新規背景下的噪聲控制技術應用

(中國船級社 福州分社,福州 350008)

近年來，隨著對船員健康保護意識的增強，國際海事組織(IMO)于2012年11月30日以 MSC.337(91)決議方式通過《船上噪聲等級規則》(以下簡稱《規則》)，并以 MSC.338(91)決議通過 SOLAS 修正案。該修正案中新增 II-1/3-12 條噪聲防護，將《規則》作為強制要求，并將于2014年7月1日生效實施[1-2]。為此，以某80.6 m平臺供應船(PSV)為例，分析船舶降噪措施的綜合運用。

1 工程概況

該平臺供應船總噸位在3 000～10 000之間，雖然該船建造合同日期簽訂較早，不適用《海上噪聲等級規則》。但為確保船員有一個舒適的環境，船東申請該船需滿足CCS船級社舒適性COMF(NOISE 3)船級符號的要求，而COMF(NOISE 3)船級符號的要求與《海上噪聲等級規則》的要求基本一致。因此，在該船從設計到建造的一系列過程中,采取諸多噪聲控制措施以滿足其控制噪聲要求。

2 主要噪聲源及噪聲傳遞途徑分析

相對于常規船舶，該平臺供應船由于設備多，空間狹小，布局緊湊，對噪聲的控制難度要大于一般船舶。其噪聲源主要包括：吊艙式電力推進器、艏側推、發電機組、風機等,主要噪聲源見圖1。

圖1 80.6 m平臺供應船主要噪聲源示意

圖2 船上噪聲傳遞途徑

該船噪聲源產生的噪聲主要有兩種途徑向外傳播[3],見圖2。一種是通過空氣進行傳播,稱為空氣噪聲。其主要特點為：透過噪聲源艙壁板向外輻射以及透過其他一切可能通道(如板縫、樓梯道、煙囪、門窗等)向其他艙室傳播。由于空氣噪聲主要為中高頻段噪聲，其在進行每一次聲能與振動機械能的轉化過程轉中，能量損耗較大，考慮到80.6 m平臺供應船上層建筑布局緊湊，因此該船上層建筑居住艙室的空氣輻射噪聲較小。另一種是通過船體結構向外傳播,稱為結構噪聲，其主要特點為：由通過噪聲源的振動傳到船體結構，再由甲板、艙壁和其它結構表面振動引起周圍空氣的彈性振動，從而產生人耳能夠聽到的空氣噪聲。由于此類噪聲主要是中低頻噪聲，很容易傳遍全船而達到各個艙室，特別是當船體結構固有頻率和聲波頻率一致時，會發生吻合效應，導致該處出現較強的結構噪聲。

3 主要降噪措施

3.1 控制噪聲源

1)傳統的主機-軸系-齒輪箱-螺旋槳的推進方式，由于機械傳動的本質特點，使其成為船上噪聲控制難度最大的地方。設計選型初期，考慮到該船的使用特點以及噪聲方面的特殊要求，在推進系統方面摒棄傳統的主機-軸系-齒輪箱-螺旋槳的推進方式，采用發電機-電纜-變壓變頻器-推進器推進方式，同時推進器以整體吊艙的形式安置于船體艉部。這種吊艙式電力推進系統，一方面降低了傳統推進形式中主機所產生的噪聲;另一方面由于吊艙的整體性，船上省去一些附屬裝置，使船艉型線得到改善,水流經過螺旋槳時更加均勻,因此螺旋槳誘導的船艉振動及噪聲性能得以改善[4]。

2)采用電力推進系統，主發電機組為船上最大噪聲來源。發電機組由4臺1 550 kW主發電機組成，發電機安裝時主要采取加裝隔聲罩和隔振器的措施來降低振動及噪聲。本船選用隔聲罩形式為阻尼負荷加筋板結構形式，隔振器采用金屬彈簧隔振裝置。這種隔聲罩和隔振器的布置，一方面采用彈性-粘彈性阻尼結構的隔聲罩吸收發電機的噪音;另一方面隔振器的彈簧壓縮變形吸收發電機振動能量，從而減少對船體結構的振動。

3)艏側推是船上比較大的噪聲源。由于艏側推的結構和布置形式很難改變，為了降低該處噪聲，在艏側推產品生產初期，即要求廠家在艏側推筒體上增加多道縱橫加強筋，并在船上安裝時使上述加強筋均與船體結構相連接，通過增加了側推筒體的支撐及強度，來減少艏側推引起的振動，從而降低噪聲。

4)選用進口的低噪聲的風機。設備選型時以分機噪聲值不得超過為35 dB為主要參考因素。同時,對進、排氣口及管壁的空氣噪聲采用消聲器或絕緣層等措施。

3.2 傳遞途徑中的降噪措施

噪聲傳輸途徑中的控制是最常用的辦法。因為一旦機器設計制造和安裝完畢，再從聲源上控制噪聲就會受到限制。

1)該船在艙室布置上遵循噪聲源和艙室隔離原則，在主甲板與機艙間設置二甲板作為噪聲緩沖區，并將集控室與機修間置于二甲板，盡量減小工作艙室、居住艙室與機艙這一主噪聲源的直接接觸。貫穿整個上層建筑的煙囪旁設置過道、盥洗室、儲藏室等作為緩沖區，與工作艙室、居住艙室隔離。

2)噪聲傳遞途徑中一個重要因素是甲板和艙壁的隔聲、吸聲性能。目前船舶艙室的防火分隔主要采用甲板敷設防火敷料和艙壁貼附陶瓷棉和隔熱棉實現，上述材料對艙室噪聲有一定的降噪效果，但是距離《海上噪聲等級規則》的要求還遠遠不夠。與一般船舶相比較,80.6 m平臺供應船在各層甲板和艙壁的隔聲絕緣處理上有以下幾個特點。

(1)二甲板采用浮動隔聲地板系統重點隔離機艙噪聲源，見圖3。該系統用隔熱材料、阻尼材料分層敷設在鋼甲板上作為底層材料，并和艙壁組合，相比常規浮動甲板多了2層阻尼層及鍍鋅鋼板層，能起到明顯的減振及降噪作用。

圖3 二甲板浮動隔聲地板系統節點

(2)主甲板及以上各層甲板主要采用隔聲地板，在鋼甲板的表面增加一層阻尼層和高密度巖棉，其節點見圖4。

圖4 主甲板及以上各層甲板節點

(3)由于本船的機艙及艏側推艙均位于上層建筑下方，當上述艙室機械設備工作時產生的噪音會直接傳遞到上層建筑，所以對整個機艙及艏側推艙的甲板和艙壁均采用敷設吸音、隔音材料的隔音減振方案,其中艙壁采用在2層隔聲巖棉之間加了1層鋁箔的結構形式(見圖5)，從而提高了該處所的隔聲、吸音效果。

圖5 艙壁隔音節點

3.3 個人防護措施

業界對噪聲個人防護措施著重于為船上人員設置隔聲間、配備護耳器、限制船員在高噪區域的工作時間等措施來降低噪聲對船上人員的影響。特別需注意的是《海上噪聲等級規則》不但對不同處所的噪聲級限值做出規定，還對船上不同崗位的等效連續噪聲暴露有明確要求，即24 h期間內，任何崗位人員的等效連續噪聲暴露不得超過80 dB。因此船上每個工作崗位人員都具備有一份聽力保護方案(《噪聲暴露等級計算報告》)，并明確規定了船員于每一特定處所的工作時間[5]。

以80.6 m平臺供應船為例，該船在系泊試驗階段對部分艙室噪聲值進行了預測，在滿載、主機功率為最大持續額定功率的80%，艏側推功率為最大推進功率的40%的狀態下。測得部分艙室噪聲級見表1，表中艙室噪聲級均符合依據《海上噪聲等級規則》對相關處所的噪聲級限值。

依據《海上噪聲等級規則》中每類船員噪聲暴露級的計算公式得出該船輪機員的噪聲暴露級計算結果見表2。

表1 部分艙室噪聲級測試結果 dB

表2 輪機員噪聲暴露級計算

依據表2,該輪機員噪聲暴露級為80.7 dB，但《海上噪聲等級規則》要求所有船員的噪聲暴露等級不超過80 dB。故在最終批準的該輪機員的聽力保護方案中，通過調整該輪機員于不同工作處所的工作時長(見表3)，使得該輪機員的噪聲暴露級降為79.5 dB，從而符合規則中對噪聲暴露等級的要求。

表3 輪機員噪聲暴露級計算(調整后)

4 結論

1)主動控噪應用。目前國內船企對船舶噪聲控制多數是采取被動降噪的辦法,新規則的實施使被動降噪成本急劇增加。因此，在船舶的設計和建造初期對主要噪聲源盡可能地選用低噪聲設備，在與噪聲源相聯系的船舶結構形式上采用結構補強和減振形式，同時在艙室布置上遵循噪聲源和艙室隔離原則，能有效降低船舶噪聲。

2)新技術、新材料的應用。在船上主要人員活動區域(即居住區和工作區)的甲板和艙壁敷設隔聲材料已成為降低船舶噪聲的必要的措施。目前上述隔聲材料逐漸開始由傳統的“鋼結構+消聲覆蓋層”的吸聲結構向多層次結構復合材料發展，這種復合結構具有振動阻尼性能好、降低聲輻射、容易成型等優點，將成為未來船舶降噪材料研究的重要方向。

3)合理的聽力保護方案的制定。船上噪聲控制過程中應重視與《海上噪聲等級規則》的要求相結合，除了采用物理降噪措施外，通過合理分配每一船員的工作時間和工作處所來制定聽力保護方案(噪聲暴露等級計算報告)，能有效滿足《海上噪聲等級規則》對船員噪聲暴露級的要求。

4)艙室噪聲預報應用。本文對船舶的噪聲控制的研究主要集中在船舶建造中后期，依據噪聲的產生及傳遞機理，船舶建造后期采用降噪減振技術往往“高投入、低收益”。如何在船舶設計及建造過程中綜合采用艙室噪聲預報技術，在船舶概念設計、基本設計、詳細設計、生產施工各階段對目標船進行聲學評估并及時調整降噪方案，能有效降低降噪成本，是今后船舶降噪的重點研究方向。

[1] 國際海事組織.MSC.337(91)決議[S].2012.

[2] 國際海事組織.MSC.338(91)決議[S].2012.

[3] 翁長儉.船體振動學[M].大連:大連海運學院出版社,1992.

[4] 侯亞成.某型交通艇的減振降噪設計[J].船海工程，2003(4):29-31.

[5] 中國船級社.船舶及產品噪聲控制與檢測指南[S].北京:人民交通出版社,2013.