船舶水下檢查技術(shù)研究

□ 楊世峰

大連中遠(yuǎn)海運(yùn)川崎船舶工程有限公司 遼寧大連 116052

1 船舶水下檢查概述

所有船級(jí)社都要求船舶在建造后進(jìn)行檢查。以中國(guó)船級(jí)社為例,船舶建造后的檢查包括年度檢查、中間檢查、船底外部及有關(guān)項(xiàng)目檢查、特別檢查、螺旋槳軸和艉管檢查等。其中，船底外部及有關(guān)項(xiàng)目檢查主要包括舷側(cè)外板、海底門、舵及舵銷、艉軸承間隙及油封裝置有效性等項(xiàng)目。每5 a應(yīng)至少進(jìn)行兩次船底外部及有關(guān)項(xiàng)目檢查,且兩次檢查的時(shí)間間隔不應(yīng)長(zhǎng)于36個(gè)月。

船底外部及有關(guān)項(xiàng)目的檢查既可以在干船塢內(nèi)進(jìn)行,也可以在船臺(tái)上進(jìn)行,還可以在船舶漂浮狀態(tài)下進(jìn)行。在干船塢或船臺(tái)上進(jìn)行檢查稱為塢內(nèi)檢查,在船舶漂浮狀態(tài)下進(jìn)行檢查稱為水下檢查。

用水下檢查來(lái)代替塢內(nèi)檢查,最大優(yōu)勢(shì)是成本低,尤其對(duì)于大型船舶而言。通常大型船舶進(jìn)塢一次費(fèi)用至少一百萬(wàn)元,而水下檢查一般僅三至五萬(wàn)元,成本相差巨大。

船級(jí)社對(duì)滿足水下檢查要求的船舶會(huì)授予水下檢查船級(jí)符號(hào),美國(guó)船級(jí)社為UWILD,中國(guó)船級(jí)社為In-Water Survey,法國(guó)船級(jí)社為INWATERSURVEY,英國(guó)勞氏船級(jí)社為*IWS,日本船級(jí)社為IWS,挪威和德國(guó)勞氏船級(jí)社為BIS。

2 水下檢查對(duì)船舶設(shè)計(jì)的要求

水下檢查對(duì)船舶設(shè)計(jì)的要求如下:

(1) 應(yīng)設(shè)置用于水下檢查的識(shí)別標(biāo)記和系統(tǒng),特別應(yīng)在船體上標(biāo)記水密橫艙壁的位置;

(2) 在船舶漂浮狀態(tài)中,應(yīng)能檢查舵裝置中舵銷的間隙;

(3) 對(duì)于螺旋槳軸或艉管軸的軸封裝置,應(yīng)能在船舶漂浮狀態(tài)下檢查螺旋槳軸或艉管軸與軸承的間隙;

對(duì)于各個(gè)船級(jí)社在各自規(guī)范中的詳細(xì)要求,美國(guó)船級(jí)社規(guī)范詳見第七篇附錄一,中國(guó)船級(jí)社規(guī)范詳見第八篇第十二章,法國(guó)船級(jí)社規(guī)范詳見 E篇第十章第三節(jié),挪威和德國(guó)勞氏船級(jí)社規(guī)范詳見第三篇第一章第一節(jié),英國(guó)勞氏船級(jí)社規(guī)范詳見軍船第一篇第二章第七節(jié),日本船級(jí)社規(guī)范詳見B篇第六章。

各個(gè)船級(jí)社對(duì)提交的水下檢查圖紙的要求見表1。

表1 船級(jí)社水下檢查圖紙要求

3 船舶設(shè)計(jì)要點(diǎn)

為了滿足在船舶漂浮狀態(tài)下檢查舵銷間隙的要求,需要在舵銷上方的舵板處設(shè)置鉸鏈?zhǔn)饺丝咨w,如圖1所示。這樣可以使?jié)撍畣T打開人孔蓋觀察舵銷上的螺母是否松動(dòng),并檢查舵銷間隙,如圖2所示。某船廠在設(shè)計(jì)階段由于沒(méi)有注意到這一要求,在安裝舵以后才發(fā)現(xiàn)觀察孔被封死,導(dǎo)致后期重新開孔安裝人孔蓋,造成成本浪費(fèi)。

圖1 鉸鏈?zhǔn)饺丝咨w

圖2 潛水員檢查

為了滿足在船舶漂浮狀態(tài)下檢查螺旋槳軸或艉管軸與軸承的間隙,可以在艉軸密封處設(shè)置一個(gè)計(jì)測(cè)器,如圖3所示,使?jié)撍畣T可以檢查間隙,如圖4所示。

圖3 計(jì)測(cè)器

圖4 潛水員檢查艉管軸與軸承間隙

船舶設(shè)計(jì)人員一定要注意以上兩個(gè)問(wèn)題,在設(shè)計(jì)階段就要對(duì)舵和艉軸密封廠家提出相應(yīng)要求。

4 水下檢查過(guò)程

水下檢查由具備相關(guān)資質(zhì)的潛水員攜帶一套完整的潛水裝備完成,如圖5所示。在水下對(duì)包括舷側(cè)外板、海底門、舵及舵銷、艉軸承間隙及油封裝置在內(nèi)的船舶浸沒(méi)部分做檢查,并通過(guò)攝像設(shè)備將圖像實(shí)時(shí)傳送至岸上的設(shè)備,做好記錄。水下圖像實(shí)時(shí)顯示如圖6所示。

圖5 水下檢查準(zhǔn)備現(xiàn)場(chǎng)

圖6 水下圖像實(shí)時(shí)顯示

由于潛水員在水下很難辨別方向,因此要有岸上人員通過(guò)通信設(shè)備對(duì)潛水員進(jìn)行指揮。水下能見度低,攝像頭清晰度較在陸地上差,因此要對(duì)異常情況及時(shí)進(jìn)行判斷。如發(fā)現(xiàn)有油漆脫落、污損、海底門螺栓丟失等缺陷,可以由岸上人員進(jìn)行判斷,指揮潛水員進(jìn)行采樣或用高清照相機(jī)記錄。

在水下檢查的過(guò)程中,需要注意以下幾點(diǎn):

(1) 水下檢查應(yīng)在平靜水域進(jìn)行,水下能見度應(yīng)良好;

(2) 船舶應(yīng)處于空載狀態(tài),并且預(yù)先對(duì)水線以下船體進(jìn)行適當(dāng)清潔;

(3) 水下檢查之前,應(yīng)會(huì)同有關(guān)各方討論確定在水下檢查中用于觀察和報(bào)告的設(shè)備、程序;

(4) 水下檢查之前,潛水員熟讀水下檢查手冊(cè),分清艙界及相關(guān)標(biāo)記;

(5) 水下檢查之前,潛水員應(yīng)注意水下伸出船外的構(gòu)件,如舭龍骨等,防止發(fā)生意外;

(6) 水下檢查服務(wù)提供方有適當(dāng)?shù)臅r(shí)間預(yù)先進(jìn)行所有設(shè)備的調(diào)試;

(7) 水下檢查應(yīng)由一名或多名合格的潛水員在船級(jí)社驗(yàn)船師的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)督下進(jìn)行;

(8) 潛水員應(yīng)由船級(jí)社認(rèn)可,并且是服務(wù)供應(yīng)方的雇員;

(9) 潛水員與驗(yàn)船師之間應(yīng)有有效的雙向通信聯(lián)系;

(10) 在水下檢查前,潛水員注意了解相關(guān)規(guī)范的要求;

(11) 在水下檢查時(shí)禁止舵、槳操作,以及排放壓載水等操作,禁止開啟輔機(jī)。

曾經(jīng)發(fā)生過(guò)水下檢查過(guò)程中由于外板陰極保護(hù)系統(tǒng)沒(méi)有關(guān)閉,船體還帶電,導(dǎo)致潛水員遭電擊的安全事故。因此,安全問(wèn)題一定要提前確認(rèn)好。

5 水下清洗

水下檢查的過(guò)程中可能發(fā)現(xiàn)外板污損情況,如大量藤壺附著在外板上,如圖7所示,會(huì)極大影響船舶航速,增加油耗?？梢杂蓾撍畣T攜帶專用工具對(duì)外板進(jìn)行水下清洗,一般采用刮鏟、噴砂、轉(zhuǎn)刷、聲場(chǎng)、高壓和超高壓水射流、磨料水射流、淹沒(méi)型空化水射流等方法。水下清洗后,基本可將藤壺處理干凈,如圖8所示。

圖7 外板污損情況

圖8 水下清掃后外板情況

刮鏟已不再是水下清洗的主要方式,常作為輔助手段運(yùn)用。噴砂操作簡(jiǎn)單,設(shè)備成本低廉,但對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重,危害工人健康。轉(zhuǎn)刷適用于對(duì)軟質(zhì)生物清洗,而對(duì)硬質(zhì)生物則難以去除。磨料水射流和聲場(chǎng)技術(shù)由于存在技術(shù)難點(diǎn),仍需進(jìn)一步研究。高壓水射流清洗高效,但操作需要專業(yè)培訓(xùn),且二次返銹問(wèn)題嚴(yán)重。超高壓成套清洗設(shè)備能很好地解決返銹和廢水廢渣回收問(wèn)題。以上所提射流清洗技術(shù)普遍會(huì)對(duì)船舶的基底涂層產(chǎn)生破壞,而空化水射流因低壓時(shí)的強(qiáng)侵蝕作用和不會(huì)破壞軟質(zhì)涂層的技術(shù)特點(diǎn),體現(xiàn)出在水下清洗中的優(yōu)勢(shì)。以淹沒(méi)型空化水射流技術(shù)為主,多種技術(shù)相結(jié)合的船體水下清洗成套設(shè)備,可以實(shí)現(xiàn)低能耗、無(wú)破壞、綠色環(huán)保的船體污損清洗。

目前水下清洗主要由人工完成,費(fèi)用較高,一般每次人工清洗都需要幾萬(wàn)美元。但是如果不進(jìn)行水下清洗,船舶也很難被出租,因此一般而言,人工清洗費(fèi)用不能省。

船體表面清洗機(jī)器人是一種壁面移動(dòng)機(jī)器人,一般由永磁履帶和推力器組成,采用復(fù)合吸附方法,可以吸附到外板上,對(duì)外板進(jìn)行水下清洗。由于外板成曲面狀,使船體表面清洗機(jī)器人的復(fù)合吸附力分析、穩(wěn)定性研究等工作比較復(fù)雜,且船體表面清洗機(jī)器人成本高,效率低,目前應(yīng)用不是很多。

6 水下機(jī)器人的應(yīng)用

隨著機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展,越來(lái)越多的機(jī)器人代替人工來(lái)完成水下檢查,如圖9所示。水下機(jī)器人一般由可上下轉(zhuǎn)動(dòng)攝像頭、可旋轉(zhuǎn)螺旋槳、浮體、電池、燈、各種傳感器組成,如圖10所示。水下機(jī)器人通過(guò)電纜將圖像和其它信號(hào)傳送至岸上計(jì)算機(jī),一般使用一個(gè)操作手柄來(lái)操縱水下機(jī)器人。

圖9 機(jī)器人進(jìn)行水下檢查

圖10 水下機(jī)器人

水下機(jī)器人主要有兩方面優(yōu)勢(shì)。

(1) 成本低。一套水下機(jī)器人售價(jià)在二十萬(wàn)元左右,并且可以反復(fù)使用,壽命可達(dá)10 a以上,而人工檢查每次一般花費(fèi)三至五萬(wàn)元。假設(shè)水下機(jī)器人每年使用十次,每次成本在二千元左右,大大低于人工檢查。且一般而言,每年水下檢查次數(shù)大大多于十次。

(2) 操作簡(jiǎn)單。操作水下機(jī)器人不需要資質(zhì),普通員工通過(guò)學(xué)習(xí)均可操作,這樣可以實(shí)現(xiàn)對(duì)人員的靈活調(diào)配。

雖然水下機(jī)器人相比人工檢查有巨大優(yōu)勢(shì),但是也存在一些缺點(diǎn)需要解決。

(1) 定位困難。水下不容易收到全球定位系統(tǒng)信號(hào),也很難分辨方向,操作過(guò)程中水下機(jī)器人容易迷路。

(2) 只能用于船舶檢查,承擔(dān)水下清洗難度大,相關(guān)技術(shù)還在研究中。

(3) 由于重力受限的原因,一般電池容量較小,續(xù)航時(shí)間僅為2 h,充電時(shí)間則較長(zhǎng)。

(4) 在操作過(guò)程中,信號(hào)線電纜容易纏繞。一旦纏繞,水下機(jī)器人無(wú)法自行解開,只能派潛水員下水解開。

大電池、快充、水下定位系統(tǒng)、與岸上設(shè)備無(wú)線通信等將成為未來(lái)水下機(jī)器人的研究方向,雖然水下清洗由水下機(jī)器人來(lái)完成仍然存在諸多困難,但是在水下檢查方面,已經(jīng)完全可以由水下機(jī)器人代替潛水員完成工作。

7 結(jié)束語(yǔ)

筆者對(duì)船舶水下檢查技術(shù)進(jìn)行研究,介紹了各個(gè)船級(jí)社對(duì)船舶水下檢查的要求、船舶水下檢查的過(guò)程、船舶水下清洗方式,并比較了船舶水下檢查的成本,指出雖然目前水下機(jī)器人在船舶水下檢查過(guò)程中存在缺點(diǎn),但是水下機(jī)器人代表了船舶水下檢查技術(shù)的發(fā)展方向。