主機(jī)貫穿螺栓斷裂實(shí)例

1、主機(jī)貫穿螺栓斷裂實(shí)例0引言現(xiàn)代船用大型低速柴油機(jī)使用的貫穿螺栓是經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計(jì)、制作精良的耐用零件。根據(jù)近年來勞氏船級(jí)社和中國遠(yuǎn)洋運(yùn)輸總公司的統(tǒng)計(jì)資料顯示，船用主機(jī)的故障極少源于貫穿螺栓，國內(nèi)外對(duì)此也鮮有報(bào)道。然而，一旦可靠性相對(duì)高的耐用部件失效，帶來的后果將是災(zāi)難性的。本文通過對(duì)某船HITACHI BW 6S70MC型主機(jī)貫穿螺栓斷裂事故處理和原因分析，探討現(xiàn)代輪機(jī)管理中應(yīng)該加強(qiáng)和重視的方面。1事故的發(fā)現(xiàn)與應(yīng)急處理某船輪機(jī)長在機(jī)艙巡檢時(shí)，發(fā)現(xiàn)主機(jī)NO.1缸與NO.2缸之間有異常，仔細(xì)查看發(fā)現(xiàn)貫穿螺栓上移，初步判斷為貫穿螺栓斷裂。輪機(jī)長立即通知船長，要求盡快降低主機(jī)轉(zhuǎn)速并駛向最近的安全地帶，同時(shí)

2、向船公司匯報(bào)詳情并請(qǐng)求技術(shù)支援。船公司與主機(jī)廠家溝通后得到的回復(fù)是目前廠家沒有備件，新制造的備件需數(shù)月才能運(yùn)抵船上安裝。船上可立即采取的應(yīng)急方案有2種；將主機(jī)鏈條箱處的貫穿螺栓暫時(shí)換至斷裂的貫穿螺栓處，并對(duì)所有貫穿螺栓暫時(shí)移換至斷裂的貫穿螺栓處，并對(duì)所有貫穿螺栓重新緊固（將液壓扭力扳手油壓表打到900bar進(jìn)行緊固），帶廠家制造好新零件后再補(bǔ)裝到鏈條箱上，這樣可以使主機(jī)全負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)；拆除斷裂的貫穿螺栓，同時(shí)為確保主機(jī)安全，必須降低功率使用，且運(yùn)行的最高爆發(fā)壓力不得超過95bar。為保障船舶營運(yùn)安全，輪機(jī)長決定采用第一種方案對(duì)事故進(jìn)行處理。實(shí)施這種方案的困難之處在于貫穿螺栓長度為9058mm。螺栓

3、直徑為125mm，質(zhì)量近900kg，而機(jī)艙的空間太小，行車到貫穿螺栓頭部之間的高度僅有9400mm。拆換操作時(shí)，必須先將NO.1缸缸頭及附屬空氣管、缸套水管、活塞冷卻進(jìn)油管、排氣閥后的廢氣管、補(bǔ)償管以及NO.2缸的啟動(dòng)空氣管等移除，才能順利吊出斷裂的貫穿螺栓并將鏈條箱處的貫穿螺栓拆換至此處。輪機(jī)員參照主機(jī)廠家的技術(shù)指導(dǎo)意見并結(jié)合現(xiàn)場的實(shí)際情況，自制起吊工具，采用分步吊裝的方法從貫穿螺栓頭部和頸環(huán)處起吊，使問題得以妥善解決。2事故原因分析在此次事故中，貫穿螺栓的斷裂位置在螺桿下端距螺紋起始處40mm。斷裂是從疲勞源區(qū)開始的，而后向左側(cè)擴(kuò)展，擴(kuò)展區(qū)呈平行條紋狀；裂紋延伸到斷面約2/3處后急劇破損，

4、順斷面呈粗糙的顆粒狀表面。斷裂位置和斷面特征都是螺栓疲勞失效的典型特征，該處斷裂部位占到所有螺栓斷裂位置的60。對(duì)于螺紋副，螺栓最先承受螺母載荷的部位受到的作用力最大，因而最易發(fā)生損壞；對(duì)于斷面，在斷裂開始發(fā)生后，圓柱形桿件在交變應(yīng)力作用下使斷裂相繼向前擴(kuò)展，最終因斷裂處的截面面積過小，承受不起加載在其上的應(yīng)力而發(fā)生瞬間斷裂。該船主機(jī)已正常運(yùn)行105000h，貫穿螺栓一直工作可靠。對(duì)于質(zhì)量合格且正常使用的螺栓，其斷裂的重要誘因是螺紋副的松動(dòng)。當(dāng)作用在連接件上因振動(dòng)而產(chǎn)生的橫向動(dòng)載荷超過由預(yù)緊力產(chǎn)生的摩擦阻力時(shí)，螺母與連接件表面就會(huì)發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)而松動(dòng)。此外，由于螺母與連接件的微觀表面實(shí)際是不平的

5、，在預(yù)緊力的作用下接觸面會(huì)產(chǎn)生較高的局部應(yīng)力，如果作用在連接件上的外載荷過大，部分接觸表面會(huì)在塑性應(yīng)力作用下產(chǎn)生微裂紋，使之表面崩潰，也會(huì)使螺紋副松動(dòng)。螺紋副松動(dòng)后，作用在螺栓軸向上的載荷將產(chǎn)生巨大的動(dòng)能，連接件質(zhì)量越大、外載荷的交變周期越短、螺紋副松動(dòng)的長度越長，貫穿螺栓承受的作用力就會(huì)越大。當(dāng)其承受的作用力過大時(shí)，貫穿螺栓就會(huì)斷裂。主機(jī)貫穿螺栓的作用是把氣缸體、機(jī)架和機(jī)座連接在一起，它承擔(dān)著整機(jī)結(jié)構(gòu)件的全部安裝應(yīng)力。在主機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，主機(jī)的結(jié)構(gòu)部件承受著氣體力以及運(yùn)動(dòng)部件慣性力的作用，還受到軸系的振動(dòng)力、溫度不均引起的熱應(yīng)力、動(dòng)力輸出的傾覆力以及螺旋槳的軸向推力等多種復(fù)雜外載荷的共同作用。長時(shí)

6、間在如此惡劣的環(huán)境下運(yùn)轉(zhuǎn)，運(yùn)動(dòng)部件的磨損、不平衡的慣性力等都會(huì)導(dǎo)致部件變形。事故應(yīng)急處理之后對(duì)主機(jī)進(jìn)行全面檢查，發(fā)現(xiàn)NO.1缸與NO.2缸之間的拐擋差超出界限，這就是事故發(fā)生的根本原因。軸瓦的磨損、活塞連桿組件與飛輪運(yùn)動(dòng)時(shí)的慣性振動(dòng)等共同作用，使曲軸發(fā)生變形。曲軸變形使主機(jī)各項(xiàng)復(fù)雜合力之間的平衡條件被打破，隨之產(chǎn)生很大的附加應(yīng)力和振動(dòng)加劇。強(qiáng)烈的振動(dòng)與高幅值應(yīng)力同時(shí)作用在機(jī)架和底座上，承受拉伸應(yīng)力的貫穿螺栓最終因承受超過其設(shè)計(jì)作用應(yīng)力而發(fā)生斷裂。3輪機(jī)管理啟示目前，遠(yuǎn)洋船舶朝著大型化、智能化、專業(yè)化的方向發(fā)展，無人值班機(jī)艙在船舶上得到實(shí)現(xiàn)。這種工作模式節(jié)省人力并降低勞動(dòng)強(qiáng)度，在很大程度上能減少

7、機(jī)損事故的發(fā)生。然而輪機(jī)設(shè)備不可能達(dá)到完全的可靠，其工作的可靠性還是要依靠輪機(jī)管理人員的參與。國際海事組織（IMO）對(duì)近年來發(fā)生的海上事故的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，船舶事故中超過80的比例是由人為因素導(dǎo)致的。因此，現(xiàn)代輪機(jī)管理必須把人與機(jī)艙的緊密聯(lián)系作為研究重點(diǎn)并采取有效的應(yīng)對(duì)措施，才能確保船舶輪機(jī)設(shè)備的安全可靠。造成事故的人為因素可分為2類：一類是輪機(jī)管理人員的技術(shù)與管理水平；另一類是輪機(jī)管理人員的工作態(tài)度與責(zé)任心。按照國際船舶安全運(yùn)營和防止污染管理規(guī)則建立的船舶安全管理體系，在一定程度上減少因“人為失誤”造成的船舶輪機(jī)事故的發(fā)生，其宗旨是通過建立體系文件規(guī)范工作過程和程序，使技術(shù)與操作得到保證來達(dá)到

8、船舶安全的目標(biāo)。這種安全管理體系以高級(jí)船員的承諾為基礎(chǔ)，但對(duì)高級(jí)船員的工作態(tài)度和責(zé)任心所起到的作用認(rèn)識(shí)明顯不到位。在本次事故中，貫穿螺栓嚴(yán)格按照廠家的指導(dǎo)方法進(jìn)行管理，斷裂時(shí)距上次緊固的時(shí)間還不到5000h(廠家推薦每間隔8000h上緊1次)；拐擋差也是執(zhí)行體系文件的規(guī)定，每3個(gè)閱測量1次，最近1次的測量值也未超標(biāo)。該船在輪機(jī)管理工作中不存在違反規(guī)范的行為，然而事故卻發(fā)生了。按照目前的管理模式，在輪機(jī)管理中甚至發(fā)生為達(dá)到規(guī)定的目標(biāo)而使用各種手段篡改數(shù)據(jù)，以致于機(jī)電設(shè)備運(yùn)行的實(shí)際情況失控。這些都說明對(duì)工作態(tài)度和責(zé)任心認(rèn)識(shí)不足的管理模式存在不可避免所有事故發(fā)生的缺陷。IMO出臺(tái)并于2012年1月1

9、日生效的海員培訓(xùn)、發(fā)證和值班標(biāo)準(zhǔn)國際公約（STCW）馬尼拉修正案注意到這種管理模式的缺陷，相應(yīng)地提出以設(shè)備運(yùn)行狀況為質(zhì)量、將機(jī)艙作為系統(tǒng)管理、全員參與的管理模式，以更好地滿足現(xiàn)代輪機(jī)管理的需求。它更加重視輪機(jī)管理中人為因素中非技術(shù)方面的作用。大事故極少有1個(gè)原因引起，而是由許多因素像鏈條一樣，當(dāng)各個(gè)環(huán)節(jié)連接在一起時(shí)才會(huì)發(fā)生。在船舶輪機(jī)管理中遇到設(shè)備或部件發(fā)生故障時(shí)，輪機(jī)管理人員所能做的就是盡最大努力截?cái)喈?dāng)前事故鏈環(huán)節(jié)并排除故障。如何做到這點(diǎn)，這與ERM（機(jī)艙資源管理）中最重要的情景意識(shí)密切相關(guān)。情景意識(shí)指輪機(jī)管理人員在特定環(huán)境條件下保證輪機(jī)設(shè)備和系統(tǒng)安全運(yùn)行所需的全部因素的清醒認(rèn)識(shí)，能夠準(zhǔn)確感知周圍情況的變化及影響，并考慮和預(yù)測即將面臨的局面，使用合適的方法阻止事故的發(fā)生。就本次事故而言，若輪機(jī)長發(fā)現(xiàn)貫穿螺栓異常后，稍有緊張慌亂的應(yīng)激情景意識(shí)，就不能做出最有效的截?cái)嗍鹿舒湱h(huán)節(jié)的選擇，在船舶特定的狀況下后果不堪設(shè)想，直接關(guān)系到全船的安危，因此情景意識(shí)的重要性不言而喻。4結(jié)束語船舶輪機(jī)設(shè)備日趨復(fù)雜，對(duì)輪機(jī)管理人員技術(shù)水平、操作技能的高要求也已通過廣大船員接受高等專業(yè)教育和按照STCW相