海上監(jiān)測實驗室與遠(yuǎn)航艦艇裝備監(jiān)測

吳善躍，裘璐光

(92957部隊，浙江舟山 316000)

海上監(jiān)測實驗室與遠(yuǎn)航艦艇裝備監(jiān)測

吳善躍，裘璐光

(92957部隊，浙江舟山 316000)

監(jiān)測診斷對于維護(hù)遠(yuǎn)航艦艇裝備正常運(yùn)轉(zhuǎn)具有重要作用，而這離不開一個良好的海上監(jiān)測實驗室，為更好指導(dǎo)監(jiān)測工程師開展遠(yuǎn)航艦艇監(jiān)測保障，文章探討了海上監(jiān)測實驗室建立基本思路與過程，并對海上監(jiān)測實驗室未來發(fā)展提出了建議。

監(jiān)測診斷;海上實驗室;遠(yuǎn)航艦艇

隨著人民海軍不斷從近海走向遠(yuǎn)海，艦艇遠(yuǎn)航已呈常態(tài)化。由于我海軍走向遠(yuǎn)海的時間相對較晚，遠(yuǎn)航艦艇裝備監(jiān)測實踐經(jīng)驗相對較少，工作開展仍存在許多不足之處。其中，海上監(jiān)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(shù)層次探討海上監(jiān)測實驗室建立和未來發(fā)展，為從事此項工作的監(jiān)測工程師提供參考。

1 海上與陸地監(jiān)測實驗室比較

海上監(jiān)測實驗室是一個建立在遠(yuǎn)航艦艇上、隨船從事設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷的臨時性小型專業(yè)監(jiān)測診斷機(jī)構(gòu)。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(jiān)測實驗室存在較大不同，具體表現(xiàn)在人員、場所設(shè)施、儀器設(shè)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(jiān)測實驗室模式指導(dǎo)海上監(jiān)測實驗室工作，而應(yīng)根據(jù)自身特定規(guī)律探求合理的建立和運(yùn)行模式。

表1 海上監(jiān)測實驗室與陸地監(jiān)測實驗室比較

2 海上監(jiān)測實驗室建立

2.1 目標(biāo)原則與基本思路

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

為達(dá)到以上目標(biāo)和原則，實驗室建立應(yīng)按圖1流程進(jìn)行規(guī)劃，即:根據(jù)艦艇裝備使用特點、故障規(guī)律，結(jié)合艦艇條件，有針對性選擇監(jiān)測項目，合理配置監(jiān)測儀器設(shè)備，相應(yīng)配套場所設(shè)施;若艦艇平臺艙室存在較大限制，還需相應(yīng)調(diào)整儀器設(shè)備或同時調(diào)整監(jiān)測項目和儀器設(shè)備。

圖1 海上監(jiān)測實驗室建立基本思路

2.2 遠(yuǎn)航艦艇裝備使用及故障規(guī)律

遠(yuǎn)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(jīng)受惡劣環(huán)境的考驗。艦艇遠(yuǎn)航過程中經(jīng)常會遇到大風(fēng)浪海況，大風(fēng)浪航行對船體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和主動力系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性有直接影響，特別是螺旋槳負(fù)荷的極端變化易導(dǎo)致主動力系統(tǒng)故障出現(xiàn)。此外，遠(yuǎn)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(shè)備部件的腐蝕速度加快。由于管路和冷卻器腐蝕引發(fā)的設(shè)備故障在遠(yuǎn)航中較為常見，例如主機(jī)滑油冷卻器、空冷器腐蝕穿孔導(dǎo)致海水混入潤滑油問題屢見不鮮。

2)裝備動用強(qiáng)度大、持續(xù)時間長。據(jù)統(tǒng)計，主動力系統(tǒng)、舵裝置、供發(fā)電設(shè)備、空調(diào)機(jī)組、風(fēng)機(jī)、消防泵等是整個艦艇平臺中持續(xù)使用時間較長的設(shè)備，也是故障相對集中的設(shè)備。通過分析這些設(shè)備具體情況，可發(fā)現(xiàn)其故障類型主要集中在機(jī)件磨損、疲勞破壞、高溫老化等，而這些故障的發(fā)展過程在機(jī)理上均與設(shè)備使用時間和強(qiáng)度有關(guān)。例如，主機(jī)高壓油管破裂、消防泵滾動軸承磨損故障、主機(jī)主軸承溫度高、主機(jī)煙道固定螺釘斷裂、機(jī)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(jiān)測對象及監(jiān)測項目規(guī)劃

根據(jù)上述規(guī)律，監(jiān)測對象應(yīng)以主動力系統(tǒng)、供發(fā)電設(shè)備、舵裝置、空調(diào)機(jī)組、風(fēng)機(jī)、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(jiān)測條件的非重點裝備。所選擇的監(jiān)測項目主要是針對機(jī)件磨損、疲勞破壞、高溫老化、腐蝕、泄漏等故障類型。監(jiān)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(jiān)測項目主要是在定期監(jiān)測或艦員檢查中發(fā)現(xiàn)故障隱患后進(jìn)行故障排查時而開展，其內(nèi)容包括以下4方面:①三維工業(yè)視頻內(nèi)窺鏡，主要用于檢查柴油機(jī)、齒輪箱等設(shè)備內(nèi)部缺陷，可在較少拆檢工程量下實現(xiàn)故障原因、位置和嚴(yán)重程度的確認(rèn);②超聲波泄漏檢測儀，主要用于設(shè)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(jī)故障分析;④熱工參數(shù)檢測，用于缸內(nèi)過程參數(shù)測量，判定柴油機(jī)缸內(nèi)過程有關(guān)故障。

2.4 儀器設(shè)備配置要求

儀器設(shè)備按確定的監(jiān)測項目進(jìn)行配置，配置過程應(yīng)充分考慮以下3方面因素。

1)從艦艇實驗場所空間出發(fā)，盡可能選用小型化儀器設(shè)備。如陸地監(jiān)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(tǒng)儀器的1/5，是海上監(jiān)測實驗室的首選設(shè)備。

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

3)儀器設(shè)備檢測過程和分析結(jié)果受艦艇平臺慣性干擾影響較小。如目前陸地監(jiān)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(jiān)測實驗室無法采用這一方法進(jìn)行油液水分含量檢測。又如，陸地監(jiān)測實驗室采用毛細(xì)管法進(jìn)行潤滑油運(yùn)動粘度檢測，艦艇平臺慣性影響潤滑油流過毛細(xì)管時間，進(jìn)而影響粘度檢測結(jié)果。對于這些檢測項目，應(yīng)從方法替代角度考慮選擇其它儀器設(shè)備。

表2 定期監(jiān)測項目規(guī)劃

基于以上3方面考慮，表3列出了部分監(jiān)測項目替代儀器設(shè)備。其余項目配套儀器設(shè)備，在原理上與陸地監(jiān)測實驗室相同，只是在儀器設(shè)備尺寸和重量方面進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)小巧、輕便。除了配置檢測用途的儀器設(shè)備外，還要考慮附屬設(shè)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(shè)施布置與改造

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

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

1)供水供電。供電接口應(yīng)按各儀器設(shè)備負(fù)荷進(jìn)行核算，并考慮一定的安全裕度;對于油料原子發(fā)射光譜儀等關(guān)鍵設(shè)備，應(yīng)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(huán)境。大部分監(jiān)測設(shè)備屬于精密儀器，具有一定的溫濕度環(huán)境條件要求，而艦艇艙室受海洋環(huán)境影響，溫濕度參數(shù)并不一定能滿足要求。遠(yuǎn)航中就曾出現(xiàn)因工作艙室濕度過大導(dǎo)致儀器CRT顯示屏無法正常顯示故障。因此，實驗場所應(yīng)配備環(huán)境工程設(shè)備，按照各儀器設(shè)備環(huán)境指標(biāo)要求控制溫濕度。

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

表3 海上監(jiān)測實驗室替代檢測方法及儀器設(shè)備

4)儀器設(shè)備固定。遠(yuǎn)航過程中不可避免地會遇到大風(fēng)浪等惡劣條件。為保障儀器設(shè)備安全，應(yīng)采取相應(yīng)的固定措施。儀器設(shè)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(shè)備維護(hù)保養(yǎng)。

3 海上監(jiān)測實驗室未來發(fā)展

3.1 在線監(jiān)測技術(shù)與離線監(jiān)測技術(shù)的融合使用

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

圖2 在線監(jiān)測與離線監(jiān)測融合使用示意圖

3.2 遠(yuǎn)程技術(shù)應(yīng)用

遠(yuǎn)航過程中，艦艇裝備會出現(xiàn)一些隨船監(jiān)測工程師無法分析和解決的復(fù)雜故障問題，需要由行業(yè)內(nèi)富有經(jīng)驗專家協(xié)助分析。因此，有必要發(fā)展遠(yuǎn)程技術(shù)，建立岸基支援分析渠道，實現(xiàn)海上和后方共同會診重大疑難故障的目標(biāo)。如圖3所示，為達(dá)到這一目標(biāo)，需要建立海上實驗室艦載平臺、岸基遠(yuǎn)程支援平臺，通過衛(wèi)星通信構(gòu)筑聯(lián)系，使其具備儀器原始數(shù)據(jù)、圖像、視頻、語音傳輸能力，從而實現(xiàn)海上實驗室監(jiān)測數(shù)據(jù)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(jié)果和處置建議。這一遠(yuǎn)程工作模式技術(shù)相對成熟、實用，應(yīng)是當(dāng)前海上監(jiān)測實驗室積極發(fā)展的技術(shù)方向。未來隨著在線監(jiān)測技術(shù)的成熟發(fā)展和海上通信能力的提升，將振動、油液、性能參數(shù)等在線監(jiān)測系統(tǒng)接入艦載遠(yuǎn)程平臺，使后方專家能夠?qū)崟r了解遠(yuǎn)航艦艇裝備運(yùn)行狀況，從而更好指導(dǎo)遠(yuǎn)航艦艇裝備監(jiān)測工作，這是下一階段更高發(fā)展目標(biāo)。

圖3 遠(yuǎn)程監(jiān)測診斷實現(xiàn)示意圖

4 結(jié)束語

遠(yuǎn)航艦艇裝備能否保持正常運(yùn)轉(zhuǎn)離不開監(jiān)測診斷工作，而遠(yuǎn)航艦艇裝備監(jiān)測診斷工作開展需要建立一個隨船移動的海上監(jiān)測實驗室。建立海上實驗室，應(yīng)從遠(yuǎn)航艦艇裝備使用特點、故障規(guī)律出發(fā)，結(jié)合艦艇平臺實際，科學(xué)統(tǒng)籌監(jiān)測項目，合理配置監(jiān)測儀器設(shè)備，配套相應(yīng)場所設(shè)施。此外，建立海上監(jiān)測實驗室應(yīng)考慮技術(shù)上的發(fā)展趨勢，在線監(jiān)測技術(shù)與離線監(jiān)測技術(shù)的融合使用、遠(yuǎn)程技術(shù)手段應(yīng)用在遠(yuǎn)航艦艇裝備監(jiān)測中有著實際需求，將是海上監(jiān)測實驗室未來重要技術(shù)發(fā)展方向。

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

［2］楊其明，嚴(yán)新平，賀石中.油液監(jiān)測分析現(xiàn)場實用技術(shù)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)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(shè)備狀態(tài)監(jiān)測和振動噪聲控制研究工作。

2013－03－28