主机贯穿螺栓断裂实例.doc

主机贯穿螺栓断裂实例 0引言 现代船用大型低速柴油机使用的贯穿螺栓是经过优化设计、制作精良的耐用零件。根据近年来劳氏船级社和中国远洋运输总公司的统计资料显示，船用主机的故障极少源于贯穿螺栓，国内外对此也鲜有报道。然而，一旦可靠性相对高的耐用部件失效，带来的后果将是灾难性的。 本文通过对某船HITACHI B ＆W 6S70MC型主机贯穿螺栓断裂事故处理和原因分析，探讨现代轮机管理中应该加强和重视的方面。 1事故的发现与应急处理 某船轮机长在机舱巡检时，发现主机NO.1缸与NO.2缸之间有异常，仔细查看发现贯穿螺栓上移，初步判断为贯穿螺栓断裂。轮机长立即通知船长，要求尽快降低主机转速并驶向最近的安全地带，同时向船公司汇报详情并请求技术支援。船公司与主机厂家沟通后得到的回复是目前厂家没有备件，新制造的备件需数月才能运抵船上安装。 船上可立即采取的应急方案有2种；①将主机链条箱处的贯穿螺栓暂时换至断裂的贯穿螺栓处，并对所有贯穿螺栓暂时移换至断裂的贯穿螺栓处，并对所有贯穿螺栓重新紧固（将液压扭力扳手油压表打到900bar进行紧固），带厂家制造好新零件后再补装到链条箱上，这样可以使主机全负荷运转；②拆除断裂的贯穿螺栓，同时为确保主机安全，必须降低功率使用，且运行的最高爆发压力不得超过95bar。 为保障船舶营运安全，轮机长决定采用第一种方案对事故进行处理。实施这种方案的困难之处在于贯穿螺栓长度为9058mm。螺栓直径为125mm，质量近900kg，而机舱的空间太小，行车到贯穿螺栓头部之间的高度仅有9400mm。拆换操作时，必须先将NO.1缸缸头及附属空气管、缸套水管、活塞冷却进油管、排气阀后的废气管、补偿管以及NO.2缸的启动空气管等移除，才能顺利吊出断裂的贯穿螺栓并将链条箱处的贯穿螺栓拆换至此处。 轮机员参照主机厂家的技术指导意见并结合现场的实际情况，自制起吊工具，采用分步吊装的方法从贯穿螺栓头部和颈环处起吊，使问题得以妥善解决。 2事故原因分析 在此次事故中，贯穿螺栓的断裂位置在螺杆下端距螺纹起始处40mm。断裂是从疲劳源区开始的，而后向左侧扩展，扩展区呈平行条纹状；裂纹延伸到断面约2/3处后急剧破损，顺断面呈粗糙的颗粒状表面。断裂位置和断面特征都是螺栓疲劳失效的典型特征，该处断裂部位占到所有螺栓断裂位置的60％。对于螺纹副，螺栓最先承受螺母载荷的部位受到的作用力最大，因而最易发生损坏；对于断面，在断裂开始发生后，圆柱形杆件在交变应力作用下使断裂相继向前扩展，最终因断裂处的截面面积过小，承受不起加载在其上的应力而发生瞬间断裂。 该船主机已正常运行105000h，贯穿螺栓一直工作可靠。对于质量合格且正常使用的螺栓，其断裂的重要诱因是螺纹副的松动。当作用在连接件上因振动而产生的横向动载荷超过由预紧力产生的摩擦阻力时，螺母与连接件表面就会发生相对运动而松动。此外，由于螺母与连接件的微观表面实际是不平的，在预紧力的作用下接触面会产生较高的局部应力，如果作用在连接件上的外载荷过大，部分接触表面会在塑性应力作用下产生微裂纹，使之表面崩溃，也会使螺纹副松动。 螺纹副松动后，作用在螺栓轴向上的载荷将产生巨大的动能，连接件质量越大、外载荷的交变周期越短、螺纹副松动的长度越长，贯穿螺栓承受的作用力就会越大。当其承受的作用力过大时，贯穿螺栓就会断裂。主机贯穿螺栓的作用是把气缸体、机架和机座连接在一起，它承担着整机结构件的全部安装应力。在主机运转时，主机的结构部件承受着气体力以及运动部件惯性力的作用，还受到轴系的振动力、温度不均引起的热应力、动力输出的倾覆力以及螺旋桨的轴向推力等多种复杂外载荷的共同作用。长时间在如此恶劣的环境下运转，运动部件的磨损、不平衡的惯性力等都会导致部件变形。 事故应急处理之后对主机进行全面检查，发现NO.1缸与NO.2缸之间的拐挡差超出界限，这就是事故发生的根本原因。轴瓦的磨损、活塞连杆组件与飞轮运动时的惯性振动等共同作用，使曲轴发生变形。曲轴变形使主机各项复杂合力之间的平衡条件被打破，随之产生很大的附加应力和振动加剧。强烈的振动与高幅值应力同时作用在机架和底座上，承受拉伸应力的贯穿螺栓最终因承受超过其设计作用应力而发生断裂。 3轮机管理启示 目前，远洋船舶朝着大型化、智能化、专业化的方向发展，无人值班机舱在船舶上得到实现。这种工作模式节省人力并降低劳动强度，在很大程度上能减少机损事故的发生。然而轮机设备不可能达到完全的可靠，其工作的可靠性还是要依靠轮机管理人员的参与。 国际海事组织（IMO）对近年来发生的海上事故的统计数据表明，船舶事故中超过80％的比例是由人为因素导致的。因此，现代轮机管理必须把人与机舱的紧密联系作为研究重点并采取有效的应对措施，才能确保船舶轮机设备的安全可靠。 造成事故的人为因素可分为2类：一类是轮机管理