J.D.輪中間軸斷裂事故分析及處理措施

青島遠(yuǎn)洋運輸有限公司 孟昭玉 王天亮

J.D.輪中間軸斷裂事故分析及處理措施

青島遠(yuǎn)洋運輸有限公司 孟昭玉 王天亮

通過對巴拿馬型散貨船J.D.輪2014年11月在意大利水域進(jìn)港前發(fā)生的中間軸斷裂事故過程及損壞情況的介紹，根據(jù)中間軸斷裂的機理和發(fā)生斷裂的部位、斷裂面狀況、中間軸附屬設(shè)備的損毀情況等現(xiàn)有信息進(jìn)行初步原因分析，對該事故所暴露出的中間軸鍛造材料及工藝、特檢時的拆檢裝配工藝及日常管理等方面可能發(fā)生的問題進(jìn)行闡述，對事故預(yù)防的措施進(jìn)行簡要說明，以供輪機管理人員參考。

中間軸；斷裂；事故分析

一、船況簡介

J.D.輪為巴拿馬型散貨船，2005年5月由上海某船廠建成出廠，總長225 m，總噸39 962 t，載重噸73 604 t，夏季吃水14.02 m；主機型號為MAN B&W5S60MC，額定功率10 200 kW，額定轉(zhuǎn)速105 r/min；中間軸為鍛鋼材料，軸徑430 mm。

二、事故經(jīng)過

J.D.輪于當(dāng)?shù)貢r間2014年11月15日00：45在斯洛文尼亞科佩爾港減載結(jié)束后，剩余4.4萬t貨物（煤炭），04：30時主機定速航行前往意大利港口富西納港續(xù)卸。意大利當(dāng)?shù)貢r間11月15日09：04時，船位 45°19.7N/12°35.4E，進(jìn)港接引航員之前調(diào)整船舶航速時，發(fā)生主機故障：中間軸在靠近飛輪根部處斷裂，中間軸向后移位51 cm，艉軸密封油柜透氣孔向外冒水，轉(zhuǎn)速測速裝置支架斷裂，中間軸承座上蓋裂紋。船舶馬上拋錨，錨位在45°19.46N/12°35.34E，水深20 m，距離岸邊8.3 n mile，距離引航員登船點9.5 n mile。

事故發(fā)生后，公司相關(guān)人員立即趕到公司共商搶險措施，指導(dǎo)船舶放出尾軸管滑油以避免尾軸管滑油漏出，同時要求船舶設(shè)法固定中間軸，以避免軸系移動引起尾軸前密封損壞導(dǎo)致海水大量進(jìn)入機艙。由于艉軸封損壞，有少量的尾軸油泄漏到海里，因及時放出尾軸管內(nèi)的滑油沒有造成大的海洋污染，事發(fā)當(dāng)天下午，港口當(dāng)局安排巡邏艇到船巡視幾圈后沒有提出異議。

船舶在錨泊等待拖航期間加強值班，采取用吸油氈自制的圍油欄漂浮在船舶尾部海面上的應(yīng)急防污措施，靠泊卸貨期間，由專業(yè)防污染公司采取防護(hù)措施，防止了污染事故的發(fā)生，得到港口當(dāng)局的認(rèn)可。在船舶靠碼頭卸貨期間，安排了潛水員對螺旋槳和舵葉進(jìn)行了水下探摸，沒有發(fā)現(xiàn)大的問題存在。

2014年11月30日，通過租用拖船將J.D.輪拖帶到意大利的里亞斯特船廠修理，并于2015年1月2日完成中間軸更換，船舶出廠。

三、中間軸損壞情況

（1）中間軸靠近主機飛輪端法蘭處斷裂脫開，向后竄動51 cm（見圖1）。

（2）中間軸承底座，軸承蓋裂紋損壞，中間軸承需整體換新（見圖2）。

（3）軸功率監(jiān)測裝置由于中間軸后竄拉傷（見圖3）。

圖1　中間軸斷裂狀況

四、事故原因分析

圖2　中間軸承損毀情況

圖3　軸功率檢測裝置損毀情況

（4）尾軸首密封未漏水，尾部白鋼套脫出尾密封。進(jìn)塢后，拉出尾軸發(fā)現(xiàn)尾軸后部白鋼套前方對應(yīng)尾軸承部位600～700 mm長度范圍內(nèi)表面被海水嚴(yán)重腐蝕，需鍍鐵光車恢復(fù)原始尺寸（見圖4）。

圖4　尾軸腐蝕情況

（5）中間軸承頂負(fù)荷軸承負(fù)荷小于3.0 t，需抬高0.6 mm軸承負(fù)荷才能達(dá)到6.0 t設(shè)計要求（見圖5）。

圖5　中間軸承坐墊塊

根據(jù)故障機理，中間軸斷裂是由于扭轉(zhuǎn)力矩所產(chǎn)生的應(yīng)力大于材料的疲勞極限，發(fā)生了疲勞裂紋的擴(kuò)展，并導(dǎo)致中間軸的有效受力面積減小，并最終導(dǎo)致疲勞斷裂。根據(jù)這一機理，從材料方面（先天性制造缺陷）、修船原因（塢檢抽軸及裝復(fù)工藝等）、日常管理等3個方面入手進(jìn)行分析。

（1）先天性缺陷是指在中間軸制造過程中內(nèi)部存在瑕疵，或熱處理不當(dāng)，造成中間軸內(nèi)部存在材質(zhì)上的缺陷和殘余應(yīng)力。在主機運轉(zhuǎn)過程中，中間軸將承受很大的扭力，在缺陷和殘余應(yīng)力處容易產(chǎn)生裂紋及疲勞斷裂，特別是在應(yīng)力集中的法蘭根部更是如此。

通過對J.D.輪中間軸斷裂斷面的初步分析發(fā)現(xiàn)，其斷面的螺旋斜面及貝殼紋等疲勞斷裂特征明顯，初步判斷為疲勞斷裂，且疲勞源不在法蘭根部倒角處，而是在距離法蘭根部25 cm處，深度距離軸表面約8.5 cm，實際斷面為45°階梯狀，且斷裂面有明顯的內(nèi)部缺陷裂紋、裂紋延展區(qū)以及斷裂區(qū)（見圖6）。

圖6　中間軸斷裂面

斷面狀況表明，中間軸在最初的澆鑄、鍛造和熱處理過程中，內(nèi)部材料沒有很好地融合在一起形成一個均勻的整體，沒有形成層層包裹在一起的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，而是存在內(nèi)部缺陷。隨同P&I檢驗師到船的意大利金屬材料方面的專家以及船級社驗船師對此也有同樣的看法。

（2）根據(jù)鑄鋼件和鍛鋼件的裂紋產(chǎn)生原因，此次事故一方面可能是由局部受過大的外部應(yīng)力導(dǎo)致，另一方面也可能是由劇烈的熱脹冷縮產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力導(dǎo)致。

根據(jù)調(diào)查，J.D.輪自出廠投入營運以來，包括2013年特檢修理期間，均未發(fā)現(xiàn)主機飛輪和中間軸法蘭處出現(xiàn)裂紋。根據(jù)公司有關(guān)安排，在2013年特檢時對該船軸系安排的磁粉探傷中，也未發(fā)現(xiàn)任何外部裂紋。

在造船時，軸系連接螺栓和螺栓孔為過盈配合，若強行拉出螺栓，其配合表面很可能產(chǎn)生損傷隱患，因此常規(guī)都需要重新對螺孔進(jìn)行鏜孔加工并探傷，需全部換新螺栓。若在修船對未對螺栓孔重新鏜孔加工，并且螺栓未全部換新，也沒有對螺栓孔進(jìn)行探傷，則可能留下安全隱患。

對J.D.中間軸與主機飛輪法蘭端處發(fā)生的扭轉(zhuǎn)斷裂事故分析，其源頭也可能是修船時進(jìn)行連接螺栓拉出時，強行在靠近法蘭處用割刀割除螺栓頭部，螺栓孔處由于受到過大拉力或急劇溫差產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力而局部產(chǎn)生裂紋，但修船方未對受損的螺栓孔重新檢查就重新裝復(fù)新的連接螺栓，經(jīng)過主機軸系連續(xù)高負(fù)荷的運轉(zhuǎn)，此處的裂紋由于處于軸系扭轉(zhuǎn)應(yīng)力傳遞的集中區(qū)，裂縫擴(kuò)展生長到中間軸上相當(dāng)?shù)纳疃龋瑢?dǎo)致對應(yīng)中間軸的有效工作截面積不斷減小，最終在本航次達(dá)到極限，導(dǎo)致中間軸在主機的扭矩作用下扭轉(zhuǎn)斷裂。

（3）從中間軸日常管理的角度，也可以從以下幾方面入手進(jìn)行推測：

柴油機前端的扭振減震儀內(nèi)減震油泄漏或出現(xiàn)故障，失去減震作用；主機鏈條的松緊度不滿足說明書的要求，導(dǎo)致震動加劇；船員操作失誤，突加突減負(fù)荷，比如緊急剎車和倒車；柴油機臨界轉(zhuǎn)速區(qū)域內(nèi)運轉(zhuǎn)時間過長；機動航行或采取節(jié)油低速航行時，柴油機長期處于臨界轉(zhuǎn)速上下邊緣運轉(zhuǎn)；船舶裝卸貨、壓載水調(diào)節(jié)不當(dāng)導(dǎo)致軸系失中；航行中螺旋槳被外界物體纏繞、擊打，造成負(fù)荷瞬時增加；尾軸承配合間隙超標(biāo)，尾軸承高溫，軸系負(fù)荷增大。

五、事故預(yù)防措施

根據(jù)以上分析，提出事故預(yù)防措施如下。

（1）在新造船選擇船廠時，應(yīng)選擇技術(shù)能力相對強的船廠。選擇設(shè)備時，應(yīng)選擇優(yōu)質(zhì)品牌，嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)。

（2）在船舶例行特檢時，對重要設(shè)備如中間軸、尾軸，要加強現(xiàn)場檢查、監(jiān)督，確保科學(xué)拆解，防止出現(xiàn)損壞螺孔、部件或設(shè)備本身的情況出現(xiàn)。對主機鏈條箱進(jìn)行全面檢查，檢查鏈條的松緊度是否符合說明書的要求。

（3）對船舶包括中間軸在內(nèi)的整個軸系狀況及其附屬設(shè)備包括法蘭、螺栓、螺栓孔、倒角處進(jìn)行特別檢查，杜絕發(fā)生類似事件。事故發(fā)生后，我司即安排對公司其他船舶中間軸進(jìn)行探傷，重點跟蹤船舶安排專業(yè)機構(gòu)進(jìn)行超聲波探傷檢查，探傷范圍為整根中間軸，探傷深度需達(dá)到10 cm以上超聲波整體探傷。在日常管理中定期安排對中間軸表面著色探傷檢查。

（4）加強中間軸的運行管理和日常檢查工作。中間軸應(yīng)保持清潔、油潤，加強中間軸的日常目測檢查，如有裂紋及早發(fā)現(xiàn)，避免事態(tài)進(jìn)一步擴(kuò)大。每次到港完車后，檢查中間軸支撐有無松動情況，檢查中間軸承底座有無移動跡象，對底座螺絲進(jìn)行上緊檢查，對軸承蓋螺絲進(jìn)行上緊檢查。

（5）規(guī)范操縱主機。主機啟動、停車均應(yīng)盡量避免過猛，通過共振區(qū)應(yīng)盡可能快，以盡可能減少軸系共振，同時密切關(guān)注主機降速航行后船舶的共振情況，盡可能減少共振。

（6）加強對船員的監(jiān)督指導(dǎo)，促進(jìn)船員管理維護(hù)、應(yīng)急處理能力。岸基人員也要加強學(xué)習(xí)和知識更新，全面提高機務(wù)安全管理能力。

10.16176/j.cnki.21-1284.2015.09.010