新型多功能海洋服務平臺的減振降噪措施

黃桂蘭 徐進初 鄭勇 張春峰 王冬梅

摘? ? 要：本文通過對我司某新型自升式海洋服務平臺的振動噪音設計與建造過程進行回顧，介紹了該平臺的減振降噪音措施，并結(jié)合振動噪音實船測量數(shù)據(jù)進行總結(jié)分析，為后續(xù)類似項目的艙室舒適性設計提供借鑒，也為其它海洋工程或船舶提供參考。

關鍵詞：服務平臺;減振降噪

中圖分類號：U674.98 ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A

Abstract： This paper reviews the design and construction process of vibration and noise of a new type of a multi-function offshore service jack-up rig， introduces the vibration and noise reduction measures of the rig， and summarizes and analyzes the advantages and disadvantages of the measures in combination with the measured data of vibration and noise in real ship， which can provide reference for cabin comfort design of similar projects in the future， and also provide reference for other offshore engineering or ship.

Key words： Service rig; Vibration and noise reduction

1? ? ?引言

某新型多功能自升式海洋服務平臺是我司繼“SE-300LB”自升式平臺之后又一海工項目，該平臺可用于海上平臺檢修、油田增產(chǎn)服務、模塊運輸?shù)裙ぷ鳌τ诒酒脚_較大的振動源和噪聲源包括：全回轉(zhuǎn)推進器、主發(fā)電機組、升降裝置、泵浦、空調(diào)機組、風機、錨機、應急發(fā)電機組等。這些設備，除了本身對所在區(qū)域產(chǎn)生振動和噪音之外，也通過與之連接的平臺結(jié)構(gòu)傳遞振動、噪音。因此，在該型平臺的設計和建造過程中，如何更好的控制振動、噪音，降低振動、噪音影響，提高艙室舒適性，是綜合競爭力的體現(xiàn)。

2? ? ?船舶平臺概述

該平臺是一艘用于海上作業(yè)、帶有自航能力的DP2自升式海洋服務平臺，最大作業(yè)水深85.34 m，入籍ABS。平臺為方形主體，帶有四個桁架式樁腿，每個樁腿由下端的樁靴支撐;平臺的船體型長67.05 m、型寬43.89 m、型深5.5 m;平臺設有生活區(qū)，能夠提供150人的就餐、住宿等;平臺的設計航速為5 kn（滿載吃水3.66 m）;噪音和振動要求分別滿足規(guī)范：IMO 決議 A468 （Ⅻ）船上噪聲等級規(guī)則和ISO 標準 6954-2000“商船和客船的振動測量、報告和評估指南”。

該平臺主機艙位于主甲板下一層，靠尾部布置;上層建筑（生活樓）位于主甲板以上，靠首部，如圖1所示。

3? ? ?振動及噪音的預測及控制措施

3.1? ?振動及噪音分析預測

本項目在詳細設計階段，通過多方了解與對比，最終選取中國船舶重工集團公司第七〇二研究所開展了振動、噪音技術合作，對本項目局部振動及噪音進行分析預測，并提出合理建議。

3.1.1 結(jié)構(gòu)的局部共振預測

（1）采用瑞雷-里茲法計算甲板結(jié)構(gòu)的固有頻率，如果結(jié)構(gòu)的固有頻率不在激勵頻率的范圍內(nèi)，就可以避免發(fā)生共振;

（2）如果發(fā)生結(jié)構(gòu)共振，則通過加強結(jié)構(gòu)提高固有頻率，以避開激勵頻率范圍。

分別對各層甲板的固有頻率進行計算分析，局部結(jié)構(gòu)的固有頻率在主要激勵頻率影響范圍之外，因此無需修改結(jié)構(gòu)設計。表1為vinyl地板的生活樓1層甲板的固有頻率。

3.1.2噪聲的分析預測

噪聲來源于船上不同噪聲源的空氣噪聲和結(jié)構(gòu)噪聲：

結(jié)構(gòu)噪聲由20～16 000 Hz的結(jié)構(gòu)振動產(chǎn)生，并在鋼結(jié)構(gòu)中傳播;

空氣噪聲是由甲板、圍壁、天花板和窗戶等不同部件的振動共同引起的。

根據(jù)本項目的主要參數(shù)、全船布置、主要設備和生活艙室結(jié)構(gòu)等信息進行艙室噪聲評估。艙室噪聲主要來自于主發(fā)電機組、推進器和升降系統(tǒng)，不考慮壓縮機、泵等其他輔機引起的噪聲。

（1）機械甲板的辦公室、升降系統(tǒng)附近的居住艙室的隔聲性能，需要達到45 dB（A）以上;

（2）75 mm厚玻璃棉（玻璃布敷面）的隔熱吸音絕緣布置方案應應用于：機械甲板的辦公室（包括餐廳）、升降系統(tǒng)附近的生活居住艙室、空調(diào)機室以及應急發(fā)電機室;

（3）餐廳和主甲板增加2 mm阻尼層作為甲板敷料。

3.2? ?結(jié)構(gòu)局部振動及噪聲的控制措施

由于設備振動通過結(jié)構(gòu)進行傳遞，足夠的剛性結(jié)構(gòu)是減少振動、減低噪音的有效手段。本平臺包含四個全回轉(zhuǎn)式推進器，另外主發(fā)電機、升降系統(tǒng)、泵浦、錨機、應急發(fā)電機等設備在工作時會產(chǎn)生較大的振動和噪音。為此，在生產(chǎn)設計階段，對這些設備設置設計合理的基座或加強，使設備工作運轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的振動較好地傳遞到其他結(jié)構(gòu)上，以盡量消除振動，達到降低振動、噪音的目的。

3.2.1主發(fā)電機基座設計

圖3是主發(fā)電機基座三維圖，將基座設計成T型材的形式，并在T型材腹板及面板之間增加肘板連接，每個肘板和推進電球座腳對應，以消除應力點;另外，由于機艙結(jié)構(gòu)較空，在主發(fā)電機基座周圍增加方管立柱結(jié)構(gòu)，主發(fā)電機工作時就把基座受到的振動力分散到船體結(jié)構(gòu)上，達到減輕振動和降低噪音的效果。

同時，在總體布置方面把T型材基座和船體的強框架對應布置，如圖4所示。

其他無法和船體原有結(jié)構(gòu)進行對應的T型材基座，則在其反面增加相應的T型材結(jié)構(gòu)與之進行對應加強，有效的傳遞作用力。

3.2.2泵浦基座設計

在本平臺的眾多設備中，各種泵浦的振動較大，其中以消防泵尤為明顯。由于泵浦在工作狀態(tài)下會產(chǎn)生振動，即使自帶有減振裝置，如果基座自身剛性不足，減振裝置就不能發(fā)揮應有的作用，，所以在設計過程中，對該類基座應留有足夠的安全系數(shù)。

圖4是泵房中消防泵基座三維圖，消防泵基座設計為偏裝T排的形式。一般泵類基座盡量不要設計得偏離安裝面太高，如果高度太高就必須對其彎矩進行計算，所以本基座僅選用135 mm高的腹板。在進行生產(chǎn)設計時，依據(jù)消防泵的工況，考慮到消防泵工作時會產(chǎn)生較大的振動，因此在T排結(jié)構(gòu)上增加了肘板，并將肘板延伸到其他結(jié)構(gòu)的T排上，從而增加結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，減少振動;另外T排上增加了落地肘板，肘板反面相應的進行加強，避免振動集中于某一處，達到減振和降噪的效果。

必須注意：由于對泵類基座有抗振要求，所以需要在基座上開孔時，一定要適當加厚板材（一般加厚2mm），而且基座不能有凹陷的角位，避免產(chǎn)生應力集中。

3.2.3? 推進器減振設計

本平臺設有四臺全回轉(zhuǎn)式的推進器，四個推進器艙都設計有相應的基座。在生產(chǎn)設計過程中，為了最大限度的抗扭，在基座下使用壓制圓環(huán)作為基座底座腹板，并在圓環(huán)上加圓形面板，以減少對甲板或平臺產(chǎn)生集中應力。考慮到推進器振動較大，在基座四周設計了發(fā)散的三角形T排，將力均布到四周的結(jié)構(gòu)，形成一個整體框架增加結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，從而達到減振降噪的目的。基座及相關結(jié)構(gòu)三維模型見圖5。

3.2.4? 優(yōu)化艙室布局

本項目的廚房、餐廳等服務處所與機艙同屬一層，為了減少噪音及振動的影響，在機艙與其之間設置設備艙室或者走道等，盡可能避開噪音源，從而降低振動噪音影響。

3.2.5? 其他措施

（1）合理配置消音器

上建住艙內(nèi)的噪音要求比機械處所要高得多，所以對住艙的風管設計需格外注意。對于可能造成噪音超標的地方要采取降噪措施，盡可能在風管上加入消音器，或者在出風口加消聲靜壓箱等。本平臺在廚房以及空調(diào)回風管內(nèi)增加了消音器以降低艙室內(nèi)的噪音;部分送風結(jié)構(gòu)風道內(nèi)增加了絕緣棉與隔離板，同時起到消音隔熱的作用。

（2）采取吸聲隔聲措施

① 在振動噪聲源區(qū)域，即主機艙和空調(diào)機室四周艙壁及天花甲板安裝了80 mm厚度的隔音礦物棉，并安裝鍍鋅板，避免噪音外泄，減小噪音對居住區(qū)域的影響;

② 上建靠近升降樁腿的生活樓艙室，部分艙室因規(guī)范要求設置了窗戶，而樁腿振動噪音會通過靠近樁腿區(qū)域的窗戶傳播給艙室，因此此類窗做成隔音窗，降低振動噪音的影響;

③ 由于生活樓位于船首，受首部2個樁腿及升降系統(tǒng)影響，噪音及振動影響較大，因此結(jié)構(gòu)外圍艙壁、安裝了隔音隔熱絕緣材料，起到隔聲隔熱作用;

④ 由于本項目生活樓內(nèi)部結(jié)構(gòu)與通常海工船或者散貨船不同，僅設有結(jié)構(gòu)外圍壁，無內(nèi)圍壁，上下層甲板設有鋼支柱連接，根據(jù)IMO對艙室隔音值要求，配置了獨立的高隔音內(nèi)裝板，保證船員住艙與住艙、住艙與公共處所之間的噪音滿足要求。

⑤ 安裝阻尼敷層

阻尼敷層可以減弱結(jié)構(gòu)振動及增大結(jié)構(gòu)噪聲的傳遞損耗。由于餐廳較為靠近機艙，受機艙振動噪音影響較大，為了保證餐廳振動噪音滿足要求，在其甲板輔料施工前，在鋼甲板上先敷設一層自由阻尼涂料，降低振動噪音對餐廳的影響。

4? ? ?減振降噪效果

4.1? ?振動噪音實船測量數(shù)據(jù)

根據(jù)規(guī)格書要求，本項目需進行2種工況（升降工況和航行工況）下的振動噪音測試。經(jīng)第三方機構(gòu)對相應區(qū)域的振動值、噪音值進行測量，實際效果很好，達到了預期結(jié)果，滿足了規(guī)范要求。

但是在實測過程中發(fā)現(xiàn)：主甲板和01甲板左右兩舷的住艙（靠近首推進器）噪音及振動較其他艙室大，實測結(jié)果接近臨界值。由此可見，本項目平臺主推進器對振動噪音存在較大影響：

（1）本平臺配置有四臺全回轉(zhuǎn)式推進器，首、尾部各兩臺，對稱分布在左右舷側(cè)，每臺功率750kW;

（2）雖然設計人員在推進器基座四周設計了三角形T排，將力分散到了四周的結(jié)構(gòu)，形成一個整體框架增加結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性以期降低振動，但是由于安裝的首推進器在主平臺結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生的阻力和擾流，還是對上建艙室特別是部分鄰近艙室的振動、噪音產(chǎn)生很大影響。

4.2? ? 改進措施

（1）主甲板及上一層甲板靠近左右兩舷的艙室，除了艙壁位置安裝隔音棉外，建議內(nèi)裝板使用高隔音板，并且甲板上最好敷設自由阻尼，減少從下一層傳遞過來的振動;

（2）推進器安裝盡量縮小與基線的距離，且推進器底座四周以及推進器艙四周盡可能使用阻尼材料，主動減振降噪，使其對艙室振動噪音影響降至最低。

5? ? ?結(jié)束語

振動、噪音的控制對海洋服務平臺有著非常重要的意義，作為船廠人員，要從實用性出發(fā)，盡可能將平臺振動噪音降低，創(chuàng)造更加舒適的居住環(huán)境。

振動噪音的控制，涉及到總體、結(jié)構(gòu)、舾裝、機械、管舾、電氣、通風等各個專業(yè)，本文僅從總體、結(jié)構(gòu)、通風和內(nèi)裝等方面予以闡述，希望本文中提到的措施及解決方案，能為其它海洋工程或船舶項目提供借鑒。

參考文獻

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