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(jīng)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(xù)的系列船是否安裝提供依據(jù)。

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(chǎn)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(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(fā)動機轉(zhuǎn)速頻率起作用，一般除四缸機外，一階力矩并不會產(chǎn)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(diào)整發(fā)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(zhuǎn)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(fā)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(nèi)。

根據(jù)主機廠家MANDIESEL&TURBO所提供的經(jīng)驗估算方法，該方法在經(jīng)驗數(shù)據(jù)的基礎上給出一個數(shù)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(jù)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(zhuǎn)速，rpm；na為SMCR功率點的轉(zhuǎn)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(jù)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(jù)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(tài)下，測出船體振動的二階共振頻率，當主機轉(zhuǎn)速達到該轉(zhuǎn)速頻率時，船體就會產(chǎn)生共振，并要在此條件下測量振動是否超出規(guī)范標準要求。

根據(jù)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(tài)，主機停車，船上無其他振動作業(yè)，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(zhuǎn)速在80～220rpm之間運行（相對應于主機的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速頻率下運行，船舶處于直線航行狀態(tài)，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(jié)果對比可以得出補償器的減振效果。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(tài)下的二階共振頻率如表1所示。

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

通過對比上面的測量結(jié)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(jù)試航時實船測量結(jié)果判斷，該船無需在舵機艙安裝該補償器。

4 結(jié)語

通過首制船的試航驗證，在主機的共振轉(zhuǎn)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(fā)現(xiàn)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(xù)的系列船上也無需安裝該設備，節(jié)約了成本，也為舵機艙省出了較大的空間，便于船體結(jié)構(gòu)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(yōu)良，在同等型號的散貨船中具有較大的競爭優(yōu)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(xiāng)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(tǒng)設計。

（責任編輯：蔣建華）