海洋技术 第二章.ppt.ppt
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1、第二章 潜水技术第一节 深海探险史第二节 有人潜水系统第三节 无人潜水系统,潜水技术是进行水下作业如海洋开发利用以及打捞、救助、观测的一项重要手段,是指供人员和机具潜入水下环境的专门装备和操作方法。,第一节深海探险史,四千年前,屏气潜水采集珍珠贝类。公元前323年古希腊学者亚里士多德和马其顿王亚历山大发明潜水钟。,16世纪出现木制潜水钟,下潜深度可达20m。17世纪英国人埃德蒙.伽列依,利用气管使潜水钟与大气相通。潜水气钟变成了潜水箱,潜深达到165m。1837年制成了一种软潜水服,由头盔和衣服组成,头盔密不透水,使潜深达到180m,后来又出现了硬潜水服,配备氧气筒,潜深达350m。,1911
2、年工程师冈斯.加尔曼乘坐自己设计的潜水箱,达458m。1929年 威廉.比勃与奥梯斯.巴顿(美)设计了进步世纪“潜水球”,1934年潜深达923m。1949年 巴顿在新研制的潜水球中,深潜达1375m。1948年 奥古斯.皮卡尔(瑞士)设计了能自动行走的深潜球,下潜到1375米。1953年皮卡尔设计的深潜器“的里雅斯特”号,潜深3700m。1954年 法国格.胡奥与皮.维利姆,乘坐“弗恩斯3”号,潜深4050m。,1960年代已突破1万米70年代以前,主要用于探险和科考70年代以后,主要用于海洋开发和科学研究,以及近年来的海洋环境的研究。,“的里雅斯特”号,潜水钟,潜水服,潜水球,潜水服,潜水
3、作业系统,有人潜水,无人潜水,高压潜水,常压潜水,常规潜水,饱和潜水,抗压潜水服,有人潜水器,有缆潜水器,无缆潜水器,第二节 有人潜水系统,有人潜水系统指人使用或操纵潜水装备、可潜器等潜入水下作业的设备系统。一、高压潜水技术高压潜水指采用非抗压潜水装置,人体直接暴露在水压环境中进行潜水作业。,(一)屏气潜水和早期的潜水钟,1屏气潜水 吸一口气,停住呼吸动作,潜入水下,在耐受极限时间到达之前又急速上升出水,通大气恢复呼吸动作。这种潜水方式称为屏气潜水(breath-hold diving)。特点:屏气潜水最明显的限制是潜水者可用的气体太少,故潜水的时间不可能长;有利的一面是很简便,人在水下的可动
4、性相对地好。因此在一定条件下仍不失为一种有用的潜水方式。在西班牙的战舰上,很长时期都设有不使用潜水呼吸装置的潜水-游泳专职人员。日本等地的潜水采珠女(海女,Ama),现仍借屏气潜水(戴护目镜或面罩)采拾珠贝,约可达40 m深度。曾有人屏气潜水创造了96.3 m深度的记录,当然不可能进行作业。屏气潜水一般都是裸潜(skin diving),不着保暖服装,故不可能在水温低的情况下进行。,2呼吸管潜水 人在水面下通过口衔管子呼吸水面以上空气的潜水方式,称为呼吸管潜水。据传说,希腊人Aristotle观察到大象过河,水深淹没全身,象举鼻管向上,鼻孔露出水面,从容呼吸,潜水到达对岸,仿生地创造呼吸管潜水
5、。古罗马(公元前77年)有记载:用苇管装备军队作呼吸管,借以潜水而隐蔽渡河。我国明代“没水采珠”时,用“锡造弯环空管”对掩没人口鼻,令舒透呼吸于中(天工开物珠玉,1637)。现代的呼吸管在某些潜水-游泳的初步训练时用。使用呼吸管潜水当然也比较简便,但不能倾侧,以防水进入管内。虽然,这可借改变呼吸管形状和利用浮阀解决,但仍然对水下活动方式及其姿势有相当的约束,潜水深度一般不超过2米;潜水时间也相当有限。,3潜水钟 潜水钟(diving bell)为由倒扣桶发展而来的罩器状大型潜水装备。钟内的空气供潜水者呼吸。潜水者在钟内,随钟沉到水底,在钟所覆盖的范围内工作。最早记载潜水钟,约在公元前300多年
6、(希腊Aristotle)。使用潜水钟,则在16世纪30年代。那些都是原始的潜水钟,下潜愈深,钟内水面愈高,而且钟内气体难以更新,直到17世纪末(1690,Halley)至18世纪,才实现了潜水钟的改进和用压气机械与之配套,注压缩空气入钟内,迫使钟内水面下降与钟口齐平,钟内的气体亦可更新。潜水钟,现在有时被称开(放)式潜水钟,钟内压与所在深处的压强必相等)现已不常用。但潜水钟的原理却被直接或间接地用于沉箱、水底隧道、各型可潜舱(例如水下观察箱、下潜式加压舱或人员运载舱等)以及潜水头盔等。现在,有些场合,广义地把某些立式的可潜舱(有底门、舱内压与所在深度处的压强可相等亦可不相等)叫做潜水钟,甚至
7、简称为钟(bell)。,4头盔-供气管潜水 从水面通过管道(hose)向潜水者所戴的头盔(helmet)内送新鲜呼吸气体,头盔内含有呼出气的气体经另外的途径排出。这种方式的潜水,又称通风式潜水(ventilative diving)。在1618世纪,逐渐发展了皮革头盔(其实是扣在潜水者肩上罩住潜水者头颈的“小潜水钟”)接管子至水面,以图借此向潜水者供气。但无法平衡水压,故无效。直到发明了以风箱通过管子从水面向头盔内送气(Freminet,1774),才开创了通风式潜水的纪元。19世纪30年代(Siebe,1837),奠定了现代通风式装具的雏型:头盔-领盘-潜水衣连接为一体的潜水服,使潜水者处于
8、潜水服内的微小环境中,因体积大、压载重,后被称为重潜水装具。这类装具后又经改进和多样化,并配以潜水电话等。现一般用于45m以浅的空气潜水。必要时,在技术条件等都具备时,可以用来潜至60m甚或更深些。由头盔-供气管潜水装具结合了Venturi 原理和密闭循环(即闭合循环)式装具的原理发展而成的喷射-再生式潜水装具,在本世纪初叶试用,30年代末(1939)开始在大海应用,主要用于氦氧重潜水。氦氧重潜水一般用于60 m以深到150 m左右,常用的限制深度为120 m。头盔-供气管潜水装具的稳定性好,从水面供气可源源不断,水面对潜水者作监护较方便。,(二)高压潜水的分类1.常规潜水指潜入水下进行短时间
9、作业后立即减压回到水面的潜水。又称“非饱和潜水”。,重潜式由水面供气,配备重潜服,轻潜式自携式供气,通过潜水呼吸器向面罩供气,呼出气的处理方式,直接排放;,全部回收,经净化补充氧后使用;,少量排除,大部分回收,减压病发生的原因:中性气体溶解在体液中的量随潜深和时间增加而增加。潜水回到水面时,气体会从体液释放出来,血液中出现大量的气泡,这些中性气体常为氮气,所有使人浑身发痒、肩、肘关节疼痛、头痛、呼吸困难、瘫痪甚至死亡。方式:须经减压过程,慢慢地浮上来。如水深200m,时间20分钟,需减压4小时。,减压病依症状可分成减压病一型与减压病二型,与慢性型减压病等三种类型。减压病一型,主要是因为惰性气体
10、形成气泡后堵塞于皮下组织、关节或肌肉之间造成关节剧烈疼痛,影响行为能力,其主要症状有:皮肤发痒、刺痛、红疹、关节肌肉疼痛。减压病二型,主要是因为气体气泡充塞于人体的呼吸系统、循环系统或神经系统造成身体机能的严重障碍引发休克与死亡,其主要症状有:头昏、眼花、恶心、呕吐、耳鸣、晕眩、言语障碍、视觉模糊、四肢麻木、协调困难、胸闷胸痛、失明、休克、死亡。,临床表现 绝大多数患者症状发生在减压后12小时内。在减压过程中发病者占总发病数9.1,减压结束后30分钟内占50,1小时占85,3小时占95,6小时占99,6小时到36小时仅占1。减压愈快,症状出现愈早,病情也愈重。(一)皮肤 瘙痒及皮肤灼热最多见。
11、瘙痒可发生在局部或累及全身,以皮下脂肪较多处为重,主要由于气泡刺激皮下末梢神经所致。由于皮肤血管被气泡栓塞,可见缺血(苍白色)与静脉淤血(青紫色)共存,而呈大理石样斑纹。大量气体在皮下组织聚积时,也可形成皮下气肿。(二)肌肉骨骼系统 约90的病例出现肢体疼痛。轻者有劳累后酸痛,重者可呈搏动、针刺或撕裂样难以忍受的剧痛。患肢保持弯曲位,以求减轻疼痛,又称屈肢症或弯痛(bends)。疼痛部位在潜水作业者以上肢为多,沉箱作业则以下肢为多,主要由于深度较大,时间较长且劳动强度较大之故。局部检查并无红肿和明显压痛。引起疼痛原因可由于神经受累、血管与肌肉痉挛、局部缺氧、肌腱及骨关节损伤等。(三)神经系统
12、大多损害在脊髓,因该处血流灌注较差,特别是在供血较少的胸段。可发生截瘫,四肢感觉及运动机能障碍,以至尿潴留或大小便失禁等。如不及时进行有效治疗,病变可长期存在。由于脑部血液供应丰富,脑部病变较少。如脑部血管被气泡栓塞,可产生头痛、眩晕、呕吐、运动失调、偏瘫,重者昏迷甚至死亡。特殊感官受累可产生内耳眩晕综合征、神经性耳聋、复视、视野缩小、视力减退等。(四)循环、呼吸系统 血循环中有多量气体栓塞时,可引起心血管功能障碍,如脉搏增快、粘膜发绀等,严重者并发低血容量休克。淋巴管受侵,可产生局部浮肿。如大量气体在肺小动脉及毛细血管内栓塞时,可引起肺梗塞或肺水肿等。,治疗(一)特殊治疗 及时送入高压舱中再
13、加压治疗减压病是唯一有效的方法,可使90以上的急性减压病获得治愈。近年来,我国用加压治疗,使有的慢性减压病患者症状明显减轻。加压治疗愈早愈好,以免时间过久招致组织严重损害而产生持久的后遗症。(二)药物治疗 对严重病例,加压治疗只能排除气泡的栓塞作用,有时难以解决继发的生化变化及机能障碍。药物作为辅助疗法,一般应在减压病刚发病时就给药,效果较好。常用药物有血液扩容剂如低分子右旋糖酐、血浆和生理盐水,除了使血液扩容外,尚可抑制血小板粘附和聚集,减少血小板因子的活性,从而阻止血凝,改善症状和体征。近年来上海市杨浦区中心医院调查440名潜水员,见潜水后饮酒者急性减压病的发病率26.0,明显低于潜水后不
14、饮酒者74.0.用兔作实验,也见乙醇对急性减压病有直接治疗作用,主要由于乙醇不但是一有效的消泡剂,还能抑制血小板粘附到气泡壁上,且使血小板从气泡壁上解离下来,因而血小板数明显上升。提出潜水员出水后迅速饮50度白酒75150g治疗急性减压病为适宜剂量,此疗法简便,在无加压舱的边远地区更有实际意义。此外,小剂量阿司匹林可抑制血小板的聚集和释放作用。肾上腺皮质激素类药物可恢复血管的正常通透性,减少血浆渗出,缓解脑和脊髓水肿。根据病情可用多巴胺、氨茶碱、地西泮(安定)等对症处理。(三)其他治疗 如有肌肉关节痛,在再加压后,可进行全身热水浴,并可用按摩及理疗等。有气急者,除再加压外,须保持安静,适量给氧
15、吸入等。,潜水医学又称水下医学,是研究和解决潜水作业过程中各种医学问题的一门学科。它是潜水技术与医学科学之间的一门新兴的应用性边缘学科。由于人在水下要承受静水压(海水深10米增加1个大气压),必须呼吸压缩气体以平衡机体内外的压力,因而处在高气压环境中。所以,研究高气压和水下环境中各种物理、化学、生物因素对人体造成的一系列专门的医学问题,构成了潜水医学内容的特点。潜水医学与专门研究沉箱、隧道等高气压作业和临床高压氧治疗舱工作中各种医学问题的学科,共同组成高气压医学。潜水作业是在高压、低温、能见度差、水阻力大、呼吸高分压气体、有水中生物袭击等复杂多变的环境中进行的强劳动。与常压下的其他作业相比,不
16、仅艰苦得多,而且存在着一定的潜在危险性。如果各种因素的作用超过了机体的生理耐受限度,便可引起对潜水人员机体健康不利的反应,导致疾病和伤害(潜水职业病)、甚至残疾或死亡。,2.饱和潜水潜水员在呼吸过程中,一部分中性气体逐步溶解在人体内,并随时间的延长而增加,但当潜水一定时间后(理论64小时,实际24小时),当溶于体内的中性气体与人体释放出的相等时,溶解量就不再增加,这种状态称为饱和状态。一旦达到饱和之后,无论潜水员在此高压环境下停留多长时间,减压时间将不随停留时间的延长而增加。这一原理称为饱和潜水(saturation diving).,在饱和潜水条件下,潜水员离开居住舱到水中某一深度进行潜水作
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