大型復(fù)合低壓艙連續(xù)試運(yùn)行時(shí)發(fā)現(xiàn)的問題及對(duì)策

張東輝，王忠明，許永華，是文輝，董 翔，趙紅艷，李建瑛，李佳佳，馬 娜，石勇峰

大型復(fù)合低壓艙連續(xù)試運(yùn)行時(shí)發(fā)現(xiàn)的問題及對(duì)策

張東輝，王忠明，許永華，是文輝，董 翔，趙紅艷，李建瑛，李佳佳，馬 娜，石勇峰

目的：保障大型復(fù)合低壓艙長期安全穩(wěn)定地運(yùn)行。方法：連續(xù)試運(yùn)行115 d，發(fā)現(xiàn)大型復(fù)合低壓艙存在水質(zhì)及水管走向設(shè)計(jì)導(dǎo)致的異常、停電對(duì)實(shí)驗(yàn)艙的影響，電磁閥密封不嚴(yán)導(dǎo)致備用泵功能無法實(shí)現(xiàn)、通風(fēng)量不合適等問題，并針對(duì)存在問題制定出了應(yīng)對(duì)措施。結(jié)果：消除了水質(zhì)和水管走向?qū)χ评湓O(shè)備產(chǎn)生的破壞性隱患；備用泵功能的實(shí)現(xiàn)為實(shí)驗(yàn)艙安全運(yùn)行提供了更為堅(jiān)實(shí)的保障；通過遠(yuǎn)程控制，軟件系統(tǒng)的保障能力得以提高；科學(xué)地計(jì)算通風(fēng)量與實(shí)驗(yàn)動(dòng)物數(shù)量之間的關(guān)系，解決了科學(xué)理論與實(shí)驗(yàn)艙操作和運(yùn)用相結(jié)合的問題，既能延長實(shí)驗(yàn)艙的使用壽命，又能有效減小實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)誤差。結(jié)論：大型復(fù)合低壓艙運(yùn)行的安全性、科學(xué)性、穩(wěn)定性和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性得到進(jìn)一步提高。

大型復(fù)合低壓艙；試運(yùn)行；動(dòng)物實(shí)驗(yàn)

0 引言

特殊環(huán)境下的科學(xué)研究常常受現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境條件的不確定性影響，實(shí)驗(yàn)誤差大、重復(fù)性差。為了在普通環(huán)境下完成高原、高寒、干熱、高紫外線特殊環(huán)境下的醫(yī)學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)，我院研制了以模擬高原、高寒、干熱、高紫外線環(huán)境為特色的大型復(fù)合低壓艙，實(shí)現(xiàn)了單項(xiàng)參數(shù)和復(fù)合參數(shù)的可控性[1－4]，大大滿足了西北戰(zhàn)區(qū)特殊環(huán)境的科研需要。在實(shí)驗(yàn)艙的科研生產(chǎn)完成后，實(shí)驗(yàn)艙運(yùn)行的安全性、穩(wěn)定性至關(guān)重要，經(jīng)過115 d連續(xù)試運(yùn)行，總結(jié)了其存在的問題，經(jīng)過我方科研人員與廠方的共同努力，采取了相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施，實(shí)驗(yàn)艙各項(xiàng)參數(shù)的安全性、穩(wěn)定性進(jìn)一步提高，為大型復(fù)合低壓艙能夠長期安全穩(wěn)定地運(yùn)行打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

1 問題一

水質(zhì)及水管走向設(shè)計(jì)對(duì)實(shí)驗(yàn)艙運(yùn)行至關(guān)重要。

1.1 實(shí)驗(yàn)艙運(yùn)行時(shí)的異?，F(xiàn)象

1.1.1 異?，F(xiàn)象一

實(shí)驗(yàn)艙連續(xù)運(yùn)行60 d左右，由于已進(jìn)入11月，氣溫已降至0℃以下，室外冷卻塔四周已開始結(jié)冰，水流逐漸變小，由噴射狀變?yōu)榈梧獱睢?/p>

1.1.2 異?，F(xiàn)象二

實(shí)驗(yàn)艙運(yùn)行初期，由于水經(jīng)過冷卻塔散熱后有損耗，按操作規(guī)程每周需往蓄水池內(nèi)加水。實(shí)驗(yàn)艙連續(xù)運(yùn)行60 d以后，水位未再下降反而逐漸上升，甚至從蓄水池中溢出。

1.1.3 異?，F(xiàn)象三

實(shí)驗(yàn)艙連續(xù)運(yùn)行60 d以后，開啟低溫制冷系統(tǒng)，未能正常運(yùn)行，計(jì)算機(jī)顯示“水壓故障”和“壓縮機(jī)高壓故障”。在實(shí)驗(yàn)艙運(yùn)行初期未出現(xiàn)過此現(xiàn)象。

1.2 檢修結(jié)果

經(jīng)過專業(yè)人員檢查，冷卻塔未出現(xiàn)故障。于是從

水源開始排查。蓄水池中的水經(jīng)水泵抽取，一部分供給真空泵，經(jīng)真空泵回流至蓄水池；另一部分經(jīng)制冷設(shè)備和水氣熱量交換裝置到達(dá)室外的散熱塔，降溫后，經(jīng)散熱塔回流至蓄水池。懷疑從蓄水池到冷卻塔管道的某個(gè)部位被堵塞，導(dǎo)致水流變小。制冷機(jī)組前部有一個(gè)過濾裝置，打開后，過濾網(wǎng)上布滿了各類纖維和泥沙，清洗后，開啟水泵，冷卻塔中水流仍舊呈滴答狀。廠家工作人員對(duì)制冷機(jī)組的水氣熱量交換裝置進(jìn)行反向沖洗，沖出大量灰黑色泥漿樣液體，安裝后，開啟水泵，冷卻塔中水流有所改觀。廠家工作人員再次對(duì)水氣熱量交換裝置進(jìn)行反向沖洗，又沖出大量灰黑色泥漿樣液體，安裝后，開啟水泵，冷卻塔中水流量恢復(fù)正常，開啟制冷系統(tǒng)，故障提示消失，工作正常，當(dāng)日蓄水池中水位下降，按以往程序向池中加水。

1.3 原因分析

我院大型多功能低壓艙實(shí)現(xiàn)低壓功能的動(dòng)力用水及高寒功能的制冷散熱用水均采用循環(huán)水，優(yōu)點(diǎn)是既環(huán)保又節(jié)約用水，只需經(jīng)冷卻塔降溫即可，但是經(jīng)過115 d的使用，也發(fā)現(xiàn)了它具有水質(zhì)差的缺點(diǎn)。因?yàn)樗?jīng)過位于室外的冷卻塔，室外塵土溶于水中，少量樹葉草棒也隨冷卻塔中的水流進(jìn)入蓄水池，致使水質(zhì)變差，這也是出現(xiàn)以上3種異常現(xiàn)象的主要原因。

另一方面，由于制冷設(shè)備的壓縮機(jī)對(duì)散熱要求較高[5]，所以在制冷設(shè)備的下端安裝了一部水氣熱量交換裝置，利用排向外界的冷氣對(duì)從制冷機(jī)組流出的水作初步降溫；經(jīng)初步降溫的水直接上冷卻塔進(jìn)行第二次降溫，這主要是為滿足壓縮機(jī)的散熱要求，其次也兼顧降低真空泵用水的水溫，同時(shí)也節(jié)能環(huán)保。但缺點(diǎn)是通向冷卻塔的水路只有一條，即只通過制冷設(shè)備和水氣熱量交換裝置到達(dá)冷卻塔，即使實(shí)驗(yàn)艙高寒、低溫功能未開啟時(shí)，水流仍然經(jīng)過這2個(gè)設(shè)備。

當(dāng)含有泥沙等雜物的水流經(jīng)制冷設(shè)備的熱交換系統(tǒng)時(shí)，由于其中有大量熱交換管，水的流速降低，泥沙漸漸沉積在熱交換系統(tǒng)中；從制冷設(shè)備的熱交換系統(tǒng)中出來的水進(jìn)入水氣熱量交換裝置，由于水氣熱量交換裝置中有大量網(wǎng)孔，水流經(jīng)此裝置的速度更慢，水中泥沙雜質(zhì)更易在此處沉淀，經(jīng)過60 d連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，泥沙逐漸堵塞這些設(shè)備，導(dǎo)致水路不暢、到達(dá)散熱塔的水量減少。由于制冷設(shè)備用水和真空泵用水是連通的，所以制冷系統(tǒng)的熱交換系統(tǒng)和水氣熱量交換裝置被雜物堵塞后，流經(jīng)此處的水流阻力逐漸加大，本應(yīng)該進(jìn)入散熱塔的水，經(jīng)真空泵回流至蓄水池，而且隨著阻力逐漸增大，蓄水池水位逐漸上升，甚至漫出水池。由于制冷設(shè)備壓縮機(jī)產(chǎn)生的熱量不能有效被帶走，因此，壓縮機(jī)啟動(dòng)保護(hù)程序，計(jì)算機(jī)顯示“水壓故障”和“壓縮機(jī)高壓故障”，壓縮機(jī)停止工作。

1.4 應(yīng)對(duì)措施

1.4.1 解決水質(zhì)問題

（1）蓄水池加防塵蓋。使用實(shí)驗(yàn)艙高寒功能時(shí)，每月均需把水放掉，洗凈蓄水池淤泥，再放自來水。

（2）散熱塔加防塵罩。在塔底部加裝過濾泥沙的海綿墊。使用過程中，每2~3周清洗或更換。

1.4.2 解決水管走向問題

（1）制冷設(shè)備水路與真空泵水路分開。不需要實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)艙高寒功能時(shí)，無需讓水流經(jīng)制冷設(shè)備。在水泵與制冷設(shè)備之間的水管道上，加裝一根管道，直接通向冷卻塔，在制冷設(shè)備一側(cè)和加裝管道的中部各安裝一個(gè)閥門。當(dāng)不用制冷設(shè)備時(shí)，關(guān)閉制冷設(shè)備一側(cè)閥門，開啟加裝管道中部閥門，使水流直接流向冷卻塔；當(dāng)需用制冷設(shè)備時(shí)，打開制冷設(shè)備一側(cè)閥門，關(guān)閉加裝管道中部閥門，使水流經(jīng)過制冷設(shè)備、水氣熱量交換設(shè)備后再流向冷卻塔，這樣對(duì)制冷設(shè)備具有一定保護(hù)作用，可延長設(shè)備的使用壽命。

（2）定期清洗制冷設(shè)備的水路管道。我們?cè)谒猛ㄏ蛘婵毡玫墓艿郎习惭b了一個(gè)手動(dòng)閥門，在真空泵停止運(yùn)行的情況下，關(guān)閉手動(dòng)閥，這樣經(jīng)水泵抽出的水將全部從制冷設(shè)備的散熱裝置和水氣熱量交換設(shè)備流至冷卻塔再回流至蓄水池，從而增大管道內(nèi)的水壓，沖刷帶走管道內(nèi)、制冷設(shè)備的散熱裝置內(nèi)和水氣熱量交換設(shè)備內(nèi)的沉積物，保持水流暢通。在使用實(shí)驗(yàn)艙高寒功能時(shí)，每個(gè)月清洗1次。

（3）定期清理過濾網(wǎng)。散熱塔海綿過濾網(wǎng)、制冷裝置前端過濾網(wǎng)，每2周清理1次。

2 問題二

停電對(duì)實(shí)驗(yàn)艙的影響[6]。

2.1 異?，F(xiàn)象

實(shí)驗(yàn)艙在模擬海拔高度時(shí)突然停電，實(shí)驗(yàn)艙能保持在這個(gè)海拔高度，無明顯變化。但是在來電時(shí)實(shí)驗(yàn)艙突然下降，下降速率達(dá)50 m/s。

2.2 原因分析

在實(shí)驗(yàn)艙運(yùn)行過程中突然停電，水泵、真空泵、電磁閥停止運(yùn)轉(zhuǎn)，UPS維持計(jì)算機(jī)運(yùn)行，由于電磁閥關(guān)閉，實(shí)驗(yàn)艙保持在停電前的工作高度，只有極為緩慢的高度下降；來電后，電磁閥打開，水泵運(yùn)轉(zhuǎn)，但真空泵不運(yùn)轉(zhuǎn)，氣體以最大量進(jìn)入低壓狀態(tài)的實(shí)驗(yàn)艙內(nèi)，導(dǎo)致其快速下降，此時(shí)如果實(shí)驗(yàn)艙內(nèi)有人員進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，將會(huì)對(duì)人員產(chǎn)生巨大損傷。

2.3 應(yīng)對(duì)措施

2.3.1 應(yīng)急措施一

停電后要盡快在操作系統(tǒng)中點(diǎn)按“停止按鈕”，使整個(gè)程序處于重新開始的狀態(tài)；來電后，電磁閥將不會(huì)開通，實(shí)驗(yàn)艙內(nèi)壓力保持原狀態(tài)。

2.3.2 應(yīng)急措施二

如未及時(shí)按停止按鈕便來電了，可點(diǎn)按操作系統(tǒng)中的“手動(dòng)操作”，關(guān)閉電磁閥，減少艙內(nèi)人員損傷。

2.3.3 應(yīng)急措施三

我們?cè)谝慌_(tái)主機(jī)上接入了internet網(wǎng)絡(luò)，通過遠(yuǎn)程控制的方式，廠方對(duì)程序進(jìn)行了增補(bǔ)修改，使再次通電后，真空泵運(yùn)行時(shí)，電磁閥再接通，提高了自動(dòng)化程度和安全性。

3 問題三

電磁閥密封不嚴(yán)，備用泵功能無法實(shí)現(xiàn)[7-9]。

3.1 異?，F(xiàn)象

對(duì)低壓高溫艙或低壓低溫艙進(jìn)行減壓操作時(shí)，如果把過渡艙也關(guān)閉，過渡艙內(nèi)壓力也會(huì)隨低壓高溫艙或低壓低溫艙壓力減小而減小，致使過渡艙無法減至正常壓力，過渡艙門無法打開。

3.2 原因分析

我院多功能低壓艙低壓功能是由4個(gè)真空泵來實(shí)現(xiàn)的。其中1號(hào)、2號(hào)泵為主泵，作用于低壓高溫艙和低壓低溫艙；3號(hào)、4號(hào)泵為輔助泵，作用于過渡艙，同時(shí)也為備用泵。當(dāng)主泵中的一個(gè)出現(xiàn)故障停止運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，3號(hào)或4號(hào)泵將替代故障泵運(yùn)轉(zhuǎn)。經(jīng)檢查后發(fā)現(xiàn)，與3號(hào)泵和4號(hào)泵相連的2個(gè)電磁閥關(guān)閉不嚴(yán)，在1號(hào)泵或2號(hào)泵啟動(dòng)時(shí)，過渡艙中有少量氣體通過電磁閥被抽出，導(dǎo)致過渡艙壓力降低。

3.3 應(yīng)對(duì)措施

為解決這個(gè)問題，廠家在3號(hào)、4號(hào)電磁閥旁邊各安裝一個(gè)手動(dòng)閥，這2個(gè)手動(dòng)閥關(guān)閉后，過渡艙內(nèi)壓力再未出現(xiàn)過隨其他2個(gè)艙壓力降低而降低的現(xiàn)象。由于加了手動(dòng)閥，當(dāng)3號(hào)、4號(hào)泵作為備用泵時(shí)，需關(guān)閉1號(hào)與2號(hào)間的手動(dòng)閥，打開3號(hào)手動(dòng)閥，才可實(shí)現(xiàn)1號(hào)和3號(hào)泵配合使用；關(guān)閉1號(hào)與2號(hào)間的手動(dòng)閥，打開4號(hào)手動(dòng)閥，方可實(shí)現(xiàn)2號(hào)和4號(hào)泵配合使用。

4 問題四

不適當(dāng)?shù)耐L(fēng)量影響動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的科學(xué)性。

4.1 異?，F(xiàn)象

為了減少真空泵的負(fù)荷，通風(fēng)量一般調(diào)至100~ 150 m3/s，當(dāng)實(shí)驗(yàn)艙內(nèi)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物達(dá)到一定數(shù)量時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)氧分壓和氧含量與此高度空艙時(shí)氧分壓和氧含量相比有明顯下降，CO2濃度、氨濃度明顯升高，即使有空調(diào)控制（設(shè)為23℃）溫度也有明顯上升。而且隨實(shí)驗(yàn)動(dòng)物數(shù)量的進(jìn)一步增加，氧分壓和氧含量出現(xiàn)更為明顯的下降，CO2濃度、氨濃度、溫度升高也更為明顯，人員在艙內(nèi)操作時(shí)，能明顯感覺到氣體對(duì)黏膜的刺激和溫度升高，甚至出現(xiàn)動(dòng)物死亡現(xiàn)象。

4.2 原因分析

當(dāng)艙內(nèi)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物數(shù)量一定時(shí)，如出現(xiàn)氧分壓和氧含量與此高度空艙時(shí)氧分壓和氧含量相比有明顯下降，CO2濃度、氨濃度明顯升高，溫度也上升明顯等現(xiàn)象時(shí)，說明通風(fēng)量不足。

4.3 選擇適當(dāng)通風(fēng)量的重要性

當(dāng)動(dòng)物數(shù)量一定時(shí)，通風(fēng)量的值為多大才適合，這關(guān)系到真空泵的使用壽命和實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性。真空泵是低壓艙的心臟，通風(fēng)量增大，真空泵運(yùn)行功率將增大，加大了真空泵的負(fù)荷；通風(fēng)量低將導(dǎo)致艙內(nèi)CO2濃度、氨濃度蓄積，O2濃度降低，溫度上升，這些負(fù)產(chǎn)品將對(duì)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物產(chǎn)生負(fù)作用，甚至掩蓋我們模擬的實(shí)驗(yàn)因素對(duì)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性會(huì)受到很大影響。因而適宜的通風(fēng)量既可降低真空泵的負(fù)荷，又能保證實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

4.4 應(yīng)對(duì)措施

分析大量數(shù)據(jù)后發(fā)現(xiàn)：當(dāng)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物數(shù)量一定，通風(fēng)量增大時(shí)，氧分壓和氧含量上升，CO2濃度、氨濃度下降，溫度也下降。這些參數(shù)呈一定的相關(guān)性。為了使問題由復(fù)雜變?yōu)楹唵?，也結(jié)合實(shí)際工作要求，以高溫低壓艙為例，我們選擇了在5 000 m高度時(shí)，通風(fēng)量和動(dòng)物數(shù)量這2個(gè)參數(shù)作為研究對(duì)象。研究表明：空艙氧分壓－載有動(dòng)物時(shí)氧分壓＝0時(shí)，動(dòng)物消耗的氧與補(bǔ)充新風(fēng)中的氧相同，實(shí)驗(yàn)中記錄此時(shí)通風(fēng)量與動(dòng)物數(shù)量。而CO2濃度、氨濃度在空氣中所占比例小，所以本研究中只以氧分壓作為觀察依據(jù)。

實(shí)驗(yàn)動(dòng)物為成年wistar大鼠[10]，平均體質(zhì)量為250 g，雌雄各半，依照實(shí)驗(yàn)動(dòng)物數(shù)量分為6組，實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次，每次持續(xù)3 h，通風(fēng)量用x±s表示，實(shí)測(cè)參數(shù)見表1。

表1 實(shí)測(cè)參數(shù)

高溫低壓艙最大設(shè)計(jì)通風(fēng)量為500 m3/s，實(shí)際可達(dá)到400 m3/s，代入公式y(tǒng)=8.055e0.012x后，可以求出高溫低壓艙最多可以放置310只大鼠（如圖1所示）。每次實(shí)驗(yàn)前，根據(jù)動(dòng)物數(shù)量，可以計(jì)算出所需的通風(fēng)量，從而達(dá)到了延長真空泵使用壽命和減小實(shí)驗(yàn)誤差的目的。

5 結(jié)果

針對(duì)大型復(fù)合低壓艙連續(xù)試運(yùn)行115 d發(fā)現(xiàn)的問題及應(yīng)對(duì)措施：（1）消除了水質(zhì)和水管走向?qū)χ评湓O(shè)備產(chǎn)生的破壞性隱患；（2）備用泵功能的實(shí)現(xiàn)為實(shí)驗(yàn)艙的安全運(yùn)行提供了更為堅(jiān)實(shí)的保障；（3）通過遠(yuǎn)程控制，軟件系統(tǒng)的保障能力得以提高；（4）科學(xué)地

（????）（????）計(jì)算通風(fēng)量與實(shí)驗(yàn)動(dòng)物數(shù)量的關(guān)系，解決了用科學(xué)理論指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)艙操作與運(yùn)用相結(jié)合的問題，既能延長實(shí)驗(yàn)艙的使用壽命，又能有效減小實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)誤差。

Problems and Countermeasures in Continuous Trial Operation of Large Composite Hypobaric Chamber

ZHANG Dong-hui1,WANG Zhong-ming1,XU Yong-hua1,SHI Wen-hui1,DONG Xiang1, ZHAO Hong-yan1,LI Jian-ying1,LI Jia-jia1,MA Na1,SHI Yong-feng2
（1.Urumqi General Hospital of Lanzhou Military Area Command,Urumqi 830000,China; 2.Tuha Oilfield Hospital,Urumqi 830002,China）

Objective Toexplore the safe and stable operation of large composite hypobaric chamber.Methods Trialoperation in 115 days showed the chamber had the defects ofpower failure bywater quality or pipeline alignment,unqualified reserve pump due to incompletely sealed electromagnetic valve,improper ventilation quantity and etc.Some countermeasureswere put forward accordingly.Results The chamber was improved from the aspects of refrigeration equipment threatened by water quality and pipeline alignment,reserve pump,software system based on remote control,and ventilation quantity related to the amounts of experimentanimals.The service life of the chamberwas prolonged,and the experimental data errorswere reduced.Conclusion The safety,reliability and stability as well as the accuracy of the experimental results are all enhanced greatly.[Chinese Medical Equipment Journal，2013，35（3）：121-123，126]

large composite hypobaric chamber;trial operation;animal experiment

R318.6；R197.39

A

1003-8868（2014）03-0121-04

10.7687/J.ISSN1003-8868.2014.03.121

總后衛(wèi)生部“十一五”重大專項(xiàng)課題（08Z004）

張東輝（1969—），男，碩士，主管技師，主要從事實(shí)驗(yàn)設(shè)備操作與管理方面的研究工作，E－mail：582613863@qq.com。

830000烏魯木齊，蘭州軍區(qū)烏魯木齊總醫(yī)院（張東輝，王忠明，許永華，是文輝，董 翔，趙紅艷，李建瑛，李佳佳，馬 娜）；830002烏魯木齊，吐哈油田醫(yī)院（石勇峰）

許永華，E-mail：xyh821023@sina.com