海上监测实验室与远航舰艇装备监测

吴善跃，裘璐光

(92957部队，浙江舟山 316000)

海上监测实验室与远航舰艇装备监测

吴善跃，裘璐光

(92957部队，浙江舟山 316000)

监测诊断对于维护远航舰艇装备正常运转具有重要作用，而这离不开一个良好的海上监测实验室，为更好指导监测工程师开展远航舰艇监测保障，文章探讨了海上监测实验室建立基本思路与过程，并对海上监测实验室未来发展提出了建议。

监测诊断;海上实验室;远航舰艇

随着人民海军不断从近海走向远海，舰艇远航已呈常态化。由于我海军走向远海的时间相对较晚，远航舰艇装备监测实践经验相对较少，工作开展仍存在许多不足之处。其中，海上监测实验室不完善就是较为突出的问题。本文的主要研究目的，就是从技术层次探讨海上监测实验室建立和未来发展，为从事此项工作的监测工程师提供参考。

1 海上与陆地监测实验室比较

海上监测实验室是一个建立在远航舰艇上、随船从事设备状态监测与故障诊断的临时性小型专业监测诊断机构。由于该实验室是建立在舰艇这一特殊的移动平台上，它与陆地监测实验室存在较大不同，具体表现在人员、场所设施、仪器设备等基本要素方面 (如表1所示)。由于两者之间存在较大差异，不能简单地以陆地监测实验室模式指导海上监测实验室工作，而应根据自身特定规律探求合理的建立和运行模式。

表1 海上监测实验室与陆地监测实验室比较

2 海上监测实验室建立

2.1 目标原则与基本思路

受各方面条件限制，海上监测实验室不可能是一个大而全的监测诊断实验室，而应是一个小而精的综合实验室，能切实对远航舰艇装备主要常见故障隐患进行监测诊断，并为海上修理提供技术支持。根据这一功能定位，实验室建设应遵循以下基本原则:①实用性原则，即在监测项目方面按照“有所为、有所不为”方针选择关键性监测项目，不再片面追求全面和准确，而是强调监测项目的实效性;②因地制宜原则，实验室场所设施建立应根据舰艇平台舱室条件进行针对性改造，尽可能满足实验基本要求;③环境适应性原则，仪器设备配置要适应舰艇平台工作环境要求，仪器设备能在这一特殊环境下正常运转;④人员精干原则，实验室应配备一专多能的复合型监测人才，能在单人情况下维持实验室正常运转。

为达到以上目标和原则，实验室建立应按图1流程进行规划，即:根据舰艇装备使用特点、故障规律，结合舰艇条件，有针对性选择监测项目，合理配置监测仪器设备，相应配套场所设施;若舰艇平台舱室存在较大限制，还需相应调整仪器设备或同时调整监测项目和仪器设备。

图1 海上监测实验室建立基本思路

2.2 远航舰艇装备使用及故障规律

远航舰艇装备使用及故障情况具有以下2方面特点。

1)装备要经受恶劣环境的考验。舰艇远航过程中经常会遇到大风浪海况，大风浪航行对船体结构强度和主动力系统运转平稳性有直接影响，特别是螺旋桨负荷的极端变化易导致主动力系统故障出现。此外，远航舰艇长期航行于高温、高盐度海域，船体、管路和冷却器等设备部件的腐蚀速度加快。由于管路和冷却器腐蚀引发的设备故障在远航中较为常见，例如主机滑油冷却器、空冷器腐蚀穿孔导致海水混入润滑油问题屡见不鲜。

2)装备动用强度大、持续时间长。据统计，主动力系统、舵装置、供发电设备、空调机组、风机、消防泵等是整个舰艇平台中持续使用时间较长的设备，也是故障相对集中的设备。通过分析这些设备具体情况，可发现其故障类型主要集中在机件磨损、疲劳破坏、高温老化等，而这些故障的发展过程在机理上均与设备使用时间和强度有关。例如，主机高压油管破裂、消防泵滚动轴承磨损故障、主机主轴承温度高、主机烟道固定螺钉断裂、机带海水泵轴封磨损、各种密封件的老化失效等就是其中的典型代表。

2.3 监测对象及监测项目规划

根据上述规律，监测对象应以主动力系统、供发电设备、舵装置、空调机组、风机、消防泵等常用、故障较为集中装备为重点，并涵盖其它具备监测条件的非重点装备。所选择的监测项目主要是针对机件磨损、疲劳破坏、高温老化、腐蚀、泄漏等故障类型。监测项目分定期项目和非定期项目两部分，其中定期项目详见表2。

非定期监测项目主要是在定期监测或舰员检查中发现故障隐患后进行故障排查时而开展，其内容包括以下4方面:①三维工业视频内窥镜，主要用于检查柴油机、齿轮箱等设备内部缺陷，可在较少拆检工程量下实现故障原因、位置和严重程度的确认;②超声波泄漏检测仪，主要用于设备及管路密封性检查、泄漏部位确定;③电流频谱分析、绕组性能检测，主要用于电机故障分析;④热工参数检测，用于缸内过程参数测量，判定柴油机缸内过程有关故障。

2.4 仪器设备配置要求

仪器设备按确定的监测项目进行配置，配置过程应充分考虑以下3方面因素。

1)从舰艇实验场所空间出发，尽可能选用小型化仪器设备。如陆地监测实验室所用的M型油液分析直读光谱仪和MOA型油液分析直读光谱仪，尺寸和重量均较大，在舰艇平台上使用受到一定限制。近年新推出的Q100型光谱仪，尺寸仅为传统仪器的1/5，是海上监测实验室的首选设备。

2)仪器设备尽可能具备便携功能。远航过程中，由于临时监测诊断任务，监测工程师需要携带仪器在舰艇之间开展机动监测工作，要求仪器轻巧、便携、耐用。

3)仪器设备检测过程和分析结果受舰艇平台惯性干扰影响较小。如目前陆地监测实验室常用的油液水分检查方法为库伦法，检查过程中需使用精密天平称重，这一过程受舰艇平台摇摆干扰影响较大，因而海上监测实验室无法采用这一方法进行油液水分含量检测。又如，陆地监测实验室采用毛细管法进行润滑油运动粘度检测，舰艇平台惯性影响润滑油流过毛细管时间，进而影响粘度检测结果。对于这些检测项目，应从方法替代角度考虑选择其它仪器设备。

表2 定期监测项目规划

基于以上3方面考虑，表3列出了部分监测项目替代仪器设备。其余项目配套仪器设备，在原理上与陆地监测实验室相同，只是在仪器设备尺寸和重量方面进一步强调小巧、轻便。除了配置检测用途的仪器设备外，还要考虑附属设备，如油液样品制备中需要用到的烘箱、振荡器等。

2.5 场所设施布置与改造

针对实验室选定仪器设备，应建立配套场所设施。实验场所建立需根据船方提供的舱室条件因地制宜地进行改造。如舱室空间条件较好，实验场所应具备以下4个功能模块:①样品制备区，用于油液监测样品的准备 (如振荡、加热、试管清洗);②仪器操作区，用于油液样品的检测分析;③数据分析区，用于振动、电气等监测项目数据采集前的路径设置、采集后的数据上传，以及各监测项目的数据处理及报告编写;④存储区域，用于仪器、耗材、样品存放。若空间有限，应确保样品制备区、仪器操作区能在实验室中建立。

为保证随船监测 (特别是油液监测)工作的顺利开展，实验场所还应具备以下4方面条件。

1)供水供电。供电接口应按各仪器设备负荷进行核算，并考虑一定的安全裕度;对于油料原子发射光谱仪等关键设备，应配置不间断电源，确保分析过程不会中断;配备水源和水池，便于清洗。

2)温湿度环境。大部分监测设备属于精密仪器，具有一定的温湿度环境条件要求，而舰艇舱室受海洋环境影响，温湿度参数并不一定能满足要求。远航中就曾出现因工作舱室湿度过大导致仪器CRT显示屏无法正常显示故障。因此，实验场所应配备环境工程设备，按照各仪器设备环境指标要求控制温湿度。

3)排放。油料原子发射光谱仪使用会产生燃烧产物，这些产物含苯类物质、一氧化碳、硫化物、氮氧化物等有害物质。污染度检测、粘度测试过程中会使用到化学试剂，这些试剂对人体均有害，因此，实验场所需要安装通风设施。

表3 海上监测实验室替代检测方法及仪器设备

4)仪器设备固定。远航过程中不可避免地会遇到大风浪等恶劣条件。为保障仪器设备安全，应采取相应的固定措施。仪器设备固定既要保证安全可靠，还要方便拆卸和再次固定安装，便于仪器设备维护保养。

3 海上监测实验室未来发展

3.1 在线监测技术与离线监测技术的融合使用

目前，海上监测实验室监测工作开展主要采用离线模式，即由监测人员在现场取油样或采集数据，再返回实验室进行检测或分析。离线模式的优点在于引入人工分析过程，能开展复杂问题分析，缺点在于监测时效性、连续性不能得到保证。因此，国内外一直在大力发展在线监测技术，即将传感器长期固定在设备上，通过数据采集系统不断地采集和实时分析数据，从而确保监测工作的时效性和连续性。其中，振动在线监测技术已在部分舰艇动力系统监测方面初步得到应用，而油液在线监测技术总体上还处在理论研究和实验室分析阶段，现已推出磁性方法、电学方法、光学方法、集成方法等油液在线监测技术［2］。然而，即使是得到初步应用的振动在线监测技术，由于技术上不成熟和分析过程未引入人工分析过程，目前也只能进行初级监测，而不能实现故障诊断分析的高级过程。综合两种监测模式的优缺点，可预见两者融合使用将是海上监测实验室未来发展方向，具体如图2所示。以在线监测方式对重点设备进行连续、实时监测，及时做出设备故障征兆预警，而后由监测工程师采用离线监测方式验证预警，并对故障问题进行诊断分析，最后根据分析结论做出设备管理干预。

图2 在线监测与离线监测融合使用示意图

3.2 远程技术应用

远航过程中，舰艇装备会出现一些随船监测工程师无法分析和解决的复杂故障问题，需要由行业内富有经验专家协助分析。因此，有必要发展远程技术，建立岸基支援分析渠道，实现海上和后方共同会诊重大疑难故障的目标。如图3所示，为达到这一目标，需要建立海上实验室舰载平台、岸基远程支援平台，通过卫星通信构筑联系，使其具备仪器原始数据、图像、视频、语音传输能力，从而实现海上实验室监测数据信息为后方专家共享，并能够以同样的形式接收后方专家的分析结果和处置建议。这一远程工作模式技术相对成熟、实用，应是当前海上监测实验室积极发展的技术方向。未来随着在线监测技术的成熟发展和海上通信能力的提升，将振动、油液、性能参数等在线监测系统接入舰载远程平台，使后方专家能够实时了解远航舰艇装备运行状况，从而更好指导远航舰艇装备监测工作，这是下一阶段更高发展目标。

图3 远程监测诊断实现示意图

4 结束语

远航舰艇装备能否保持正常运转离不开监测诊断工作，而远航舰艇装备监测诊断工作开展需要建立一个随船移动的海上监测实验室。建立海上实验室，应从远航舰艇装备使用特点、故障规律出发，结合舰艇平台实际，科学统筹监测项目，合理配置监测仪器设备，配套相应场所设施。此外，建立海上监测实验室应考虑技术上的发展趋势，在线监测技术与离线监测技术的融合使用、远程技术手段应用在远航舰艇装备监测中有着实际需求，将是海上监测实验室未来重要技术发展方向。

［1］田洪祥，刘瑜，王鑫.船舶润滑油和液压油水分现场测量研究 ［J］.中国修船，2009(4):35－37.

［2］杨其明，严新平，贺石中.油液监测分析现场实用技术［M］.北京:机械工业出版社，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

吴善跃 (1976-)，男，浙江庆元人，工程师，博士，主要从事船舶设备状态监测和振动噪声控制研究工作。

2013－03－28