5S50ME—B9.2主機(jī)振動(dòng)以及實(shí)船驗(yàn)證分析

摘要：文章通過(guò)前期對(duì)主機(jī)二階不平衡力矩對(duì)于船舶總體振動(dòng)影響的評(píng)估，并經(jīng)過(guò)試航時(shí)實(shí)船振動(dòng)測(cè)量驗(yàn)證，判斷是否在舵機(jī)艙安裝電子式二階力矩補(bǔ)償器，從而為后續(xù)的系列船是否安裝提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：主機(jī)振動(dòng)；二階不平衡力矩；補(bǔ)償器；實(shí)船驗(yàn)證；船舶總體振動(dòng) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類(lèi)號(hào)：U260 文章編號(hào)：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(jī)是船體振動(dòng)的一個(gè)重要激振源，尤其是二沖程低速柴油機(jī)的不平衡力矩，會(huì)對(duì)船體總振動(dòng)產(chǎn)生較大影響。當(dāng)柴油機(jī)不平衡力矩引起的激振頻率與船體的自振頻率接近時(shí)，會(huì)引起共振，產(chǎn)生較大的危害。由于船廠的39K散貨船選用的是燃油經(jīng)濟(jì)性較高的MAN的二沖程低速柴油機(jī)5S50ME-B9.2主機(jī)，因此應(yīng)對(duì)該型主機(jī)的不平衡力矩對(duì)于船舶總振動(dòng)的影響進(jìn)行分析。

2 主機(jī)振動(dòng)研究評(píng)估

一階力矩以一倍的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速頻率起作用，一般除四缸機(jī)外，一階力矩并不會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)問(wèn)題，并且一階不平衡力矩通常已由主機(jī)本身通過(guò)裝設(shè)平衡塊或調(diào)整發(fā)火次序預(yù)先進(jìn)行了平衡，因此主要是分析主機(jī)的二階不平衡力矩的影響。

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

根據(jù)主機(jī)廠家MANDIESEL&TURBO所提供的經(jīng)驗(yàn)估算方法，該方法在經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上給出一個(gè)數(shù)值PRU（Power Related Unbalance），通過(guò)核算PRU值，對(duì)不平衡力矩對(duì)船舶總振動(dòng)的影響程度進(jìn)行評(píng)估，考慮是否采取進(jìn)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(jù)主機(jī)廠家MANDIESEL&TURBO提供的計(jì)算方法：

PRU=Ma*1000/Ps；Ma=M1×（na/n1）2

式中：Ma為SMCR功率點(diǎn)下的不平衡力矩，kN·m；M1為MCR功率點(diǎn)的不平衡力矩，kN·m；n1為MCR功率點(diǎn)的轉(zhuǎn)速，rpm；na為SMCR功率點(diǎn)的轉(zhuǎn)速，rpm；Ps為SMCR功率，kW。

對(duì)于本船的5S50ME-B9.2主機(jī)，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(jù)上式計(jì)算的PRU值為143.1，大于120，所以需要考慮在舵機(jī)艙安裝電子式的二階力矩補(bǔ)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(jìn)行驗(yàn)證，根據(jù)試航時(shí)的實(shí)船振動(dòng)測(cè)量，決定是否配備該裝置。

3 實(shí)船驗(yàn)證分析

該項(xiàng)研究及驗(yàn)證工作的關(guān)鍵是，要在船舶試航壓載狀態(tài)下，測(cè)出船體振動(dòng)的二階共振頻率，當(dāng)主機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到該轉(zhuǎn)速頻率時(shí)，船體就會(huì)產(chǎn)生共振，并要在此條件下測(cè)量振動(dòng)是否超出規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求。

根據(jù)MAN服務(wù)工程師提供的測(cè)量方法，試航時(shí)船舶在壓載吃水下處于自由狀態(tài)，主機(jī)停車(chē)，船上無(wú)其他振動(dòng)作業(yè)，開(kāi)啟位于舵機(jī)艙的電子式二階力矩補(bǔ)償器，給船體施加激振力，二階力矩補(bǔ)償器轉(zhuǎn)速在80～220rpm之間運(yùn)行（相對(duì)應(yīng)于主機(jī)的轉(zhuǎn)速是40～110rpm），由MAN服務(wù)工程師用MAN提供的專(zhuān)用儀器測(cè)出船體振動(dòng)的共振頻率。然后主機(jī)在該轉(zhuǎn)速頻率下運(yùn)行，船舶處于直線(xiàn)航行狀態(tài)，關(guān)閉電子式二階力矩補(bǔ)償器，分別在舵機(jī)艙、機(jī)艙底層、下平臺(tái)、上平臺(tái)、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(cè)量船體的振動(dòng)并記錄；然后開(kāi)啟電子式二階力矩補(bǔ)償器，再次測(cè)量上述位置的振動(dòng)并記錄。兩次測(cè)量結(jié)果對(duì)比可以得出補(bǔ)償器的減振效果。根據(jù)減振效果從而判斷是否安裝電子式二階力矩補(bǔ)償器。

按照上述MAN服務(wù)工程師提供的測(cè)量方法，由MAN工程師測(cè)量出的船舶試航時(shí)壓載狀態(tài)下的二階共振頻率如表1所示。

由于54.46rpm的轉(zhuǎn)速位于主機(jī)轉(zhuǎn)速禁區(qū)53.5～64rpm之間，船舶實(shí)際運(yùn)營(yíng)時(shí)主機(jī)轉(zhuǎn)速會(huì)快速通過(guò)該轉(zhuǎn)速禁區(qū)，所以不用考慮主機(jī)在該轉(zhuǎn)速下引起的振動(dòng)，而103.14rpm的轉(zhuǎn)速超出了主機(jī)最大的額定轉(zhuǎn)速99rpm，所以也不用考慮主機(jī)在該轉(zhuǎn)速下引起的振動(dòng)。因此，只需測(cè)量主機(jī)在82.5rpm轉(zhuǎn)速下引起的船體振動(dòng)。試航時(shí)實(shí)測(cè)的結(jié)果參見(jiàn)表2。

通過(guò)對(duì)比上面的測(cè)量結(jié)果可以看出：在補(bǔ)償器關(guān)閉和開(kāi)啟的條件下，振動(dòng)都未超出標(biāo)準(zhǔn)值，并且在開(kāi)啟補(bǔ)償器的條件下，也沒(méi)有明顯的減振效果。因此根據(jù)試航時(shí)實(shí)船測(cè)量結(jié)果判斷，該船無(wú)需在舵機(jī)艙安裝該補(bǔ)償器。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)首制船的試航驗(yàn)證，在主機(jī)的共振轉(zhuǎn)速下（82.5rpm），在電子式二階力矩補(bǔ)償器關(guān)閉和開(kāi)啟的條件下，發(fā)現(xiàn)振動(dòng)都未超標(biāo)，并且在開(kāi)啟補(bǔ)償器的條件下，也沒(méi)有明顯的減振效果。因此決定不需要在舵機(jī)艙安裝電子式二階力矩補(bǔ)償器，從而在后續(xù)的系列船上也無(wú)需安裝該設(shè)備，節(jié)約了成本，也為舵機(jī)艙省出了較大的空間，便于船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及其他設(shè)備的布置，同時(shí)也實(shí)船驗(yàn)證了配備了5S50ME-B9.2主機(jī)的39K散貨船的防振動(dòng)性能設(shè)計(jì)優(yōu)良，在同等型號(hào)的散貨船中具有較大的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

參考文獻(xiàn)

[1] 金咸定，夏利娟.船體振動(dòng)學(xué)[M].上海：上海交通大學(xué)出版社，2011.

[2] ISO6954：2000（E）國(guó)際振動(dòng)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)[S].

作者簡(jiǎn)介：曹艷東（1981-），男，河南新鄉(xiāng)人，江門(mén)市南洋船舶工程有限公司工程師，研究方向：船舶輪機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

（責(zé)任編輯：蔣建華）