低压变温舱安全性和可靠性分析及对策

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1、低压变温舱安全性和可靠性分析及对策蔡东海张玉忠孙海友(北京航天医学工程研究所)一、引言在航天飞行中，将会遇到多种环境因素，如：低压、温度、重力、振动、辐射、噪音、污染物质等。这些环境因素将影响飞行乘员的身体健康和工作效率，甚至会危及生命安全。可以在地面通过相应的设备来模拟航天环境因素，研究其对人体的影响。低压变温舱就是一台模拟压力、气体成分、温度、湿度的多因素的人用环境试验舱。该设备70年代初建成投入使用，1994年进行了技术改造，完成过大量的人体医学工程实验。低压变温舱模拟的环境参数多、范围广、系统组成复杂，其试验对象主要是人，试

2、验的安全可靠性极为重要。本文侧重从设备的角度分析人体实验中存在的各种不安全因素及设计采取的对策。二、安全性和可靠性分析出用故障模式及影响分析和初步危险分析方法，对低压变温舱的安全性和可靠性进行分析．以确定各要素对设备的安全性、可靠性的影响。低压变温舱由真空与复压系统、舱温系统、服装通风气源系统、测控与数据采集系统以及通话与监视系统组成(见图1)，其中的服装通风气源系统又由调温系统、调湿系统、通风系统和cO。净化系统组成见图2。图i低压变温舱结构框图圈2服装通风气源系统结构框图低压变温舱任何⋯个系统出现故障，均会影响试验的正常进行，严

3、重时会造成受试者受伤甚至死亡。以下简要分析试验时可能发生的故障和对设备及受试者产生的影响。1．真空与复压系统真空与复压系统由真空抽气机组、抽气流量调节阀、补气流量调节阀、压力控制器、紧急复压阀组成。低压变温舱做载人低压实验时，受试者需经历由地面常压至某一低压的减压过程，试验结束时又需经历从低压状态到地面常压的增压过程，在增减压过程中如果设备中控制抽气或补气流量的阀门失灵，造成增减压速率过大将会使受试者在增压过程中耳膜充血、听力受损、耳痛，甚至耳膜穿孔。低压试验中，如果由于控制失灵，造成压力过低引起氧分压也随之降低，使受试者由于缺氧而

4、注意力分散、工作效率降低，缺氧严重时将会造成生命危险，失压还会造成减压病。如失压后由于紧急复压系统失灵而不能使舱压迅速复压到地面常压，将可能造成受试者死亡。2舱温系统舱温系统由冷冻机组、加热器、调功器和温度控制器组成。冷冻机组用于降温，加热器用作加温和补偿控制。舱温系统出现故障将引起舱温偏离要求的控制范围，从而使得试验任务中断，严重时会造成受试者烧伤或冻伤。加热器漏电或由于接触不良而造成局部过热引起火灾将导致设备损坏和人员伤亡。3服装通风气源系统服装通风气源系统由调温系统、调湿系统、通风系统和C02净化系统组成，它与服装装备一起构成

5、一个密闭的微小气候环境，它要使人体不断排出的热量、水气及气体排出服装外。在舱内温度过高或过低时，舱与服装装备进行热交换，这些热量也需由通风气流带走。服装通风系统的每一部分出故障都会对受试者造成影响，调温失灵受试者会感到闷热或寒冷，调湿系统失灵受试者会感到过湿闷热或干燥，通风系统发生故障造成循环风中断，受试者会感到闷热或寒冷，C02吸附剂失效，将引起C02浓度上升使受试者会感到恶心窒息。4．测控与数据采集系统测控系统由各参数测量变送器、智能控制器和执行部件调节阀等组成。数据采集系统由计算机、通讯接口、显示器、打印机和监控软件组成。测控

6、与数据采集系统承担着舱温、舱压、气源风温、风湿、通风流量和二氧化碳浓度的测量和控制，以及参数的采集、加工处理、显示、存储记录和语音报警功能，是低压变温舱的重点核心系统，测控与数据采集系统出故障，将影响到各个参数的准确测量和控制，使得试验不能进行，甚至危及受试者147的人身安全。5通话与监视系统通话系统包括有线通话和无线通话两种形式。有线通话由有线对讲机、信息转换器、话筒、扬声器组成。无线通话为无线对讲机。监视系统由T业摄像机、彩色监视器、全方位云台、镜头控制器等组成。通话与监视系统主要完成试验过程中舱内受试者和舱外主试人员的通话联络

7、和主试人员监视舱内受试者的状态及舱内设备的工作状态，同时也完成主试人员和控制室操作人员间、控制室操作人员和机房机务员之问的通话，一旦通话和监视出现故障，将影响试验正常进行。如试验中出现危及受试者安全的险情时，通话与监视系统又不能正常工作，就会延误对受试者的抢救。三、安全性和可靠性对策低骶变温舱的技术构成复杂，涉及机械、真空、制冷、通风、自动控制和计算机应用等技术分支。它的安全性可靠性不仅取决于系统各单个部件，更主要取决于系统的结构和各环节的信息交换的可靠性，对设备的重点核心测控与数据采集系统的安全性可靠性应给予高度重视，尤其对安全性

8、关键的压力系统需采用特别的安全措施，同时通过检修更换失效元部件以增强设备的可靠性。t．测控与数据采集系统的安全可靠性设计低压变温舱的监测与控制参数很多，需要集中统一管理。由于舱内要进入被试人员，所以要求系统安全可靠。如果采用集中控制，