船舶传感器 【科技】船舶清除外体爬墙机器人用了六维力传感器

【科技】船舶清除外体爬墙机器人用了六维力传感器

船舶清除外体爬墙机器人用了六维力传感器

在浩瀚的海洋中，大型船舶如同一座座移动的城市，承载着无数的货物和人员，穿梭于世界的各个角落。然而，这些庞然大物的维护却是一项艰巨的任务，尤其是船舶外体的清洗和除锈工作。近年来，随着科技的飞速发展，船舶清除外体爬墙机器人逐渐崭露头角，它们利用先进的六维力传感器技术，实现了高效、安全的船舶维护。

船舶清除外体爬墙机器人是一种能够在船舶外体自由移动的智能设备。它们通过搭载六维力传感器，能够实时感知机器人在作业过程中的受力情况，从而实现对机器人运动状态的精确控制。这种技术不仅提高了机器人的作业效率，还大大降低了人工维护的风险和成本。

六维力传感器的工作原理基于电阻应变原理和电桥技术。传感器内部由多个应变片组成的电桥，当机器人受到外界力或力矩作用时，应变片会发生形变，导致电阻发生变化。通过测量电桥的输出电压，可以间接测量力的大小和方向。这种传感器技术具有高精度、高可靠性和实时性强的特点，非常适合应用于船舶清除外体爬墙机器人等复杂环境中的作业。

在船舶清除外体作业中，爬墙机器人需要克服船体表面的各种障碍和不平整，实现全方位、无死角的清洗和除锈。六维力传感器的应用使得机器人能够实时感知船体表面的形状和纹理，自动调整作业姿态和力度，确保清洗和除锈的效果达到最佳。同时，传感器还能够实时监测机器人的运动状态，避免机器人因受力不均或碰撞而发生故障或损坏。

此外，六维力传感器还赋予了船舶清除外体爬墙机器人更多的智能功能。例如，通过测量机器人在作业过程中的受力情况，可以实时判断清洗和除锈的效果，并根据需要自动调整作业参数。这种智能化的作业方式不仅提高了机器人的作业效率，还降低了对操作人员的依赖程度，使得船舶维护更加便捷和高效。

除了六维力传感器的应用外，船舶清除外体爬墙机器人还采用了先进的超高压水射流除锈技术。通过将普通水的压力提高至数百兆帕，形成具有强大冲击力和剥离能力的超高压水射流，能够迅速清除船体表面的涂层、结垢、铁锈和油漆等附着物。与传统的人工除锈相比，这种技术具有更高的除锈效率和更好的除锈效果，同时减少了对环境的污染和对操作人员的健康危害。

在船舶维护领域，船舶清除外体爬墙机器人的应用不仅提高了船舶维护的效率和安全性，还为航运业带来了更多的经济效益和社会效益。随着科技的不断进步和创新，相信未来会有更多先进的技术被应用于船舶维护领域，为航运业的发展注入新的动力。

综上所述，船舶清除外体爬墙机器人通过应用六维力传感器技术，实现了对船舶外体的高效、安全清洗和除锈。这种智能化的作业方式不仅提高了船舶维护的效率和质量，还降低了维护成本和风险。随着技术的不断进步和应用范围的扩大，相信船舶清除外体爬墙机器人将会在未来发挥更加重要的作用，为航运业的可持续发展做出更大的贡献。

一线船长告诉你，关于油轮透气装置及压力传感器设置，这些具体要求必须了然于胸

在每个液货舱安装压力传感器和设置相应监测设备作为辅助透气系统的替代是大多数运营油轮所采取的做法，但笔者在实际操作中仍有部分船员对报警设置了解的不够系统，导致许多安全或污染方面险情的发生，重则可酿成火灾、结构破损或环境污染等无法估量的重大事故。船舶操作者必须充分了解透气设备的局限性和具体操作要求。

透气装置应能满足油舱因为温度变化而产生的少量气体以及在装卸、驱除油气等作业时产生的大量气体进出液货舱。其可以是独立的，也可以是合并于其他舱室并整合在船舶惰气系统 (IGS) 的共用透气装置。

1.压力/真空阀 (Pressure/Vacuum valves)

图1 压力/真空阀(P/V 阀)

压力/真空阀(简称P/V阀)即为安装于各货油舱的独立透气装置。其正压端(P阀)多为高速透气阀，工作原理是：当舱内正压达到P阀设定启动压力时P阀开启，舱气从阀体顶端以不小于30米/秒的流速垂直向上排出直到阀体自动关闭。由于此气体流速高于火焰传播速度，因而P阀不必安装额外的阻火装置来防止外部火焰入侵。低压端(V阀)的工作原理是：当舱内负压达到V阀设定启动压力时V阀开启，吸入舱面气体直到自动关闭。V阀端口应安装有防火网以防止外部火焰侵入货舱。

考虑防火防爆及减少大气污染的要求，P/V阀应处于自动工作模式，除特殊情况外不得手动开启。

2.透气桅 (Mast Riser)

此装置通常安装于船舶共用透气系统(见图2)，且多见于装载同种性质货物(Homogeneous cargo)的原油轮或原油/成品油两用船上。公约对Mast Riser没有透气速度要求，所以必须安装阻火装置防止火焰进入货舱。有些船舶在Mast Riser和惰气总管之间还会安装一个呼吸阀(Breath valve)，呼吸阀透气原理与单舱P/V阀相同，同样非特殊情况不应手动开启。

图2 安装透气桅和压力/真空切断器的共用透气系统

3.压力/真空切断器 (Pressure-vacuum Breaker)

压力/真空切断器(简称P/V切断器)多安装于船舶的惰气总管(见图2)，内部装有与本船切断器工作压力相匹配的一定密度的防冻液体。其作用是保证船舶维持在最大装货速度且油舱其他透气系统关闭时，舱压不超过结构的最大允许值(一般设置其工作压力为2100mmWG)，以及在船舶维持在最大卸货速度且惰气系统及其他透气装置不工作时，舱内负压不超过负700mmWG。

P/V切断的工作原理是当惰气总管内压力达到2100mmWG(不同船舶设备设定压力可能不同)，P/V切断器中液体及随后的大量舱气会从设备内管经由挡火网排出，从而释放总管(舱内)压力(见图3)。同理，当惰气总管内压力低至负700mmWG时，P/V切断器内液体会被吸入总管随即大量空气进入货舱以平衡舱内过低的负压(见图4)。

图3 油舱压力过高时P/V切断器工作示意图

图4 油舱压力过低时P/V切断器工作示意图

严格意义来讲压力/真空切断器不能算做油轮上的透气系统，因其以正压模式工作时，大量排出的可燃气体既不满足SOLAS中关于“自由排气”的高度要求，也不满足“大量排气”的速度要求，更不能满足“垂直向上”的排气方向要求，且切断器内液体排出或吸入后仅能通过再补充方式才能恢复其备用状态,不具有瞬时恢复性。因此P/V切断器只能一种非常情况下保护货舱结构完整而启用的安全装置，而不能归类于油轮运输和作业过程中所要求的透气系统。

公约规定的辅助透气系统

SOLAS II-2 Reg 11.6.3.2要求船舶必须安装辅助透气装置避免由于下列情况造成货舱超压或欠压：

①当主透气装置故障时；

②本货舱连接共用透气系统的隔断装置需要关闭，货舱正在进行装卸或压载作业，当作为主透气装置的P/V阀故障时；

③本货舱连接共用透气系统的隔断装置需要关闭，货舱原本没有装卸或压载操作，但因阀门泄露或人为误开启导致货舱正在进行作业，当作为主透气装置的P/V阀故障时(依据公约精神而进行的延伸考虑)；

④本货舱连接共用透气系统的隔断装置突然损坏或人为误关闭，当作为主透气装置的P/V阀故障时(此规定适用于2017年1月1日之后建造的油轮)；

需要理解当船舶装载相同品质货物(homogeneous cargo)并以Mast riser进行透气时，可认为各货舱的P/V阀是符合公约要求的辅助透气装置(对于2017年1月1日之后建造的油轮，各货舱仍须安装额外的透气装置以满足上述第4点要求)。

辅助透气装置的替代及报警设置

SOLAS公约要求的辅助透气装置可以是完全满足主透气系统功能的额外物理装置(每个货油舱安装辅助透气系统的P/V阀或类似结构(见图5))，也可以在每一货油舱设置压力传感器作为辅助透气系统的替代。传感器的监测设备应布置在货控室或通常进行货油操作的地点，并且还应具备针对货舱过压或真空状态根据预先设定的报警值进行报警的功能。

图5 双重透气P/V阀

然而在油轮的实际运营中，传感器压力报警值并不是唯一不变的，需要根据不同的作业要求进行调整，下面就油轮几种典型作业进行阐述。

1.货舱没有惰化的油轮 (Non-inerted tankers)：OCIMF推荐报警值应设置为PV阀工作压力的1.1倍。如某船液货舱PV阀的工作压力为+1700mmWG和-350mmWG，那么根据OCIMF的推荐，压力传感器的报警值应该设置为1870mmWG和-385mmWG；

2.货舱已经惰化的油轮 (Inerted tankers)：从防火防爆安全考虑，此类船舶货舱不允许空气进入而影响舱内含氧量(不超过体积比8%)，因而油舱必须时刻保持正压，显然这时仍然按1.1倍的推荐值设置低压报警是不合适的，将低压报警设置为+100mmWG可被业内和任何外部检查机构接受。

如某惰化船舶液货舱PV阀的工作压力为+1700mmWG和-350mmWG，那么压力传感器的报警值应该设置为1870mmWG和+100mmWG。

3.在使用油气蒸发控制系统 (VECS-Vapour Emission Control System)的码头终端装载 ：此油气回收操作可理解为“本应排放到大气的货油蒸气通过特定的管线输送回岸上进行适当处理”从而避免油气排放造成大气污染(见图6)。鉴于以上情况，压力传感器的高压报警设置必须低于船舶透气装置的工作压力，使其能够在透气装置开启之前给予值班人员提示，以采取相应措施避免油气排放。

46 CFR 39.20-13 对油气回收系统压力传感器的报警设置有明确要求：①高压报警的设置应不高于船舶透气系统最低工作压力的90%；②低压报警对于惰化船舶应不低于+100mmWG，对于非惰化船舶应设置为船舶透气系统最低负压的工作压力。

如某船的透气系统中包含Mast Riser(工作压力1200mmWG/-350mmWG)和P/V阀(工作压力1700mmWG/-350mmWG)。那么当船舶液货舱惰化时其压力报警值应设定为：1080mmWG/100mmWG。非惰化时应设定为1080mmWG/-350mmWG。

注：高压报警的设置应以“关联本次作业的透气系统最低工作压力”为参考基础值，所以上述船舶应选择1200mmWG而不是1700mmWG，作为高压报警的设置依据(下同STS过驳作业的 Vapour balancing操作)。

图6 油轮在具备VECS的码头终端装货示意图

4.船对船过驳(STS)中使用蒸气平衡 (Vapour Balancing)管线 ：即两条过驳油轮作业时通过一条特定软管连接，装货船的货油蒸气通过上述管线输送回卸货船舶，以避免油气排放造成大气污染和减少卸货船惰气系统的使用。需要注意的是，此作业只适用于两条已惰化的油轮，其中母船(Discharging tanker)的IG系统应处于“随时可用”状态并保持惰气总管隔离阀关闭，只当母船液货舱压力低于+300mmWG时才可开启隔离阀并运行惰气系统(ISGOTT 11.1.6.4)(见图7)。

操作中两船正压报警值均应不高于船舶最低透气装置工作压力的80%(46 CFR 39.4005)。

如某STS卸货船(Discharging tanker)透气装置为Mast Riser(工作压力1200mmWG/-350mmWG) 和P/V阀(工作压力1700mmWG/-350mmWG)。其高压报警应设为960mmWG，低压报警应同时设置+300mmWG和+100mmWG。

注：+300mmWG作为母船启用惰气系统的报警；+100mmWG作为惰化液货舱保正压的报警。

实际操作中可以在油气回收监控系统中设置压力报警值为+960mmWG和+300mmWG。在母船货控室的压力监测设备上设置高压报警+960mmWG，低压报警+300mmWG，低-低压报警+100mmWG。

假设STS装货船(Loading tanker)透气装置为Mast Riser(工作压力1200mmWG/-350mmWG)和P/V阀(工作压力1400mmWG/-350mmWG)。则其高/低压报警应设置为960mmWG和+100mmWG(惰化液货舱保持正压的最低报警)。

图7 STS作业使用软管进行蒸汽平衡示意图

应特别注意的在上述两种操作中，油气贯通于船舶和码头以及船舶和船舶之间，没有报警并不代表系统工作正常，船岸值班人员应时刻保持警惕，对任何压力数值异常或波动都应有意识的查明原因，并采取对应措施确保货油操作和蒸气回收系统正常运行。

船舶必须严格按照管理体系和设备手册对本船透气装置进行维护保养以及测试以确保其处于良好的工作状况。除此之外，船舶操作人员应清楚认识到透装置的设计与本船货物系统的最大装缷速率息息相关，任何时候都不得超过其容许的最大速率。同时应保证装载量不得超过货舱容积的98%或设定的高高位(Overfill)报警液位。

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