土的抗剪強度

[拼音]:qianshui

[英文]:diving

為進行水下查勘、打撈、修理和水下工程等作業而進入水面以下的活動。原始的潛水無保護措施,作業深度小,時間短,危險也較多。有保護潛水可分為常規潛水、飽和潛水、常壓潛水和無人潛水。常規潛水和飽和潛水均為加壓潛水,即潛水員身體表面必須承受水的壓力。潛水深度每增加10米,每平方釐米的壓力約增加1千克力。潛水愈深,所受壓力愈大,產生的生理和醫學上的問題愈複雜。目前人類在加壓下的潛水深度世界記錄為501米,是法國潛水員於1977年在地中海創造的,他在這一深度停留了10分鐘。常壓潛水,潛水員在潛水裝置的耐壓殼中,不受殼外海水的壓力,殼內為平常大氣壓,免除了因加壓而產生的問題。

常規潛水

有保護、非飽和潛水。是飽和潛水出現前的常用潛水方法,飽和潛水出現後,便得名為常規潛水或傳統潛水。當人體在高壓狀態下機體內外均勻受壓時,壓力對人體的機械影響不大。通常人體表面受到大氣的總壓力為15~16噸,即使增大10倍(相當於潛水90米深),只要機體內外受壓平衡,並無感覺。潛水員藉助能加壓供氣的潛水裝具潛入水下,使機體內外所受壓力平衡,就比無保護潛水能潛入更深的水下,在水下活動更長時間。但高氣壓對機體的生理影響比較複雜。在水下的呼吸用氣、出水減壓等方面都必須採取適當措施,才能保證安全。人體在高壓環境中吸入的氣體內的氮、氦等氣體(統稱中性氣體)通過血液迴圈不斷溶解於機體組織。溶解量隨著時間而增加,直到飽和為止。據測算,呼吸壓縮空氣達到飽和所需的時間為64小時,所以一般時間不長的潛水均屬非飽和潛水。

水下呼吸用氣

潛水員在淺水作業時,呼吸用的氣體是普通空氣。在深水作業時,由於水深增加,呼吸的空氣的壓力也隨之增加,當其中的氧分壓力、氮分壓力高達一定值後,會使潛水員受到氧中毒(發生痙攣、意識喪失、肺損傷等)、氮麻醉(思維和作業能力降低、昏迷)等威脅,甚至誘發嚴重病症。按照氣體分壓定律:溫度不變時,混合氣體的總壓力等於各種氣體分壓力之和;每種氣體的分壓力等於總壓力乘以該氣體在混合氣體中所佔濃度的百分比。由於氦對人體的生理影響遠比氮為小,所以潛水深度超過50米時,一般用氦、氧、氮等混合而成的氣體供呼吸用,其中氦所佔濃度的比例很高以減少氧、氮等的分壓,並根據不同水深來決定混合氣體的配比。

潛水員出水減壓

潛水員在水下工作時,因吸入的氮、氦等中性氣體溶於血液和組織中,上升時,必須使這些溶解的氣體通過呼吸排出體外。潛水員在水深超過12.5米的水中工作一段時間後,如果上升太快,壓力急劇下降,會使溶解於血液或組織中的氣體形成氣泡,導致減壓病,輕度的會令人感到皮膚髮癢或關節和肌肉疼痛,嚴重的會立刻死亡。所以很多國家或潛水機構制定有潛水員在水中上升速度的時間表──潛水減壓表。表中根據潛水員的工作水深和停留時間(也考慮勞動強度和水溫),規定上升(減壓)的速度。水愈深,在水中停留時間愈長,溶解在體內的氣體也愈多,則上升(減壓)的速度應愈慢,時間應愈長。

潛水員上升減壓方法有兩種。一種為階段減壓法:上升一段距離,停留一段時間。例如潛水員在35米水深處工作20分鐘後上升,開始時以每分鐘7米的速度上升到水深9米處停留3分鐘,上升到水深6米處停留6分鐘,上升到水深3米處再停留5分鐘,然後出水。這種方法簡單易行,廣泛應用於40米以內淺水作業。另一種為等速減壓法:潛水員從水深處連續等速地上升。此法應用於飽和潛水的減壓。

為了減輕在海中減壓時受到風浪的威脅,潛水員可在海中減壓一小部分時間,然後出水並迅速進入船上的減壓艙。減壓艙又稱加壓艙、壓力艙,供潛水員出水減壓用,是一種可造成高氣壓環境的鋼質耐壓容器,大多為圓柱形(圖1)。

進艙後即再加壓到出水前停留深度的壓力,然後再逐步減壓到大氣壓力後出艙。在減壓艙中艙壓降低到2.5絕對大氣壓時,便可用純氧呼吸以縮短減壓時間和減少減壓病的發病率。如果潛水員患了減壓病,可進入減壓艙內治療,先加壓,再逐步減壓。

潛水裝具

潛水員下水時穿戴和佩掛的全部裝具。有重灌式和輕裝式兩種。重灌式有頭盔、輸氣管、通訊電纜、電話、潛水衣、壓鉛和鉛底潛水鞋等;輕裝式有面罩(也有用輕便頭盔)、輸氣管、通訊電纜、電話、應急氣瓶、潛水衣、腰鉛、靴和腳蹼等。使用重灌潛水裝具在水中工作時必須腳踏水底或實物,或手抓纜索,不能懸浮工作,並且放漂(即在水底因潛水服中氣體過多,失去控制而突然急速上升)的危險性大,所以重灌潛水裝具已逐漸被輕裝式取代。

按照供氣來源,潛水裝具可分為水面供氣式和自攜供氣式兩種。水面供氣式由水面船舶通過輸氣管向在水下作業的潛水員供給呼吸用氣。自攜式則由潛水員自己背的氣瓶供氣,潛水不能持久。另有一種自攜式潛水裝具有閉路迴圈系統,撥出的氣體經再生後可重複使用而不排入水中,水面上不見氣泡,潛水行動易隱蔽,一般為軍用。

飽和潛水

根據人體在高壓狀態下溶解的中性氣體會達到飽和程度的原理而創制的一種潛水方法,用以提高潛水作業效率(水下作業時間和潛水總時間之比)。常規潛水的特點是水下停留時間短,出水減壓時間長,因而潛水作業效率很低。潛水深度愈大,這種缺點愈突出。例如,按照中國《空氣潛水減壓表》在60米深度的常規潛水作業效率不到25%;按照蘇聯《氦氧深潛水減壓表》在100米深度的常規潛水作業效率不到13%。但是人體內的中性氣體溶解量達到飽和程度以後,如果潛水深度不變,無論停留多少時間,體內中性氣體的溶解量便不再增加,潛水員出水減壓的時間也不再增加。因此,在執行長時間水下工作任務時,潛水員可以保持被中性氣體飽和的狀態在水下工作,休息時則進入與水下壓力相同的居住艙內生活。飽和潛水作業時間愈長,作業效率愈高。

飽和潛水裝置基本上有兩種:甲板居住艙式的和水下居住艙式的。甲板居住艙式的艙室設在甲板上,一般包括過渡艙、一個或數個居住艙(形式與減壓艙相似,直徑2米或2.1米以上,並有安全、舒適的生活服務設施)和能在壓力下運送潛水員下水的潛水鐘(又稱人員運載艙或潛式壓力艙)。各艙和潛水鐘互相連線並有門相通。另有吊放潛水鐘的起重系統,能調節溫度、溫度和氣體成分的供氣系統,以及通訊系統和潛水員水下取暖用的熱水器等裝置。潛水員從居住艙下潛時,經過渡艙進入潛水鐘,在保持壓力狀態下把潛水鐘吊放入海底作業區。到作業區後,內外壓力相同,潛水員從鍾底的艙門出外工作。為了安全,一般是兩名到三名潛水員一同進入鍾內放下海。到海底後,一名留在艙內負責聯絡和待命;另外一名或兩名到鍾外工作。水下居住艙式的艙室放在海底的飽和深度,艙內無水,下部開口為門。潛水員自下部開口外出工作,不用潛水鐘。這種居住艙式在風暴來臨時不便避風,照顧困難,在打撈作業中一般不採用。

如果潛水員要從飽和深度下潛到更深的作業深度,一般可乘潛水鐘沉到該作業深度。工作後,潛水員可不經減壓而上升到飽和潛水的深度,這是飽和潛水突出的優點。此法稱為巡迴潛水。

常壓潛水

雖然潛水生理研究和醫學技術不斷進步,但是潛水員暴露於高壓的海水中工作,危險性依然存在,因而各國研製出一些常壓潛水裝置,並出現了常壓潛水技術,成為潛水技術的新的變革。常壓潛水裝置有單人常壓潛水器和載人潛水器兩類。

單人常壓潛水器

又稱單人常壓潛水服,是20世紀70年代初研製成的,由專用的吊放裝置和臍帶沉放。這種潛水器外部可承受作業水深的壓力,內部保持一個大氣壓,潛水員不必經受下潛加壓和上升減壓的過程。這種潛水器配有攝影、錄影裝置和各種簡單的專用機械工具。它的第一代產品的型號叫吉姆(JIM),後來不斷得到改進,研製成一些新的型號,如:薩姆(SAM)型、黃蜂(WASP)型、蜘蛛(SPIDER)型、螳螂(MANTIS)型、杜普勒斯Ⅱ(DUPLUSⅡ)型(圖2)

等。其中吉姆型和薩姆型是體動型,依靠操作者的體力在水底行走和作業;黃蜂型、蜘蛛型、螳螂型是電動型,依靠內部的蓄電池驅動不同部位的推進器;杜普勒斯Ⅱ型是電動綜合型,可以載人下潛,也可以不載人遙控操作。上述各種裝置經濟效益顯著,在海洋開發事業,特別是在深海油田生產中深受歡迎,已經取代一部分飽和潛水作業。單人常壓潛水器工作深度一般為200~400米,最大為700米;最新的設計深度為1524米。

載人潛水器

一種可以在水面航行,也可在水下潛航和工作的由駕駛員操縱的航行器(圖3)。

潛水器中有用電池推動的推進器,可以上下左右前後行進,有攝影、錄影裝置和機械手,能載2~6人下潛。有些型別潛水器有一個閘門,潛水員可以出艙入水作業。載人潛水器目前在海洋工程中的工作深度是 600米,潛水員出艙作業深度是300米,下潛最深的觀察艙是1萬米。

無人潛水

這是一種由水面上遙控的機器人形式的潛水器在水下活動的潛水作業。所用的裝置稱為遙控潛水器。這種潛水器裝有攝影、錄影裝置,有多功能機械手,有一條電纜通到水面工作船上的控制室,操縱者通過電子儀器和閉路電視操縱水下作業。

海洋開發中常用的大型遙控潛水器是蠍子(SCORP10)型(圖4),

最大工作深度為914米。中型的有 RCV225型,無機械手;RCV215型則有機械手,最大工作深度是2012米。小型的有UFO(Underwater flying observer)300型和 UFO301型,只能進行觀察,最大工作深度是 457米。近年研製成一種遙控潛水器是沒有與水面控制室連線的電纜。在潛水器內裝有電腦控制程式軟體,潛水器入水後,按照程式自動下潛、就位、工作,然後上升迴歸。

遙控潛水器在深度超過 100米的海洋石油開發業中被廣泛使用,以代替一部分飽和潛水從事水下測檢、錄影和簡單的維修工作。

參考書目

範侖主編:《潛水技術》,人民交通出版社,北京,1982。

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