潜水钟是一种钟形压力容器,配备在需要进行潜水作业的船上,可以运送人员往返于水下与甲板之间。潜水钟因其底部开口,形似钟,故得此名。潜水钟根据用途不同,可分为水下观察用和潜水作业用两类。
潜水作业时,根据结构形式的不同,一般可分为开式潜水钟和闭式潜水钟。
1637年,
宋应星所著的《
天工开物》一书中便有关于当时潜水技术要领的记载,直到16世纪,人们发明了一种叫潜水钟的装置,其被认为是世界最早的水下呼吸装置。1771年,一位英国工程师发明了一种空气泵,就在空气泵诞生后的第二年,
法国科学家菲雷米内特就设计出了一个可以让人自由活动,并能实现“再呼吸”的装置。从某种意义上来说,这是世界上第一台独立封闭的氧气装置。现代潜水钟主要用于开展水下
建筑工程、海上钻油台的维修工作,以及海上救援工作。
名字由来
潜水钟因其底部开口,形似钟,故得此名。
定义
潜水钟是指用于载人水下观察或在水下作业现场和甲板减压舱之间运送潜水员的装置,还包括其装载的设备。
历史起源
1637年,
宋应星所著的《
天工开物·乃粒》一书中便有关于当时潜水技术要领的记载,但由于那个时期并未发明橡胶,人们潜水时所穿的衣服仅仅是常规的衣服而已,主要作用是保温,并不算真正意义上的潜水服。直到16世纪,人们发明了一种叫潜水钟的装置,其被认为是世界最早的水下呼吸装置。
事实上,关于类似于潜水钟结构的设想,可以追溯到
亚里士多德时代。他曾设想将一个巨大的“壶”倒置后沉入海底,在水压的作用下,壶中的空气体积会有一定程度的压缩。而潜水者可以在水中通过苇管呼吸壶中的空气,从而延长在水下的时间。其原理,就是将一根蜡烛固定在一个罐头盒子上,点燃蜡烛后拿一只玻璃杯将蜡烛罩住,按入水中,会观察到蜡烛依然保持燃烧状态。这是因为水将玻璃杯中的空气隔离,空气无法排出杯外,在有
氧气的环境下蜡烛可持续燃烧。潜水钟的原理亦是如此。
这些潜水钟有着一个明显的缺点,钟内空气有限,潜水人员无法在水中停留较长时间。因此,需要通过某种方式往钟内供应新的空气,才能延长潜水时间。为了解决这一难点,1771年,一位
英国工程师约翰·斯梅顿便发明了一种空气泵。它可以通过软管连接到潜水钟上,向钟内源源不断地提供空气。但它累赘的设计,还是大大限制了人类在水下世界大展拳脚。就在空气泵诞生后的第二年,
法国科学家菲雷米内特就设计出了一个可以让人自由活动,并能实现“再呼吸”的装置。能让人实现在水底的“循环呼吸”。在头盔上,菲雷米内特设置有两根管子,一根用来吸气,另一根用来呼气。从某种意义上来说,这是世界上第一台独立封闭的
氧气装置。
基本构造
潜水钟一般可运载2-3人,将潜水员由生活舱运送至潜水作业深度,有时可以用作潜水员加减压舱室。潜水钟壳体呈椭圆形,顶端有主吊缆的吊孔,钟外周设防碰撞保护环形圈。潜水钟还配有各种设备和阀件,如应急气瓶、内外照明、加/减压管系、气体成分控制系统等。潜水钟通过脐带与支持船的生命支持系统连接,潜水钟主脐带是饱和潜水系统的生命线,用于传递呼吸气体、热水、电和信号等,其基本组成包括:供气软管、测深软管、抗压排气管、热水软管、电源电缆、通信/钟内摄像电缆、钟外摄像电缆。
工作原理
以实验来说,就是将一根蜡烛固定在一个罐头盒子上,点燃蜡烛后拿一只玻璃杯将蜡烛罩住,按入水中,会观察到蜡烛依然保持燃烧状态。这是因为水将玻璃杯中的空气隔离,空气无法排出杯外,在有
氧气的环境下蜡烛可持续燃烧。潜水钟的原理亦是如此。
潜水钟的工作原理就是把一桶气扣下去,然后人从带过去的气里面呼吸,为了把这个桶吊下去、放在下面浮不上来,所以就会在桶上绑定几个铁球,然后桶里面的气通过一根管子让另一个人呼吸。
基本分类
潜水钟根据用途不同,可分为水下观察用和潜水作业用两类。前者只用于水下观察,钟内为常压;后者用于下放及接收出钟巡潜的潜水人员。潜水作业时,根据结构形式的不同,一般可分为开式潜水钟和闭式潜水钟,另外有一种专用于潜艇救生的救生钟,用于援救失事潜艇艇员。
开式潜水钟
开式潜水钟是指底部开口,钟内上部可形成气垫的潜水钟,又称湿式潜水钟。开式潜水钟主要用于60m以浅的空气潜水,一般与轻潜水装具配套使用。开式潜水钟是潜水钟系列中的一种,它适用于中浅深度的潜水,是国际上较为流行的潜水运载工具之一。
闭式潜水钟
闭式潜水钟是指钟体密闭,可与甲板加压舱对接的潜水钟,又称可潜式加压舱或人员转运舱(见图2)。闭式潜水钟设计成圆柱形或球形,要求既能承受外压,又能承受内压,至少可容纳2名潜水员,钟底部有一个通道供潜水员出人,通过钟脐带同水面的潜水工作母船连接。闭式潜水钟通常是饱和潜水系统或邦司潜水系统中的一部分,是潜水员从甲板居住舱到海底作业、工作结束后回到甲板居住舱的运载设备。
应用领域
现代潜水钟可潜入更深的海域,用于接送潜水员进出水下工作场所,类似于升降机,潜水员可走出舱外,开展水下
建筑工程、海上钻油台的维修工作,以及海上救援工作。
发展趋势
向轻便型、机动型发展
国际上的潜水钟正朝着机动型、集装箱式发展。如南非SOUTHERN OCEANICS公司的LG360开式潜水钟系统,采用适合国际标准的集装箱底座,便于船运和集装箱拖车装运,可根据需要运送至作业地点,在相应母船上展开后进行潜水作业,具有机动灵活的优点。中国上海打捞局研制的SWZ1.2K90/2型开式潜水钟及我国正研制的机动型救生钟也采用了集装箱式。
向自带推进器发展
法国柯麦克斯公司研制了一种自航式潜水钟,具有机动能力。该潜水钟先由保障船运送到指定海域,然后用钢缆吊放到海底深处。潜水钟到达近底水层后,乘员接通带动螺旋桨的电动机,可依靠自身动力寻找目标。另外,
法国还研制自带推进器的
救生钟,
俄罗斯也研制成了自航潜水救生钟,中国的移动式救生钟也具有移位和对口作业动力系统。采用这种结构可以提高救生钟对于失事潜艇救生平台
转轴倾角的适应能力,即救生钟在失事潜艇倾斜度较大时,也能对潜艇实施对口救援,并且能降低对口难度,提高对口成功率。