船舶水下檢查技術研究

□ 楊世峰

大連中遠海運川崎船舶工程有限公司 遼寧大連 116052

1 船舶水下檢查概述

所有船級社都要求船舶在建造后進行檢查。以中國船級社為例,船舶建造后的檢查包括年度檢查、中間檢查、船底外部及有關項目檢查、特別檢查、螺旋槳軸和艉管檢查等。其中，船底外部及有關項目檢查主要包括舷側外板、海底門、舵及舵銷、艉軸承間隙及油封裝置有效性等項目。每5 a應至少進行兩次船底外部及有關項目檢查,且兩次檢查的時間間隔不應長于36個月。

船底外部及有關項目的檢查既可以在干船塢內進行,也可以在船臺上進行,還可以在船舶漂浮狀態下進行。在干船塢或船臺上進行檢查稱為塢內檢查,在船舶漂浮狀態下進行檢查稱為水下檢查。

用水下檢查來代替塢內檢查,最大優勢是成本低,尤其對于大型船舶而言。通常大型船舶進塢一次費用至少一百萬元,而水下檢查一般僅三至五萬元,成本相差巨大。

船級社對滿足水下檢查要求的船舶會授予水下檢查船級符號,美國船級社為UWILD,中國船級社為In-Water Survey,法國船級社為INWATERSURVEY,英國勞氏船級社為*IWS,日本船級社為IWS,挪威和德國勞氏船級社為BIS。

2 水下檢查對船舶設計的要求

水下檢查對船舶設計的要求如下:

(1) 應設置用于水下檢查的識別標記和系統,特別應在船體上標記水密橫艙壁的位置;

(2) 在船舶漂浮狀態中,應能檢查舵裝置中舵銷的間隙;

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

對于各個船級社在各自規范中的詳細要求,美國船級社規范詳見第七篇附錄一,中國船級社規范詳見第八篇第十二章,法國船級社規范詳見 E篇第十章第三節,挪威和德國勞氏船級社規范詳見第三篇第一章第一節,英國勞氏船級社規范詳見軍船第一篇第二章第七節,日本船級社規范詳見B篇第六章。

各個船級社對提交的水下檢查圖紙的要求見表1。

表1 船級社水下檢查圖紙要求

3 船舶設計要點

為了滿足在船舶漂浮狀態下檢查舵銷間隙的要求,需要在舵銷上方的舵板處設置鉸鏈式人孔蓋,如圖1所示。這樣可以使潛水員打開人孔蓋觀察舵銷上的螺母是否松動,并檢查舵銷間隙,如圖2所示。某船廠在設計階段由于沒有注意到這一要求,在安裝舵以后才發現觀察孔被封死,導致后期重新開孔安裝人孔蓋,造成成本浪費。

圖1 鉸鏈式人孔蓋

圖2 潛水員檢查

為了滿足在船舶漂浮狀態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置一個計測器,如圖3所示,使潛水員可以檢查間隙,如圖4所示。

圖3 計測器

圖4 潛水員檢查艉管軸與軸承間隙

船舶設計人員一定要注意以上兩個問題,在設計階段就要對舵和艉軸密封廠家提出相應要求。

4 水下檢查過程

水下檢查由具備相關資質的潛水員攜帶一套完整的潛水裝備完成,如圖5所示。在水下對包括舷側外板、海底門、舵及舵銷、艉軸承間隙及油封裝置在內的船舶浸沒部分做檢查,并通過攝像設備將圖像實時傳送至岸上的設備,做好記錄。水下圖像實時顯示如圖6所示。

圖5 水下檢查準備現場

圖6 水下圖像實時顯示

由于潛水員在水下很難辨別方向,因此要有岸上人員通過通信設備對潛水員進行指揮。水下能見度低,攝像頭清晰度較在陸地上差,因此要對異常情況及時進行判斷。如發現有油漆脫落、污損、海底門螺栓丟失等缺陷,可以由岸上人員進行判斷,指揮潛水員進行采樣或用高清照相機記錄。

在水下檢查的過程中,需要注意以下幾點:

(1) 水下檢查應在平靜水域進行,水下能見度應良好;

(2) 船舶應處于空載狀態,并且預先對水線以下船體進行適當清潔;

(3) 水下檢查之前,應會同有關各方討論確定在水下檢查中用于觀察和報告的設備、程序;

(4) 水下檢查之前,潛水員熟讀水下檢查手冊,分清艙界及相關標記;

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

(6) 水下檢查服務提供方有適當的時間預先進行所有設備的調試;

(7) 水下檢查應由一名或多名合格的潛水員在船級社驗船師的現場監督下進行;

(8) 潛水員應由船級社認可,并且是服務供應方的雇員;

(9) 潛水員與驗船師之間應有有效的雙向通信聯系;

(10) 在水下檢查前,潛水員注意了解相關規范的要求;

(11) 在水下檢查時禁止舵、槳操作,以及排放壓載水等操作,禁止開啟輔機。

曾經發生過水下檢查過程中由于外板陰極保護系統沒有關閉,船體還帶電,導致潛水員遭電擊的安全事故。因此,安全問題一定要提前確認好。

5 水下清洗

水下檢查的過程中可能發現外板污損情況,如大量藤壺附著在外板上,如圖7所示,會極大影響船舶航速,增加油耗。可以由潛水員攜帶專用工具對外板進行水下清洗,一般采用刮鏟、噴砂、轉刷、聲場、高壓和超高壓水射流、磨料水射流、淹沒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,常作為輔助手段運用。噴砂操作簡單,設備成本低廉,但對環境污染嚴重,危害工人健康。轉刷適用于對軟質生物清洗,而對硬質生物則難以去除。磨料水射流和聲場技術由于存在技術難點,仍需進一步研究。高壓水射流清洗高效,但操作需要專業培訓,且二次返銹問題嚴重。超高壓成套清洗設備能很好地解決返銹和廢水廢渣回收問題。以上所提射流清洗技術普遍會對船舶的基底涂層產生破壞,而空化水射流因低壓時的強侵蝕作用和不會破壞軟質涂層的技術特點,體現出在水下清洗中的優勢。以淹沒型空化水射流技術為主,多種技術相結合的船體水下清洗成套設備,可以實現低能耗、無破壞、綠色環保的船體污損清洗。

目前水下清洗主要由人工完成,費用較高,一般每次人工清洗都需要幾萬美元。但是如果不進行水下清洗,船舶也很難被出租,因此一般而言,人工清洗費用不能省。

船體表面清洗機器人是一種壁面移動機器人,一般由永磁履帶和推力器組成,采用復合吸附方法,可以吸附到外板上,對外板進行水下清洗。由于外板成曲面狀,使船體表面清洗機器人的復合吸附力分析、穩定性研究等工作比較復雜,且船體表面清洗機器人成本高,效率低,目前應用不是很多。

6 水下機器人的應用

隨著機器人技術的發展,越來越多的機器人代替人工來完成水下檢查,如圖9所示。水下機器人一般由可上下轉動攝像頭、可旋轉螺旋槳、浮體、電池、燈、各種傳感器組成,如圖10所示。水下機器人通過電纜將圖像和其它信號傳送至岸上計算機,一般使用一個操作手柄來操縱水下機器人。

圖9 機器人進行水下檢查

圖10 水下機器人

水下機器人主要有兩方面優勢。

(1) 成本低。一套水下機器人售價在二十萬元左右,并且可以反復使用,壽命可達10 a以上,而人工檢查每次一般花費三至五萬元。假設水下機器人每年使用十次,每次成本在二千元左右,大大低于人工檢查。且一般而言,每年水下檢查次數大大多于十次。

(2) 操作簡單。操作水下機器人不需要資質,普通員工通過學習均可操作,這樣可以實現對人員的靈活調配。

雖然水下機器人相比人工檢查有巨大優勢,但是也存在一些缺點需要解決。

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

(2) 只能用于船舶檢查,承擔水下清洗難度大,相關技術還在研究中。

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

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

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

7 結束語

筆者對船舶水下檢查技術進行研究,介紹了各個船級社對船舶水下檢查的要求、船舶水下檢查的過程、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器人在船舶水下檢查過程中存在缺點,但是水下機器人代表了船舶水下檢查技術的發展方向。