5S50ME—B9.2主机振动以及实船验证分析

摘要：文章通过前期对主机二阶不平衡力矩对于船舶总体振动影响的评估，并经过试航时实船振动测量验证，判断是否在舵机舱安装电子式二阶力矩补偿器，从而为后续的系列船是否安装提供依据。

关键词：主机振动；二阶不平衡力矩；补偿器；实船验证；船舶总体振动 文献标识码：A

中图分类号：U260 文章编号：1009-2374（2015）18-0117-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.18.059

1 概述

由于柴油机是船体振动的一个重要激振源，尤其是二冲程低速柴油机的不平衡力矩，会对船体总振动产生较大影响。当柴油机不平衡力矩引起的激振频率与船体的自振频率接近时，会引起共振，产生较大的危害。由于船厂的39K散货船选用的是燃油经济性较高的MAN的二冲程低速柴油机5S50ME-B9.2主机，因此应对该型主机的不平衡力矩对于船舶总振动的影响进行分析。

2 主机振动研究评估

一阶力矩以一倍的发动机转速频率起作用，一般除四缸机外，一阶力矩并不会产生振动问题，并且一阶不平衡力矩通常已由主机本身通过装设平衡块或调整发火次序预先进行了平衡，因此主要是分析主机的二阶不平衡力矩的影响。

二阶力矩以二倍柴油机转速频率起作用，且二阶力矩只作用于垂直方向。对于二冲程柴油机，特别是对于本船所选择的5S50ME-B9.2主机，二阶不平衡力矩较大，可能激发船上有害的振动，需通过先期的估算，考虑是否配置平衡补偿装置，从而将其影响控制在可以接受的范围内。

根据主机厂家MANDIESEL&TURBO所提供的经验估算方法，该方法在经验数据的基础上给出一个数值PRU（Power Related Unbalance），通过核算PRU值，对不平衡力矩对船舶总振动的影响程度进行评估，考虑是否采取进一步分析和控制措施：PRU<60，一般不必考虑不平衡力矩的影响；60

根据主机厂家MANDIESEL&TURBO提供的计算方法：

PRU=Ma*1000/Ps；Ma=M1×（na/n1）2

式中：Ma为SMCR功率点下的不平衡力矩，kN·m；M1为MCR功率点的不平衡力矩，kN·m；n1为MCR功率点的转速，rpm；na为SMCR功率点的转速，rpm；Ps为SMCR功率，kW。

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

根据上式计算的PRU值为143.1，大于120，所以需要考虑在舵机舱安装电子式的二阶力矩补偿器，船厂已在39K散货船的首制船上安装了该装置，并需要在试航阶段进行验证，根据试航时的实船振动测量，决定是否配备该装置。

3 实船验证分析

该项研究及验证工作的关键是，要在船舶试航压载状态下，测出船体振动的二阶共振频率，当主机转速达到该转速频率时，船体就会产生共振，并要在此条件下测量振动是否超出规范标准要求。

根据MAN服务工程师提供的测量方法，试航时船舶在压载吃水下处于自由状态，主机停车，船上无其他振动作业，开启位于舵机舱的电子式二阶力矩补偿器，给船体施加激振力，二阶力矩补偿器转速在80～220rpm之间运行（相对应于主机的转速是40～110rpm），由MAN服务工程师用MAN提供的专用仪器测出船体振动的共振频率。然后主机在该转速频率下运行，船舶处于直线航行状态，关闭电子式二阶力矩补偿器，分别在舵机舱、机舱底层、下平台、上平台、主甲板、A甲板、B甲板、C甲板、驾驶甲板等靠近船舯的位置测量船体的振动并记录；然后开启电子式二阶力矩补偿器，再次测量上述位置的振动并记录。两次测量结果对比可以得出补偿器的减振效果。根据减振效果从而判断是否安装电子式二阶力矩补偿器。

按照上述MAN服务工程师提供的测量方法，由MAN工程师测量出的船舶试航时压载状态下的二阶共振频率如表1所示。

由于54.46rpm的转速位于主机转速禁区53.5～64rpm之间，船舶实际运营时主机转速会快速通过该转速禁区，所以不用考虑主机在该转速下引起的振动，而103.14rpm的转速超出了主机最大的额定转速99rpm，所以也不用考虑主机在该转速下引起的振动。因此，只需测量主机在82.5rpm转速下引起的船体振动。试航时实测的结果参见表2。

通过对比上面的测量结果可以看出：在补偿器关闭和开启的条件下，振动都未超出标准值，并且在开启补偿器的条件下，也没有明显的减振效果。因此根据试航时实船测量结果判断，该船无需在舵机舱安装该补偿器。

4 结语

通过首制船的试航验证，在主机的共振转速下（82.5rpm），在电子式二阶力矩补偿器关闭和开启的条件下，发现振动都未超标，并且在开启补偿器的条件下，也没有明显的减振效果。因此决定不需要在舵机舱安装电子式二阶力矩补偿器，从而在后续的系列船上也无需安装该设备，节约了成本，也为舵机舱省出了较大的空间，便于船体结构设计以及其他设备的布置，同时也实船验证了配备了5S50ME-B9.2主机的39K散货船的防振动性能设计优良，在同等型号的散货船中具有较大的竞争优势。

参考文献

[1] 金咸定，夏利娟.船体振动学[M].上海：上海交通大学出版社，2011.

[2] ISO6954：2000（E）国际振动测量标准[S].

作者简介：曹艳东（1981-），男，河南新乡人，江门市南洋船舶工程有限公司工程师，研究方向：船舶轮机系统设计。

（责任编辑：蒋建华）