高低壓艙氦氧管路的改造研究

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驗的要求，對高低壓艙進行技術改造。方法：利用氣割方法將原氧氣管道切斷，利用氣焊技術，將氦氧管路焊接在原氧氣管道上。結果：管道改造完畢后，在實驗過程中既可以保證氦氧混合氣和氧氣的自由轉換，又不會影響其他艙群的氧氣使用。結論：此改造方法合理有效，能夠滿足實驗要求。

高海拔；潛水；高低壓艙；氦氧混合氣；氧氣

0 引言

隨著社會的高速發(fā)展，資源短缺越來越凸顯，對資源進行開發(fā)與利用時的環(huán)境污染也越來越嚴重，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驗數據支持，因此，高海拔潛水實驗迫在眉睫。實驗中，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呼吸的是氦氧混合氣。由于目前高海拔潛水的報道不多[1-2]，試驗艙的氦氧管路的改造并沒有可借鑒的標準或方法，因此，本文將對實驗中氦氧管路的改造方法進行研究。

1 資料

1.1 高低壓艙的結構及其與其他艙群供氧管路的連接關系

高海拔潛水試驗的壓力環(huán)境包括2個方面：（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所要求的水深。實驗要求：實驗所用加壓艙既能進行正壓加壓，又能進行負壓抽真空的操作，并且不能影響其他艙群的正常工作，因此，選定我科一臺高低壓艙作為實驗用艙，其結構示意圖如圖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 高低壓艙結構示意圖

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艙體結構，分2個艙室，共6個艙門，既可作為高壓艙模擬潛水實驗使用，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，簡稱高低壓艙。其工作在高低壓不同模式時，艙門的關閉方法是不同的。

2號、3號、4號、5號艙門屬于內開式艙門，1號、6號艙門屬于外開式艙門。

當主艙作為高壓艙模式時，需關閉2號門和3號門；當副艙作為高壓艙模式時，需關閉4號門和5號門；當主艙、副艙作為一個高壓艙使用時，需關閉2號門和5號門。

當主艙作為低壓艙模式時，需關閉1號門和4號門；當副艙作為低壓艙模式時，需關閉3號門和6號門；當主艙、副艙作為一個低壓艙使用時，需要關閉1號門和6號門。

高低壓艙與1號艙群、2號艙群的供氧都由醫(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、經減壓器減壓后的瓶裝氧氣供氧。此供氧管路直接進艙，連接艙內的急救供氧閥，此閥門處于常閉狀態(tài)。

1.2 高海拔潛水實驗呼吸氣體方案及要求

在高海拔潛水實驗過程中，為了模擬高海拔狀態(tài)，高低壓艙常態(tài)處于低壓艙模式，模擬潛水開始時轉換為高壓艙模式。由于實驗設計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，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，高低壓艙轉換為高壓艙模式，此時管路8、管路9轉換為氦氧混合氣管路。在潛水完畢減壓至絕對壓0.28 MPa以上（即潛水18 m以淺）時又需要呼吸純氧，此時管路8、管路9轉換為純氧管路。實驗要求，高低壓艙管路在供氧狀態(tài)和供氦氧混合氣狀態(tài)時，既要滿足管路密閉性、轉換快速性，又不能影響1號艙群和2號艙群的正常供氧。

2 方法

實驗設計中，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號管路同時給1號艙群、2號艙群和高低壓艙供氧，因此不能在4號管路上焊接支路。

實驗設計中，模擬潛水時，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潛水時需8瓶，模擬50 m潛水時需15瓶，剩余2瓶作為預防治療減壓病的備用氣。

綜上所述，由于4號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

在實驗準備階段，首先在氦氧匯流排處連接4瓶所需同比例的氦氧混合氣。在實驗過程中，若潛水員需要呼吸純氧，則首先關閉直通截止閥，開啟黃銅球閥；若潛水員需要呼吸氦氧，則首先關閉黃銅球閥；打開直通截至截止閥，開啟氦氧減壓器，調整氦氧減壓器，使艙內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，在進行氦氧管路改造時，應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。

在對加裝的閥門10與閥門11進行選型時，應遵循的原則是：在滿足配套設備使用功能的前提下，選擇的調節(jié)閥應結構簡單、性能可靠、外形尺寸小、安裝維護方便[4]。結合實驗技術要求以及當高低壓艙用于海拔8 000 m以上高度實驗時，管路2需要供給艙內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，其結構為：浮動型球閥，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

（????）（????）出結構。

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以上高空實驗的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，很難對本實驗要求的閥門進行選型，因此，閥門11應選取黃銅球閥。

閥門與管道進行焊接時，閥門10進口端與管路焊接必須采用銅接頭，并使用銅焊技術，才能保證管路負載高壓時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]，此處由于實驗過程中最高供氣壓力不超過1 MPa，因此，可以使用銀焊技術焊接螺紋接頭與管道。黃銅球閥在實驗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。

4 結語

在氦氧管路的改造過程中，由于原始供氧管路比較復雜，實驗過程中純氧供氣和氦氧混合氣供氣需要快速轉換操作，因此選擇合適的焊接點非常重要，直通截止閥和黃銅球閥的位置應盡量靠近。三通、管路和閥門的選材及尺寸的大小是焊接的質量保證，更是保證實驗能夠順利完成的重要因素。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驗用艙的改造提供了可借鑒的經驗。

[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.調節(jié)閥的正確選型及注意事項[J].計量技術，2007，10（1）：70-72．

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