潜水服性能检测装置的研制

顾靖华，刘平小，方以群，柳初萌，范 维

（海军特色医学中心，上海200433）

0 引言

随着人类对海洋资源的开发利用，各类潜水活动在科研、军事、娱乐等领域得到广泛应用[1-2]。潜水服是潜水员开展水下活动时用于防止潜水员体温散失过快、在潜水员遇险时协助其安全上浮至水面并漂浮于水面等待救援的装备[3-5]。为保证潜水服的安全使用，需要对潜水服的性能进行检测[6]。目前国内尚未有专用的潜水服检测装置，对潜水服的各项关键指标进行检测时，需单独连接管路、仪表等，不仅操作烦琐，还不便于携带，因而通常无法对潜水服进行使用前检测，导致潜水时存在一定风险。本研究基于潜水服的性能要求，设计了一种常压下的潜水服性能检测装置，集成了潜水服气囊气密性、强度，排气阀开关压力、流量，单人救生筏浮胎气密性、强度等指标的检测功能，具备功能齐全、使用方便、体积较小、质量较轻的特点。

1 设计

1.1 组成

潜水服性能检测装置由供气模块、检测模块、信号采集处理模块和箱体组成。其中，供气模块用于为装置提供适宜的检测用气体；检测模块用于检测并显示潜水服的各项关键性能指标；信号采集处理模块用于记录和存储数据；箱体包括控制面板和支架等结构组件，主要的阀件、检测仪表及供气管路集成在箱体面板上。

1.2 原理

被测潜水服（单人救生筏）与本装置的潜水服充气接口（单人救生筏充气接口）接通后，气源高压气经球阀1 和减压器减至中压，通过调节阀调节至设定测试压力，通过数显压力显示仪、流量计、流量积算仪分别显示被测潜水服（单人救生筏）的压力、流量、供气量等指标。测试结束后，通过球阀3 排空管路余气。阀件仪表连接示意图如图1 所示。

图1 潜水服性能检测装置阀件仪表连接示意图

1.3 具体设计

1.3.1 外形结构

潜水服性能检测装置的功能是为潜水服（单人救生筏）提供方便、有效的性能检测手段，一般放置于研究单位、教学单位及使用单位的实验室或操作间，因此在满足功能要求前提下，应尽可能控制外形尺寸和质量，以减小所占空间。故本装置设计成箱柜式，通过合理布局，将所有仪表及操作阀门布置于箱体正面操作面板上，便于操作和观察；潜水服充气接口和单人救生筏充气接口布置于箱体左侧下方，便于连接和展开潜水服及单人救生筏；气源接口布置在箱体右侧下方。箱体框架和面板分别采用厚度1.5 和1 mm 的1Cr18Ni9Ti 材料制作，箱体外形尺寸为800 mm×700 mm×400 mm，总质量约65 kg。装置实物如图2 所示。

图2 潜水服性能检测装置实物图

1.3.2 供气模块

供气模块主要包括球阀、调节阀、减压器、过滤器、安全阀、供气管路等流体控制组件。中压气源经过滤器过滤后，利用球阀控制启闭，通过减压器和调节阀调节压力和流量。供气模块管路采用通径DN15不锈钢管制作，减压器后面的低压管路设计压力为0.2 MPa，在此压力下低压管路流量为1 680 L/min，满足≥1 000 L/min 的要求[7]。安全阀控制压力设定值为0.3 MPa，用于管路过压保护。管路安装后进行水压强度试验，保证安全使用。

1.3.3 检测模块

检测模块主要由体积流量计、浮子流量计、流量积算仪、数显压力显示仪、压力变送器组成，仪表之间通过管路连接。根据潜水服和单人救生阀的设计要求[7-8]，潜水服气囊工作压力为8 kPa，单人救生筏浮胎工作压力为10.7 kPa，充气接头工作压力为7 kPa，因此，选用量程为0～50 kPa、精度为±1%F.S 的数显压力显示仪和量程为0～50 kPa、误差≤±0.25%F.S 的压力变送器；排气安全阀排气流量要求＞100 L/min，因此，选用量程为20～200 L/min、准确度等级4 级的浮子流量计以及量程为0～1 000 L/min、精度为±0.2%F.S的体积流量计；流量积算仪量程为0～1 000 L/min（在标准大气压下），用于显示累计流量。检测模块的所有检测仪表均安装在箱体上，便于读数。

1.3.4 信号采集处理模块

信号采集处理模块包括外置记录用计算机、串口服务器、电源、数据电缆等。采用220 V 电源为流量计和压力变送器供电；选用ADAM-4570/L 型串口服务器将测试信号输出至计算机，用于记录和存储测试数据。

2 性能试验

2.1 气密性试验

2.1.1 试验方法

将气源与检测装置气源接口连接，气源采用洁净空气或氮气。将减压器出口压力调至0.2 MPa，参照GB/T 16560—2011《甲板减压舱》[9]中试验方法保持4 h，记录试验开始和结束时减压器上的压力表读数及温度，计算泄漏率（计算时扣除温度变化影响因素）。

2.1.2 试验结果

压力表初始读数为0.198 0 MPa，环境温度为28 ℃。4 h 后，压力表读数为0.199 2 MPa，环境温度为30 ℃，泄漏率为0.012 5%/h，满足泄漏率≤0.25%/h的要求[9]。

2.2 充气接口匹配性试验

2.2.1 试验方法

分别将被测潜水服和单人救生筏充气接头与检测装置相应充气接口连接，将检测装置减压器出口压力调整为0.2 MPa。检测潜水服时压力调节为7 kPa，检测单人救生筏时压力调节为10.7 kPa。参照GB/T 12137—2015《气瓶气密性试验方法》，将潜水服充气接头和检测装置充气接口连接部位浸入水中并停留5 min，观察密封情况。

2.2.2 试验结果

压力为7 kPa 时，潜水服充气接头和检测装置充气接口连接部位5 min 内无漏气现象；压力为10.7 kPa时，单人救生筏充气接头和检测装置充气接口连接部位5 min 内无漏气现象。检测装置充气接口与潜水服和单人救生筏充气接头匹配性试验合格。

2.3 测试功能试验

2.3.1 潜水服气囊气密性和强度测试

2.3.1.1 试验方法

将被测潜水服充气接头与检测装置的潜水服充气接口连接，参照GJB 2780—1996《潜艇艇员水下脱险装具通用规范》[7]中潜水服气囊的试验方法，通过气源为潜水服气囊供气。当压力显示达到潜水服气囊气密性测试压力时，停止供气，通过记录压力降判定潜水服气囊气密性。继续为潜水服气囊供气至强度测试压力，观察气囊是否有破裂、开裂等现象。

2.3.1.2 试验结果

被测潜水服气囊在充气压力21 kPa 条件下保持5 min，未发生破裂、开裂情况，满足气囊强度要求；被测潜水服气囊在充气压力达到7 kPa 时停止供气，2 h 后压力降为1.76%，满足压力降≤2%的要求[7]。被测潜水服气囊强度和气密性检测合格。试验表明，检测装置具备测试潜水服气囊气密性、强度的功能。

2.3.2 潜水服排气阀启闭压力、流量测试

2.3.2.1 试验方法

将被测潜水服充气接头与检测装置的潜水服充气接口连接，参照GJB 2780—1996[7]中潜水服排气阀的试验方法，通过气源为潜水服气囊充气至排气阀打开，记录此时数显压力显示仪数据，该数据即排气阀开启压力。调节调节阀使数显压力显示仪数据达到排气阀测试压力，记录流量计读数，该读数即排气阀流量。通过调节阀减小充气流量，直至排气阀关闭，此时数显压力显示仪上读数即排气阀关闭压力。

2.3.2.2 试验结果

被测潜水服排气阀开启压力为2.41 kPa，满足开启压力2～4 kPa 要求；关闭压力为1.71 kPa，满足关闭压力≥1 kPa 要求；排气流量为167 L/min，满足排气流量≥100 L/min 的要求[7]。潜水服排气阀性能试验合格。试验表明检测装置具备测试潜水服排气阀启闭压力和流量的功能。

2.3.3 单人救生筏浮胎气密性和强度测试

2.3.3.1 测试方法

将单人救生筏充气接头与检测装置的单人救生筏充气接口连接，参照CB/T 3593—1994《气胀救生筏技术条件》[8]中救生筏浮胎气密性和强度的试验方法，采用与潜水服气囊气密性和强度同样的方法测试单人救生筏浮胎的气密性和强度。

2.3.3.2 试验结果

单人救生筏浮胎充气至20 kPa 后保持15 min，无破裂、开裂现象，满足强度要求；浮胎充气至13.3 kPa，2 h 后压力降为1.94%，满足≤2%的要求[8]。单人救生筏浮胎气密性和强度性能试验合格。试验表明，检测装置具备测试单人救生筏浮胎气密性和强度的功能。

2.4 环境试验

按照GJB 150A—2009《军用装备实验室环境试验方法》相关规定，由第三方检测机构对检测装置开展高温贮存、低温贮存、振动和恒定湿热试验。经试验，检测装置满足高温55 ℃、低温-10 ℃的贮存要求；检测装置在经受恒定湿热和振动试验后能正常工作。表明检测装置环境适应性符合要求。

2.5 可靠性试验

按照GJB 899A—2009《可靠性鉴定和验收试验》相关要求，由第三方检测机构对检测装置开展可靠性试验，试验总时间1 100 h，试验期间检测装置未发生故障，满足平均无故障时间1 000 h 的可靠性要求。

3 讨论

潜水服是潜水员水下作业时必须穿着的装备，其性能的稳定是保证潜水员水下安全的关键。本文研制的潜水服性能检测装置集成了潜水服关键性能指标检测的功能，便于在潜水前对潜水服进行检测。考虑到部分潜水服配备了单人救生筏[10-13]，故在检测装置上设计了单人救生筏检测接口，可对单人救生筏浮胎气密性和强度进行检测。

本装置设计时充分考虑了人机交互性，如将仪表和操作部件集中于箱体正面面板上，气源接口布置在箱体右下侧，检测接口布置在箱体左下侧，以提高操作性能；在装置进气管路部分安装调节阀，可实现压力缓慢微调，防止压力急剧升高，避免了充气急剧潜水服气囊爆裂的风险，保证了测试人员的安全；为提高装置便携性，潜水服检测管路和单人救生筏检测管路共用，只需通过阀门切换，减小了装置的体积和质量；装置外形设计成箱柜式，可放置于工作台上，且左右两侧设计了提手，便于根据气源位置等现场环境移动。通过气密性、充气接口匹配性、测试功能以及环境和可靠性试验，表明检测装置能满足潜水服检测需求。

本装置可放置于研究、训练单位的实验室，也可配发基层潜水班。下一步，可重点考虑进一步提高装置的便携性和维修性，减压器后面的低压管路可采用软管，不仅可减轻装置整体质量，而且有利于减小维修空间；另外可升级信号采集处理模块，实现在装置面板上实时显示数据变化曲线。由于潜水服检测装置的工作环境为室内，因此未对装置提出盐雾要求，也未开展盐雾试验。下一步可加强防盐雾设计，开展盐雾试验，使本装置可用于潜水作业现场，拓展装置的使用环境。