77 m车客渡船测深仪、计程仪换能器故障分析
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作者:王小莉
摘 要：介绍了由广东新船重工有限公司设计建造的77 m车客渡船测深仪、计程仪换能器的安装技术问题，通过技术分析找到换能器工作故障的原因是船型导致的。该船为双向纵流首船型，由于水流问题在船底堆积了大量气泡，导致换能器未能在有效的水面上工作，从而造成测深仪、计程仪换能器不能正常的工作，通过改换换能器安装方法解决了故障问题。
关键词：纵流首船舶;测深仪;计程仪;换能器;气泡
中图分类号：U665.26 文献标识码：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
測深仪是用于探测船舶下方水深和水中障碍物（如沉船、暗礁或浅滩等），并把探测结果记录或显示出来，从而避免船舶搁浅、触礁等事故;计程仪是用于测定船舶航行速度和累计船舶航程的仪器，并将船舶航速、航程信息输出给所需要的设备和部门进行数据处理和显示、记录。按规范要求：所有300 GT以上的船舶及所有客船，应配置一台测深仪;3 000 GT以上的船舶应配置一台计程仪。本文以广东新船重工设计建造的77 m车客渡船为载体，对计程仪、测深仪在实船使用出现的故障问题进行分析，并提出可行的解决方案。
2 测深仪和计程仪配置情况
该船采用首尾对称的开敞式跳板设计，设有首尾双机舱，共配有四台主机和四台全回转舵桨。该船总长77 m、型宽16.8 m、型深3.3 m、设计吃水2.2 m、航速12 kn。根据技术规格书要求，分别安装了测深仪和计程仪。选用了FE-800型船用回声测深仪，可显示船下探测图像;选用了DS-80型船用多谱勒计程仪，该计程仪测速精度较水压式、电磁式计程仪更为精准。
3 测深仪、计程仪换能器的安装
测深仪、计程仪换能器的一般安装要求是：
（1）安装位置在距船首柱（ 1/3 ～ 1/2 ）船长处，以保证船舶在最小吃水和最大摇摆时传感器不会露出水面;
（2）若船舶同时安装了测深仪和计程仪时，应分别安装在龙骨的两侧，且间距最小为2 m;
（3）安装在气泡最少的地方;
（4）远离螺旋桨和侧推器等处，要在噪声较小处。
上述要求中，避免气泡的影响是最为重要的。
通过技术分析，将该船测深仪、计程仪换能能器分别安装在船舶24号肋位的左右舷（纵向距离螺旋桨6 m），两个换能器相距2 m以上。安装位置见图1。
4 测深仪、计程仪试航工作情况及故障分析
4.1 测深仪、计程仪试航工作情况
试航过程中，当航速低于4 kn时，测深仪、计程仪显示器能正常显示数值，测深仪、计程仪换能器正常工作。但当船速高于4 kn时，安装于驾控台的测深仪显示器不显示船舶对地深度，计程仪航速显示器显示界面为***。试验过程中，船舶航行方向无论是前进还是后退（即是前推进器独立工作，还是后推进器独立工作），都会出现上述的问题。
4.2 测深仪、计程仪工作故障分析
接到试航试验反馈的信息后，对测深仪、计程仪在试航中出现的以上问题进行分析：
（1）船舶航速为4 kn以下时，测深仪和计程仪显示器是可以正常工作的，可以判定计程仪和测深仪设备本身没有问题;
（2）对计程仪和测深仪换能器的安装位置进行检查，两个换能器不会发生相互干扰，安装位置满足技术要求;
（3）现场检查了测深仪、计程仪换能器安装工艺，符合设备安装工艺要求：换能器与船底板呈平面状态;换能器表面完好无涂料沾染、无划痕等;换能器电缆固定良好; （4）经过同船体专业同事进行研究，最终认为该船测深仪、计程仪在航速达到4 kn以上不能正常工作是受船底大量气泡聚集的影响而导致的。因为该船是首尾对称开敞式跳板设计（即双向纵流首船舶），且船首和船尾都有两个推进器，如图2所示。
众所周知，气泡水流产生于距离船首大约船体长度四分之一的位置，然后逐渐扩散到船体底部大约四分之三的位置。气泡水流的形式和强度可根据船速、吃水、船首形状和船体形状以及海面状况的不同而不同。一般船型的首部所产生的气泡沿着船底的形状流入船底，伴随着船的前进，扩展到船底的全面，被后面的螺旋桨所吸入;但纵流首的船舶在航行时，由于水流场受船体周围流速和船体线型影响会产生大量的气泡，且该船是浅吃水设计，所产生的气泡聚集在船底板很难扩散，使得船底有大量的气泡堆积，换能器在一个气泡群中没法正常工作，导致设备显示器无显示。
5 解决方案
考虑到实船运营时船东的需要，即要求无论船速为多少测深仪、计程仪应能正常工作。为此，考虑了三种解决方案。
5.1 在船舶推进器上加装导流罩
由于导流罩具有改善推进器后水流状况的作用，所以考虑在靠近测深仪、计程仪换能器安装位置的两个推进器上分别加装导流罩，通过导流罩有效的引导水流的方向，使水流平顺流畅从而减少船底聚集的气泡。但考虑到该船是双向航行的，当船反向航行时，導流罩不仅不能起到导流的作用，还影响船舶推进器的的推力。因此，加装导流罩改善水流只有在单向航行时才有效果，不能解决双向航行船舶测深仪、计程仪换能器稳定工作的问题，因此该方案不可行。
5.2 接入GPS信号
测深仪是为了防止搁浅用的，当船舶在靠离码头附近时航速较慢，测深仪工作正常;当船舶航速超过4kn时，测深仪换能器不能正常工作，但这时船舶已经在深水区航行不会造成搁浅，所以测深仪在航速超过4 kn时不能正常工作也不会影响船舶的安全。
计程仪解决方案有两种：
（1）增加一只计程仪分显示器，分显示器接入GPS信号（输入对地速度信息），可以在该分显示器上直观的显示对地速度及累计航行的里程;
（2）计程仪接入GPS信号（输入对地速度），计程仪设置成自动切换模式。当船舶高速行驶时，自动切换为GPS对地速度，保持计程仪有速度的显示，雷达ARPA始终使用GPS信号。但是存在一个问题，当使用GPS对地速度时，计程仪显示画面会切换，不会累计到航行的总里程，船舶航行总里程会失真。由于船东对此方案不予以接受，故该方案被放弃了。
5.3 将测深仪、计程仪的换能器探头伸出船底板50 mm
为了使测深仪、计程仪换能器能在有效的水面上工作，将测深仪、计程仪的换能器直接升出船底，以脱离船体表面边界水流的影响，确保换能器不受水流气泡干扰而正常工作。
经过研究，决定将测深仪、计程仪换能器探头伸出船底板安装（伸出长度为50 mm），以避免气泡的干扰。为避免换能器探头往下延伸安装而凸出船底时会导致船舶冲滩或搁浅时损坏探头，换能器探头伸出的部分，加以钢板围壁予以保护，换能器探头安装图如图3所示：
当船舶再次试航时，不管航速多少（12 kn以内），测深仪和计程仪都能正常工作，驾控台上测深仪、计程仪显示器显示数据正常。
由此可见，双纵流首船舶因为船型的特殊性，必须将测深仪、计程仪的换能器安装作特殊处理才能在这种纵流船的船型上正常使用。
6 结束语
随着科学技术的发展，船舶使用者对船舶智能化的要求越来越高，越来越多的船舶会要求安装测深仪、计程仪。有的船因船型设计或航行航道的原因，可能会使得安装要求较高的测深仪、计程仪在实船的安装过程中很难找到合适的安装位置。本文通过对77 m车客渡这种双向纵流首船型的测深仪、计程仪换能器安装位置进行阐述，对设备出现的工作故障予以分析并提出了解决方案。希望本文对其它船舶在测深仪、计程仪换能器安装时能起到抛砖引玉的作用，在设计阶段就能解决复杂船型和特殊航道航行船舶测深仪、计程仪换能器安装问题。
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