市政工程潜水员培训手册：潜水器及其应用

潜水器是各种水下运行器的统称。通常分为载人潜水器和无人潜水器两大类。

载人潜水器是在水下有人操纵并可携带乘员的一种潜水器。根据舱室压力的不同，可分为常压载人潜水器、闸式潜水器和湿式潜水器三种。湿式潜水器，其舱室是非耐压的，驾驶员和乘员需戴水下呼吸器，主要用于潜水观光和运送潜水员。闸式潜水器是一种组合式（常压/高压）载人潜水器，可在水面及水下航行（见图1-7）。最早的一艘闸式潜水器于1895年根据“沉箱”的气闸原理制成。闸式潜水器首部的驾驶舱内为常压，驾驶员可利用仪器设备对舷外目标物进行水下观察和录像，可监视舷外潜水员的活动，并能及时营救。潜水器中部为一可调压的潜水舱。当舱室内外压力平衡时，打开底门，潜水员可出潜作业。作业结束，返回舱室。潜水员可在高压下与母船上的甲板减压舱对接后，进入甲板减压舱再实施减压。闸式潜水器在水下有很大的灵活性，是一种新型的多功能的潜水器，但它的投资和使用费用均较高。我国在20世纪80年代曾从法国进口过SM358和SM360两种闸式潜水器，其最大潜水深度为300 m。

图1-7　闸式潜水器

常压潜水是人在潜水过程中始终处于常压环境下的一种潜水技术。人在水中直接潜水的最大深度在500～600 m范围，而人在密闭的常压耐压壳体中，可以到达海洋的最深处。1960年，“曲斯特”号常压载人潜水器创造了深潜10 911.84 m的世界纪录。

常压潜水服是近年来才发展起来的一种作业型潜水器，主要由坚固耐压的轻质合金躯壳、机械手和生命支持系统等部分组成。操作者呼吸常压空气，因而没有氦语音失真及保暖问题，潜水作业后也无需减压。20世纪70年代初的产品型号有“吉姆”和“山姆”，外形拟人，四肢有活动关节，水下活动不够灵活。后来的“黄蜂”“蜘蛛”和“螳螂”型，下肢改为桶形，设6～8个小型推进器，可上下、左右、前后移动，也可悬停作业，潜水深度达610 m。因不再呈人形，故改称为单人常压潜水器，英文缩写名仍为OMAS（见图1-8）。OMAS的主要优点是操作使用方便、安全可靠，尤其是在紧急情况下可迅速投入使用，不足的是在水中停留时间受到海况和人的耐受力限制。国内有代表性的QSZ-Ⅱ型常压潜水服兼有观察和作业等功能，既是常压载人潜水器，又可作为简单的遥控潜水器，其最大工作深度为300 m，水下巡航半径为50 m，生命支持力为80 h，可以在海况不大于4级的海区进行作业。

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图1-8　单人常压潜水器

潜水器包括载人潜水器、无人潜水器和其他深海勘查设备三类。

其中无人潜水器又称水下机器人，按无人潜水器与母船之间有无电缆连接，又分为有缆摇控潜水器ROV（Remotely Operated Vehicle）和无缆自治潜水器AUV（Autonomous Underwater Vehicle）。有缆摇控潜水器按其在水下运动方式不同，可将其分为浮游式无人潜水器、拖曳式无人潜水器、爬行式无人潜水器和附着式无人潜水器；无缆自治潜水器按其智能程度，又可以分为预编程、监控型和完全智能型。随着无人潜水器技术的发展，近些年又出现了一些新型无人潜水器，如自治-遥控混合型无人潜水器，它是将有缆摇控潜水器和无缆自治潜水器的某些特性结合在一起的新型无人潜水器，通过光纤进行通信，自带电源，除去光纤可以作为无缆自治潜水器使用，加上光纤又具有有缆摇控潜水器的功能。

我国ROV研制开发工作始于20世纪70年代末。第一台HR-Ⅰ型ROV属水下观察型ROV，其最大工作深度为300 m，水下巡航半径为120 m，航速为2.5 km。之后，国内又研制出YQ2型等几种作业型的ROV，具有水下搜索、水下观察和水下作业等功能。

水下机器人又称海洋机器人，是一种代替潜水员在水下作业的自控的潜水器。能在水下游动或行走，能模仿人的手和臂运动，完成水下作业所需动作。国际上，水下机器人品种繁多。国内，1994年研制出第一台潜水深度为1 000 m的探索者号水下机器人。1996年又研制成6 000 m的CR-01型水下机器人。目前，我国在无缆智能型水下机器人的研究方面也取得了一定的成果。

潜水技术发展多元化的今天，有统计资料表明，ROV、OMAS和饱和潜水系统的初始投资费之比约为1∶1∶10，营运费之比约为0.5∶1∶10，重量之比约为1∶1∶12。所以，当今人们普遍认为：在潜水作业深度超过150 m之后，尽管可采用饱和潜水进行作业，但是由于它的投资和营运费用昂贵及医务保障的复杂性，因此都倾向于选用ROV或OMAS以取代潜水员直接潜水。在水深150 m以浅的水下作业，由于潜水员的手比机械手作业效率高，可完成许多复杂的任务，因此，仍基本采用承压潜水技术。具体地说，60 m以浅，水下作业时间短，主要采用水面供气式轻装空气潜水，但在寒冷和/或海流较大的水域，也可采用新型的重装空气潜水；水下作业时间及整个作业周期较长，宜采用空气饱和潜水或氮氧饱和-空气巡回潜水；60～120 m范围，水下作业时间较短，可采用氦氧常规潜水；60～150 m范围，水下时间较长，则应采用氦氧饱和潜水。当然如果需要，150～300 m范围，则也可采用饱和潜水技术。