潜水钟：水下作业安全的人员转运舱

背景

从事水下建筑或打捞的商业潜水员常用潜水钟往返水下作业点。潜水钟（亦称人员转运舱PTC）配合加压舱可延长潜水员安全水下停留时间。公元前4世纪亚里士多德即观察到潜水钟。17世纪设计更复杂。现代商业潜水钟二战后随海上石油业兴起发展。

商业潜水（有偿潜水）分两大类：面向水面潜水与饱和潜水。面向水面潜水中，潜水员戴头盔水下作业，通过管缆连接岸上或船/驳船/平台上的呼吸装置。通常双人搭档，一水下一水面管缆设备。安全作业深度达300英尺（91.5米），但水下时间有限。水压效应致减压病。加压下氮气聚集组织阻塞血管；上浮过快氮气析出成气泡，如开汽水瓶般。气泡致痛、瘫痪或死亡。深潜后需极缓慢减压回常压避免减压病。减压时长关联深度与时长。仅1小时深潜，减压可达数天。面向水面潜水仅适用小工程。

饱和潜水适合大规模建设。潜水员使用加压舱（称深潜系统DDS）连接潜水钟。舱钟起始于船上。潜水团队进入舱体，机械加压模拟计划潜深环境。舱内为完整生活环境——床、淋浴、家具——可容团队数周。适应后经对接通道进入同压潜水钟。起重机吊钟至水下作业点。到位后一潜水员穿潜水服头盔出钟作业，另留钟内管缆设备。约两小时轮换。钟下可工作8小时水下日班。随后钟送回水面，潜水员进加压舱换班。整项工作完成后团队在加压舱一次性减压。虽多次下潜，仅需一次减压。

历史

开口朝下入水的桶/桶会截留空气。亚里士多德记录潜水员用装气大锅水下呼吸。亚历山大大帝传说公元前332年乘白玻璃桶潜水钟入海，潜水数日（不实）。中世纪多处提及潜水钟。1531年意大利Guglielmo de Lorena制可用潜水钟打捞湖底古罗马沉船。欧洲各地发明使用多为打捞宝藏。现代潜水钟先驱为英国Edmund Halley（哈雷彗星发现者）。1690年Halley制皮管铅衬桶供气潜水钟。木制开口锥体，铅配重、玻璃观察窗。内悬平台供休息、加重桶装置。潜水员拉桶入钟，水压迫桶释放新鲜空气。水面助手为桶补气。Halley团队在60英尺（18.3米）深度潜留达1.5小时。

他人复制成果，设计未显改进至1788年。苏格兰工程师John Smeaton制顶部泵供气潜水钟，用于水下桥梁维修。19世纪发明多样潜水装备，出现连接水面供气软管的实用潜水头盔。装备笨重，数百磅金属耐深水压。隧道桥梁工人下巨型铸铁钟或升降式沉箱。因不知压力危害，多工人患病死于"沉箱病"，即减压病。

二战后奠定商业潜水基础。瑞士潜水员Hannes Keller1962年用潜水钟达984英尺（300米）。钟压略高于潜点。Keller经钟上机器软管吸入氦氧混合气。证明潜水钟可作深潜中转站，供气外兼供电、通讯、热水加热潜水服。潜水钟：水下作业安全的人员转运舱 Halley潜水钟。

饱和潜水得益于George Bond博士，1950s中美国海军潜艇医学中心主任。实验证潜水员组织经一定暴露时间饱和氮气后，潜水时长无关。饱和点后可加压停留数周或数月。减压时长相同，无论饱和点停留1小时或1周。Bond实验催生深潜系统。1970s-80s深海石油钻井平台繁荣期，石油业工人频繁使用。

深潜球与深潜艇

两重要现代潜水钟为深潜球与深潜艇。均为科学观测制造的深海潜水器。深潜球1930年美国动物学家William Beebe与工程师Otis Barton建造。Beebe迷恋水下生物构想潜水器，Barton设计。Barton构思球形均匀分布水压。铸钢厚逾1英寸（2.5厘米），直径4.75英尺（1.5米）。重达5400磅（2449公斤），几超可用起重机极限。Beebe与Barton百慕达多次潜水，1932年达3000英尺（900米）。球体强度抵御压力，但笨重风险大，1934年弃用。

十年后瑞士父子Auguste与Jacques Piccard设计深潜艇。似深潜球以重钢球抗压。球悬挂大型轻质汽油浮筒。放气阀失去浮力自沉海底。上浮释放铁配重缓慢上浮。首艇1946年建成，1948年毁损。改进机1954年达13000英尺（4000米）。Piccards1953年建Trieste号。美国海军1958年购入。Jacques与海军中尉Donald Walsh1960年太平洋马里亚纳海沟创35810英尺（10916米）纪录。

原材料

现代潜水钟用高强度细晶粒钢。窗口用特级压力容器级铸造亚克力。外部需厚铝护筋抗冲击。高级船用环氧漆涂装。钢铝规格视预期深度而定。

设计

潜水钟按客户规格定制。客户提交需求大纲：钟形、最少乘员、窗数、特殊需求如设备架。厂家评估后出最终设计。

设计制造遵循美国机械工程师协会（ASME）法规。ASME分册规范人员居住压力容器（PVHO），含潜水钟、潜水器、减压舱、再压舱、高空舱等。ASME从设计到制造测试全流程设严格标准。制造商及分包商须逐步遵循ASME指南获成品ASME钢印。

制造工艺

钟体制造

1 钟体用强细晶粒钢成型。轧制钢板上传送带经自动锯切割顶、底、侧板。
2 板段送ASME认证焊接车间人工焊接。焊缝须耐高压绝对水密。遵循ASME指南。
3 铸造亚克力窗（分包或自制）嵌装就位。

检验与测试

4 焊合后检验。从焊缝目检到超声波扫描。继之"耐压测试"：注水加压1小时至设计耐压1.5倍。如设计耐600英尺（183米）、282 psi，测试压力相当900英尺（274.3米）、415 psi。钟体应轻松通过。设计安全系数为常用压力4倍。

喷漆与内装

5 机械喷涂高级船用环氧漆，耐水下粗暴工况。
6 内部精装。安装加热器、仪表、灯、二氧化碳清除器、风扇等设备托架螺栓固定内壁。管路线槽就位。设备到位方可投用。

认证

7 通过所有测检获ASME钢印，表明按标准建造，推定安全载人。单钟附证书记录建造地、时间、建造方。钢材溯源等档案同步保存。
8 厂家交付"毛坯"钟体。客户自行装配追踪装置、摄像机、无线电等机械。

质量控制

质控对固有危险水下作业载具至关重要。质控内嵌制造流程，因厂家遵循ASME标准。不仅成品测试，连初步设计亦满足ASME规范。美国潜水整体监管权（含商业潜水）属海岸警卫队。潜水钟：水下作业安全的人员转运舱现代人员转运舱（PTC）。

未来展望

美国海军亦测试自用潜水装备。实验潜水单元测试现有装备、试尖端技术，聘医生研究员研究潜水生理效应。研究或影响商业潜水法规，进而影响潜水钟等装备安全程序与质检标准。

商业潜水员日赖潜水钟往返加压舱与深海作业点。饱和潜水发展出高效大规模水下作业模式，因仅工程结束需一次减压。部分前沿研究探索免减压技术。有人研究人工鳃让潜水员直接从水提氧。另一新技术液体呼吸：深压下若肺充氧载液理论可持续功能。假设潜水员可从便携罐吸氧化全氟碳液体。这将使潜水员无需加压舱潜水钟即可下潜更深。另一路径生物减压：体内特殊细菌代谢组织滞留气体消除减压病。若技术商业化可行，现有加压舱+潜水钟体系将变革。