潜水钟潜水训练的用气估算方法

潜水钟潜水训练的用气估算方法

海洋中潜水时钟的测量和使用是确保海底医学的重要内容。用气量估算是否准确,直接关系到潜水的安全和效率,用气量估算不足会直接威胁潜水安全;而估算过多,除了浪费外,还会额外增加潜水船上气体储存和装载负担,特别是氦氧潜水作业。笔者在20世纪80年代末即建立了潜水钟潜水用气量估算方法,已多次用于潜水实践,能够比较准确地估算潜水用气量,本研究在此基础上进一步对估算方法进行了优化。1应急层容积设计准备气瓶数量(个)=Q钟/10P1V3,结果以进一法取整。式中,P1为储气瓶压力(MPa),P2为供气余压(MPa),P3为储备压(MPa),P4为应急气瓶瓶压(MPa),V1为潜水钟容积(m3),V2为供气管道容积(m3),V3为单个储气瓶容积(m3),V4为应急气瓶容积(m3),D1为潜水深度(m),n为潜水钟次。准备气瓶数量(个)=Q潜水/(10PaVc),结果以进一法取整。式中,Q潜水为需要的总气体量(m3),n1为潜水人次,n2为潜水装具配备应急气瓶的数量,n3为潜水钟配备的应急巡潜气瓶的数量,Pa为储气瓶(MPa),Pb为供气余压(MPa),c为规定储备压(MPa),Pd为装具应急巡潜气瓶压(MPa),PPe为潜水钟应急巡潜气瓶压(MPa),Va为潜水服内气量(L),Vb为供气管道容积(m3),Vc为单个储气瓶容积(m3),Vd为潜水装具应急气瓶容积(m3),Ve为潜水钟应急气瓶容积(m3);t为水底停留时间(min),q为水底停留期间供气量(L/min),d为潜水深度(m)。2下潜2次潜水方案使用本方法,对2次潜水钟潜水训练的用气量进行了估算。其中,第1次潜水方案为:下潜3钟次,每钟2人次,下潜深度38m,巡潜深度40m,巡潜时间4min,储气瓶压10MPa。第2次潜水方案为:下潜2钟次,每钟2人次,下潜深度和巡潜深度均为40m,巡潜时间5min,储气瓶压13MPa。潜水钟容积均为3.5m3,潜水钟供气余压和规定储备压共计为1MPa,巡潜供气余压和规定储备压分别取1、2MPa。钟用应急气瓶5瓶,容积为0.05m3,压力充到10MPa;装具应急气瓶每人次1瓶,容积为0.004m3,压力充到10MPa。表1列出了本研究及原估算方法(简称“新”、“老”方法)计算得出的用气量以及实际用气量。3不当利用原估算方法原估算方法形成于多年的潜水保障实践中,并在实践中得到多次检验,能够比较准确地估算潜水用气量,为保障潜水安全发挥了重要作用。原有估算方法将潜水钟潜水及巡潜的用气量均分为3部分计算,即实际用气量、平衡管道和“脐带”的用气量以及应急瓶储气量,但在实际应用中各部分气体消耗是有机联系在一起的。因此,本方法针对潜水过程中气体消耗的每一个环节,将各部分气体消耗有机整合,改进了气体估算方法。本方法估算思路更加清晰,各项参数意义更加明确,并均可事先获取。原估算方法的部分参数需要在配气现场获取,如需要通过测定储气瓶连接潜水钟后所下降的压力来估算管道和脐带用气量。此外,原估算方法没有考虑潜水服内气量,对重潜水装具而言这一部分气量不小,需要作为潜水用气量估算在内。本方法虽然公式比较复杂,但很容易通过计算机程序运算,输入所需参数即能获得准确结果。从表1可以看出,新、老方法均能准确估算实际用气量。从需要准备的总气量来看,新方法估算的用气量比实际用气量高出约15%,老方法估算出的用气量比实际用气量高约8%。在新方法中,对可能使用到的每一部分气体(如应急气瓶用气)均估算了储备压,从结果来看,多出15%的储备量也比较符合安全用气需求。当然,如条件许可,在实践中多准备些气体,可以更加有效应对复杂多变的海上环境和水下作业。新估算方法的各项参数中,只有“规定储备压”为经验参数,需要根据经验和实际潜水作业情况确定,一般取1～3MPa。潜水规模越大、下潜人次越多,则取值可适当小些;反之,取值可适当大些。新估算方法更适用于各种不同情况的潜水,只要根据实际情况调整参数值即可准确估算。另外,稍改变参数,巡潜用气的估算可用于管供式潜水用气估算;增加饱和舱用气量计算,可用于饱和潜水用气量的估算。本方法是潜水用气的理论估算,各参数取值越接近于实际,估算出的结果也越准确。但在实践使用中需要综合考虑各项可能影响潜水用气的因素,如潜水员的经验和水平(新潜水员容易浪费气体)、潜水设备系统的管路、阀门的气密性情况等。综上所述,新估算方法能更好地估算潜水钟潜水及巡潜用气量,安全系数适当。实践应用中需要根据实际潜水作业情况确定各参数,只要条件允许,应尽可能增加安全气量,降低海上作业风险。潜水钟潜水用气包括潜水钟用气和巡潜用气两部分,通过理论推算和潜水实践用气量的检验,形成如下计算公式。1.1宏观供压系统本公式将潜水钟用气量Q钟分为Q1、Q2Q3、Q44部分。其中Q1为潜水钟和对接通道加压所用气量,Q2为平衡供气管道所用气量,Q3为充填应急气瓶所用气量;Q4为设备供气余压和储备压所占气量。供气管道包括储气瓶组至潜水钟控制室和控制室至潜水钟之间的管道全长。各部分用气量计算方法如下:1.2呼吸和呼吸所用气量本公式将巡潜用