高低压舱氦氧管路的改造研究

张敦晓，王海东，魏建芬

高低压舱氦氧管路的改造研究

张敦晓，王海东，魏建芬

目的：为了满足高海拔潜水实验的要求，对高低压舱进行技术改造。方法：利用气割方法将原氧气管道切断，利用气焊技术，将氦氧管路焊接在原氧气管道上。结果：管道改造完毕后，在实验过程中既可以保证氦氧混合气和氧气的自由转换，又不会影响其他舱群的氧气使用。结论：此改造方法合理有效，能够满足实验要求。

高海拔；潜水；高低压舱；氦氧混合气；氧气

0 引言

随着社会的高速发展，资源短缺越来越凸显，对资源进行开发与利用时的环境污染也越来越严重，水资源作为一种绿色资源变得更加重要。我国西部高原地区储存着占全国70%的湖水资源，绝大部分尚待开发。西部高原地区海拔多为4 000~ 5 000 m，水资源的开发与利用离不开水下探测与施工。在高海拔地区的安全潜水作业以及潜水减压表的制定都亟须实验数据支持，因此，高海拔潜水实验迫在眉睫。实验中，由于潜水员下潜深度大、模拟出水后的高海拔大气压力低等原因，所以潜水员模拟潜水时呼吸的是氦氧混合气。由于目前高海拔潜水的报道不多[1-2]，试验舱的氦氧管路的改造并没有可借鉴的标准或方法，因此，本文将对实验中氦氧管路的改造方法进行研究。

1 资料

1.1 高低压舱的结构及其与其他舱群供氧管路的连接关系

高海拔潜水试验的压力环境包括2个方面：（1）模拟高海拔的低气压环境；（2）在高海拔的低气压环境下直接模拟潜水至试验所要求的水深。实验要求：实验所用加压舱既能进行正压加压，又能进行负压抽真空的操作，并且不能影响其他舱群的正常工作，因此，选定我科一台高低压舱作为实验用舱，其结构示意图如图1所示。高低压舱与其他舱群的供氧管路示意图如图2所示。

图1 高低压舱结构示意图

图2 高低压舱与其他舱群供氧管路示意图

高低压舱主体为一个舱体结构，分2个舱室，共6个舱门，既可作为高压舱模拟潜水实验使用，又可

作为低压舱模拟高空缺氧使用，因此称为一舱两室六门高低压两用舱，简称高低压舱。其工作在高低压不同模式时，舱门的关闭方法是不同的。

2号、3号、4号、5号舱门属于内开式舱门，1号、6号舱门属于外开式舱门。

当主舱作为高压舱模式时，需关闭2号门和3号门；当副舱作为高压舱模式时，需关闭4号门和5号门；当主舱、副舱作为一个高压舱使用时，需关闭2号门和5号门。

当主舱作为低压舱模式时，需关闭1号门和4号门；当副舱作为低压舱模式时，需关闭3号门和6号门；当主舱、副舱作为一个低压舱使用时，需要关闭1号门和6号门。

高低压舱与1号舱群、2号舱群的供氧都由医院液氧罐气化减压后集中供给，压力稳定在0.4~ 0.6 MPa。其中，高低压舱另配备一路供氧管道，即来自氧气汇流排、经减压器减压后的瓶装氧气供氧。此供氧管路直接进舱，连接舱内的急救供氧阀，此阀门处于常闭状态。

1.2 高海拔潜水实验呼吸气体方案及要求

在高海拔潜水实验过程中，为了模拟高海拔状态，高低压舱常态处于低压舱模式，模拟潜水开始时转换为高压舱模式。由于实验设计模拟海拔高度分别为3 000、4 000、5 200 m，为了防止潜水员发生高原反应，在低压舱状态下，高低压舱的供氧管路为纯氧，即图2中管路8、管路9为纯氧管路。潜水员开始模拟潜水时，高低压舱转换为高压舱模式，此时管路8、管路9转换为氦氧混合气管路。在潜水完毕减压至绝对压0.28 MPa以上（即潜水18 m以浅）时又需要呼吸纯氧，此时管路8、管路9转换为纯氧管路。实验要求，高低压舱管路在供氧状态和供氦氧混合气状态时，既要满足管路密闭性、转换快速性，又不能影响1号舱群和2号舱群的正常供氧。

2 方法

实验设计中，模拟高原海拔最高5 200 m，因此不需要安装特殊的航空吸氧面罩，高压氧舱中的肺式吸氧装置即可满足高海拔和潜水情况下的呼吸要求。由于连接氧源的4号管路同时给1号舱群、2号舱群和高低压舱供氧，因此不能在4号管路上焊接支路。

实验设计中，模拟潜水时，在不同的水深需要呼吸不同比例的氦氧混合气，潜水氦氧混合气规格见表1。

表1 氦氧混合气规格

氦氧混合气共25瓶，每瓶40 L，压力为15 MPa，由北京氦普北分气体工业有限公司配制。其中模拟30 m潜水时需8瓶，模拟50 m潜水时需15瓶，剩余2瓶作为预防治疗减压病的备用气。

综上所述，由于4号管路上无法焊接支路，因此只能将纯氧汇流排、氧气减压器更换为氦氧汇流排、氦氧减压器，在管路2和管路5上焊接三通，三通之间焊接支路，并安装阀门。改造后管路示意图如图3所示。

图3 高低压舱供氧管路改造后示意图

在实验准备阶段，首先在氦氧汇流排处连接4瓶所需同比例的氦氧混合气。在实验过程中，若潜水员需要呼吸纯氧，则首先关闭直通截止阀，开启黄铜球阀；若潜水员需要呼吸氦氧，则首先关闭黄铜球阀；打开直通截至截止阀，开启氦氧减压器，调整氦氧减压器，使舱内氦氧管路压力比舱压高0.4~ 0.7 MPa[3]。

3 讨论

氦气分子量为4.003，比氧气分子量小得多，氦气较氧气更容易溢出。因此，在进行氦氧管路改造时，应注意选取使用氦氧混合气专用的汇流排和减压器，防止造成氦氧泄露。

在对加装的阀门10与阀门11进行选型时，应遵循的原则是：在满足配套设备使用功能的前提下，选择的调节阀应结构简单、性能可靠、外形尺寸小、安装维护方便[4]。结合实验技术要求以及当高低压舱用于海拔8 000 m以上高度实验时，管路2需要供给舱内15 MPa的纯氧压力，因此，选取阀门10为直通截止阀，规格见表2。阀门11为黄铜球阀，其结构为：浮动型球阀，球体材料为碳钢，表面镀铬；高性能密封材料；阀体由黄铜锻压成型；阀杆采用防脱

表2 直通截止阀规格

（▶▶▶▶）（◀◀◀◀）出结构。

阀门10与阀门11不能随意选型，特别注意：阀门10不能用黄铜球阀代替。黄铜球阀最高公称工作压力为4 MPa，不能满足高低压舱用于8 000 m以上高空实验的15 MPa供氧要求。另外，若选用高压球阀，由于其公称通径比较大，很难对本实验要求的阀门进行选型，因此，阀门11应选取黄铜球阀。

阀门与管道进行焊接时，阀门10进口端与管路焊接必须采用铜接头，并使用铜焊技术，才能保证管路负载高压时直通截止阀能够正常启闭。直通截止阀10出口端管道DN＜32 mm，可以焊接螺纹接头[5]，此处由于实验过程中最高供气压力不超过1 MPa，因此，可以使用银焊技术焊接螺纹接头与管道。黄铜球阀在实验过程中最高承受压力不超过1 MPa，且上下两端管道DN＜32 mm，可使用焊接螺纹接头的方式，螺纹接头与管道的焊接可以使用银焊技术。

4 结语

在氦氧管路的改造过程中，由于原始供氧管路比较复杂，实验过程中纯氧供气和氦氧混合气供气需要快速转换操作，因此选择合适的焊接点非常重要，直通截止阀和黄铜球阀的位置应尽量靠近。三通、管路和阀门的选材及尺寸的大小是焊接的质量保证，更是保证实验能够顺利完成的重要因素。此次氦氧管路的改造以及各阀门的选型，为以后类似高海拔潜水实验用舱的改造提供了可借鉴的经验。

[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 医用空气加压舱[S].

[4]董高峰.调节阀的正确选型及注意事项[J].计量技术，2007，10（1）：70-72．

[5]毛方琯.高压氧舱技术与安全[M].上海：第二军医大学出版社，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

张敦晓（1980—），男，技师，主要从事高压氧舱及其自动化方面的研究工作，E-mail：defense_army@126.com。

100037北京，海军总医院全军高压氧治疗中心（张敦晓，王海东，魏建芬）