船检局开展船舶轴系扭振研究

本刊记者 崔 燕

从1972年起，特别是在《1973年钢质海船建造规范》后，船检局开始全面投入对规范科研方面的力量，不断提升规范的含金量。对此，船检局上海办事处研究上报了一批科研项目，这是船检局首批向交通部科技局申报的科研项目，船舶轴系扭转振动研究就是其中之一。船检局不仅对规范进行了修订，还针对现场船舶扭振事故分析、帮助改进和解决问题。这也是船检局首次以科研力量帮助船东解决实际问题，对保障船舶安全营运，为船舶提供全生命周期服务，并促使我国轴系设计水平与质量得到全面提高发挥了重要的作用。

开展轴系扭振测试、计算和分析工作

20世纪70年代初，船舶使用柴油机作为推进动力后，船检局在日常检验中发现，与船舶轴系扭转振动故障所引发的事故频繁出现。于是，要求上海办事处专门组织力量开展关于新造船舶柴油机动力装置的轴系扭转振动的测试和计算分析工作。

许运秀，原船舶检验局/中国船级社上海规范所所长、中国船级社科研中心副主任，从事船舶规范/法规研究及其相关科研工作，曾多次担任主要法规、规范的主编及重大科研课题组长，特别是在柴油机、轴系强度、轴系校中、机械和轴系振动等多方面的理论和复杂的技术难题上，具有丰富的工作经验。据许运秀介绍，在研究外国船级社规范时，发现轴系扭转振动均列为规范要求。对此，船检局在《1973年钢质海船建造规范》初稿中就将船舶柴油机轴系扭转振动进行了全面研究，并决定在该版规范中轮机篇第六章里专门增加一节“扭转振动”，将轴系扭转振动的要求编入，其中除规定轴系扭振许用应力、同型首艘船舶应进行轴系扭转振动测量等要求外，特别要求轴系扭转振动计算书应提交船检局审批。问题又来了，由于当时国内各有关单位对轴系扭转振动了解甚少，基本不能进行扭转振动计算。那么，船检局又该如何帮船东解决船舶扭振事故分析、解决问题，以及如何帮设计单位提交关于轴系扭转振动计算，成为船检局凭借技术实力为业界解决实际困难的科研攻关。

随后，经交通部科技局批准，船检局上海办事处和交通部上海船舶运输科学研究所正式将《轴系扭转振动研究》作为科研课题，由许运秀任该课题组组长，全面开始了船舶轴系扭转振动研究的计算方法及实船扭转振动测量工作。

将理论依据融入实船故障分析

船检局在船舶轴系振动研究过程中，除帮助设计、科研和制造单位解决了大量设计、计算及测试中出现的问题外，还在处理实船重大故障中发挥了至关重要的作用。

“红救6”号大马力拖轮，主机功率为2600匹，由上海船舶设计院设计，东海船厂建造，该船使用一段时间后，返厂进行修理，在码头系泊试验时，验船师发现轴系短轴发热，经进行扭转振动测量，认为是轴系扭转振动瞬时应力超过规范许用值所引起的，应予以解决。对此，上海船舶设计院专门召开研讨会，会上许运秀将规范中对“瞬时许用应力的含义”进行了详细的介绍和解读，遗憾的是这个理论依据只能算风险因素之一，并没有被广泛接受。后来，“红救6”号在完成侧翻在黄浦江岸边的“东安”轮施救过程中，主机起动时突然发生短轴断裂，这起事故的发生，对业界产生了很大震动。交通部立即要求船检局将此次事故分析的专题报告转发至全国相关船舶设计、建造、船东和船检等部门，以此为鉴进一步促进和推动船舶轴系扭转振动安全技术的研究和实施。

1972年至1979年，上海海运局陆续建造25000吨散货船“州”字系列共11艘。但该批船舶自1980年以来，陆续发生轴系故障，甚至产生螺旋桨轴断裂、螺旋桨叶片断裂的严重事故。这不仅严重影响人命财产安全，而且也影响船东的船舶运力和经济效益。随后，船检局海船规范所（中国船级社上海规范所）与船东联合成立课题组，由许运秀牵头，通过全面的理论研究和计算，以及必要的实例分析，查明25000吨散货船严重轴系故障的主要原因，同时提出了解决措施。

通过调查和计算分析发现，轴系扭振和轴系校中不良以及螺旋桨桨叶疲劳强度不足等因素是导致该船舶螺旋桨轴和螺旋桨叶片断裂事故的主要原因。在轴系方面，通过综合计算分析，提出减少轴系直径以降低共振转速、减少螺旋桨直径以减小主机负荷、轴系合理校中、螺旋桨采用过盈配合安装措施，解决了这批运煤船的轴系故障问题。此外，根据船体伴流分布、螺旋桨材料的腐蚀疲劳极限来校核桨叶疲劳强度和设计桨叶几何参数的新方法，使“郑州”轮设计新螺旋桨取得成功。

船检局的解决方案实施后，一下子解决了困扰船东近10年悬而未决的技术难题，对保证该批船舶轴系的安全使用，恢复该批船舶的正常航行和提高运力，具有很大的经济效益和社会效益的同时，为保障上海市运煤任务做出了重要贡献。

1986年，罗马尼亚用补偿贷款的方式为中国建造了“德堡”“柳堡”和“南堡”等12艘5000载重吨多用途货船，在试航和首航中多次发生推力块熔损、减速箱大齿轮前轴承熔损、传动小齿轮周向断裂等严重故障，其中“德堡”轮也可能因上述故障在首航中失去推进动力而导致倾覆沉没，给国家造成巨大的人命财产损失。罗马尼亚船厂为此事曾请德国RENK厂作技术研究，自己亦组织专家进行多次研究，均未找出故障原因。为了查找轴系故障原因，并确保该批船舶轴系的安全，船东与罗马尼亚船厂双方进行了长达3年的拉锯战式谈判。“柳堡”轮也在江中停泊了3年，期间，国内船厂都不愿接受“柳堡”轮的修理工作。

国内对于“堡”字轮轴系故障的说法更是众说纷纭。对此，船检局要求海船规范所许运秀进行研究，许运秀和洪钤通过调查、专题研究、分析计算，终于找出了产生故障的主要原因，并于1998年9月完成初步研究报告。

后来，香港友联船厂接受了“柳堡”轮修理工作。香港友联船厂技术科科长和技术员专程赴上海找许运秀，说之所以愿意承接该船进行修理，是因为看到许运秀对“堡”字号轴系故障的分析意见，认为很有道理，愿意委托船检局进行“柳堡”轮轴系的安装工作。随后，船检局提出了轴系采用合理校中技术，并要求齿轮箱轴承应倾斜布置。许运秀专程赶赴香港友联船厂进行现场技术交流时，当时轮机长去查看齿轮箱轴承的布置情况，确认该齿轮箱轴瓦采用倾斜布置后，感到非常吃惊，从而更加信任船检局的技术方案。在船厂安装后，进行系泊试验和航行试验，齿轮箱情况完全正常，大家紧张的心才松弛下来。

有了“柳堡”轮的成功经验，后续10艘船舶的谈判问题也提上日程。由交通部水运司牵头，广州海运局总轮机长和工会主席带队，许运秀以交通部技术顾问身份参加与罗方船厂的技术谈判。谈判团队经多次反复内部研究和讨论，决定由许运秀担任与罗方技术谈判的主谈。由于以可靠的理论为依据，经过多回合谈判，罗方船厂承认是设计责任，并接受中方提出的解决方案，同时赔偿广州海运局购置“柳堡”轮齿轮箱的费用。

之后，在参加“南堡”轮的船厂现场轴系安装，系泊试验和航行试验中，轴系技术情况完全正常，消除了轴系故障，解决了这一技术难题。余下这批船舶轴系安装，船厂要求按照船检局提供的改进设计方案进行施工，这不仅为国家挽回了经济损失，也解除了船东的后顾之忧。在这一过程中，船检局的技术方案得到我国驻罗马尼亚大使馆商务参赞和交通部水运局领导的肯定和表扬。

上世纪90年代，上海海运局在韩国大宇船厂建造了6艘9500/8500DWT成品油船。第1艘船使用不到1年时间，便发生轴系法兰螺栓断裂的严重事故，后来又连续有几艘船不同程度出现类似轴系故障现象。由于没有找到轴系故障的关键原因，提不出有效的根除故障的措施，致使船舶不能正常航行，船东不但在经济上遭到很大损失，船员的安全也难以保证。船检局上海规范所接受船东的委托，于1996年1月开始对轴系故障进行分析研究，提出轴系故障是由共性原因产生的结论，并提出相应的改进措施，并将研究报告提供给上海海运局。

为解决这批船舶轴系故障问题，上海海运局根据许运秀和洪钤的研究报告，相继与船厂和相关船级社进行多次谈判，最后达成共识，同意“这批船的轴系故障是由共性原因造成”的结论，认为故障的根本问题是轴系校中不正确。决定对这批6艘船舶轴系全部重新进行安装。据了解，该批船舶采用轴系合理校中安装后，使用情况正常，得到了船东的一致好评。

技术成果的应用和推广

船检局积极推进船舶轴系扭振研究项目，不仅促进了国内轴系扭转振动技术的发展，还针对现场船舶扭振事故分析、帮助改进和解决问题，不仅促进了国内轴系扭转振动技术的发展，而且提高了船检局在业界及国际上的影响力。

据了解，从1972年到1978年间，船检局共测量70余艘船舶轴系，获得了丰硕的一手数据。由许运秀任课题组长的《船舶轴系扭转振动研究》课题获交通部1978年科学大会奖。

随着课题研究的进一步深入，为了进一步提高研究效率，船检局上海办事处与上海船舶设计院不断及时调整课题方案，由船检局许运秀负责计算方法的研究和参数的调整方案，黄卓超负责测量结果的分析整理，上海船舶设计院何轩轩负责电算程序的编制和实船轴系扭转振动理论计算。最终，提出计算误差较小的轴系扭转振动应力计算方法，经有关专家鉴定，认为该研究结果具有国内领先水平，且具有实用价值，达到了预期课题研究目的。随后，以《船舶中低速柴油机轴系扭振应力计算准确性探讨》为题，参加的第二届上海国际海事展览会论文交流，获得与会中外代表的一致好评。据业界知名《船舶世界》报道：“船检局上海办室处许运秀所著的《船舶中、低速柴油机轴系扭振应力计算准确性探讨》一文，利用大量试验数据，验证了计算公式，受到了国内外代表的好评”。

同时，《船舶中低速柴油机轴系扭振应力计算研究方法》获交通部重大科技成果三等奖；《柴油机轴系扭转振动电算程序》和《船舶中低速柴油机轴系扭振应力计算研究方法》获上海市重大科技成果三等奖；由许运秀主编，人民交通出版社出版的《船舶柴油机轴系扭转振动》专著，获我国优秀科技图书二等奖等一系列殊荣。之后，船检局上海规范所将这一研究成果成功转化，作为船检系统审图和工程计算软件。

20世纪80年代，全球造船界兴起船舶节能浪潮，其中采取的措施是降低主机转速、加长冲程，这样一来就产生了柴油机轴系纵向振动问题，并引起柴油机机架振动，继而引起船体振动。船检局与上海船舶设计院继续开展了关于轴系纵向振动的研究工作。这一次，许运秀负责理论研究、计算方法研究、纵振许用应力的研究等，钟学添负责测量及其结果分析，上海船舶设计院何轩轩负责计算程序编制和船轴系纵向振动计算。经过课题组成员的共同努力，完成了《轴系纵向振动研究》工作，经国内有关专家鉴定，认为该项研究填补了国内空白，具有国内领先水平。据了解，《船舶轴系纵向振动》不仅获得了交通部科技进步二等奖；还与《钢质海船入级与建造规范》（1988）合项，获得了国家科技进步三等奖。

随着我国改革开放的步伐，建造出口船的数量不断增长，产生轴系回旋转动计算问题，以及轴系合理校中问题。为此，六机部下达《船舶轴系程序集成系统》课题，由611所作为牵头单位，船检局作为参研单位，课题包含4个子项目：轴系扭转振动、轴系纵向振动、轴系回旋转动、轴系校中。许运秀担任《轴系纵向振动》课题组长，经过课题组的协同作战，顺利完成六机部下达的轴系程序编制任务。其中，《船舶轴系程序集成系统》获中船总公司科技进步二等奖。同时，船检局上海规范所将这一研究成果转化为船检局海船规范所的计算程序，作为系统审图和工程计算软件之一。另外，《1983年钢质海船入级与建造规范》已编入关于轴系纵向振动、轴系回旋振动、轴系校中的规定，不仅可保证船舶轴系的安全使用，而且还可使国内相关单位方便使用轴系转动与校中程序，大大提高了设计计算质量和审图质量。