船用柴油機噪聲控制技術的思路分析

謝明，趙秀鳳

（1.中國人民解放軍9 1 4 4 7部隊；2.中國人民解放軍9 1 3 1 5部隊，遼寧 大連 1 1 6 0 4 1）

船用柴油機噪聲控制技術的思路分析

謝明1，趙秀鳳2

（1.中國人民解放軍9 1 4 4 7部隊；2.中國人民解放軍9 1 3 1 5部隊，遼寧 大連 1 1 6 0 4 1）

船用柴油機的振動狀況需要引起關注，原因在于振動噪聲對舒適度影響較高。結合聲源、進排氣、噪聲設計等方面全面分析，充分提高船用柴油機噪聲控制十分必要。本文針對船用柴油機的噪聲現狀、研究方向、噪聲控制方法等進行了全面分析。

船用柴油機；噪聲控制技術；分析

柴油機具有熱效率高、功率高、體積小的優勢，在現代工業中應用較為廣泛。同時柴油機的維護保養較為便捷，操作控制方便，可促進船舶行業的發展。現代船舶正朝著大型化、綜合化方向發展，因此，加強大功率柴油機中振動噪聲的有效管理、控制預防十分必要。

1 船用柴油機噪聲的理論分析

（1）空氣動力性噪聲。柴油機空氣動力性噪聲主要包括進、排氣噪聲、渦輪增壓器中的空氣與廢氣脈動噪聲。而排氣噪聲產生的原因是柴油機氣門出現縫隙后，其中的廢氣便以脈沖的形式從縫隙中沖出,從而形成能量很高、頻譜復雜的噪聲。一般情況下，其組成包括：排氣門周而復始的開關引起的噪聲、氣流通過管道、閥門引起的渦流噪聲、排氣管中的廢氣與空氣產生的渦流噪聲。隨著渦輪增壓器轉速的加快，噪聲會逐漸增大。借助渦輪增壓體系可實現噪聲的有效控制，可充分化解衰減廢氣脈沖引起的環境污染，原因在于定壓增壓系統的排氣總管可起到消音效果。（2）燃燒噪聲。燃燒噪聲一般是氣缸內部的壓力快速變化，引起動載荷、沖擊振動，進而引起活塞、曲軸等位置發出噪聲。燃燒噪聲一般可借助氣缸的頻率譜線表示，對最高壓力影響較大，是低頻成分的主要決定原因。經實驗分析結果表明：燃燒噪聲一般是5 0 0 k Hz以上的中頻、高頻噪聲，為此，加強對壓力升高率的有效控制，可充分實現噪聲控制。加強對燃燒系統的控制，能夠最大限度的降低柴油機噪聲的產生，對合理控制噪聲具有重要的意義。（3）機械噪聲。機械噪聲一般為設備零部件之間撞擊引起的振動。包括活塞敲擊、齒輪和曲柄結構的運動撞擊等。其中活塞敲擊振動是燃燒過程中無法避免的狀況，發生在上止點附近。敲擊強度與氣缸內最高燃燒壓力和活塞與氣缸間隙有關。

2 噪聲測量技術分析

首先，需要區分噪聲源，實際應用中，需要分別運轉進行噪聲來源的分析，逐一排查對應部件后進行噪聲等級的評定。燃燒噪聲、機械噪聲的分辨難度較高，可借助相關規定進行處理。美國、日本等高校在2 0世紀6 0年代已經開始對噪聲測量及其控制方法的深入研究，研究出了先進的噪聲識別方法及其預報方法，開發了先進的噪聲控制技術。借助某船用推進功能的柴油機進行噪聲測量分析，其型號為6 L 2 0/2 7柴油機,額定功率為6 0 0 k W，圖1為對應測點布置簡圖，先進行排氣噪聲測量，再測量聲壓級。由圖2可知，該項目的測量中，排氣噪聲高達1 0 9.8 d B，屬低頻噪聲，聲能集中在3 1.5～5 0 0 Hz范圍內。進氣噪聲比排氣噪聲更大，且呈明顯的中高頻特性。通過分別對風扇、機械和燃燒噪聲等測量可知進排氣噪聲是柴油機最大的噪聲源。其次，需要確定表面的輻射噪聲，其中包括很多分析方法，目前常用的有以下三種，包括鉛板覆蓋法、振動測量法和聲通道法。第三，明確空間噪聲測量要求與測量方式，通過分析得知柴油機內零部件與空氣波動容易產生空間噪聲，通過“‘C I MA C’推薦的對于測量往復式柴油發動機整體噪聲”進行噪聲級的測量，并根據數值表示噪聲的聲壓級。通過測量柴油機周圍的點所計算出的平均聲級能夠得出聲強的平均值，而其測量位置根據柴油機體積決定，選擇三個不同位置，大約距柴油機1 m的位置。

圖1 測點布置簡圖

圖2 柴油機進排氣噪聲圖

3 噪聲控制方法分析

（1）聲源處的處理方法分析。第一，氣體動力噪聲的控制分析。從進排氣的角度出發，對噪聲進行相應的處理控制，管道的設計中，盡量避免轉彎角度過大，保證內壁光滑性，此外，現代船只應用中，消音器的應用較為廣泛。傳統的無源消音器主要包括三種：抗式、阻式、阻抗復合。抗式消音器內部沒有吸聲材料，借助對內部結構合理設計、分支管設計使得對應阻抗可發生明顯變動，進而實現聲源反射、聲能的合理消耗，達到消聲的效果。具有構造簡單、溫度使用范圍廣、抗腐蝕效果好的優點，但是缺點為高頻失效狀況較為多發。阻式消音器借助內部吸音材質的處理，增加了聲阻，繼而對氣流的噪聲能量可充分轉化。包括管式消聲器、氣流消音器等。具有消聲效果好、流體阻力低的優勢。阻抗復合式綜合上述兩種方法進行處理，借助吸聲材料、擴張室共同實現了良好的消聲處理效果。需要引起注意的是，消音器的設計中需要保證頻率范圍的適合性、可行性、合理性。根據相關噪聲法律法規進行能量控制處理，保證對應消聲器的尺寸位置具有合理性，同時兼顧成本控制的方向分析。第二，燃燒噪聲控制。主要方法：供油量的合理分配、降低噴油提前角度、縮短預熱燃燒期間的噴油量，降低內部混合氣總量的負面影響。第三，機械噪聲的控制。針對活塞敲擊的噪聲，需要充分加強燃燒效果、降低活塞空隙，保證對應助推力的便宜效果良好等。針對齒輪噪聲，一般需要控制其彈性、剛度、誤差，進而實現良好的噪聲控制。（2）噪聲傳播途徑的有效控制管理分析。控制柴油空間噪聲的傳播方式有以下幾種：優化柴油機表面輻射特性、結構特性；加強對柴油機的剛度進行提升處理，保證對應蓋板、附件的位置合理，借助隔震安裝、阻尼材料實現良好的控制管理。第一，空間噪聲的有效控制。根據船用柴油機的型號進行空間噪聲等級分析后，進而對增壓器進行處理。現代船只應用中，造船廠的要求、功率不斷變化，對應噪聲影響相應發生變化。功率、效率越高，空間噪聲危害越大。噪聲級不同主要原因是增壓機的輻射效果差別較大，增壓器效率高對應聲級較高。此外，機艙回想會導致測量噪聲比實際偏高。由于空間噪聲的來源除了柴油機，還包括其他設備、回聲的負面影響，為此，充分進行噪聲級的嚴格處理控制，避免環境破壞十分必要。對已經應用的柴油機進行降噪處理難度十分大，為此，從計量角度出發，對噪聲源的空間變化、傳播控制進行管控，對該位置現有噪聲等級影響十分薄弱。第二，結構產生的空間噪聲激勵效應。結構噪聲激勵一般是振動能量的傳遞導致，經柴油機到機座進而引起艙底振動，然后向外傳遞到對應其他結構，整體噪聲污染不容忽視。振動引起的機座、船體表面間傳播相應能量，通過振動速度實現控制測量。振動速度級(d B)：L v=2 0 l g(v/v 0)，其中v 0為參考基準速度。另一方面，二沖程柴油機的振動速度級較四沖程的低1 5 d b，為此，后者一般需要進行隔震器的安裝處理，在機座、艙柜頂之間進行相應隔震器的安裝，保證噪聲等級的有效控制預防。結構噪聲可降低1 5～2 0 d B，與剛性底座的二沖程裝置振動噪聲大體一致。

4 結語

柴油機噪聲控制較為關鍵，為了實現良好的社會應用、功能性能實現，需要從結構設計、前期處理中進行全面合理的分析控制，保證對應強迫振動的效果、噪聲模擬效果，對應結構預測結果的精確度充分提升，進而有針對性的對零部件進行改善處理。結合柴油燃燒過程對噪聲指標進行優化處理。此外，加強新材料、新設計的廣泛應用，如消音器材料的研發中，日本借助樹脂對整體結構消聲處理進行了提升，與傳統鋼制材料相比，消聲量提升了5～8 d B，且功率損失狀況下降、整體重量下降，應用前景較為廣闊。

柴油機振動噪聲的控制需要加強零部件剛度、阻力系數、連接形式、載荷等部分的細節研發，借助反復驗證、交叉分析、計算模擬等方法，針對整體協調性、匹配程度等進行優化調整，保證設計環節中，不同結構、性能均可充分實現對應預期效果。

[1]景國輝，沈建平.船用柴油機振動噪聲控制技術研究現狀及發展趨勢[J].柴油機，2 0 1 5,3 7(0 4):1~5+1 0.

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