船舶水下检查技术研究

□ 杨世峰

大连中远海运川崎船舶工程有限公司 辽宁大连 116052

1 船舶水下检查概述

所有船级社都要求船舶在建造后进行检查。以中国船级社为例,船舶建造后的检查包括年度检查、中间检查、船底外部及有关项目检查、特别检查、螺旋桨轴和艉管检查等。其中，船底外部及有关项目检查主要包括舷侧外板、海底门、舵及舵销、艉轴承间隙及油封装置有效性等项目。每5 a应至少进行两次船底外部及有关项目检查,且两次检查的时间间隔不应长于36个月。

船底外部及有关项目的检查既可以在干船坞内进行,也可以在船台上进行,还可以在船舶漂浮状态下进行。在干船坞或船台上进行检查称为坞内检查,在船舶漂浮状态下进行检查称为水下检查。

用水下检查来代替坞内检查,最大优势是成本低,尤其对于大型船舶而言。通常大型船舶进坞一次费用至少一百万元,而水下检查一般仅三至五万元,成本相差巨大。

船级社对满足水下检查要求的船舶会授予水下检查船级符号,美国船级社为UWILD,中国船级社为In-Water Survey,法国船级社为INWATERSURVEY,英国劳氏船级社为*IWS,日本船级社为IWS,挪威和德国劳氏船级社为BIS。

2 水下检查对船舶设计的要求

水下检查对船舶设计的要求如下:

(1) 应设置用于水下检查的识别标记和系统,特别应在船体上标记水密横舱壁的位置;

(2) 在船舶漂浮状态中,应能检查舵装置中舵销的间隙;

(3) 对于螺旋桨轴或艉管轴的轴封装置,应能在船舶漂浮状态下检查螺旋桨轴或艉管轴与轴承的间隙;

对于各个船级社在各自规范中的详细要求,美国船级社规范详见第七篇附录一,中国船级社规范详见第八篇第十二章,法国船级社规范详见 E篇第十章第三节,挪威和德国劳氏船级社规范详见第三篇第一章第一节,英国劳氏船级社规范详见军船第一篇第二章第七节,日本船级社规范详见B篇第六章。

各个船级社对提交的水下检查图纸的要求见表1。

表1 船级社水下检查图纸要求

3 船舶设计要点

为了满足在船舶漂浮状态下检查舵销间隙的要求,需要在舵销上方的舵板处设置铰链式人孔盖,如图1所示。这样可以使潜水员打开人孔盖观察舵销上的螺母是否松动,并检查舵销间隙,如图2所示。某船厂在设计阶段由于没有注意到这一要求,在安装舵以后才发现观察孔被封死,导致后期重新开孔安装人孔盖,造成成本浪费。

图1 铰链式人孔盖

图2 潜水员检查

为了满足在船舶漂浮状态下检查螺旋桨轴或艉管轴与轴承的间隙,可以在艉轴密封处设置一个计测器,如图3所示,使潜水员可以检查间隙,如图4所示。

图3 计测器

图4 潜水员检查艉管轴与轴承间隙

船舶设计人员一定要注意以上两个问题,在设计阶段就要对舵和艉轴密封厂家提出相应要求。

4 水下检查过程

水下检查由具备相关资质的潜水员携带一套完整的潜水装备完成,如图5所示。在水下对包括舷侧外板、海底门、舵及舵销、艉轴承间隙及油封装置在内的船舶浸没部分做检查,并通过摄像设备将图像实时传送至岸上的设备,做好记录。水下图像实时显示如图6所示。

图5 水下检查准备现场

图6 水下图像实时显示

由于潜水员在水下很难辨别方向,因此要有岸上人员通过通信设备对潜水员进行指挥。水下能见度低,摄像头清晰度较在陆地上差,因此要对异常情况及时进行判断。如发现有油漆脱落、污损、海底门螺栓丢失等缺陷,可以由岸上人员进行判断,指挥潜水员进行采样或用高清照相机记录。

在水下检查的过程中,需要注意以下几点:

(1) 水下检查应在平静水域进行,水下能见度应良好;

(2) 船舶应处于空载状态,并且预先对水线以下船体进行适当清洁;

(3) 水下检查之前,应会同有关各方讨论确定在水下检查中用于观察和报告的设备、程序;

(4) 水下检查之前,潜水员熟读水下检查手册,分清舱界及相关标记;

(5) 水下检查之前,潜水员应注意水下伸出船外的构件,如舭龙骨等,防止发生意外;

(6) 水下检查服务提供方有适当的时间预先进行所有设备的调试;

(7) 水下检查应由一名或多名合格的潜水员在船级社验船师的现场监督下进行;

(8) 潜水员应由船级社认可,并且是服务供应方的雇员;

(9) 潜水员与验船师之间应有有效的双向通信联系;

(10) 在水下检查前,潜水员注意了解相关规范的要求;

(11) 在水下检查时禁止舵、桨操作,以及排放压载水等操作,禁止开启辅机。

曾经发生过水下检查过程中由于外板阴极保护系统没有关闭,船体还带电,导致潜水员遭电击的安全事故。因此,安全问题一定要提前确认好。

5 水下清洗

水下检查的过程中可能发现外板污损情况,如大量藤壶附着在外板上,如图7所示,会极大影响船舶航速,增加油耗。可以由潜水员携带专用工具对外板进行水下清洗,一般采用刮铲、喷砂、转刷、声场、高压和超高压水射流、磨料水射流、淹没型空化水射流等方法。水下清洗后,基本可将藤壶处理干净,如图8所示。

图7 外板污损情况

图8 水下清扫后外板情况

刮铲已不再是水下清洗的主要方式,常作为辅助手段运用。喷砂操作简单,设备成本低廉,但对环境污染严重,危害工人健康。转刷适用于对软质生物清洗,而对硬质生物则难以去除。磨料水射流和声场技术由于存在技术难点,仍需进一步研究。高压水射流清洗高效,但操作需要专业培训,且二次返锈问题严重。超高压成套清洗设备能很好地解决返锈和废水废渣回收问题。以上所提射流清洗技术普遍会对船舶的基底涂层产生破坏,而空化水射流因低压时的强侵蚀作用和不会破坏软质涂层的技术特点,体现出在水下清洗中的优势。以淹没型空化水射流技术为主,多种技术相结合的船体水下清洗成套设备,可以实现低能耗、无破坏、绿色环保的船体污损清洗。

目前水下清洗主要由人工完成,费用较高,一般每次人工清洗都需要几万美元。但是如果不进行水下清洗,船舶也很难被出租,因此一般而言,人工清洗费用不能省。

船体表面清洗机器人是一种壁面移动机器人,一般由永磁履带和推力器组成,采用复合吸附方法,可以吸附到外板上,对外板进行水下清洗。由于外板成曲面状,使船体表面清洗机器人的复合吸附力分析、稳定性研究等工作比较复杂,且船体表面清洗机器人成本高,效率低,目前应用不是很多。

6 水下机器人的应用

随着机器人技术的发展,越来越多的机器人代替人工来完成水下检查,如图9所示。水下机器人一般由可上下转动摄像头、可旋转螺旋桨、浮体、电池、灯、各种传感器组成,如图10所示。水下机器人通过电缆将图像和其它信号传送至岸上计算机,一般使用一个操作手柄来操纵水下机器人。

图9 机器人进行水下检查

图10 水下机器人

水下机器人主要有两方面优势。

(1) 成本低。一套水下机器人售价在二十万元左右,并且可以反复使用,寿命可达10 a以上,而人工检查每次一般花费三至五万元。假设水下机器人每年使用十次,每次成本在二千元左右,大大低于人工检查。且一般而言,每年水下检查次数大大多于十次。

(2) 操作简单。操作水下机器人不需要资质,普通员工通过学习均可操作,这样可以实现对人员的灵活调配。

虽然水下机器人相比人工检查有巨大优势,但是也存在一些缺点需要解决。

(1) 定位困难。水下不容易收到全球定位系统信号,也很难分辨方向,操作过程中水下机器人容易迷路。

(2) 只能用于船舶检查,承担水下清洗难度大,相关技术还在研究中。

(3) 由于重力受限的原因,一般电池容量较小,续航时间仅为2 h,充电时间则较长。

(4) 在操作过程中,信号线电缆容易缠绕。一旦缠绕,水下机器人无法自行解开,只能派潜水员下水解开。

大电池、快充、水下定位系统、与岸上设备无线通信等将成为未来水下机器人的研究方向,虽然水下清洗由水下机器人来完成仍然存在诸多困难,但是在水下检查方面,已经完全可以由水下机器人代替潜水员完成工作。

7 结束语

笔者对船舶水下检查技术进行研究,介绍了各个船级社对船舶水下检查的要求、船舶水下检查的过程、船舶水下清洗方式,并比较了船舶水下检查的成本,指出虽然目前水下机器人在船舶水下检查过程中存在缺点,但是水下机器人代表了船舶水下检查技术的发展方向。