船舶及海洋結(jié)構(gòu)物聲振激勵源預(yù)報(bào)模型分析

焦自權(quán)+孫勇敢+王僑+馮志強(qiáng)

摘要

船舶及海洋結(jié)構(gòu)物聲振水平日益受到各國工程人員的重視。由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、機(jī)械設(shè)備眾多，在其聲振數(shù)值模擬預(yù)報(bào)過程中需對激勵源的選取進(jìn)行系統(tǒng)分析，同時(shí)針對設(shè)計(jì)初期某些激勵源設(shè)備處于待定狀態(tài)等問題，特以風(fēng)機(jī)為例對其空氣聲輻射功率進(jìn)行估算，為以后聲振預(yù)報(bào)分析提供參考。

【關(guān)鍵詞】船舶 海洋結(jié)構(gòu)物 激勵源

1引言

船舶及海洋結(jié)構(gòu)物聲振是其正常運(yùn)轉(zhuǎn)工作時(shí)存在的各種激勵源能量輸出總和，同時(shí)具有聲頻域廣、輻射功率高等特點(diǎn)，這不僅直接影響海上工作人員的心情和健康，同時(shí)也會造成機(jī)械設(shè)備零件的共振與應(yīng)力疲勞，給船舶及海洋結(jié)構(gòu)物的正常生產(chǎn)和工作帶來安全隱患。因此，各國相關(guān)部門制定了較為嚴(yán)格科學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)，例如IMOA468（XⅡ）和MSC337（91）新規(guī)范等，規(guī)定中新標(biāo)準(zhǔn)聲振極限值在舊規(guī)范的原有基礎(chǔ)上再減低5-10dB（A）不等。

船舶及海洋結(jié)構(gòu)物的建造是一個龐大復(fù)雜的系統(tǒng)工程，成本較高，生產(chǎn)環(huán)境非常復(fù)雜。若設(shè)計(jì)階段沒有考慮聲振問題，那么有可能導(dǎo)致局部區(qū)域或艙室聲振水平超過相關(guān)規(guī)范極限值，進(jìn)而需要施加減振降噪措施，這不僅延長了生產(chǎn)周期，而且大大增加了生產(chǎn)成本，如果措施不得當(dāng)甚至達(dá)不到理想的減振降噪效果。由此看來，在其設(shè)計(jì)初期應(yīng)綜合考慮各種激勵源的種類選取、位置布局以及減振降噪措施等。

2船舶及海洋結(jié)構(gòu)物激勵源選取與估算

2.1船舶及海洋結(jié)構(gòu)物激勵源選取

在設(shè)計(jì)初期，應(yīng)結(jié)合結(jié)構(gòu)圖、總布置圖及艙室舾裝圖等圖紙，建立聲振預(yù)報(bào)模型。除此之外，需要對結(jié)構(gòu)上的振動噪聲設(shè)備進(jìn)行甄別選取，并進(jìn)而獲取相關(guān)的聲振屬性，還需要明確各設(shè)備的裝配圖，是否安裝隔振設(shè)備，消聲系統(tǒng)等。同時(shí)也要獲取艙室內(nèi)防火材料和隔

音吸聲材料等的聲學(xué)特性，如防火材料的密度、流阻、孔隙率以及熱力學(xué)性質(zhì)等。

船舶及海洋結(jié)構(gòu)物在正常工作時(shí)的振動噪聲是由其動力機(jī)械和輔助機(jī)械產(chǎn)生的。動力機(jī)械主要是由主機(jī)、輔機(jī)、泥漿泵、螺旋槳、發(fā)電機(jī)等組成，輔助設(shè)備主要是由空氣壓縮機(jī)、風(fēng)機(jī)以及各種電動機(jī)、泵等組成。而對于小型設(shè)備無需考慮其聲學(xué)特性，如小型泵、各類閥門以及洗衣設(shè)備等，主要是由于聲音的干涉現(xiàn)象，小型激勵源完全被大型激勵源所遮蔽，這樣處理不僅對激勵源聲振頻譜數(shù)值沒有較大影響，而且也使得聲振數(shù)值模擬預(yù)報(bào)計(jì)算得以簡化。

2.2船舶及海洋結(jié)構(gòu)物激勵源估算

船舶及海洋結(jié)構(gòu)物聲振數(shù)值預(yù)報(bào)分析通常是在設(shè)計(jì)階段，有些機(jī)械設(shè)備的種類、型號及生產(chǎn)廠家還處于待定狀態(tài)，無法得到激勵源的具體聲學(xué)特性，這就需要對這些激勵源進(jìn)行估算分析。下面介紹風(fēng)機(jī)噪聲的一種估算方法。

風(fēng)機(jī)的原理是依靠被動輸入的機(jī)械能，提高內(nèi)部氣體壓力并排出氣體。風(fēng)機(jī)在旋轉(zhuǎn)中形成的周向不均勻流場相互作用進(jìn)而產(chǎn)生空氣聲輻射，而激振力產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)聲非常微小可以忽略，因此對于船舶及海洋結(jié)構(gòu)物上的風(fēng)機(jī)僅需考慮其空氣聲輻射。

在對其進(jìn)行聲輻射估算時(shí)，需要己知風(fēng)機(jī)的以下屬性參數(shù)：

（1）風(fēng)扇表面靜壓（SP，單位：inch water）；

（2）風(fēng)機(jī)流量（CFM，單位：cf/min）；

（3）空氣聲輻射修正值（C0，單位dB（A））；

風(fēng)機(jī)空氣聲輻射功率估算公式：

Lw=20*log（SP）+10*log（CFM）+C0

查詢結(jié)構(gòu)重控表中風(fēng)機(jī)的相關(guān)參數(shù)，依據(jù)上述估算公式，進(jìn)而可以得出風(fēng)機(jī)空氣聲聲功率頻譜。

3結(jié)束語

本文對船舶及海洋結(jié)構(gòu)物聲振預(yù)報(bào)模型分析中激勵源的選取進(jìn)行了系統(tǒng)分析，并以風(fēng)機(jī)為例建立激勵源估算模型，為聲振數(shù)值模擬預(yù)報(bào)分析提供了新思路。

參考文獻(xiàn)

[1]焦自權(quán)，孫勇敢，馬駿.大型導(dǎo)管架平臺聲振預(yù)報(bào)研究m.重慶交通大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2014，33（05）：77-79.

[2]王昕鞾，劉曉明，夏侯命勝.深水半潛式生產(chǎn)平臺噪聲預(yù)報(bào)研究[J].船舶，2015（05）：78-86.

[3]張清，陳超核.鉆井輔助駁船艙室噪聲預(yù)報(bào)與控制[J].船海工程，2017，46（01）：101-105.

[4]原春暉，朱顯明，邵漢林，張國良.船舶機(jī)械振動源激勵力的間接估算工程方法[J].中國艦船研究，2006，1（01）：25-32.

[5]劉柏林.軸流風(fēng)機(jī)噪聲預(yù)測與降噪研究[D].西南交通大學(xué)，2003.

[6]鄭欣.離心風(fēng)機(jī)氣動噪聲數(shù)值模擬與降噪設(shè)計(jì)[D].電子科技大學(xué)，2015.

[7]劉國丹，王剛，曹志坤等.多翼離心風(fēng)機(jī)噪聲控制方案的優(yōu)化研究[J].噪聲與振動控制，2007（02）：123-127.endprint