某型海洋科學(xué)考察船艙室噪聲控制

彭耀,蔣炎坤，胡社來,顏芳,張健

(1.華中科技大學(xué) 能源與動力工程學(xué)院，武漢 430074；2.武昌船舶重工集團有限公司 船舶設(shè)計公司，武漢 430060)

?

某型海洋科學(xué)考察船艙室噪聲控制

彭耀1,2,蔣炎坤1，胡社來2,顏芳2,張健2

(1.華中科技大學(xué) 能源與動力工程學(xué)院，武漢 430074；2.武昌船舶重工集團有限公司 船舶設(shè)計公司，武漢 430060)

為保證某型海洋科學(xué)考察船艙室噪聲滿足設(shè)計要求，分析該船主要噪聲源，考慮噪聲源及傳播途徑，綜合應(yīng)用吸聲、隔聲、消聲、隔振、阻尼以及通風(fēng)系統(tǒng)低噪聲設(shè)計等控制技術(shù)，實船測試結(jié)果表明艙室噪聲滿足設(shè)計要求，該船艙室噪聲控制技術(shù)合理有效。

艙室噪聲；噪聲控制；噪聲測量

國際海事組織(IMO)第91屆海安會(MSC91)通過了第338號關(guān)于SOLAS修正案的決議，要求船舶構(gòu)造應(yīng)符合MSC.337(91)決議通過的《船上噪聲等級規(guī)則》，以保護人員免受噪聲的傷害，自2014年7月1日起生效。國內(nèi)建造的船舶僅部分客船滿足該要求，艦船及其設(shè)備的振動與噪聲問題已經(jīng)成為國內(nèi)研究的熱點。目前船舶上采取的減振降噪控制技術(shù)較多[1-3]。但受各類因素的影響，在實船建造中僅部分控制技術(shù)得以應(yīng)用，船舶噪聲控制效果有限。國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施海洋科學(xué)考察船是一艘4 000 t級滿足無限航區(qū)的綜合科學(xué)考察船，該船采用雙吊艙式電力推進裝置，由4臺柴油發(fā)電機組提供動力源，其搭載了多波束、淺地層剖面儀等多種聲學(xué)設(shè)備，對船舶噪聲要求高。同時考慮本著以人為本的原則，為船上的科考人員及船員提供一個良好的工作和生活環(huán)境，擬遵循科學(xué)性、先進性和經(jīng)濟性的三原則，綜合運用多種振動噪聲控制技術(shù)。

1 艙室噪聲的來源及控制技術(shù)

各機械設(shè)備工作產(chǎn)生的噪聲是船舶艙室噪聲的主要來源，既有進排氣系統(tǒng)造成的空氣動力噪聲，又有運動的撞擊及設(shè)備自身不平衡而產(chǎn)生振動所造成的機械噪聲。船舶主要聲源設(shè)備為主機、空壓機、空調(diào)、液壓設(shè)備和帶泵的設(shè)備、以及螺旋槳噪聲。

艙室噪聲控制主要從噪聲源、傳播途徑和接受者方面進行控制[4-6]。在船舶設(shè)計建造中，除保證船體結(jié)構(gòu)及基座強度，消弱振動噪聲產(chǎn)生外，通常從噪聲源和傳播途徑上進行控制，即在設(shè)計初期，根據(jù)船舶艙室及設(shè)備分布情況，估測各艙室噪聲，根據(jù)各艙室噪聲指標(biāo)，合理地進行噪聲控制指標(biāo)分配，并制定相應(yīng)的減振降噪方案，而船舶常用的振動噪聲控制方法主要有吸聲、隔聲、消聲、隔振、阻尼、浮動地板及通風(fēng)管路低噪聲設(shè)計等[7-9]。

2 艙室噪聲控制技術(shù)的實船應(yīng)用

根據(jù)該型海洋科學(xué)考察船艙室布置情況，對該船的設(shè)備配置及分布情況進行分析，確定該船的主要噪聲源有柴油發(fā)電機組、螺旋槳、空壓機、各類泵、風(fēng)機運轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)噪聲和空氣噪聲，風(fēng)管、水管排氣管產(chǎn)生的振動與噪聲以及油水箱的共鳴等產(chǎn)生的振動與噪聲。針對該船噪聲源特點，采取以下噪聲控制技術(shù)。

2.1 振源設(shè)備隔振安裝

在船舶正常航行及作業(yè)過程中主要的振源設(shè)備有主柴油發(fā)電機組、空壓機、中央海水冷卻泵等大功率泵、冷水機組、空調(diào)、風(fēng)機等，是本船主要的振動噪聲源。重點對以上設(shè)備采用隔振安裝，并遵循噪聲控制技術(shù)的三原則。根據(jù)振動源的激勵大小，對主柴油發(fā)電機組采用雙層隔振安裝，空壓機、水泵、風(fēng)機及其他輔助設(shè)備采用單層隔振安裝。

2.1.1 主柴油發(fā)電機組雙層隔振安裝

對4臺主柴油發(fā)電機組采用了雙層隔振安裝方式(見圖1)，目的在于減小柴電機組振動向基座的傳遞。隔振器具有合適的剛度，在振動時產(chǎn)生與振動位移成正比的恢復(fù)力；它又有一定的阻尼，在振動時產(chǎn)生與振動速度成正比的阻尼力。隔振裝置使得柴電機組傳遞到基座上的傳遞力變得很小，振動得到有效衰減，從而達到減振的目的。限位器的限位作用可防止機組產(chǎn)生過大的變形。

圖1 柴油發(fā)電機組隔振安裝示意

本船柴油發(fā)電機組機腳至船體基座處，雙層隔振裝置的總加速度振級落差≥40 dB(10 Hz～10 kHz)；正常狀態(tài)下，雙層隔振裝置在使用周期內(nèi)的總加速度振級落差≥32 dB(10 Hz～10 kHz)。

2.1.2 空壓機隔振安裝

該船除為船舶正常航行需求配置有2臺主空壓機和1臺應(yīng)急空壓機外，還為科考數(shù)字地震作業(yè)配置有2臺大排量的氣爆空壓機組，為降低空壓機振動產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)噪聲的傳遞，空壓機全部采用隔振安裝，主空壓機和應(yīng)急空壓機采用單層橡膠隔振器安裝，氣爆空壓機采用彈簧隔振器安裝。

2.1.3 水泵的隔振安裝

為了隔離水泵結(jié)構(gòu)振動向基座的傳遞，使得水泵傳遞到基座上的傳遞力變得很小，振動得到有效衰減，根據(jù)該船水泵置用途及功率配情況，對常用的中央海水冷卻泵、中央淡水冷卻泵、冷藏海水冷卻泵等水泵采用隔振安裝。

2.1.4 風(fēng)機、空調(diào)器等隔振安裝

對全船機械通風(fēng)機及間接式空調(diào)器內(nèi)的通風(fēng)機采用單層隔振安裝，同時對空調(diào)冷水機組也采用單層隔振安裝。其中機艙風(fēng)機采用ZA系列隔振器，每臺布置4個減振器，安裝時，控制各減振器的水平度。

2.1.5 管路隔振措施

對管路系統(tǒng)的布置走向、彎曲半徑、管路直管、編排布置及馬腳固定等噪聲控制息息相關(guān)的環(huán)節(jié)進行規(guī)定。例如，嚴(yán)禁管徑發(fā)生突變、彎管半徑不小于3倍名義管徑，流體速度不超過2 m/s等，隔振安裝的設(shè)備和管路之間采用撓性接管連接；如主柴油發(fā)電機組、彈性安裝的水泵、空壓機等。管路應(yīng)加以固定，一般2～3檔肋骨設(shè)1支撐件，管子與支撐件之間有隔聲隔振墊片。同時所有的彈性管子吊架和隔振管夾支架安裝在船體的結(jié)構(gòu)加強部位。

針對管路的振動特性以及主要的排氣管路脈動壓力，結(jié)合管路系統(tǒng)的重量計算彈性吊架的數(shù)量、間隔距離、剛度和固有頻率，選擇合適的剛度和承重的彈性吊架。管路考慮彈性連接以及滿足振動位移補償要求的波紋管。

2.2 艙室和作業(yè)環(huán)境噪聲控制

2.2.1 阻尼敷層處理

基于本船在噪聲方面的特殊性，對于振動和噪聲較大的艙室(如空調(diào)機室、應(yīng)急發(fā)電機室和機艙集控室、機艙棚和部分實驗室、絞車艙、舵槳裝置艙、艏側(cè)推艙、風(fēng)機室、空壓機艙等)以及柴油發(fā)電機組、舵槳裝置、空壓機等設(shè)備船體基座上敷設(shè)高性能阻尼材料。

2.2.2 各類聲源消音處理

針對本船氣流引起的動力性噪聲，在主柴油發(fā)電機組、應(yīng)急發(fā)電機組進排氣管路上設(shè)置消音器，同時對各房間機械通風(fēng)和空調(diào)通風(fēng)進行噪聲估測，對氣流噪聲大而不能達標(biāo)的房間，在通風(fēng)管路上設(shè)置消音設(shè)備，以達到降低噪聲的目的。如針對機艙通風(fēng)系統(tǒng)，在機艙風(fēng)機的進口設(shè)置消音器，并在進出風(fēng)機室艙壁上設(shè)置消音百葉窗，見圖2。

圖2 機艙通風(fēng)機的降噪措施

2.2.3 各類聲源吸聲、隔聲處理

為保證機器處所與居住處所的噪聲充分隔離，對噪聲源艙室進行各種吸聲、隔聲處理。針對該船的噪聲控制措施中，在所有噪聲源機器處所與其他處所通道上都設(shè)置隔聲門，包括局部水密門加裝隔聲門；同時，在滿足艙室防火要求的前提下，在艙室圍壁或天花板上設(shè)置各種吸聲、隔聲材料。

除此之外，對于艙室附近的機械通風(fēng)機，采用鍍鋅薄板+消音棉制作成靜壓箱，將風(fēng)機的氣體流動噪聲與電機的噪聲限制在風(fēng)機箱內(nèi)，減弱風(fēng)機振動向管道的傳遞，見圖3。

圖3 艙室通風(fēng)機的降噪措施

在柜式空調(diào)機與中央空調(diào)器外殼上包敷優(yōu)質(zhì)的隔音材料，切斷噪聲的傳播途徑，控制風(fēng)機艙室與周邊艙室的噪聲。

2.2.4 通風(fēng)噪聲的低噪音設(shè)計

通風(fēng)噪聲尤其是空調(diào)通風(fēng)噪聲是本船艙室噪聲的重要來源之一。為此，在空調(diào)通風(fēng)噪聲設(shè)計時，除選用優(yōu)質(zhì)的低噪聲風(fēng)機外，還采取了加大通風(fēng)管路截面積，降低管道內(nèi)氣流速度，控制風(fēng)速等措施。

在風(fēng)管制造上，采用“壓槽加強、Z形立板加強、內(nèi)部環(huán)扣加強、∏形波浪板加強和L形板加強”等措施，防止風(fēng)管振動；并在風(fēng)管內(nèi)設(shè)置導(dǎo)流板，減小流通阻力和回旋噪聲，見圖4。

圖4 風(fēng)管內(nèi)設(shè)置導(dǎo)流板

選用優(yōu)質(zhì)的布風(fēng)器，并在接布風(fēng)器的支管處加調(diào)風(fēng)板(見圖5)，調(diào)節(jié)每個布風(fēng)器的風(fēng)速與風(fēng)量，滿足艙室的風(fēng)量與通風(fēng)效果。實測結(jié)果證明風(fēng)速均勻(實測的布風(fēng)器位置風(fēng)速3～4 m/s)，避免了布風(fēng)器的嘯叫現(xiàn)象產(chǎn)生。

圖5 布風(fēng)器的支管處加調(diào)風(fēng)板

同時在風(fēng)管上布置消音器，并在布風(fēng)器內(nèi)部敷設(shè)較好的多孔吸音材料，切斷噪聲在風(fēng)管中的傳播途徑，降低各艙室布風(fēng)器的噪音。

3 實船測量

實船測試結(jié)果表明，目標(biāo)船大部分居住艙室噪聲控制在50 dB以內(nèi)，船長房間等離設(shè)備艙較遠的房間只有40 dB左右，尤其機艙集控室，噪聲指標(biāo)60 dB，低于船級社設(shè)定的最高舒適度等級中對于機艙集控室70 dB的要求，已達到最高舒適度標(biāo)準(zhǔn)。該船艙室噪聲得到了有效控制，噪聲指標(biāo)均滿足規(guī)格書要求，達到了國內(nèi)同類船舶的先進水平。

4 結(jié)論

對某型海洋科學(xué)考察船振動噪聲源進行分析，全面應(yīng)用隔振、吸聲、隔聲等各類減振降噪技術(shù)，并通過實船實施與測量，該船艙室噪聲比同類船舶低近10 dB，表明對柴油發(fā)電機組、空壓機等主要振源設(shè)備、機艙通風(fēng)及空調(diào)通風(fēng)控制是該船船舶艙室噪聲控制的關(guān)鍵，驗證了該船艙室噪聲控制技術(shù)合理有效，可為后續(xù)同類船舶艙室噪聲控制提供技術(shù)參考，尤其是為新建船舶艙室噪聲控制的設(shè)計與實施提供借鑒。

[1] 于寧舟.船舶艙室噪的控制研究[J].江蘇科技信息，2015(14)：59-60.

[2]吳國妹,吳紅,包冬進,等.綠色船舶之—：艙室噪聲控制[J].科技傳播，2013(20):97-98.

[3] 曹海健,葉華,崔元桃,等.船舶機械噪聲控制策略淺析[J].中國高新技術(shù)企業(yè),2013(11):103-104.

[4] 吳華.關(guān)于船舶機械噪聲控制的分析探討[J].中國機械,2014(12):148-149.

[5] 郝鴻雁，束建芳.大型船舶的噪聲測量及其控制方法[J].船舶工程,2012(1):70-72.

[6] 潘光明.船舶噪聲控制設(shè)計與運用[J].武漢船舶職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報,2014(4):18-21.

[7] 張平,于全虎.船舶減振降噪措施簡析[J].江蘇船舶,2010,27(3):1-4.

[8] 周新祥．噪聲控制技術(shù)及其新進展[M]．北京：冶金工業(yè)出版社,2007.

[9] 朱石堅,何琳.船舶減振降噪技術(shù)與工程設(shè)計[M].北京：科學(xué)出版社,2002.

Application of Noise Control Technology in a Marine Scientific Research Ship

PENG Yao1,2, JIANG Yan-kun1, HU She-lai2, YAN Fang2, ZHANG Jian2

(1.Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, China;2.Wuchang Shipbuilding Industry Group Co., Ltd., Wuhan 430060, China)

In order to ensure the cabin noise of a certain type of marine scientific research ship to meet the design requirements, the ship noise sources were analyzed, and the control of the noise source and transmission path were considered. The integrated technologies of sound absorption, sound insulation, noise reduction, vibration isolation, damping and low noise design of ventilation systems, etc. were employed to control noise. The test results of a real ship showed that the cabin noise meets the design requirements, and the noise control technology of the cabin is reasonable and effective.

cabin noise; noise control; noise measurement

10.3963/j.issn.1671-7953.2017.04.028

2016-10-11

彭耀(1985—)，男，學(xué)士,工程師

研究方向：輪機工程

U661.44

A

1671-7953(2017)04-0126-04

修回日期：2016-11-08