艦船修理振動噪聲測試與評估研究

左 海，金廣文，周 濤

(92537部隊，北京 100161)

1 修理振動噪聲評估方法

艦船設備振動噪聲評估包括振動烈度評估、機腳和基座振動加速度評估等。通過研究設備機腳與基座振動烈度、振動加速度變化情況可間接評估艦船修理聲學質量控制水平，對比修理前后機腳與基座振動加速度的差值，可分析設備隔振裝置隔振性能的變化情況，為艦船設備聲學質量檢查和整改提供依據和思路。

1.1 振動烈度評估方法

振動烈度是衡量振動激烈程度的參量，反映設備振動的能量，以設備表面重要位置上沿垂向、縱向、橫向3個方向上所測得的振動速度的最大有效值來表示［1］，計算方法如下:Vs=

其中，Vs為振動烈度，Vix、Viy、Viz為測點 i在3個互相垂直方向上的振動速度有效值，Nx、Ny、Nz分別為x、y、z方向上的測點數量。

采用GB/T 16301-2008船舶機艙輔機振動烈度測量和評價標準規范，對測試設備修理前后振動烈度進行評級，其中A級表示優良工作狀態，B級表示良好工作狀態，C級表示合格工作狀態，D級表示不合格工作狀態。

1.2 振動加速度評估方法

振動加速度是衡量振動強度的參量，機腳振動加速度反映設備本身振動特性，基座振動加速度直接反映艦船輻射噪聲水平。對設備振動加速度數據分別進行1/3倍頻程頻譜和振動加速度總級分析［2］，隔振效果按隔振器上下加速度級的振級落差，采用能量平均法計算，具體如下。

1)振動加速度級1/3倍頻程頻譜，A(i)=20lg(ai/a0)，其中，i為1/3oct濾波器序號，ai為第i號濾波器的輸出加速度值，a0為基準加速度，取a0=10-6m/s2。

考慮到測試環境、設備負荷等因素導致的測試結果偏差，假定若修理前后振動加速度級差值的絕對值在3 dB以內，則認為修前修后聲學質量“相當”;若修后平均振級降低3 dB以上，則認為修后聲學質量“變好”;若修后平均振級增大3 dB以上，則認為修后聲學質量“變差”。

2 振動噪聲測試

2.1 測試系統及儀器

振動噪聲測試系統由振動傳感器、信號適配器、信號采集、信號分析處理以及結果顯示等設備組成，如圖1所示。其中，振動傳感器包括速度計和加速度計，分別測量設備機腳和基座位置的振動速度和振動加速度，測試信號經信號適配器處理后，由信號采集系統進入計算機進行分析處理，最后由顯示系統顯示出來［3-4］。

圖1 振動噪聲測量系統框圖

2.2 振動傳感器布置

1)設備振動測點應布置于能反映設備振動總體特征的機體堅實處。

2)振動烈度測點布置在設備機腳處，按照前、后、左、右4個方向進行布置。

3)振動加速度測點同時布置在設備機腳和基座上，按照前、后、左、右4個方向進行布置。

4)隔振器振動測點應布置在機腳 (隔振器上)和基座 (隔振器下)上，對于雙層隔振或浮筏還應在中間面板或筏架上布置振動測點。

2.3 測試方法與步驟

1)按測試相關要求設置好測試參數，布置好測點，并安裝調試好測試系統。

2)對背景振動進行測量，并記錄測試數據。

3)按設備運行工況表開啟被測設備，待被測設備穩定運行后，開始振動噪聲的測量，并記錄數據。

4)確認測試數據是否有效 (是否滿足信噪比要求，時域數據是否有較大起伏等)，對不能滿足要求的需重新測量。

5)重復上述步驟，進行下一項的測試，直到所有測量內容結束。

3 評估案例

以某修理艦船為對象，按照設備振動狀態對艦船聲學質量影響程度進行排序，選出16臺對艦船振動噪聲影響較大的設備，分別從機腳振動烈度與振動加速度、基座振動加速度、隔振裝置隔振效果等方面開展修理聲學質量評估。

3.1 振動烈度評估

按照GB/T 16301-2008船舶機艙輔機振動烈度測量和評價標準規范，對測試設備修理前后的機腳振動烈度進行評級，如表1所示，評估結論如下。

1)全部設備修后振動烈度都在C級以上，基本滿足修理要求。其中10臺設備處于優良工作狀態，占63%;4臺設備處于良好工作狀態，占25%;2臺設備處于基本合格狀態，占12%。

2)廚房通風機修后振動烈度由A級下降至B級，艙底泵修后振動烈度由B級下降至C級，建議對這2臺設備內部機械裝置性能進行檢查。

表1 修理前后設備振動烈度變化情況

3.2 機腳振動加速度評估

根據艦船修理前后設備機腳振動加速度測試數據，對參與測量的16臺設備進行振動狀態評估，評估結論如下。

1)修后機腳振動量級明顯低于修前的設備共4臺，這些設備修后機腳振動狀態較修前變好，如表2所示。

2)修后機腳振級與修前相當的設備共10臺，這些設備修理前后機腳振動狀態基本相當，如表3所示。

3)修后機腳振級明顯高于修前的設備共2臺，這些設備修后機腳振動狀態較修前變差，如表4所示。

表2 修后機腳振級低于修前的設備

表3 修后機腳振級與修前相當的設備

表4 修后機腳振級高于修前的設備

3.3 基座振動加速度評估

根據修理前后設備基座振動加速度測試數據，對參與測量的16臺設備進行振動狀態評估，評估結論如下。

1)修后基座振動量級明顯低于修前的設備共3臺，這些設備修后基座振動狀態較修前變好，如表5所示。

2)修后基座振級與修前相當的設備共11臺，這些設備修理前后基座振動狀態基本相當，如表6所示。

3)修后基座振級明顯高于修前的設備共有2臺，這些設備修后基座振動狀態較修前變差，如表7所示。

表5 修后基座振級低于修前的設備

表6 修后基座振級與修前相當的設備

表7 修后基座振級高于修前的設備

3.4 隔振裝置隔振效果評估

對比修理前后設備機腳、基座振動加速度測試數據，分析設備隔振裝置隔振效果變化情況，評估結論如下。

1)修后設備隔振裝置隔振量級明顯高于修前的設備共4臺，這些設備修后隔振裝置隔振效果較修前變好，如表8所示。

2)修后設備隔振裝置隔振量級與修前相當的設備共11臺，這些設備隔振裝置隔振效果修理前后基本相當，如表9所示。

3)修后設備隔振裝置隔振量級明顯低于修前的設備共1臺，這些設備修后隔振裝置隔振效果較修前變差，如表10所示。

表8 修后隔振裝置隔振量級高于修前的設備

表9 修后隔振裝置隔振量級與修前相當的設備

表10 修后隔振裝置隔振量級低于修前的設備

3.5 修理振動噪聲綜合評估

通過上述設備機腳、基座以及隔振裝置修理前后振動狀態的對比分析，得到設備修理前后振動噪聲綜合變化情況，如表11所示。

表11 設備修后振動狀態變化情況

考慮到基座振動狀態直接影響艦船輻射噪聲，在此對設備基座修理前后振動狀態進行深入分析，并結合設備機腳與隔振裝置變化情況，查找基座振動狀態變化原因，為后續設備整改提供依據和參考，初步結論如下。

1)3臺設備修后基座振動狀態變好，占測試設備的19%。其中，2臺設備是因為隔振裝置隔振效果提高;1臺設備是因為機腳振動狀態改善。

2)11臺設備修前修后設備基座振動狀態相當，占測試設備的69%。其中，10臺設備是因為機腳振動狀態或隔振裝置隔振效果發生輕微變化，但未影響基座的振動狀態;1臺設備是因為機腳振動狀態變差而隔振裝置隔振效果變好，振動變化影響相抵消。

3)2臺設備修后設備基座振動狀態變差，占測試設備的12%。其中，1臺設備是因為機腳振動和隔振裝置隔振效果均較修前有一定程度的惡化，振動增加累計超過3 dB，導致基座振動狀態變差，建議對該設備的內部機械裝置或隔振裝置性能進行檢查;1臺設備是因為機腳振動狀態變好而隔振裝置隔振效果變差，但隔振裝置隔振效果降低更為嚴重，建議對該設備的隔振裝置性能進行檢查。

4 結束語

本文概述了艦船修理振動噪聲測試的目的與意義，提出了修理振動噪聲評估的依據和方法，研究了測試系統、測試步驟以及測試要求。在此基礎上，對某艦船修理前后設備機腳、基座和隔振裝置隔振效果開展了分析評估，重點對基座振動狀態變化進行了研究，提出相關的意見與建議，為后續設備檢查和整改提供了重要參考。

［1］鄒春平，陳端石，華宏星.船舶結構振動特性研究［J］. 船舶力學，2003，7(2):102-115.

［2］陳小劍.艦船噪聲控制技術［M］.上海:上海交通大學出版社，2013.

［3］龔君來.某船體結構總振動測量及動力性能評估 ［J］.艦船科學技術.2008，30(3):60-63.

［4］楊永紅，紀春陽.船舶動力機械的振動測量技術探討［J］.電子產品可靠性與環境試驗，2001(4):8-13.