500 m饱和潜水系统加压舱有机玻璃观察窗的设计与应用

冯 磊，张 民，张 剑

·经验交流·

500 m饱和潜水系统加压舱有机玻璃观察窗的设计与应用

冯 磊，张 民，张 剑

饱和潜水;加压舱;观察窗

某部于2010年8-10月利用500 m饱和潜水系统，进行了“模拟480 m氦氧饱和—493 m巡回潜水实验研究”。在实验进行之前，笔者对饱和潜水系统的每一个部件都进行系统的检查。发现在用舱体有机玻璃观察窗，厂家无法提供产品合格证书，也没有进行出厂前的压力相关试验，缺少证明其能够在5.0 MPa压力条件下安全使用的证据。因此笔者据加压舱图纸资料，重新加工制作观察窗有机玻璃，并按照原加压舱设计单位提供的验收方案对产品进行相关试验检验，现将加压舱观察窗的制作及试验过程总结如下。

1 观察窗的制作

1.1 参考标准 主要依据标准为中国船级社《潜水系统和潜水器入级与建造规范》1996版、HJB170-97《加压舱通用规范》、GJB1251A-2008《浇铸航空有机玻璃规范》。

1.2 窗玻璃材料 选用以甲基丙烯酸甲酯为原料的浇铸型工业有机玻璃板材制作。

1.3 窗玻璃设计［1］根据中国船级社《潜水系统和潜水器入级与建造规范》1996版规定:最大工作压力0～69 MPa范围的标准形窗玻璃的尺寸由其短期临界压力值(STCP)确定，并考虑最高环境温度下的转换系数(CF)的影响。窗玻璃的最大工作压力由下式计算:

窗玻璃几何形状要求(见图1):

图1 圆锥形窗几何形状示意图

500 m饱和舱观察窗玻璃规格:

500 m饱和舱观察窗玻璃最大工作压力需满足:

p=STCP/CF≥5 MPa，其中，CF值由表1给出

当最高工作温度Tc≤52℃时，p=STCP/CF=69.6/10= 6.96＞5(MPa)

可见，在舱温小于52℃时，500 m饱和舱的窗玻璃能满足使用。

表1 圆锥形窗不同环境温度下转换系数表

1.4 观察窗制作过程 选用优质正规厂家生产厚度为65 mm的航空有机玻璃板材，裁剪成300 mm×300 mm方块，再按图纸机加工成形，抛光处理后，进行热处理并在每块玻璃上做出标记。

2 观察窗玻璃的性能检验

2.1 检验标准 加压舱观察窗玻璃的材质、外观、标记及物理力学性能指标应分别满足参考文献［1］及参考文献［2］的第五章第二节相关要求。

观察窗玻璃的压力试验过程应符合参考文献［2］的第五章第四节要求。

测试主要仪器仪表有实验工装、试压泵、压力表、温度计、计时器等。

2.2 试验方法及要求 将玻璃安装于实验工装(见图2)，并使实验用水的温度为室温。加压至6.5 MPa，并保压1.5 h后减压，90 s减至常压(注:试验过程中密封装置不得泄漏)。测试结果和要求:不得有任何细微裂纹、破裂或永久变形。

2.3 试验结果 (1)外观及尺寸:外观目测，未发现有银纹及划伤;用游标卡尺及角规测量，物理尺寸符合图纸设计要求。(2)压力试验结果:未发现裂纹及永久变形，试验合格。

3 讨论

加压舱观察窗有机玻璃是逐一加工的，出厂时每一块有机玻璃都必须要进行压力实验检验，并出具试验记录报告。窗玻璃制造厂家应为每块玻璃提供相应的合格证书。合格证书包括编号、材料规格、重量、尺寸、最大工作压力及使用环境温度范围等。并应在每块玻璃上不影响观察的部位清晰地做出以下标记:编号、最大工作压力、最高设计温度、制造厂名或商标、制造日期。所有标记都应为不易磨损的型板喷刷标记。不得采用可能引起裂纹传播的打印或标记。

图2 压力试验装置

关注加压舱观察窗有机玻璃使用条件及使用寿命。观察窗表面应有保护措施以防止有机玻璃受损，并且要严禁与油漆、丙酮等有机溶剂接触。观察窗有机玻璃的使用年限为10年［3］，在使用过程中，有机玻璃上出现银纹等异常现象则应及时更换。

有机玻璃成型方法有浇铸、射出成型，机械加工、热成型等。其中浇铸及射出成型方法都需要借助模俱，此方法适合大批量生产，制程简单，成本低;热成型方法是将有机玻璃板材或片材制成各种尺寸形状制品的过程，将裁切成要求尺寸的坯料夹紧在模俱框架上，加热使其软化，再加压使其贴紧模俱型面，得到与型面相同的形状，经冷却定型后修整边缘即得成品，适合制作有机玻璃工艺品、零部件等;机械加工方法用途比较广泛，既适合小批量制作，也可以大规模生产，可以制作比较复杂的零部件。加压舱观察窗有机玻璃选用特定航空有机玻璃板材，根据图纸尺寸，经过外形冷加工后，再通过手工抛光修理后，放入恒温箱内热处理，消除其加工过程产生的应力，最后刻印标记，贴膜后包装出厂。其中热处理过程温度、时间控制是关键工序，应严格控制［4］。

［1］ GJB1251A-2008，浇铸航空有机玻璃规范［S］.

［2］ 中国船级社.潜水系统和潜水器入级和建造规范［S］.1996版.附录A.

［3］ GB/T 16560-2011，甲板减压舱［S］.

［4］ 刘晓杰，王言英.观光潜艇舷窗有机玻璃制作的关键技术研究［J］.船海工程，2010，2(1):9-12.

R849

B

10.3969/j.issn.1009-0754.2014.05.032

2013-10-28)

(本文编辑:林永丽)

200433 上海，海军医学研究所