潜水钟

背景

进行水下施工或打捞的商业潜水员经常使用潜水钟将其运送到水下地点。使用潜水钟（也称为个人转运舱，PTC）和压力室可以延长潜水员在水下安全停留的时间。潜水钟早在公元前四世纪就已为人所知<小>。 ，当他们被古希腊哲学家亚里士多德观察到时。十七世纪设计了更复杂的潜水钟。现代商业潜水钟是在二战后随着海上石油工业的兴起而开发的。

商业潜水（付费潜水）主要分为水面潜水和饱和潜水两种。在面向水面的潜水中，戴头盔的潜水员在水下工作，连接到岸上或船上、驳船或平台上的呼吸器。通常潜水员成对工作，一个在水下，一个在水面照料软管和设备。面向水面的潜水员可以在深达 300 英尺（91.5 m）的深度安全工作，但潜水员只能在水下度过有限的时间。水压的影响会导致减压病。在压力下，氮气会聚集在潜水员的身体组织中，阻塞动脉和静脉。如果潜水员上升得太快，氮气会在组织中形成气泡，就像汽水瓶在打开盖子时起泡一样。组织中的气泡会导致疼痛、瘫痪或死亡。深潜后，潜水员需要逐渐减压，非常缓慢地恢复到水面压力，以避免减压病。减压时间与潜水深度和持续时间有关。深潜仅需一小时，减压时间可能需要数天。面向水面的潜水仅适用于小型工作。

第二种商业潜水，饱和潜水，更适用于大型建设项目。在饱和潜水中，潜水员使用连接到潜水钟的加压舱，有时也称为深潜系统 (DDS)。房间和钟开始在船上。一组潜水员登上舱室，然后对舱室进行机械加压，以模拟计划潜水深度处的环境。房间是一个完整的生活环境——配备了床、淋浴和家具——并且能够容纳一个潜水团队数周。当潜水员适应后，他们通过配对隧道离开舱室并进入潜水钟，潜水钟也有压力。起重机将钟从船上吊起，然后将其放到水下地点。到达现场后，一名潜水员穿着潜水服和头盔离开钟，开始工作。另一名潜水员留在钟内，照料第一位潜水员的软管和设备。在大约两个小时的间隔后，他们切换。潜水员可以在钟声下工作，每天在水下工作八小时。然后他们在钟罩中被运送到水面，进入压力室，并与下一个潜水员轮换。当整个工作完成后，团队在压力室中减压。虽然他们已经潜入过多次，但团队只需要减压一次。

历史

将桶或桶直接放入水中，开口朝下，会将空气滞留在里面。亚里士多德写到潜水员使用充气大锅在水下呼吸。据说亚历山大大帝在公元前 332 年带着潜水钟出海——据说是一桶白玻璃。 据说他已经在水下深处待了好几天，尽管这并不可信。中世纪有好几处提到潜水钟。 1531 年，意大利人古列尔莫·德·洛雷纳 (Guglielmo de Lorena) 制作了一个可行的潜水钟，他用它来从湖底打捞沉没的古罗马船只。欧洲各地还发明并使用了其他钟，主要用于抢救财宝。现代潜水钟的前身是由英国人埃德蒙·哈雷发明的，他因以他的名字命名的彗星而闻名。 1690 年，哈雷制造了一个潜水钟，它使用皮管和衬铅桶在水下提供新鲜空气。他的钟是一个木制的、开口的锥体，用铅加重，并装有一个玻璃观察窗。在里面，哈雷挂了一个供潜水员休息的平台，还有一个加重的桶。桶是固定的，因此当潜水员将它们拉入钟罩时，来自下方的水压迫使它们将新鲜空气释放到钟罩中。地面上的助手用新鲜空气重新填充桶。哈雷和一队潜水员使用他的钟设法在大约 60 英尺（18.3 m）的水下停留了一个半小时。

其他人复制了哈雷的成就，但直到 1788 年，设计才得到显着改进。 那一年，苏格兰工程师约翰·斯米顿 (John Smeaton) 制作了一个潜水钟，在其屋顶上使用了一个泵来迫使新鲜空气进入。 Smeaton 的钟被潜水员用来修理水下桥梁。 19 世纪发明了各种潜水设备，从而产生了可使用的潜水头盔，这些头盔通过软管连接到水面的供气系统。这种设备往往又重又笨重，由数百磅的金属制成以承受深水压力。隧道和桥梁上的工人在巨大的铸铁钟罩或称为沉箱的电梯式房间中倒下。由于对压力的危害知之甚少，这些工人中的许多人死于所谓的沉箱病，现在知道是减压病。

二战后为未来的商业潜水奠定了基础。瑞士潜水员 Hannes Keller 于 1962 年使用潜水钟潜入 984 英尺（300 米）的深度。他的钟的压力比他的潜水地点略高。凯勒吸入了氦气的混合物 哈雷铃。和氧气通过连接到钟内机器的软管。他展示了潜水钟对于深潜者来说可能是一个有价值的中途站，不仅提供可呼吸的气体，还提供电力、通讯设备和热水来加热潜水服。

1950 年代中期，美国海军潜艇医疗中心主任 George Bond 博士的工作使饱和潜水成为可能。他的实验表明，潜水员的组织在暴露一段时间后会被氮气饱和。达到饱和点后，潜水的持续时间并不重要。潜水员可能会承受数周或数月的压力。无论潜水员在饱和点停留一小时还是一周，减压所需的时间都是相同的。邦德的实验促成了深潜系统的开发。在 1970 年代和 1980 年代，当深海石油钻井平台蓬勃发展时，石油工业的工人经常使用它们。

深海球和
深海舟

两个重要的现代潜水钟是深海球和深海舟。这些是用于科学观察的深海潜水船。深海球是由美国动物学家威廉·比比和工程师奥蒂斯·巴顿于 1930 年建造的。比比对水下生活着迷，构想了潜水机，而巴顿能够设计它。巴顿的想法是让房间完美地圆形，以均匀分布水压。它由铸钢制成，厚度略高于 1 英寸（2.5 厘米），直径为 4.75 英尺（1.5 米）。深海球体重达 5,400 磅（2,449 公斤），对于可用的起重机来说几乎太重了。 Beebe 和 Barton 在百慕大的深海圈进行了多次潜水，在 1932 年达到了 3,000 英尺（900 米）的深度。由于球体的巨大强度，潜水员免受压力，但事实证明，深海圈笨重且有潜在风险。它于 1934 年被废弃。

十年后，瑞士父子 Auguste 和 Jacques Piccard 设计了一种名为深海船的类似船只。深海舟抵抗压力的影响，就像深海球一样，有一个沉重的钢球室。房间挂在一个装满汽油的大而轻的容器下面。释放空气阀使深海船失去浮力并靠自己的力量沉入海底。再次上浮时，操作人员释放铁压舱物，使船只缓慢上升。第一艘深海船建于 1946 年，但在 1948 年遭到了无法修复的损坏。1954 年改进的机器下降到 13,000 英尺（4,000 米）。Piccards 建造了另一艘深海船，名为 Trieste， 1953 年。美国海军购买了 的里雅斯特 1958 年。雅克和海军中尉唐纳德沃尔什于 1960 年在太平洋马里亚纳海沟达到创纪录的 35,810 英尺（10,916 米）深度。

原材料

现代潜水钟由高强度细纹钢制成。窗户由专为压力容器设计的特殊等级的铸造丙烯酸制成。钟还需要一个由厚铝制成的外部梁，以保护它免受冲击。钟罩涂有高级船用环氧树脂漆。钢和铝的规格取决于容器的预期深度。

设计

潜水钟是根据客户规格定制的。客户与制造商联系并概述了所需的内容。根据需要，轮廓将指定钟形、最少占用人数、窗户数量和任何其他特殊需求，例如用于容纳设备的机架。制造商查看客户的计划，然后制定最终设计。

潜水钟的制造和设计是根据美国机械工程师协会 (ASME) 提供的特定规定进行的。 ASME 有一个小节，规范通常称为人体居住压力容器或 PVHO。 PVHO 包括潜水钟以及潜水器、减压舱、再压缩舱、高空舱等。 ASME 为潜水钟的各个方面制定了严格的标准，从设计到制造和测试。制造商及其分包商必须在整个制造过程中逐步遵循 ASME 指南，以便在成品钟上获得 ASME 印章。

制造
过程

制作铃铛

• 1 钟体由坚固的细粒钢制成。轧制的钢板放在传送带上，然后通过自动锯将钢板切割成钟形的顶部、底部和侧面。
• 2 将部件送到经过此类结构认证的焊接车间。每个部分都是手工焊接在一起的。焊缝必须能够承受高压并且绝对不漏水。焊接车间遵循 ASME 制定的准则。
• 3 由分包商或钟形制造商制造的铸造亚克力窗安装到位。

检验检测

• 4 部分焊接在一起后，检查钟形罩。它可以接受各种测试，从焊缝的目视检查到超声波扫描。在这些测试之后是“证明测试”。钟内装满水，并在其承受压力的一倍半的压力下加压一小时。换句话说，如果钟罩设计为承受 600 英尺（183 m）、282 psi 深度的压力，制造商将使其承受 900 英尺（274.3 m）或 415 psi 的压力。铃铛应该很容易经受住验证测试。作为安全预防措施，它的设计可承受四倍于一般使用压力的压力。

绘画和整理

• 5 接下来给钟上色。机械喷雾器在钟罩上涂上一层高级海洋环氧树脂涂料，能够承受钟罩在水下的粗暴使用。
• 6 然后钟的内部就完成了。钟将容纳各种设备，如加热器、仪器、灯、二氧化碳去除器和风扇。这些设备的支架用螺栓固定在钟罩的内侧。管道和接线盒也用螺栓固定到位。在所有设备到位之前，铃铛不能使用。

认证

• 7 如果钟罩通过所有测试和检查，则会盖上 ASME 印章。这意味着它是按照 ASME 标准建造的，并且被认为对人类居住是安全的。个人钟还会获得一份证书，记录它的建造地点、时间和建造者。其他记录也被保留，例如用于身体的钢材的来源。
• 8 制造商将钟作为“原始”容器交付。然后客户为其配备所有必需的机械设备，例如跟踪设备、摄像头和无线电发射器。

质量控制

质量控制对于用于进行固有危险的水下工作的船舶而言极为重要。质量控制已融入潜水钟制造过程中，因为制造商遵循 ASME 制定的标准。不仅钟罩在建造后进行测试，甚至初步设计也以符合 ASME 规则的方式进行。对潜水的整体监管权力，包括 现代人员调动舱 (PTC)。商业潜水，在美国是海岸警卫队。

未来

美国海军还测试各种潜水设备供自己使用。它运行一个实验潜水单位，测试现有设备并尝试最先进的潜水技术。实验潜水组还聘请了研究潜水生理影响的医生和研究人员。其中一些研究可能会导致影响商业潜水员的法规。这反过来可能会影响潜水钟和其他潜水设备的安全程序和质量控制测试。

商业潜水员每天都依靠潜水钟在加压舱和深海地点之间进行运输。饱和潜水的发展导致了进行大量水下工作的更有效方式，因为潜水员只需要在工作结束时减压一次。然而，目前的一些研究调查了完全不减压的方法。一些研究人员研究了为潜水员配备人造鳃的可能性，让他们能够直接从水中呼吸氧气。另一种可能的新技术称为液体呼吸。在深度压力下，如果肺部充满含氧液体，理论上它们可以继续运作。假设，一名水肺潜水员可能能够从便携式水箱中吸入含氧液态碳氟化合物。这将使潜水员能够在不使用压力室和潜水钟的情况下潜得更深。另一种调查途径是所谓的生物减压。体内的一种特殊细菌可用于代谢组织中导致减压病的气体。这将消除对腔室中减压的需要。如果这些技术中的任何一项对商业潜水员变得可行，现有的压力室和潜水钟系统可能会改变。

哪里可以了解更多

书籍

比比，威廉。 半英里下来。 纽约：沉闷，斯隆和皮尔斯，1951 年。

Parker, Torrance R. 20,000 份海底工作：潜水和水下工程的历史。 加利福尼亚州帕洛斯佛得斯半岛：海底档案馆，1997 年。

皮卡德、雅克和罗伯特·S·迪茨。 七英里下：深海船的里雅斯特的故事。 纽约：G. P. Putnam 的儿子们，1961 年。

期刊

Bachrach, Arthur J. “潜水钟的历史”。 历史潜水时间 （1998 年春季）。

其他

潜水遗产页面。 2001 年 6 月。。

安吉拉 伍德沃德