青島遠(yuǎn)洋運(yùn)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(yùn)輸有限公司 孟昭玉 王天亮

通過(guò)對(duì)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(guò)程及損壞情況的介紹，根據(jù)中間軸斷裂的機(jī)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(duì)該事故所暴露出的中間軸鍛造材料及工藝、特檢時(shí)的拆檢裝配工藝及日常管理等方面可能發(fā)生的問(wèn)題進(jìn)行闡述，對(duì)事故預(yù)防的措施進(jìn)行簡(jiǎn)要說(shuō)明，以供輪機(jī)管理人員參考。

中間軸；斷裂；事故分析

一、船況簡(jiǎn)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(zhǎng)225 m，總噸39 962 t，載重噸73 604 t，夏季吃水14.02 m；主機(jī)型號(hào)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(guò)

J.D.輪于當(dāng)?shù)貢r(shí)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(wàn)t貨物（煤炭），04：30時(shí)主機(jī)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(shí)間11月15日09：04時(shí)，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(shí)，發(fā)生主機(jī)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(cè)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(diǎn)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(xiǎn)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(shí)要求船舶設(shè)法固定中間軸，以避免軸系移動(dòng)引起尾軸前密封損壞導(dǎo)致海水大量進(jìn)入機(jī)艙。由于艉軸封損壞，有少量的尾軸油泄漏到海里，因及時(shí)放出尾軸管內(nèi)的滑油沒(méi)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(méi)有提出異議。

船舶在錨泊等待拖航期間加強(qiáng)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(zhuān)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(duì)螺旋槳和舵葉進(jìn)行了水下探摸，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)大的問(wèn)題存在。

2014年11月30日，通過(guò)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(jī)飛輪端法蘭處斷裂脫開(kāi)，向后竄動(dòng)51 cm（見(jiàn)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(jiàn)圖2）。

（3）軸功率監(jiān)測(cè)裝置由于中間軸后竄拉傷（見(jiàn)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(cè)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(duì)應(yīng)尾軸承部位600～700 mm長(zhǎng)度范圍內(nèi)表面被海水嚴(yán)重腐蝕，需鍍鐵光車(chē)恢復(fù)原始尺寸（見(jiàn)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(jì)要求（見(jiàn)圖5）。

圖5　中間軸承坐墊塊

根據(jù)故障機(jī)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(jī)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(gè)方面入手進(jìn)行分析。

（1）先天性缺陷是指在中間軸制造過(guò)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(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)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(guò)對(duì)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(shí)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(jiàn)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(guò)程中，內(nèi)部材料沒(méi)有很好地融合在一起形成一個(gè)均勻的整體，沒(méi)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(yàn)師到船的意大利金屬材料方面的專(zhuān)家以及船級(jí)社驗(yàn)船師對(duì)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(guò)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(yíng)運(yùn)以來(lái)，包括2013年特檢修理期間，均未發(fā)現(xiàn)主機(jī)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(shí)對(duì)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(shí)，軸系連接螺栓和螺栓孔為過(guò)盈配合，若強(qiáng)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(duì)螺孔進(jìn)行鏜孔加工并探傷，需全部換新螺栓。若在修船對(duì)未對(duì)螺栓孔重新鏜孔加工，并且螺栓未全部換新，也沒(méi)有對(duì)螺栓孔進(jìn)行探傷，則可能留下安全隱患。

對(duì)J.D.中間軸與主機(jī)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(shí)進(jìn)行連接螺栓拉出時(shí)，強(qiáng)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(guò)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(duì)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(guò)主機(jī)軸系連續(xù)高負(fù)荷的運(yùn)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(zhǎng)到中間軸上相當(dāng)?shù)纳疃?，?dǎo)致對(duì)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(jī)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(cè)：

柴油機(jī)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(jī)鏈條的松緊度不滿(mǎn)足說(shuō)明書(shū)的要求，導(dǎo)致震動(dòng)加??；船員操作失誤，突加突減負(fù)荷，比如緊急剎車(chē)和倒車(chē)；柴油機(jī)臨界轉(zhuǎn)速區(qū)域內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)；機(jī)動(dòng)航行或采取節(jié)油低速航行時(shí)，柴油機(jī)長(zhǎng)期處于臨界轉(zhuǎn)速上下邊緣運(yùn)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(shí)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(shí)，應(yīng)選擇技術(shù)能力相對(duì)強(qiáng)的船廠。選擇設(shè)備時(shí)，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(shí)，對(duì)重要設(shè)備如中間軸、尾軸，要加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)檢查、監(jiān)督，確?？茖W(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(duì)主機(jī)鏈條箱進(jìn)行全面檢查，檢查鏈條的松緊度是否符合說(shuō)明書(shū)的要求。

（3）對(duì)船舶包括中間軸在內(nèi)的整個(gè)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(lèi)似事件。事故發(fā)生后，我司即安排對(duì)公司其他船舶中間軸進(jìn)行探傷，重點(diǎn)跟蹤船舶安排專(zhuān)業(yè)機(jī)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(duì)中間軸表面著色探傷檢查。

（4）加強(qiáng)中間軸的運(yùn)行管理和日常檢查工作。中間軸應(yīng)保持清潔、油潤(rùn)，加強(qiáng)中間軸的日常目測(cè)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(chē)后，檢查中間軸支撐有無(wú)松動(dòng)情況，檢查中間軸承底座有無(wú)移動(dòng)跡象，對(duì)底座螺絲進(jìn)行上緊檢查，對(duì)軸承蓋螺絲進(jìn)行上緊檢查。

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

（6）加強(qiáng)對(duì)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(qiáng)學(xué)習(xí)和知識(shí)更新，全面提高機(jī)務(wù)安全管理能力。

10.16176/j.cnki.21-1284.2015.09.010