海上監測實驗室與遠航艦艇裝備監測

吳善躍，裘璐光

(92957部隊，浙江舟山 316000)

海上監測實驗室與遠航艦艇裝備監測

吳善躍，裘璐光

(92957部隊，浙江舟山 316000)

監測診斷對于維護遠航艦艇裝備正常運轉具有重要作用，而這離不開一個良好的海上監測實驗室，為更好指導監測工程師開展遠航艦艇監測保障，文章探討了海上監測實驗室建立基本思路與過程，并對海上監測實驗室未來發展提出了建議。

監測診斷;海上實驗室;遠航艦艇

隨著人民海軍不斷從近海走向遠海，艦艇遠航已呈常態化。由于我海軍走向遠海的時間相對較晚，遠航艦艇裝備監測實踐經驗相對較少，工作開展仍存在許多不足之處。其中，海上監測實驗室不完善就是較為突出的問題。本文的主要研究目的，就是從技術層次探討海上監測實驗室建立和未來發展，為從事此項工作的監測工程師提供參考。

1 海上與陸地監測實驗室比較

海上監測實驗室是一個建立在遠航艦艇上、隨船從事設備狀態監測與故障診斷的臨時性小型專業監測診斷機構。由于該實驗室是建立在艦艇這一特殊的移動平臺上，它與陸地監測實驗室存在較大不同，具體表現在人員、場所設施、儀器設備等基本要素方面 (如表1所示)。由于兩者之間存在較大差異，不能簡單地以陸地監測實驗室模式指導海上監測實驗室工作，而應根據自身特定規律探求合理的建立和運行模式。

表1 海上監測實驗室與陸地監測實驗室比較

2 海上監測實驗室建立

2.1 目標原則與基本思路

受各方面條件限制，海上監測實驗室不可能是一個大而全的監測診斷實驗室，而應是一個小而精的綜合實驗室，能切實對遠航艦艇裝備主要常見故障隱患進行監測診斷，并為海上修理提供技術支持。根據這一功能定位，實驗室建設應遵循以下基本原則:①實用性原則，即在監測項目方面按照“有所為、有所不為”方針選擇關鍵性監測項目，不再片面追求全面和準確，而是強調監測項目的實效性;②因地制宜原則，實驗室場所設施建立應根據艦艇平臺艙室條件進行針對性改造，盡可能滿足實驗基本要求;③環境適應性原則，儀器設備配置要適應艦艇平臺工作環境要求，儀器設備能在這一特殊環境下正常運轉;④人員精干原則，實驗室應配備一專多能的復合型監測人才，能在單人情況下維持實驗室正常運轉。

為達到以上目標和原則，實驗室建立應按圖1流程進行規劃，即:根據艦艇裝備使用特點、故障規律，結合艦艇條件，有針對性選擇監測項目，合理配置監測儀器設備，相應配套場所設施;若艦艇平臺艙室存在較大限制，還需相應調整儀器設備或同時調整監測項目和儀器設備。

圖1 海上監測實驗室建立基本思路

2.2 遠航艦艇裝備使用及故障規律

遠航艦艇裝備使用及故障情況具有以下2方面特點。

1)裝備要經受惡劣環境的考驗。艦艇遠航過程中經常會遇到大風浪海況，大風浪航行對船體結構強度和主動力系統運轉平穩性有直接影響，特別是螺旋槳負荷的極端變化易導致主動力系統故障出現。此外，遠航艦艇長期航行于高溫、高鹽度海域，船體、管路和冷卻器等設備部件的腐蝕速度加快。由于管路和冷卻器腐蝕引發的設備故障在遠航中較為常見，例如主機滑油冷卻器、空冷器腐蝕穿孔導致海水混入潤滑油問題屢見不鮮。

2)裝備動用強度大、持續時間長。據統計，主動力系統、舵裝置、供發電設備、空調機組、風機、消防泵等是整個艦艇平臺中持續使用時間較長的設備，也是故障相對集中的設備。通過分析這些設備具體情況，可發現其故障類型主要集中在機件磨損、疲勞破壞、高溫老化等，而這些故障的發展過程在機理上均與設備使用時間和強度有關。例如，主機高壓油管破裂、消防泵滾動軸承磨損故障、主機主軸承溫度高、主機煙道固定螺釘斷裂、機帶海水泵軸封磨損、各種密封件的老化失效等就是其中的典型代表。

2.3 監測對象及監測項目規劃

根據上述規律，監測對象應以主動力系統、供發電設備、舵裝置、空調機組、風機、消防泵等常用、故障較為集中裝備為重點，并涵蓋其它具備監測條件的非重點裝備。所選擇的監測項目主要是針對機件磨損、疲勞破壞、高溫老化、腐蝕、泄漏等故障類型。監測項目分定期項目和非定期項目兩部分，其中定期項目詳見表2。

非定期監測項目主要是在定期監測或艦員檢查中發現故障隱患后進行故障排查時而開展，其內容包括以下4方面:①三維工業視頻內窺鏡，主要用于檢查柴油機、齒輪箱等設備內部缺陷，可在較少拆檢工程量下實現故障原因、位置和嚴重程度的確認;②超聲波泄漏檢測儀，主要用于設備及管路密封性檢查、泄漏部位確定;③電流頻譜分析、繞組性能檢測，主要用于電機故障分析;④熱工參數檢測，用于缸內過程參數測量，判定柴油機缸內過程有關故障。

2.4 儀器設備配置要求

儀器設備按確定的監測項目進行配置，配置過程應充分考慮以下3方面因素。

1)從艦艇實驗場所空間出發，盡可能選用小型化儀器設備。如陸地監測實驗室所用的M型油液分析直讀光譜儀和MOA型油液分析直讀光譜儀，尺寸和重量均較大，在艦艇平臺上使用受到一定限制。近年新推出的Q100型光譜儀，尺寸僅為傳統儀器的1/5，是海上監測實驗室的首選設備。

2)儀器設備盡可能具備便攜功能。遠航過程中，由于臨時監測診斷任務，監測工程師需要攜帶儀器在艦艇之間開展機動監測工作，要求儀器輕巧、便攜、耐用。

3)儀器設備檢測過程和分析結果受艦艇平臺慣性干擾影響較小。如目前陸地監測實驗室常用的油液水分檢查方法為庫倫法，檢查過程中需使用精密天平稱重，這一過程受艦艇平臺搖擺干擾影響較大，因而海上監測實驗室無法采用這一方法進行油液水分含量檢測。又如，陸地監測實驗室采用毛細管法進行潤滑油運動粘度檢測，艦艇平臺慣性影響潤滑油流過毛細管時間，進而影響粘度檢測結果。對于這些檢測項目，應從方法替代角度考慮選擇其它儀器設備。

表2 定期監測項目規劃

基于以上3方面考慮，表3列出了部分監測項目替代儀器設備。其余項目配套儀器設備，在原理上與陸地監測實驗室相同，只是在儀器設備尺寸和重量方面進一步強調小巧、輕便。除了配置檢測用途的儀器設備外，還要考慮附屬設備，如油液樣品制備中需要用到的烘箱、振蕩器等。

2.5 場所設施布置與改造

針對實驗室選定儀器設備，應建立配套場所設施。實驗場所建立需根據船方提供的艙室條件因地制宜地進行改造。如艙室空間條件較好，實驗場所應具備以下4個功能模塊:①樣品制備區，用于油液監測樣品的準備 (如振蕩、加熱、試管清洗);②儀器操作區，用于油液樣品的檢測分析;③數據分析區，用于振動、電氣等監測項目數據采集前的路徑設置、采集后的數據上傳，以及各監測項目的數據處理及報告編寫;④存儲區域，用于儀器、耗材、樣品存放。若空間有限，應確保樣品制備區、儀器操作區能在實驗室中建立。

為保證隨船監測 (特別是油液監測)工作的順利開展，實驗場所還應具備以下4方面條件。

1)供水供電。供電接口應按各儀器設備負荷進行核算，并考慮一定的安全裕度;對于油料原子發射光譜儀等關鍵設備，應配置不間斷電源，確保分析過程不會中斷;配備水源和水池，便于清洗。

2)溫濕度環境。大部分監測設備屬于精密儀器，具有一定的溫濕度環境條件要求，而艦艇艙室受海洋環境影響，溫濕度參數并不一定能滿足要求。遠航中就曾出現因工作艙室濕度過大導致儀器CRT顯示屏無法正常顯示故障。因此，實驗場所應配備環境工程設備，按照各儀器設備環境指標要求控制溫濕度。

3)排放。油料原子發射光譜儀使用會產生燃燒產物，這些產物含苯類物質、一氧化碳、硫化物、氮氧化物等有害物質。污染度檢測、粘度測試過程中會使用到化學試劑，這些試劑對人體均有害，因此，實驗場所需要安裝通風設施。

表3 海上監測實驗室替代檢測方法及儀器設備

4)儀器設備固定。遠航過程中不可避免地會遇到大風浪等惡劣條件。為保障儀器設備安全，應采取相應的固定措施。儀器設備固定既要保證安全可靠，還要方便拆卸和再次固定安裝，便于儀器設備維護保養。

3 海上監測實驗室未來發展

3.1 在線監測技術與離線監測技術的融合使用

目前，海上監測實驗室監測工作開展主要采用離線模式，即由監測人員在現場取油樣或采集數據，再返回實驗室進行檢測或分析。離線模式的優點在于引入人工分析過程，能開展復雜問題分析，缺點在于監測時效性、連續性不能得到保證。因此，國內外一直在大力發展在線監測技術，即將傳感器長期固定在設備上，通過數據采集系統不斷地采集和實時分析數據，從而確保監測工作的時效性和連續性。其中，振動在線監測技術已在部分艦艇動力系統監測方面初步得到應用，而油液在線監測技術總體上還處在理論研究和實驗室分析階段，現已推出磁性方法、電學方法、光學方法、集成方法等油液在線監測技術［2］。然而，即使是得到初步應用的振動在線監測技術，由于技術上不成熟和分析過程未引入人工分析過程，目前也只能進行初級監測，而不能實現故障診斷分析的高級過程。綜合兩種監測模式的優缺點，可預見兩者融合使用將是海上監測實驗室未來發展方向，具體如圖2所示。以在線監測方式對重點設備進行連續、實時監測，及時做出設備故障征兆預警，而后由監測工程師采用離線監測方式驗證預警，并對故障問題進行診斷分析，最后根據分析結論做出設備管理干預。

圖2 在線監測與離線監測融合使用示意圖

3.2 遠程技術應用

遠航過程中，艦艇裝備會出現一些隨船監測工程師無法分析和解決的復雜故障問題，需要由行業內富有經驗專家協助分析。因此，有必要發展遠程技術，建立岸基支援分析渠道，實現海上和后方共同會診重大疑難故障的目標。如圖3所示，為達到這一目標，需要建立海上實驗室艦載平臺、岸基遠程支援平臺，通過衛星通信構筑聯系，使其具備儀器原始數據、圖像、視頻、語音傳輸能力，從而實現海上實驗室監測數據信息為后方專家共享，并能夠以同樣的形式接收后方專家的分析結果和處置建議。這一遠程工作模式技術相對成熟、實用，應是當前海上監測實驗室積極發展的技術方向。未來隨著在線監測技術的成熟發展和海上通信能力的提升，將振動、油液、性能參數等在線監測系統接入艦載遠程平臺，使后方專家能夠實時了解遠航艦艇裝備運行狀況，從而更好指導遠航艦艇裝備監測工作，這是下一階段更高發展目標。

圖3 遠程監測診斷實現示意圖

4 結束語

遠航艦艇裝備能否保持正常運轉離不開監測診斷工作，而遠航艦艇裝備監測診斷工作開展需要建立一個隨船移動的海上監測實驗室。建立海上實驗室，應從遠航艦艇裝備使用特點、故障規律出發，結合艦艇平臺實際，科學統籌監測項目，合理配置監測儀器設備，配套相應場所設施。此外，建立海上監測實驗室應考慮技術上的發展趨勢，在線監測技術與離線監測技術的融合使用、遠程技術手段應用在遠航艦艇裝備監測中有著實際需求，將是海上監測實驗室未來重要技術發展方向。

［1］田洪祥，劉瑜，王鑫.船舶潤滑油和液壓油水分現場測量研究 ［J］.中國修船，2009(4):35－37.

［2］楊其明，嚴新平，賀石中.油液監測分析現場實用技術［M］.北京:機械工業出版社，2006.

Monitoring and diagnosis play an important role on maintaining the equipments of naval vessels for long voyage，which rely on a good laboratory on shipboard.To direct engineers engaging in monitoring the equipments，the plan and process of establishing a laboratory on shipboard were discussed，and the suggestion on developing laboratories on board was presented.

monitoring and diagnosis;laboratory on shipboard;naval ships for long voyage

U674

C

1001－8328(2013)05－0051－04

吳善躍 (1976-)，男，浙江慶元人，工程師，博士，主要從事船舶設備狀態監測和振動噪聲控制研究工作。

2013－03－28