首先被加壓至某水深壓力,然後再進行作業,稱為飽和潛水。在飽和潛水的條件下,潛水員可以離開“水下加壓(居住)艙”到相當於飽和深度的水中,並可以向下或向上到一定的深度進行作業,然後安全返回居住艙內。這種潛水稱為飽和-巡迴潛水

間接潛水 利用抗壓(盔甲)潛水服、潛水器等能夠承受海水壓力、內部保持常壓的裝具進行潛水。通常在作業後,潛水人員不需要進行減壓。

抗壓(盔甲)潛水服是一種用輕質合金製成、外形象人、四肢各關節可以活動和彎曲的硬式潛水裝具。頭盔上有透明觀察窗,機械手隨裝具內人手的活動做相應的動作。這種潛水服備有供氣系統和空氣淨化裝置,到1980年時下潛深度已達 500米。

潛水器是一種自帶推進動力和觀察設備,既能在水面行駛,又能在水下獨立進行工作的運載器。乘員可以在無水的常壓艙內,利用觀察窗或電視系統等直接向外觀察水下情況或利用機械手作業。最初的潛水器大多用於水中和海底觀察。從20世紀60年代開始,載人潛水器大多裝備有機械手和多方向的推進器,不僅能夠進行水下觀察,還能進行各種水下作業。如“阿爾文”號潛水器,70年代發展了潛水員可以在水下出入的設閘式潛水器,把直接潛水和間接潛水結合起來。此外,還發展了能在水下和潛艇接口的深潛救生艇。目前載人潛水器的下潛深度大多在2000米以內,最深可達10000米以上,如“的里雅斯特”號潛水器。

無人潛水

依靠遙控操作的無人潛水器在水下執行觀察和作業任務,操作人員不直接進入水下。無人潛水器有多方向的推進器、水下姿態控制系統、水下照明、電視攝像系統和機械手等裝置。按其能源和控制方式不同,可分為有纜和無纜兩種。有纜無人潛水器於1953年研製成功,1975年開始用於海洋開發;70年代中期開始發展無臍帶無人潛水器(圖4)。目前有纜的無人潛水器占多數,其下潛深度已達7600米左右。70年代後期開始研製“海洋機器人”,遙控水下操縱器,它將能代替潛水人員進行更多的潛水作業。

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