船檢局開展船舶軸系扭振研究

本刊記者 崔 燕

從1972年起，特別是在《1973年鋼質海船建造規范》后，船檢局開始全面投入對規范科研方面的力量，不斷提升規范的含金量。對此，船檢局上海辦事處研究上報了一批科研項目，這是船檢局首批向交通部科技局申報的科研項目，船舶軸系扭轉振動研究就是其中之一。船檢局不僅對規范進行了修訂，還針對現場船舶扭振事故分析、幫助改進和解決問題。這也是船檢局首次以科研力量幫助船東解決實際問題，對保障船舶安全營運，為船舶提供全生命周期服務，并促使我國軸系設計水平與質量得到全面提高發揮了重要的作用。

開展軸系扭振測試、計算和分析工作

20世紀70年代初，船舶使用柴油機作為推進動力后，船檢局在日常檢驗中發現，與船舶軸系扭轉振動故障所引發的事故頻繁出現。于是，要求上海辦事處專門組織力量開展關于新造船舶柴油機動力裝置的軸系扭轉振動的測試和計算分析工作。

許運秀，原船舶檢驗局/中國船級社上海規范所所長、中國船級社科研中心副主任，從事船舶規范/法規研究及其相關科研工作，曾多次擔任主要法規、規范的主編及重大科研課題組長，特別是在柴油機、軸系強度、軸系校中、機械和軸系振動等多方面的理論和復雜的技術難題上，具有豐富的工作經驗。據許運秀介紹，在研究外國船級社規范時，發現軸系扭轉振動均列為規范要求。對此，船檢局在《1973年鋼質海船建造規范》初稿中就將船舶柴油機軸系扭轉振動進行了全面研究，并決定在該版規范中輪機篇第六章里專門增加一節“扭轉振動”，將軸系扭轉振動的要求編入，其中除規定軸系扭振許用應力、同型首艘船舶應進行軸系扭轉振動測量等要求外，特別要求軸系扭轉振動計算書應提交船檢局審批。問題又來了，由于當時國內各有關單位對軸系扭轉振動了解甚少，基本不能進行扭轉振動計算。那么，船檢局又該如何幫船東解決船舶扭振事故分析、解決問題，以及如何幫設計單位提交關于軸系扭轉振動計算，成為船檢局憑借技術實力為業界解決實際困難的科研攻關。

隨后，經交通部科技局批準，船檢局上海辦事處和交通部上海船舶運輸科學研究所正式將《軸系扭轉振動研究》作為科研課題，由許運秀任該課題組組長，全面開始了船舶軸系扭轉振動研究的計算方法及實船扭轉振動測量工作。

將理論依據融入實船故障分析

船檢局在船舶軸系振動研究過程中，除幫助設計、科研和制造單位解決了大量設計、計算及測試中出現的問題外，還在處理實船重大故障中發揮了至關重要的作用。

“紅救6”號大馬力拖輪，主機功率為2600匹，由上海船舶設計院設計，東海船廠建造，該船使用一段時間后，返廠進行修理，在碼頭系泊試驗時，驗船師發現軸系短軸發熱，經進行扭轉振動測量，認為是軸系扭轉振動瞬時應力超過規范許用值所引起的，應予以解決。對此，上海船舶設計院專門召開研討會，會上許運秀將規范中對“瞬時許用應力的含義”進行了詳細的介紹和解讀，遺憾的是這個理論依據只能算風險因素之一，并沒有被廣泛接受。后來，“紅救6”號在完成側翻在黃浦江岸邊的“東安”輪施救過程中，主機起動時突然發生短軸斷裂，這起事故的發生，對業界產生了很大震動。交通部立即要求船檢局將此次事故分析的專題報告轉發至全國相關船舶設計、建造、船東和船檢等部門，以此為鑒進一步促進和推動船舶軸系扭轉振動安全技術的研究和實施。

1972年至1979年，上海海運局陸續建造25000噸散貨船“州”字系列共11艘。但該批船舶自1980年以來，陸續發生軸系故障，甚至產生螺旋槳軸斷裂、螺旋槳葉片斷裂的嚴重事故。這不僅嚴重影響人命財產安全，而且也影響船東的船舶運力和經濟效益。隨后，船檢局海船規范所（中國船級社上海規范所）與船東聯合成立課題組，由許運秀牽頭，通過全面的理論研究和計算，以及必要的實例分析，查明25000噸散貨船嚴重軸系故障的主要原因，同時提出了解決措施。

通過調查和計算分析發現，軸系扭振和軸系校中不良以及螺旋槳槳葉疲勞強度不足等因素是導致該船舶螺旋槳軸和螺旋槳葉片斷裂事故的主要原因。在軸系方面，通過綜合計算分析，提出減少軸系直徑以降低共振轉速、減少螺旋槳直徑以減小主機負荷、軸系合理校中、螺旋槳采用過盈配合安裝措施，解決了這批運煤船的軸系故障問題。此外，根據船體伴流分布、螺旋槳材料的腐蝕疲勞極限來校核槳葉疲勞強度和設計槳葉幾何參數的新方法，使“鄭州”輪設計新螺旋槳取得成功。

船檢局的解決方案實施后，一下子解決了困擾船東近10年懸而未決的技術難題，對保證該批船舶軸系的安全使用，恢復該批船舶的正常航行和提高運力，具有很大的經濟效益和社會效益的同時，為保障上海市運煤任務做出了重要貢獻。

1986年，羅馬尼亞用補償貸款的方式為中國建造了“德堡”“柳堡”和“南堡”等12艘5000載重噸多用途貨船，在試航和首航中多次發生推力塊熔損、減速箱大齒輪前軸承熔損、傳動小齒輪周向斷裂等嚴重故障，其中“德堡”輪也可能因上述故障在首航中失去推進動力而導致傾覆沉沒，給國家造成巨大的人命財產損失。羅馬尼亞船廠為此事曾請德國RENK廠作技術研究，自己亦組織專家進行多次研究，均未找出故障原因。為了查找軸系故障原因，并確保該批船舶軸系的安全，船東與羅馬尼亞船廠雙方進行了長達3年的拉鋸戰式談判。“柳堡”輪也在江中停泊了3年，期間，國內船廠都不愿接受“柳堡”輪的修理工作。

國內對于“堡”字輪軸系故障的說法更是眾說紛紜。對此，船檢局要求海船規范所許運秀進行研究，許運秀和洪鈐通過調查、專題研究、分析計算，終于找出了產生故障的主要原因，并于1998年9月完成初步研究報告。

后來，香港友聯船廠接受了“柳堡”輪修理工作。香港友聯船廠技術科科長和技術員專程赴上海找許運秀，說之所以愿意承接該船進行修理，是因為看到許運秀對“堡”字號軸系故障的分析意見，認為很有道理，愿意委托船檢局進行“柳堡”輪軸系的安裝工作。隨后，船檢局提出了軸系采用合理校中技術，并要求齒輪箱軸承應傾斜布置。許運秀專程趕赴香港友聯船廠進行現場技術交流時，當時輪機長去查看齒輪箱軸承的布置情況，確認該齒輪箱軸瓦采用傾斜布置后，感到非常吃驚，從而更加信任船檢局的技術方案。在船廠安裝后，進行系泊試驗和航行試驗，齒輪箱情況完全正常，大家緊張的心才松弛下來。

有了“柳堡”輪的成功經驗，后續10艘船舶的談判問題也提上日程。由交通部水運司牽頭，廣州海運局總輪機長和工會主席帶隊，許運秀以交通部技術顧問身份參加與羅方船廠的技術談判。談判團隊經多次反復內部研究和討論，決定由許運秀擔任與羅方技術談判的主談。由于以可靠的理論為依據，經過多回合談判，羅方船廠承認是設計責任，并接受中方提出的解決方案，同時賠償廣州海運局購置“柳堡”輪齒輪箱的費用。

之后，在參加“南堡”輪的船廠現場軸系安裝，系泊試驗和航行試驗中，軸系技術情況完全正常，消除了軸系故障，解決了這一技術難題。余下這批船舶軸系安裝，船廠要求按照船檢局提供的改進設計方案進行施工，這不僅為國家挽回了經濟損失，也解除了船東的后顧之憂。在這一過程中，船檢局的技術方案得到我國駐羅馬尼亞大使館商務參贊和交通部水運局領導的肯定和表揚。

上世紀90年代，上海海運局在韓國大宇船廠建造了6艘9500/8500DWT成品油船。第1艘船使用不到1年時間，便發生軸系法蘭螺栓斷裂的嚴重事故，后來又連續有幾艘船不同程度出現類似軸系故障現象。由于沒有找到軸系故障的關鍵原因，提不出有效的根除故障的措施，致使船舶不能正常航行，船東不但在經濟上遭到很大損失，船員的安全也難以保證。船檢局上海規范所接受船東的委托，于1996年1月開始對軸系故障進行分析研究，提出軸系故障是由共性原因產生的結論，并提出相應的改進措施，并將研究報告提供給上海海運局。

為解決這批船舶軸系故障問題，上海海運局根據許運秀和洪鈐的研究報告，相繼與船廠和相關船級社進行多次談判，最后達成共識，同意“這批船的軸系故障是由共性原因造成”的結論，認為故障的根本問題是軸系校中不正確。決定對這批6艘船舶軸系全部重新進行安裝。據了解，該批船舶采用軸系合理校中安裝后，使用情況正常，得到了船東的一致好評。

技術成果的應用和推廣

船檢局積極推進船舶軸系扭振研究項目，不僅促進了國內軸系扭轉振動技術的發展，還針對現場船舶扭振事故分析、幫助改進和解決問題，不僅促進了國內軸系扭轉振動技術的發展，而且提高了船檢局在業界及國際上的影響力。

據了解，從1972年到1978年間，船檢局共測量70余艘船舶軸系，獲得了豐碩的一手數據。由許運秀任課題組長的《船舶軸系扭轉振動研究》課題獲交通部1978年科學大會獎。

隨著課題研究的進一步深入，為了進一步提高研究效率，船檢局上海辦事處與上海船舶設計院不斷及時調整課題方案，由船檢局許運秀負責計算方法的研究和參數的調整方案，黃卓超負責測量結果的分析整理，上海船舶設計院何軒軒負責電算程序的編制和實船軸系扭轉振動理論計算。最終，提出計算誤差較小的軸系扭轉振動應力計算方法，經有關專家鑒定，認為該研究結果具有國內領先水平，且具有實用價值，達到了預期課題研究目的。隨后，以《船舶中低速柴油機軸系扭振應力計算準確性探討》為題，參加的第二屆上海國際海事展覽會論文交流，獲得與會中外代表的一致好評。據業界知名《船舶世界》報道：“船檢局上海辦室處許運秀所著的《船舶中、低速柴油機軸系扭振應力計算準確性探討》一文，利用大量試驗數據，驗證了計算公式，受到了國內外代表的好評”。

同時，《船舶中低速柴油機軸系扭振應力計算研究方法》獲交通部重大科技成果三等獎；《柴油機軸系扭轉振動電算程序》和《船舶中低速柴油機軸系扭振應力計算研究方法》獲上海市重大科技成果三等獎；由許運秀主編，人民交通出版社出版的《船舶柴油機軸系扭轉振動》專著，獲我國優秀科技圖書二等獎等一系列殊榮。之后，船檢局上海規范所將這一研究成果成功轉化，作為船檢系統審圖和工程計算軟件。

20世紀80年代，全球造船界興起船舶節能浪潮，其中采取的措施是降低主機轉速、加長沖程，這樣一來就產生了柴油機軸系縱向振動問題，并引起柴油機機架振動，繼而引起船體振動。船檢局與上海船舶設計院繼續開展了關于軸系縱向振動的研究工作。這一次，許運秀負責理論研究、計算方法研究、縱振許用應力的研究等，鐘學添負責測量及其結果分析，上海船舶設計院何軒軒負責計算程序編制和船軸系縱向振動計算。經過課題組成員的共同努力，完成了《軸系縱向振動研究》工作，經國內有關專家鑒定，認為該項研究填補了國內空白，具有國內領先水平。據了解，《船舶軸系縱向振動》不僅獲得了交通部科技進步二等獎；還與《鋼質海船入級與建造規范》（1988）合項，獲得了國家科技進步三等獎。

隨著我國改革開放的步伐，建造出口船的數量不斷增長，產生軸系回旋轉動計算問題，以及軸系合理校中問題。為此，六機部下達《船舶軸系程序集成系統》課題，由611所作為牽頭單位，船檢局作為參研單位，課題包含4個子項目：軸系扭轉振動、軸系縱向振動、軸系回旋轉動、軸系校中。許運秀擔任《軸系縱向振動》課題組長，經過課題組的協同作戰，順利完成六機部下達的軸系程序編制任務。其中，《船舶軸系程序集成系統》獲中船總公司科技進步二等獎。同時，船檢局上海規范所將這一研究成果轉化為船檢局海船規范所的計算程序，作為系統審圖和工程計算軟件之一。另外，《1983年鋼質海船入級與建造規范》已編入關于軸系縱向振動、軸系回旋振動、軸系校中的規定，不僅可保證船舶軸系的安全使用，而且還可使國內相關單位方便使用軸系轉動與校中程序，大大提高了設計計算質量和審圖質量。