77 m車客渡船測深儀、計(jì)程儀換能器故障分析

王小莉

摘? ? 要：介紹了由廣東新船重工有限公司設(shè)計(jì)建造的77 m車客渡船測深儀、計(jì)程儀換能器的安裝技術(shù)問題，通過技術(shù)分析找到換能器工作故障的原因是船型導(dǎo)致的。該船為雙向縱流首船型，由于水流問題在船底堆積了大量氣泡，導(dǎo)致?lián)Q能器未能在有效的水面上工作，從而造成測深儀、計(jì)程儀換能器不能正常的工作，通過改換換能器安裝方法解決了故障問題。

關(guān)鍵詞：縱流首船舶;測深儀;計(jì)程儀;換能器;氣泡

中圖分類號：U665.26 ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

Abstract： This paper introduces the installation of the echo sounder and speed log transducer of the 77 m car-passenger ferry designed and built by Guangdong Bonny Fair Heavy Industry Limited. Through technical analysis， it finds out that the fault of the transducer is caused by ship type. The ferry has the two-way longitudinal bow， due to the problem of water flow， a large number of air bubbles are accumulated in the bottom of the ferry and the transducer does not work on the effective water surface， which leads to the abnormal operation of the echo sounder and speed log transducer and the unstable display data. The fault is removed by changing the installation method of the transducer.

Key words： Vessel with longitudinal-flow bow; Echo sounder; Speed log; Transducer; Air bubble

1? ? ?前言

測深儀是用于探測船舶下方水深和水中障礙物（如沉船、暗礁或淺灘等），并把探測結(jié)果記錄或顯示出來，從而避免船舶擱淺、觸礁等事故;計(jì)程儀是用于測定船舶航行速度和累計(jì)船舶航程的儀器，并將船舶航速、航程信息輸出給所需要的設(shè)備和部門進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和顯示、記錄。按規(guī)范要求：所有300 GT以上的船舶及所有客船，應(yīng)配置一臺測深儀;3 000 GT以上的船舶應(yīng)配置一臺計(jì)程儀。本文以廣東新船重工設(shè)計(jì)建造的77 m車客渡船為載體，對計(jì)程儀、測深儀在實(shí)船使用出現(xiàn)的故障問題進(jìn)行分析，并提出可行的解決方案。

2? ? ?測深儀和計(jì)程儀配置情況

該船采用首尾對稱的開敞式跳板設(shè)計(jì)，設(shè)有首尾雙機(jī)艙，共配有四臺主機(jī)和四臺全回轉(zhuǎn)舵槳。該船總長77 m、型寬16.8 m、型深3.3 m、設(shè)計(jì)吃水2.2 m、航速12 kn。根據(jù)技術(shù)規(guī)格書要求，分別安裝了測深儀和計(jì)程儀。選用了FE-800型船用回聲測深儀，可顯示船下探測圖像;選用了DS-80型船用多譜勒計(jì)程儀，該計(jì)程儀測速精度較水壓式、電磁式計(jì)程儀更為精準(zhǔn)。

3? ? ?測深儀、計(jì)程儀換能器的安裝

測深儀、計(jì)程儀換能器的一般安裝要求是：

（1）安裝位置在距船首柱（ 1/3 ～ 1/2 ）船長處，以保證船舶在最小吃水和最大搖擺時(shí)傳感器不會露出水面;

（2）若船舶同時(shí)安裝了測深儀和計(jì)程儀時(shí)，應(yīng)分別安裝在龍骨的兩側(cè)，且間距最小為2 m;

（3）安裝在氣泡最少的地方;

（4）遠(yuǎn)離螺旋槳和側(cè)推器等處，要在噪聲較小處。

上述要求中，避免氣泡的影響是最為重要的。

通過技術(shù)分析，將該船測深儀、計(jì)程儀換能能器分別安裝在船舶24號肋位的左右舷（縱向距離螺旋槳6 m），兩個(gè)換能器相距2 m以上。安裝位置見圖1。

4? ? ?測深儀、計(jì)程儀試航工作情況及故障分析

4.1? ?測深儀、計(jì)程儀試航工作情況

試航過程中，當(dāng)航速低于4 kn時(shí)，測深儀、計(jì)程儀顯示器能正常顯示數(shù)值，測深儀、計(jì)程儀換能器正常工作。但當(dāng)船速高于4 kn時(shí)，安裝于駕控臺的測深儀顯示器不顯示船舶對地深度，計(jì)程儀航速顯示器顯示界面為***。試驗(yàn)過程中，船舶航行方向無論是前進(jìn)還是后退（即是前推進(jìn)器獨(dú)立工作，還是后推進(jìn)器獨(dú)立工作），都會出現(xiàn)上述的問題。

4.2? 測深儀、計(jì)程儀工作故障分析

接到試航試驗(yàn)反饋的信息后，對測深儀、計(jì)程儀在試航中出現(xiàn)的以上問題進(jìn)行分析：

（1）船舶航速為4 kn以下時(shí)，測深儀和計(jì)程儀顯示器是可以正常工作的，可以判定計(jì)程儀和測深儀設(shè)備本身沒有問題;

（2）對計(jì)程儀和測深儀換能器的安裝位置進(jìn)行檢查，兩個(gè)換能器不會發(fā)生相互干擾，安裝位置滿足技術(shù)要求;

（3）現(xiàn)場檢查了測深儀、計(jì)程儀換能器安裝工藝，符合設(shè)備安裝工藝要求：換能器與船底板呈平面狀態(tài);換能器表面完好無涂料沾染、無劃痕等;換能器電纜固定良好;

（4）經(jīng)過同船體專業(yè)同事進(jìn)行研究，最終認(rèn)為該船測深儀、計(jì)程儀在航速達(dá)到4 kn以上不能正常工作是受船底大量氣泡聚集的影響而導(dǎo)致的。因?yàn)樵摯鞘孜矊ΨQ開敞式跳板設(shè)計(jì)（即雙向縱流首船舶），且船首和船尾都有兩個(gè)推進(jìn)器，如圖2所示。

眾所周知，氣泡水流產(chǎn)生于距離船首大約船體長度四分之一的位置，然后逐漸擴(kuò)散到船體底部大約四分之三的位置。氣泡水流的形式和強(qiáng)度可根據(jù)船速、吃水、船首形狀和船體形狀以及海面狀況的不同而不同。一般船型的首部所產(chǎn)生的氣泡沿著船底的形狀流入船底，伴隨著船的前進(jìn)，擴(kuò)展到船底的全面，被后面的螺旋槳所吸入;但縱流首的船舶在航行時(shí)，由于水流場受船體周圍流速和船體線型影響會產(chǎn)生大量的氣泡，且該船是淺吃水設(shè)計(jì)，所產(chǎn)生的氣泡聚集在船底板很難擴(kuò)散，使得船底有大量的氣泡堆積，換能器在一個(gè)氣泡群中沒法正常工作，導(dǎo)致設(shè)備顯示器無顯示。

5? ? ? 解決方案

考慮到實(shí)船運(yùn)營時(shí)船東的需要，即要求無論船速為多少測深儀、計(jì)程儀應(yīng)能正常工作。為此，考慮了三種解決方案。

5.1? ?在船舶推進(jìn)器上加裝導(dǎo)流罩

由于導(dǎo)流罩具有改善推進(jìn)器后水流狀況的作用，所以考慮在靠近測深儀、計(jì)程儀換能器安裝位置的兩個(gè)推進(jìn)器上分別加裝導(dǎo)流罩，通過導(dǎo)流罩有效的引導(dǎo)水流的方向，使水流平順流暢從而減少船底聚集的氣泡。但考慮到該船是雙向航行的，當(dāng)船反向航行時(shí)，導(dǎo)流罩不僅不能起到導(dǎo)流的作用，還影響船舶推進(jìn)器的的推力。因此，加裝導(dǎo)流罩改善水流只有在單向航行時(shí)才有效果，不能解決雙向航行船舶測深儀、計(jì)程儀換能器穩(wěn)定工作的問題，因此該方案不可行。

5.2? ?接入GPS信號

測深儀是為了防止擱淺用的，當(dāng)船舶在靠離碼頭附近時(shí)航速較慢，測深儀工作正常;當(dāng)船舶航速超過4kn時(shí)，測深儀換能器不能正常工作，但這時(shí)船舶已經(jīng)在深水區(qū)航行不會造成擱淺，所以測深儀在航速超過4 kn時(shí)不能正常工作也不會影響船舶的安全。

計(jì)程儀解決方案有兩種：

（1）增加一只計(jì)程儀分顯示器，分顯示器接入GPS信號（輸入對地速度信息），可以在該分顯示器上直觀的顯示對地速度及累計(jì)航行的里程;

（2）計(jì)程儀接入GPS信號（輸入對地速度），計(jì)程儀設(shè)置成自動(dòng)切換模式。當(dāng)船舶高速行駛時(shí)，自動(dòng)切換為GPS對地速度，保持計(jì)程儀有速度的顯示，雷達(dá)ARPA始終使用GPS信號。但是存在一個(gè)問題，當(dāng)使用GPS對地速度時(shí)，計(jì)程儀顯示畫面會切換，不會累計(jì)到航行的總里程，船舶航行總里程會失真。由于船東對此方案不予以接受，故該方案被放棄了。

5.3? ?將測深儀、計(jì)程儀的換能器探頭伸出船底板50 mm

為了使測深儀、計(jì)程儀換能器能在有效的水面上工作，將測深儀、計(jì)程儀的換能器直接升出船底，以脫離船體表面邊界水流的影響，確保換能器不受水流氣泡干擾而正常工作。

經(jīng)過研究，決定將測深儀、計(jì)程儀換能器探頭伸出船底板安裝（伸出長度為50 mm），以避免氣泡的干擾。為避免換能器探頭往下延伸安裝而凸出船底時(shí)會導(dǎo)致船舶沖灘或擱淺時(shí)損壞探頭，換能器探頭伸出的部分，加以鋼板圍壁予以保護(hù)，換能器探頭安裝圖如圖3所示：

當(dāng)船舶再次試航時(shí)，不管航速多少（12 kn以內(nèi)），測深儀和計(jì)程儀都能正常工作，駕控臺上測深儀、計(jì)程儀顯示器顯示數(shù)據(jù)正常。

由此可見，雙縱流首船舶因?yàn)榇偷奶厥庑?，必須將測深儀、計(jì)程儀的換能器安裝作特殊處理才能在這種縱流船的船型上正常使用。

6? ? ?結(jié)束語

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，船舶使用者對船舶智能化的要求越來越高，越來越多的船舶會要求安裝測深儀、計(jì)程儀。有的船因船型設(shè)計(jì)或航行航道的原因，可能會使得安裝要求較高的測深儀、計(jì)程儀在實(shí)船的安裝過程中很難找到合適的安裝位置。本文通過對77 m車客渡這種雙向縱流首船型的測深儀、計(jì)程儀換能器安裝位置進(jìn)行闡述，對設(shè)備出現(xiàn)的工作故障予以分析并提出了解決方案。希望本文對其它船舶在測深儀、計(jì)程儀換能器安裝時(shí)能起到拋磚引玉的作用，在設(shè)計(jì)階段就能解決復(fù)雜船型和特殊航道航行船舶測深儀、計(jì)程儀換能器安裝問題。