海洋平臺主機房門對生活樓的噪聲影響

惠 寧，高 鵬，龐福振，沈志恒, 馬邦勇

(1.海洋石油工程股份有限公司，天津 300451；2.哈爾濱工程大學，黑龍江 哈爾濱 150001)

海洋平臺主機房門對生活樓的噪聲影響

惠 寧1，高 鵬1，龐福振2，沈志恒1, 馬邦勇1

(1.海洋石油工程股份有限公司，天津 300451；2.哈爾濱工程大學，黑龍江 哈爾濱 150001)

基于統計能量法(SEA)開展了主機房門朝向及啟閉對海洋平臺生活樓噪聲影響的定量研究，給出了主機房房門不同開啟方式時生活樓房間噪聲分布；在此基礎上，開展了主機房房門朝向的優化設計及使用的合理建議。研究表明，開啟側門較之于開啟對門，主機房設備噪聲對生活樓的影響較小，從平臺噪聲控制角度出發，應盡量避免主機房房門朝向生活樓區域，宜將其設置在主機房背向生活樓區域。

海洋平臺；噪聲；統計能量法；主機房

0 引 言

海洋平臺是海洋油氣勘探、開發的主要工具。平臺上布置的原油主機、壓縮機、空調等機械設備產生的大量噪聲是影響工作人員身心健康的重要隱患，并影響平臺施工作業的正常進行[1-3]。近年來，隨著人們對船舶及海洋平臺噪聲環境安全的日益重視，國際海事組織(IMO)要求新船和現有船舶必須執行MSC.337(91)中規定的噪聲標準，一些歐盟國家甚至在該標準的基礎上再降低5 dB。因此，開展海洋平臺結構振動噪聲分析及聲學優化設計具有十分重要的意義。

在該領域，王憲成等[4]結合某型軍用船艇機艙實際結構建立機艙物理及數學模型，運用表面速度振動測量法確定了發動機的輸入升功率，將機艙噪聲預測值與實驗值進行了對比分析，對比發現預測曲線和實驗曲線吻合很好。于大鵬[5]對4種船舶上層建筑布置形式進行了振動噪聲分析，討論了船舶結構噪聲源和空氣噪聲源的傳播路徑，指出比較合理的船舶上層建筑的布置方案。楊德慶等[6]在進行浮式生產儲卸油裝置(FPSO)高頻艙室噪聲預報時，詳細給出了FPSO中高頻預報的流程及船舶艙室噪聲預報模型的簡化方法。

主機房作為海洋平臺運作的中樞，其內部安裝有主機、滑油分機、污油泵等大功率設備，這些設備的噪聲直接對海洋平臺整體噪聲環境產生重大影響。開展主機房優化設計研究，對于保障平臺正常運作以及施工人員的人身安全具有重要意義。為此，本文對某海洋平臺主機房房門布置對生活樓內噪聲的影響進行研究。

1 統計能量法基本原理

統計能量分析方法(SEA)從統計的觀點出發，以能量為基本變量，重點研究穩態振動時的平均振動能量。SEA將復雜系統劃分為不同的模態群，并從統計意義上把大系統分解成若干個便于分析的可貯存能量的獨立子系統，以每個子系統的能量為基本參數，建立各子系統之間的能量平衡關系，以此來預測系統的聲振環境[7-9]。

假設將一復雜的機械結構(聲學系統)劃分為N個獨立子系統，創建成如圖1所示的SEA模型。

圖1 統計能量分析子系統Fig.1 Sketch map of energy flow for subsystems of SEA

2 海洋平臺噪聲預報模型的建立

2.1 海洋平臺結構模型簡介

如圖2所示，某海洋平臺布有兩個主機房，主機房緊挨中控室、公共區及生活樓布置，主機房內布有原油主機、空壓機、分油機等高噪聲源設備。每個主機房各有兩個房門：一個側向生活樓，一個朝向生活樓。對于主機房房門的開啟方式對海洋平臺噪聲的影響通常沒有定量的把握，特別是側門a和對門b對于生活樓的影響。為了給平臺作業人員提供良好的工作環境，本文重點分析了房門開啟方式對平臺生活樓噪聲的影響。

圖2 海洋平臺結構布置示意圖Fig.2 General layout of offshore platform

2.2 平臺噪聲SEA預報模型的建立

選取生活樓所在主甲板為研究對象，建立噪聲預報的SEA模型(見圖3)。平臺結構由板殼子系統離散，房間內部及公共區空氣由聲腔子系統離散。為保障平臺SEA預報模型寬頻分析的有效性，需保障各子系統在分析頻帶的模態數大于等于4，為此，本模型對各子系統的劃分尺寸進行了控制，使其在頻率f≥20 Hz時即可滿足模態密度的要求。模型SEA子系統共計360個，其中板殼子系統244個，聲腔子系統116個。

圖3 海洋平臺結構噪聲預報SEA模型Fig.3 SEA model of offshore platform for noise prediction

2.3 載荷及工況設置

2.3.1載荷設置

為準確評價噪聲分布，還考慮了主甲板上其他設備(如柴油吊機)振動及空氣噪聲載荷的影響。載荷信息及設置如表1和圖4所示。

表1 聲源載荷表

圖4 平臺結構激勵載荷Fig.4 Exciting force exerted on offshore platform

2.3.2工況設置

分析設計4種計算工況,如表2所示。為直觀評價主機房房門朝向對生活樓房間噪聲的影響，本文在公共區、生活區等典型部位設置了考核點。

3 主機房房門開啟方式對平臺噪聲的影響

3.1 不同工況下平臺噪聲特性分析

通過計算，得到了不同工況下平臺總體噪聲分布情況以及考核點噪聲分布情況，如圖5所示。

表2 計算工況表

圖5 不同工況下平臺噪聲分布情況Fig.5 General distributions of noise level under different cases

由圖5可以看出，在水平方向上，主機房噪聲最大，公共區噪聲隨遠離主機房逐漸減小，生活樓噪聲最小且隨距主機房距離增大而減小。在豎直方向上，整體噪聲分布呈現出由下自上遞減的現象，距離甲板和主機房越近，噪聲值越大。

對于工況1和2，主機房對門附近公共區的噪聲值明顯高于側門附近的公共區域；對于工況3，側門附近公共區的噪聲值明顯高于對門附近的公共區域；而對于工況4，緊鄰主機房的公共區域的噪聲分布卻沒有明顯差異。造成該噪聲分布情況的主要原因是原油主機等高振動及高聲功率設備布置于主機房內部，從而使得主機房成為影響平臺整體噪聲環境的主導因素；開門將導致聲學防護在該方向上的弱化，使得靠近房門的公共區噪聲值大于緊鄰主機房的其余公共區。

3.2 主機房房門朝向優化設計

通過計算，在不同工況下，生活樓典型房間的噪聲值如表3所示。

表3生活樓典型房間噪聲值

Table 3 Noise level of typical rooms on living quarter dBA

由表3數據可看出，生活樓遠離主機房一側的房間的噪聲值比正對主機房的房間均低，且距離主機房門越近，噪聲值越大。不同工況下，房門開啟方式對生活樓噪聲的影響存在如下關系：開對門≈全開>開側門≈全閉。對于生活樓3-1房間，主機房門開對門與開側門相比出現了5.9 dB的噪聲差值。這說明主機房對生活樓的噪聲影響主要是通過其正對的墻壁，側壁則影響很小。

從噪聲控制角度出發，在海洋平臺設計初期，應盡量避免主機房房門朝向生活樓，宜將其布置在側向/背向生活樓區域；在生產實際中，則應盡量減少對門的開啟，選擇走側門，并應加強主機房正對生活樓的圍壁的聲學防護，在傳播過程中削弱噪聲直接聲輻射對生活樓的影響。

4 結 語

本文基于統計能量法分析了4種工況下主機房房門開啟方式對生活樓噪聲的影響，并在此基礎上開展了主機房房門位置的優化設計。通過分析得到如下主要結論：

(1) 各工況下平臺噪聲分布規律大致相同，主機房噪聲最大，周圍公共區噪聲也相對較大，生活樓噪聲最小。距離主機房越近，平臺噪聲越高；距離主機房越遠，噪聲水平越低。

(2) 主機房設備對生活樓噪聲的影響存在如下關系：開對門≈全開>開側門≈全閉。從適居性角度出發，應將對門位置改到遠離生活樓的背面，或盡量減少對門的開啟，選擇走側門，并應加強主機房正對生活樓的墻壁的聲學防護，在傳播過程中削弱噪聲輻射對生活樓的影響。

[1] 姜聰聰.基于SEA法的自升式平臺生活樓艙室噪聲研究[D].大連:大連理工大學，2012:37-46.

[2] 于雙，李峰，王旭永，等.93米多功能海洋平臺供應船的噪聲與振動研究[J].噪聲與振動控制，2006,26(4)：76.

[3] 張艷春,惠寧,沈志恒. 海洋平臺上噪聲分析方法[J].噪聲與振動控制，2012，32(2)：171.

[4] 王憲成, 張晶，張更云. 基于統計能量分析法的船艇機艙噪聲建模計算[J]. 兵工學報, 2007, 28(11):1367.

[5] 于大鵬. 應用統計能量法分析方法預報船舶艙室噪聲[D]. 大連：大連理工大學，2007:22-37.

[6] 楊德慶, 戴浪濤. 浮式生產儲油船振動噪聲混合數值預報[J]. 海洋工程, 2006, 24(1):1.

[7] 王佐民.統計能量分析的原理及應用[J]. 聲學技術, 1987, 6(4): 24.

[8] 姚德源,王其政.統計能量分析原理及其應用[M].北京:北京理工大學出版社, 1995：9-16.

[9] 孫麗萍.能量有限元法研究及其應用[D]. 哈爾濱：哈爾濱工程大學，2004:9-11.

RelationBetweenNoiseLevelinLivingQuarterandDoorArrangementofMainEngineRoomonOffshorePlatform

HUI Ning1, GAO Peng1, PANG Fu-zhen2, SHEN Zhi-heng1, MA Bang-yong1

(1. Offshore Oil Engineering Co., Ltd., Tianjin 300451, China; 2. Harbin Engineering University, Harbin, Heilongjiang 150001, China)

Based on the statistical energy analysis (SEA), we quantitatively study the noise level in living quarter on offshore platform influenced by closure or open of main engine room doors, and provide the detailed noise level arrangement under different cases. Furthermore, we also optimize the door arrangement and give the right usage philosophy. According to the calculation results, it is found that front door has more influence than side door. To provide a better working environment, the doors at main engine room should be arranged at the side away from the living quarter.

offshore platform; noise; statistical energy analysis; main engine room

2016-03-06

惠寧(1986—)，男，碩士，主要從事海洋工程機械設計和全頻域噪聲分析方面的研究。

TE991.8

A

2095-7297(2016)02-0140-05