主機貫穿螺栓斷裂實例

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

2、向船公司匯報詳情并請求技術(shù)支援。船公司與主機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)月才能運抵船上安裝。船上可立即采取的應(yīng)急方案有2種；將主機鏈條箱處的貫穿螺栓暫時換至斷裂的貫穿螺栓處，并對所有貫穿螺栓暫時移換至斷裂的貫穿螺栓處，并對所有貫穿螺栓重新緊固（將液壓扭力扳手油壓表打到900bar進行緊固），帶廠家制造好新零件后再補裝到鏈條箱上，這樣可以使主機全負荷運轉(zhuǎn)；拆除斷裂的貫穿螺栓，同時為確保主機安全，必須降低功率使用，且運行的最高爆發(fā)壓力不得超過95bar。為保障船舶營運安全，輪機長決定采用第一種方案對事故進行處理。實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，必須先將NO.1缸缸頭及附屬空氣管、缸套水管、活塞冷卻進油管、排氣閥后的廢氣管、補償管以及NO.2缸的啟動空氣管等移除，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。輪機員參照主機廠家的技術(shù)指導(dǎo)意見并結(jié)合現(xiàn)場的實際情況，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)擴展，擴展區(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。該船主機已正常運行105000h，貫穿螺栓一直工作可靠。對于質(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。當(dāng)作用在連接件上因振動而產(chǎn)生的橫向動載荷超過由預(yù)緊力產(chǎn)生的摩擦阻力時，螺母與連接件表面就會發(fā)生相對運動而松動。此外，由于螺母與連接件的微觀表面實際是不平的

5、，在預(yù)緊力的作用下接觸面會產(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，部分接觸表面會在塑性應(yīng)力作用下產(chǎn)生微裂紋，使之表面崩潰，也會使螺紋副松動。螺紋副松動后，作用在螺栓軸向上的載荷將產(chǎn)生巨大的動能，連接件質(zhì)量越大、外載荷的交變周期越短、螺紋副松動的長度越長，貫穿螺栓承受的作用力就會越大。當(dāng)其承受的作用力過大時，貫穿螺栓就會斷裂。主機貫穿螺栓的作用是把氣缸體、機架和機座連接在一起，它承擔(dān)著整機結(jié)構(gòu)件的全部安裝應(yīng)力。在主機運轉(zhuǎn)時，主機的結(jié)構(gòu)部件承受著氣體力以及運動部件慣性力的作用，還受到軸系的振動力、溫度不均引起的熱應(yīng)力、動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

6、間在如此惡劣的環(huán)境下運轉(zhuǎn)，運動部件的磨損、不平衡的慣性力等都會導(dǎo)致部件變形。事故應(yīng)急處理之后對主機進行全面檢查，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動時的慣性振動等共同作用，使曲軸發(fā)生變形。曲軸變形使主機各項復(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)力和振動加劇。強烈的振動與高幅值應(yīng)力同時作用在機架和底座上，承受拉伸應(yīng)力的貫穿螺栓最終因承受超過其設(shè)計作用應(yīng)力而發(fā)生斷裂。3輪機管理啟示目前，遠洋船舶朝著大型化、智能化、專業(yè)化的方向發(fā)展，無人值班機艙在船舶上得到實現(xiàn)。這種工作模式節(jié)省人力并降低勞動強度，在很大程度上能減少

7、機損事故的發(fā)生。然而輪機設(shè)備不可能達到完全的可靠，其工作的可靠性還是要依靠輪機管理人員的參與。國際海事組織（IMO）對近年來發(fā)生的海上事故的統(tǒng)計數(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)代輪機管理必須把人與機艙的緊密聯(lián)系作為研究重點并采取有效的應(yīng)對措施，才能確保船舶輪機設(shè)備的安全可靠。造成事故的人為因素可分為2類：一類是輪機管理人員的技術(shù)與管理水平；另一類是輪機管理人員的工作態(tài)度與責(zé)任心。按照國際船舶安全運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到

8、船舶安全的目標(biāo)。這種安全管理體系以高級船員的承諾為基礎(chǔ)，但對高級船員的工作態(tài)度和責(zé)任心所起到的作用認識明顯不到位。在本次事故中，貫穿螺栓嚴格按照廠家的指導(dǎo)方法進行管理，斷裂時距上次緊固的時間還不到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個閱測量1次，最近1次的測量值也未超標(biāo)。該船在輪機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，在輪機管理中甚至發(fā)生為達到規(guī)定的目標(biāo)而使用各種手段篡改數(shù)據(jù)，以致于機電設(shè)備運行的實際情況失控。這些都說明對工作態(tài)度和責(zé)任心認識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)備運行狀況為質(zhì)量、將機艙作為系統(tǒng)管理、全員參與的管理模式，以更好地滿足現(xiàn)代輪機管理的需求。它更加重視輪機管理中人為因素中非技術(shù)方面的作用。大事故極少有1個原因引起，而是由許多因素像鏈條一樣，當(dāng)各個環(huán)節(jié)連接在一起時才會發(fā)生。在船舶輪機管理中遇到設(shè)備或部件發(fā)生故障時，輪機管理人員所能做的就是盡最大努力截斷當(dāng)前事故鏈環(huán)節(jié)并排除故障。如何做到這點，這與ERM（機艙資源管理）中最重要的情景意識密切相關(guān)。情景意識指輪機管理人員在特定環(huán)境條件下保證輪機設(shè)備和系統(tǒng)安全運行所需的全部因素的清醒認識，能夠準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，就不能做出最有效的截斷事故鏈環(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，因此情景意識的重要性不言而喻。4結(jié)束語船舶輪機設(shè)備日趨復(fù)雜，對輪機管理人員技術(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