[发明专利]快速上浮脱险加压模拟实验装置及其控制方法

说明书

技术领域

本发明属于工程技术领域，具体涉及一种快速上浮脱险加压模拟实验装置及其控制方法。

背景技术

快速上浮脱险是现代大深度潜水后出水上浮的一种主要方式，其主要原理是：当潜水员于大深度的水下准备出水上浮时，潜水员进入快速加压舱中，此时快速加压舱中的空气压力为一个大气压。加压舱底部有一根进水管通向外界海水，当快速加压开始时，将进水管阀门打开，由于外界海水压力比筒内大，海水则会通过进水管流入到加压舱中，舱内原有的空气被压缩，直到舱内空气压力与外界海水压力平衡时加压过程停止。然后经过一定时间的稳压，加压舱上盖打开，潜水员从加压舱自由上浮至水面。整个加压过程时间很短，潜水员高压暴露的时间也就很短，自由上浮过程又是一个快速减压的过程，所以不会形成长时间的高压暴露，也就不会导致减压病的发生，从而为潜水员的生命安全提供了保障。

快速加压法出水上浮的关键在于压力变化曲线要贴近于符合人体需求的指数变化曲线，特别是加压平衡时间应该在理想指数曲线加压平衡时间附近，否则如果加压时间过长，潜水员体内累积的氮张力会超过安全量范围从而发生减压病，如果加压时间过短，则潜水员调压速度跟不上压力增加速度，则会引起潜水员耳膜压破等症状。因此，加压时间的长短一定要控制在指数加压曲线附近才是最符合人体需求。

指数加压曲线方程为：p＝2^t/b(h)

其中，P为压力，ATA；

b(h)为加压时间周期，随不同的加压深度而变化：50米，80米，100米，150米，185米时的b(h)分别为b(50)，b(80)，b(100)，b(150)，b(185)＝20，12，10，6，4。

则理想状态下50米，80米，100米，150米，185米的快速加压平衡时间分别为51.7s，38s，34.6s，24s，17.1s。

英国是目前将快速上浮脱险技术在大深度潜水中应用最发达的国家之一，已在海上成功完成较大深度的快速加压上浮实验。他们使用的快速加压舱是直径1m，高约2m的圆柱形筒，进水管管径为180mm，进水阀门是手动开启的截止阀。

我国快速上浮脱险技术尚处于初始阶段，加压控制也和国外不同。国内的快速加压装置进水管管径比英国小，进水阀门是用电脑程序控制开度变化的海水流量调球阀。由于管径小的原因，如果球阀开度控制不合适的话，就会使快速加压过程不能在规定时间内完成，导致人员安全受到威胁。正是考虑到人员的安全性问题，我国快速加压上浮只进行过海上较小深度的实验，并未来做过大深度的实验。国外进水管直径比我国大，进水阀门用手动开启的截止阀就完全可以在规定时间内达到加压平衡。因此，国外快速加压装置的安全性是用真正载人实验验证过的，也是安全可靠的。

本发明利用流体力学原理以及相似准则通过高压空气模拟的各种海水深度在实验室中实现快速加压的全过程，为快速加压的安全性验证提供了有力依据。

发明内容

本发明的目的在于设计一种安全、准确的快速上浮脱险加压模拟实验装置及其控制方法。

本发明设计的快速上浮脱险加压模拟实验装置，其结构如图2所示。它由高压气瓶1、加压罐5、压缩罐9经管道连接组成；其中，高压气瓶1通过管道与加压罐5连接，在该连接管道上设有减压器2和压力表3；加压罐5的侧面与进水管相连，该进水管上设有进水阀门4；加压罐5的上部分别设有安全阀6、排气阀7、压力表8；加压罐5与压缩罐9之间有进水管16相连，该进水管16上设有进水调节阀15；压缩罐9上方设有压力表10、压力传感器接头11、压力传感器12和排气阀13，压缩罐9上方设有排水阀14；这里，进水管16的直径与压缩罐9的直径之比为0.18，等于实际模型的对应参数之比。当快速加压过程开始时，将进水调节阀15的打开到30°(30°为优选值，经计算27°～33°范围内都符合要求)，则加压过程的平衡时间可以符合人体的安全性需求。

1.实验室参数按比例缩小的依据：

快速加压的过程是利用管道两端海水与空气的压力差，使高压力的海水流入到常压的加压筒中，压缩加压筒内空气，最后筒内压力达到平衡的过程。

图1中p0为海面大气压(1Atm)，水深H＝180m，加压筒高L＝2m，直径为1m，加压筒和管道截面积分别记为A和B，储气罐内气体高度为h(t)，储气罐内气体压力为p(t)，海水密度ρ₁＝1000kg/m³，储气罐入口处阀门为Valve。