主機(jī)貫穿螺栓斷裂實(shí)例

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)利用的貫穿螺栓是通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)、制作精巧的耐用零件。依照最近幾年來(lái)勞氏船級(jí)社和中國(guó)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(guó)內(nèi)外對(duì)此也鮮有報(bào)導(dǎo)。但是，一旦靠得住性相對(duì)高的耐用部件失效，帶來(lái)的后果將是災(zāi)難性的。本文通過(guò)對(duì)某船HITACHIB ＆W6S70MC型主機(jī)貫穿螺栓斷裂事故處置和緣故分析，探討現(xiàn)代輪機(jī)治理中應(yīng)該增強(qiáng)和重視的方面。1事故的發(fā)覺(jué)與應(yīng)急處置某船輪機(jī)長(zhǎng)在機(jī)艙巡檢時(shí)，發(fā)覺(jué)主機(jī)缸與缸之間有異樣，認(rèn)真查看發(fā)覺(jué)貫穿螺栓上移，初步判定為貫穿螺栓斷裂。輪機(jī)長(zhǎng)當(dāng)即通知船長(zhǎng)，要求盡快降低主機(jī)轉(zhuǎn)速并駛向最近的平安地帶，同時(shí)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)廠家溝通后取得的答復(fù)是目前廠家沒(méi)有備件，新制造的備件需數(shù)月才能運(yùn)抵船上安裝。船上可當(dāng)即采取的應(yīng)急方案有2種；①將主機(jī)鏈條箱處的貫穿螺栓臨時(shí)換至斷裂的貫穿螺栓處，并對(duì)所有貫穿螺栓臨時(shí)移換至斷裂的貫穿螺栓處，并對(duì)所有貫穿螺栓從頭緊固（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，如此能夠使主機(jī)全負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)；②拆除斷裂的貫穿螺栓，同時(shí)為確保主機(jī)平安，必需降低功率利用，且運(yùn)行的最高暴發(fā)壓力不得超過(guò)95bar。為保障船舶營(yíng)運(yùn)平安，輪機(jī)長(zhǎng)決定采納第一種方案對(duì)事故進(jìn)行處置。實(shí)施這種方案的困難的地方在于貫穿螺栓長(zhǎng)度為9058mm。螺栓直徑為125mm，質(zhì)量近900kg，而機(jī)艙的空間過(guò)小，行車(chē)到貫穿螺栓頭部之間的高度僅有9400mm。拆換操作時(shí)，必需先將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)償管和缸的啟動(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(jiàn)并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情形，自制起吊工具，采納分步吊裝的方式從貫穿螺栓頭部和頸環(huán)處起吊，使問(wèn)題得以妥帖解決。2事故緣故分析在這次事故中，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(kāi)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，順斷面呈粗糙的顆粒狀表面。斷裂位置和斷面特點(diǎn)都是螺栓疲勞失效的典型特點(diǎn)，該處斷裂部位占到所有螺栓斷裂位置的60％。關(guān)于螺紋副，螺栓最先經(jīng)受螺母載荷的部位受到的作使勁最大，因此最易發(fā)生損壞；關(guān)于斷面，在斷裂開(kāi)始發(fā)生后，圓柱形桿件在交變應(yīng)力作用下使斷裂接踵向前擴(kuò)展，最終因斷裂處的截面面積過(guò)小，經(jīng)受不起加載在其上的應(yīng)力而發(fā)生瞬中斷裂。該船主機(jī)已正常運(yùn)行105000h，貫穿螺栓一直工作靠得住。關(guān)于質(zhì)量合格且正常利用的螺栓，其斷裂的重要誘因是螺紋副的松動(dòng)?？闯捎迷谶B接件上因振動(dòng)而產(chǎn)生的橫向動(dòng)載荷超過(guò)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)。另外，由于螺母與連接件的微觀表面實(shí)際是不平的，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，若是作用在連接件上的外載荷過(guò)大，部份接觸表面會(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)生龐大的動(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(zhǎng)度越長(zhǎng)，貫穿螺栓經(jīng)受的作使勁就會(huì)越大。當(dāng)其經(jīng)受的作使勁過(guò)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)座連接在一路，它承擔(dān)著整機(jī)結(jié)構(gòu)件的全數(shù)安裝應(yīng)力。在主機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，主機(jī)的結(jié)構(gòu)部件經(jīng)受著氣體力和運(yùn)動(dòng)部件慣性力的作用，還受到軸系的振動(dòng)力、溫度不均引發(fā)的熱應(yīng)力、動(dòng)力輸出的傾覆力和螺旋槳的軸向推力等多種復(fù)雜外載荷的一起作用。長(zhǎng)時(shí)刻在如此惡劣的環(huán)境下運(yùn)轉(zhuǎn)，運(yùn)動(dòng)部件的磨損、不平穩(wěn)的慣性力等都會(huì)致使部件變形。事故應(yīng)急處置以后對(duì)主機(jī)進(jìn)行全面檢查，發(fā)覺(jué)缸與缸之間的拐擋差超出界限，這確實(shí)是事故發(fā)生的全然緣故。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)等一起作用，使曲軸發(fā)生變形。曲軸變形使主機(jī)各項(xiàng)復(fù)雜合力之間的平穩(wěn)條件被打破，隨之產(chǎn)生專(zhuān)門(mén)大的附加應(yīng)力和振動(dòng)加重。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，經(jīng)受拉伸應(yīng)力的貫穿螺栓最終因經(jīng)受超過(guò)其設(shè)計(jì)作用應(yīng)力而發(fā)生斷裂。3輪機(jī)治理啟發(fā)目前，遠(yuǎn)洋船舶朝著大型化、智能化、專(zhuān)業(yè)化的方向進(jìn)展，無(wú)人值班機(jī)艙在船舶上取得實(shí)現(xiàn)。這種工作模式節(jié)省人力并降低勞動(dòng)強(qiáng)度，在專(zhuān)門(mén)大程度上能減少機(jī)損事故的發(fā)生。但是輪機(jī)設(shè)備不可能達(dá)到完全的靠得住，其工作的靠得住性仍是要依托輪機(jī)治理人員的參與。國(guó)際海事組織（IMO）對(duì)最近幾年來(lái)發(fā)生的海上事故的統(tǒng)計(jì)數(shù)聽(tīng)說(shuō)明，船舶事故中超過(guò)80％的比例是由人為因素致使的。因此，現(xiàn)代輪機(jī)治理必需把人與機(jī)艙的緊密聯(lián)系作為研究重點(diǎn)并采取有效的應(yīng)付方法，才能確保船舶輪機(jī)設(shè)備的平安靠得住。造成事故的人為因素可分為2類(lèi)：一類(lèi)是輪機(jī)治理人員的技術(shù)與治理水平；另一類(lèi)是輪機(jī)治理人員的工作態(tài)度與責(zé)任心。依照《國(guó)際船舶平安運(yùn)營(yíng)和避免污染治理規(guī)那么》成立的船舶平安治理體系，在必然程度上減少因“人為失誤”造成的船舶輪機(jī)事故的發(fā)生，其宗旨是通過(guò)成立體系文件標(biāo)準(zhǔn)工作進(jìn)程和程序，使技術(shù)與操作取得保證來(lái)達(dá)到船舶平安的目標(biāo)。這種平安治理體系以高級(jí)船員的許諾為基礎(chǔ)，但對(duì)高級(jí)船員的工作態(tài)度和責(zé)任心所起到的作用熟悉明顯不到位。在本次事故中，貫穿螺栓嚴(yán)格依照廠家的指導(dǎo)方式進(jìn)行治理，斷裂時(shí)距上次緊固的時(shí)刻還不到5000h(廠家推薦每距離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(cè)量1次，最近1次的測(cè)量值也未超標(biāo)。該船在輪機(jī)治理工作中不存在違背標(biāo)準(zhǔn)的行為，但是事故卻發(fā)生了。依照目前的治理模式，在輪機(jī)治理中乃至發(fā)生為達(dá)到規(guī)定的目標(biāo)而利用各類(lèi)手腕竄改數(shù)據(jù)，以致于機(jī)電設(shè)備運(yùn)行的實(shí)際情形失控。這些都說(shuō)明對(duì)工作態(tài)度和責(zé)任心熟悉不足的治理模式存在不可幸免所有事故發(fā)生的缺點(diǎn)。IMO出臺(tái)并于2021年1月1日生效的《船員培訓(xùn)、發(fā)證和值班標(biāo)準(zhǔn)國(guó)際公約（STCW）馬尼拉修正案》注意到這種治理模式的缺點(diǎn)，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)治理、全員參與的治理模式，以更好地知足現(xiàn)代輪機(jī)治理的需求。它加倍重視輪機(jī)治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)緣故引發(fā)，而是由許多因素像鏈條一樣，當(dāng)各個(gè)環(huán)節(jié)連接在一路時(shí)才會(huì)發(fā)生。在船舶輪機(jī)治理中碰到設(shè)備或部件發(fā)生故障時(shí)，輪機(jī)治理人員所能做的確實(shí)是盡最大盡力截?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)艙資源治理）中最重要的情景意識(shí)緊密相關(guān)。情景意識(shí)指輪機(jī)治理人員在特定環(huán)境條件下保證輪機(jī)設(shè)備和系統(tǒng)平安運(yùn)行所需的全數(shù)因素的清醒熟悉，能夠準(zhǔn)確感知周?chē)樾蔚霓D(zhuǎn)變及阻礙，并考慮和預(yù)測(cè)即將面臨的局面，利用適合的方式阻止事故的發(fā)生。就本次事故而言，假設(shè)輪機(jī)長(zhǎng)發(fā)覺(jué)貫穿螺栓異樣后，稍有緊張忙亂的應(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假想，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終止語(yǔ)船舶輪機(jī)設(shè)備日趨復(fù)雜，對(duì)輪機(jī)治理人員技術(shù)水平、操作技術(shù)的高要求也已通過(guò)廣大船員同意高等專(zhuān)業(yè)教育和依照STCW相關(guān)發(fā)