5S50ME—B9.2主機振動以及實船驗證分析

摘要：文章通過前期對主機二階不平衡力矩對于船舶總體振動影響的評估，并經過試航時實船振動測量驗證，判斷是否在舵機艙安裝電子式二階力矩補償器，從而為后續的系列船是否安裝提供依據。

關鍵詞：主機振動；二階不平衡力矩；補償器；實船驗證；船舶總體振動 文獻標識碼：A

中圖分類號：U260 文章編號：1009-2374（2015）18-0117-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.18.059

1 概述

由于柴油機是船體振動的一個重要激振源，尤其是二沖程低速柴油機的不平衡力矩，會對船體總振動產生較大影響。當柴油機不平衡力矩引起的激振頻率與船體的自振頻率接近時，會引起共振，產生較大的危害。由于船廠的39K散貨船選用的是燃油經濟性較高的MAN的二沖程低速柴油機5S50ME-B9.2主機，因此應對該型主機的不平衡力矩對于船舶總振動的影響進行分析。

2 主機振動研究評估

一階力矩以一倍的發動機轉速頻率起作用，一般除四缸機外，一階力矩并不會產生振動問題，并且一階不平衡力矩通常已由主機本身通過裝設平衡塊或調整發火次序預先進行了平衡，因此主要是分析主機的二階不平衡力矩的影響。

二階力矩以二倍柴油機轉速頻率起作用，且二階力矩只作用于垂直方向。對于二沖程柴油機，特別是對于本船所選擇的5S50ME-B9.2主機，二階不平衡力矩較大，可能激發船上有害的振動，需通過先期的估算，考慮是否配置平衡補償裝置，從而將其影響控制在可以接受的范圍內。

根據主機廠家MANDIESEL&TURBO所提供的經驗估算方法，該方法在經驗數據的基礎上給出一個數值PRU（Power Related Unbalance），通過核算PRU值，對不平衡力矩對船舶總振動的影響程度進行評估，考慮是否采取進一步分析和控制措施：PRU<60，一般不必考慮不平衡力矩的影響；60

根據主機廠家MANDIESEL&TURBO提供的計算方法：

PRU=Ma*1000/Ps；Ma=M1×（na/n1）2

式中：Ma為SMCR功率點下的不平衡力矩，kN·m；M1為MCR功率點的不平衡力矩，kN·m；n1為MCR功率點的轉速，rpm；na為SMCR功率點的轉速，rpm；Ps為SMCR功率，kW。

對于本船的5S50ME-B9.2主機，M1值可由MANDIESEL&TURBO提供的Project Guide中查得為1209kN·m。n1=117rpm，na=99rpm，Ps=6050kW。

根據上式計算的PRU值為143.1，大于120，所以需要考慮在舵機艙安裝電子式的二階力矩補償器，船廠已在39K散貨船的首制船上安裝了該裝置，并需要在試航階段進行驗證，根據試航時的實船振動測量，決定是否配備該裝置。

3 實船驗證分析

該項研究及驗證工作的關鍵是，要在船舶試航壓載狀態下，測出船體振動的二階共振頻率，當主機轉速達到該轉速頻率時，船體就會產生共振，并要在此條件下測量振動是否超出規范標準要求。

根據MAN服務工程師提供的測量方法，試航時船舶在壓載吃水下處于自由狀態，主機停車，船上無其他振動作業，開啟位于舵機艙的電子式二階力矩補償器，給船體施加激振力，二階力矩補償器轉速在80～220rpm之間運行（相對應于主機的轉速是40～110rpm），由MAN服務工程師用MAN提供的專用儀器測出船體振動的共振頻率。然后主機在該轉速頻率下運行，船舶處于直線航行狀態，關閉電子式二階力矩補償器，分別在舵機艙、機艙底層、下平臺、上平臺、主甲板、A甲板、B甲板、C甲板、駕駛甲板等靠近船舯的位置測量船體的振動并記錄；然后開啟電子式二階力矩補償器，再次測量上述位置的振動并記錄。兩次測量結果對比可以得出補償器的減振效果。根據減振效果從而判斷是否安裝電子式二階力矩補償器。

按照上述MAN服務工程師提供的測量方法，由MAN工程師測量出的船舶試航時壓載狀態下的二階共振頻率如表1所示。

由于54.46rpm的轉速位于主機轉速禁區53.5～64rpm之間，船舶實際運營時主機轉速會快速通過該轉速禁區，所以不用考慮主機在該轉速下引起的振動，而103.14rpm的轉速超出了主機最大的額定轉速99rpm，所以也不用考慮主機在該轉速下引起的振動。因此，只需測量主機在82.5rpm轉速下引起的船體振動。試航時實測的結果參見表2。

通過對比上面的測量結果可以看出：在補償器關閉和開啟的條件下，振動都未超出標準值，并且在開啟補償器的條件下，也沒有明顯的減振效果。因此根據試航時實船測量結果判斷，該船無需在舵機艙安裝該補償器。

4 結語

通過首制船的試航驗證，在主機的共振轉速下（82.5rpm），在電子式二階力矩補償器關閉和開啟的條件下，發現振動都未超標，并且在開啟補償器的條件下，也沒有明顯的減振效果。因此決定不需要在舵機艙安裝電子式二階力矩補償器，從而在后續的系列船上也無需安裝該設備，節約了成本，也為舵機艙省出了較大的空間，便于船體結構設計以及其他設備的布置，同時也實船驗證了配備了5S50ME-B9.2主機的39K散貨船的防振動性能設計優良，在同等型號的散貨船中具有較大的競爭優勢。

參考文獻

[1] 金咸定，夏利娟.船體振動學[M].上海：上海交通大學出版社，2011.

[2] ISO6954：2000（E）國際振動測量標準[S].

作者簡介：曹艷東（1981-），男，河南新鄉人，江門市南洋船舶工程有限公司工程師，研究方向：船舶輪機系統設計。

（責任編輯：蔣建華）