大型复合低压舱连续试运行时发现的问题及对策

张东辉，王忠明，许永华，是文辉，董 翔，赵红艳，李建瑛，李佳佳，马 娜，石勇峰

大型复合低压舱连续试运行时发现的问题及对策

张东辉，王忠明，许永华，是文辉，董 翔，赵红艳，李建瑛，李佳佳，马 娜，石勇峰

目的：保障大型复合低压舱长期安全稳定地运行。方法：连续试运行115 d，发现大型复合低压舱存在水质及水管走向设计导致的异常、停电对实验舱的影响，电磁阀密封不严导致备用泵功能无法实现、通风量不合适等问题，并针对存在问题制定出了应对措施。结果：消除了水质和水管走向对制冷设备产生的破坏性隐患；备用泵功能的实现为实验舱安全运行提供了更为坚实的保障；通过远程控制，软件系统的保障能力得以提高；科学地计算通风量与实验动物数量之间的关系，解决了科学理论与实验舱操作和运用相结合的问题，既能延长实验舱的使用寿命，又能有效减小实验数据误差。结论：大型复合低压舱运行的安全性、科学性、稳定性和实验结果的准确性得到进一步提高。

大型复合低压舱；试运行；动物实验

0 引言

特殊环境下的科学研究常常受现场环境条件的不确定性影响，实验误差大、重复性差。为了在普通环境下完成高原、高寒、干热、高紫外线特殊环境下的医学科学实验，我院研制了以模拟高原、高寒、干热、高紫外线环境为特色的大型复合低压舱，实现了单项参数和复合参数的可控性[1－4]，大大满足了西北战区特殊环境的科研需要。在实验舱的科研生产完成后，实验舱运行的安全性、稳定性至关重要，经过115 d连续试运行，总结了其存在的问题，经过我方科研人员与厂方的共同努力，采取了相应的应对措施，实验舱各项参数的安全性、稳定性进一步提高，为大型复合低压舱能够长期安全稳定地运行打下了坚实的基础。

1 问题一

水质及水管走向设计对实验舱运行至关重要。

1.1 实验舱运行时的异常现象

1.1.1 异常现象一

实验舱连续运行60 d左右，由于已进入11月，气温已降至0℃以下，室外冷却塔四周已开始结冰，水流逐渐变小，由喷射状变为滴嗒状。

1.1.2 异常现象二

实验舱运行初期，由于水经过冷却塔散热后有损耗，按操作规程每周需往蓄水池内加水。实验舱连续运行60 d以后，水位未再下降反而逐渐上升，甚至从蓄水池中溢出。

1.1.3 异常现象三

实验舱连续运行60 d以后，开启低温制冷系统，未能正常运行，计算机显示“水压故障”和“压缩机高压故障”。在实验舱运行初期未出现过此现象。

1.2 检修结果

经过专业人员检查，冷却塔未出现故障。于是从

水源开始排查。蓄水池中的水经水泵抽取，一部分供给真空泵，经真空泵回流至蓄水池；另一部分经制冷设备和水气热量交换装置到达室外的散热塔，降温后，经散热塔回流至蓄水池。怀疑从蓄水池到冷却塔管道的某个部位被堵塞，导致水流变小。制冷机组前部有一个过滤装置，打开后，过滤网上布满了各类纤维和泥沙，清洗后，开启水泵，冷却塔中水流仍旧呈滴答状。厂家工作人员对制冷机组的水气热量交换装置进行反向冲洗，冲出大量灰黑色泥浆样液体，安装后，开启水泵，冷却塔中水流有所改观。厂家工作人员再次对水气热量交换装置进行反向冲洗，又冲出大量灰黑色泥浆样液体，安装后，开启水泵，冷却塔中水流量恢复正常，开启制冷系统，故障提示消失，工作正常，当日蓄水池中水位下降，按以往程序向池中加水。

1.3 原因分析

我院大型多功能低压舱实现低压功能的动力用水及高寒功能的制冷散热用水均采用循环水，优点是既环保又节约用水，只需经冷却塔降温即可，但是经过115 d的使用，也发现了它具有水质差的缺点。因为水经过位于室外的冷却塔，室外尘土溶于水中，少量树叶草棒也随冷却塔中的水流进入蓄水池，致使水质变差，这也是出现以上3种异常现象的主要原因。

另一方面，由于制冷设备的压缩机对散热要求较高[5]，所以在制冷设备的下端安装了一部水气热量交换装置，利用排向外界的冷气对从制冷机组流出的水作初步降温；经初步降温的水直接上冷却塔进行第二次降温，这主要是为满足压缩机的散热要求，其次也兼顾降低真空泵用水的水温，同时也节能环保。但缺点是通向冷却塔的水路只有一条，即只通过制冷设备和水气热量交换装置到达冷却塔，即使实验舱高寒、低温功能未开启时，水流仍然经过这2个设备。

当含有泥沙等杂物的水流经制冷设备的热交换系统时，由于其中有大量热交换管，水的流速降低，泥沙渐渐沉积在热交换系统中；从制冷设备的热交换系统中出来的水进入水气热量交换装置，由于水气热量交换装置中有大量网孔，水流经此装置的速度更慢，水中泥沙杂质更易在此处沉淀，经过60 d连续运转，泥沙逐渐堵塞这些设备，导致水路不畅、到达散热塔的水量减少。由于制冷设备用水和真空泵用水是连通的，所以制冷系统的热交换系统和水气热量交换装置被杂物堵塞后，流经此处的水流阻力逐渐加大，本应该进入散热塔的水，经真空泵回流至蓄水池，而且随着阻力逐渐增大，蓄水池水位逐渐上升，甚至漫出水池。由于制冷设备压缩机产生的热量不能有效被带走，因此，压缩机启动保护程序，计算机显示“水压故障”和“压缩机高压故障”，压缩机停止工作。

1.4 应对措施

1.4.1 解决水质问题

（1）蓄水池加防尘盖。使用实验舱高寒功能时，每月均需把水放掉，洗净蓄水池淤泥，再放自来水。

（2）散热塔加防尘罩。在塔底部加装过滤泥沙的海绵垫。使用过程中，每2~3周清洗或更换。

1.4.2 解决水管走向问题

（1）制冷设备水路与真空泵水路分开。不需要实现实验舱高寒功能时，无需让水流经制冷设备。在水泵与制冷设备之间的水管道上，加装一根管道，直接通向冷却塔，在制冷设备一侧和加装管道的中部各安装一个阀门。当不用制冷设备时，关闭制冷设备一侧阀门，开启加装管道中部阀门，使水流直接流向冷却塔；当需用制冷设备时，打开制冷设备一侧阀门，关闭加装管道中部阀门，使水流经过制冷设备、水气热量交换设备后再流向冷却塔，这样对制冷设备具有一定保护作用，可延长设备的使用寿命。

（2）定期清洗制冷设备的水路管道。我们在水泵通向真空泵的管道上安装了一个手动阀门，在真空泵停止运行的情况下，关闭手动阀，这样经水泵抽出的水将全部从制冷设备的散热装置和水气热量交换设备流至冷却塔再回流至蓄水池，从而增大管道内的水压，冲刷带走管道内、制冷设备的散热装置内和水气热量交换设备内的沉积物，保持水流畅通。在使用实验舱高寒功能时，每个月清洗1次。

（3）定期清理过滤网。散热塔海绵过滤网、制冷装置前端过滤网，每2周清理1次。

2 问题二

停电对实验舱的影响[6]。

2.1 异常现象

实验舱在模拟海拔高度时突然停电，实验舱能保持在这个海拔高度，无明显变化。但是在来电时实验舱突然下降，下降速率达50 m/s。

2.2 原因分析

在实验舱运行过程中突然停电，水泵、真空泵、电磁阀停止运转，UPS维持计算机运行，由于电磁阀关闭，实验舱保持在停电前的工作高度，只有极为缓慢的高度下降；来电后，电磁阀打开，水泵运转，但真空泵不运转，气体以最大量进入低压状态的实验舱内，导致其快速下降，此时如果实验舱内有人员进行实验，将会对人员产生巨大损伤。

2.3 应对措施

2.3.1 应急措施一

停电后要尽快在操作系统中点按“停止按钮”，使整个程序处于重新开始的状态；来电后，电磁阀将不会开通，实验舱内压力保持原状态。

2.3.2 应急措施二

如未及时按停止按钮便来电了，可点按操作系统中的“手动操作”，关闭电磁阀，减少舱内人员损伤。

2.3.3 应急措施三

我们在一台主机上接入了internet网络，通过远程控制的方式，厂方对程序进行了增补修改，使再次通电后，真空泵运行时，电磁阀再接通，提高了自动化程度和安全性。

3 问题三

电磁阀密封不严，备用泵功能无法实现[7-9]。

3.1 异常现象

对低压高温舱或低压低温舱进行减压操作时，如果把过渡舱也关闭，过渡舱内压力也会随低压高温舱或低压低温舱压力减小而减小，致使过渡舱无法减至正常压力，过渡舱门无法打开。

3.2 原因分析

我院多功能低压舱低压功能是由4个真空泵来实现的。其中1号、2号泵为主泵，作用于低压高温舱和低压低温舱；3号、4号泵为辅助泵，作用于过渡舱，同时也为备用泵。当主泵中的一个出现故障停止运转时，3号或4号泵将替代故障泵运转。经检查后发现，与3号泵和4号泵相连的2个电磁阀关闭不严，在1号泵或2号泵启动时，过渡舱中有少量气体通过电磁阀被抽出，导致过渡舱压力降低。

3.3 应对措施

为解决这个问题，厂家在3号、4号电磁阀旁边各安装一个手动阀，这2个手动阀关闭后，过渡舱内压力再未出现过随其他2个舱压力降低而降低的现象。由于加了手动阀，当3号、4号泵作为备用泵时，需关闭1号与2号间的手动阀，打开3号手动阀，才可实现1号和3号泵配合使用；关闭1号与2号间的手动阀，打开4号手动阀，方可实现2号和4号泵配合使用。

4 问题四

不适当的通风量影响动物实验的科学性。

4.1 异常现象

为了减少真空泵的负荷，通风量一般调至100~ 150 m3/s，当实验舱内实验动物达到一定数量时，我们发现氧分压和氧含量与此高度空舱时氧分压和氧含量相比有明显下降，CO2浓度、氨浓度明显升高，即使有空调控制（设为23℃）温度也有明显上升。而且随实验动物数量的进一步增加，氧分压和氧含量出现更为明显的下降，CO2浓度、氨浓度、温度升高也更为明显，人员在舱内操作时，能明显感觉到气体对黏膜的刺激和温度升高，甚至出现动物死亡现象。

4.2 原因分析

当舱内实验动物数量一定时，如出现氧分压和氧含量与此高度空舱时氧分压和氧含量相比有明显下降，CO2浓度、氨浓度明显升高，温度也上升明显等现象时，说明通风量不足。

4.3 选择适当通风量的重要性

当动物数量一定时，通风量的值为多大才适合，这关系到真空泵的使用寿命和实验的准确性。真空泵是低压舱的心脏，通风量增大，真空泵运行功率将增大，加大了真空泵的负荷；通风量低将导致舱内CO2浓度、氨浓度蓄积，O2浓度降低，温度上升，这些负产品将对实验动物产生负作用，甚至掩盖我们模拟的实验因素对实验动物的影响，实验结果的准确性会受到很大影响。因而适宜的通风量既可降低真空泵的负荷，又能保证实验数据的准确性。

4.4 应对措施

分析大量数据后发现：当实验动物数量一定，通风量增大时，氧分压和氧含量上升，CO2浓度、氨浓度下降，温度也下降。这些参数呈一定的相关性。为了使问题由复杂变为简单，也结合实际工作要求，以高温低压舱为例，我们选择了在5 000 m高度时，通风量和动物数量这2个参数作为研究对象。研究表明：空舱氧分压－载有动物时氧分压＝0时，动物消耗的氧与补充新风中的氧相同，实验中记录此时通风量与动物数量。而CO2浓度、氨浓度在空气中所占比例小，所以本研究中只以氧分压作为观察依据。

实验动物为成年wistar大鼠[10]，平均体质量为250 g，雌雄各半，依照实验动物数量分为6组，实验重复3次，每次持续3 h，通风量用x±s表示，实测参数见表1。

表1 实测参数

高温低压舱最大设计通风量为500 m3/s，实际可达到400 m3/s，代入公式y=8.055e0.012x后，可以求出高温低压舱最多可以放置310只大鼠（如图1所示）。每次实验前，根据动物数量，可以计算出所需的通风量，从而达到了延长真空泵使用寿命和减小实验误差的目的。

5 结果

针对大型复合低压舱连续试运行115 d发现的问题及应对措施：（1）消除了水质和水管走向对制冷设备产生的破坏性隐患；（2）备用泵功能的实现为实验舱的安全运行提供了更为坚实的保障；（3）通过远程控制，软件系统的保障能力得以提高；（4）科学地

（▶▶▶▶）（◀◀◀◀）计算通风量与实验动物数量的关系，解决了用科学理论指导实验舱操作与运用相结合的问题，既能延长实验舱的使用寿命，又能有效减小实验数据误差。

Problems and Countermeasures in Continuous Trial Operation of Large Composite Hypobaric Chamber

ZHANG Dong-hui1,WANG Zhong-ming1,XU Yong-hua1,SHI Wen-hui1,DONG Xiang1, ZHAO Hong-yan1,LI Jian-ying1,LI Jia-jia1,MA Na1,SHI Yong-feng2
（1.Urumqi General Hospital of Lanzhou Military Area Command,Urumqi 830000,China; 2.Tuha Oilfield Hospital,Urumqi 830002,China）

Objective Toexplore the safe and stable operation of large composite hypobaric chamber.Methods Trialoperation in 115 days showed the chamber had the defects ofpower failure bywater quality or pipeline alignment,unqualified reserve pump due to incompletely sealed electromagnetic valve,improper ventilation quantity and etc.Some countermeasureswere put forward accordingly.Results The chamber was improved from the aspects of refrigeration equipment threatened by water quality and pipeline alignment,reserve pump,software system based on remote control,and ventilation quantity related to the amounts of experimentanimals.The service life of the chamberwas prolonged,and the experimental data errorswere reduced.Conclusion The safety,reliability and stability as well as the accuracy of the experimental results are all enhanced greatly.[Chinese Medical Equipment Journal，2013，35（3）：121-123，126]

large composite hypobaric chamber;trial operation;animal experiment

R318.6；R197.39

A

1003-8868（2014）03-0121-04

10.7687/J.ISSN1003-8868.2014.03.121

总后卫生部“十一五”重大专项课题（08Z004）

张东辉（1969—），男，硕士，主管技师，主要从事实验设备操作与管理方面的研究工作，E－mail：582613863@qq.com。

830000乌鲁木齐，兰州军区乌鲁木齐总医院（张东辉，王忠明，许永华，是文辉，董 翔，赵红艳，李建瑛，李佳佳，马 娜）；830002乌鲁木齐，吐哈油田医院（石勇峰）

许永华，E-mail：xyh821023@sina.com