某工程船減振降噪的設計優化及應用分析

陳鳳嬌 張 帥

（上海振華重工（集團）股份有限公司，上海 200125）

隨著時代的進步和我國船舶制造技術的迅猛發展，人們對船舶安全性與舒適性的重視程度與日俱增。船舶振動噪聲是影響船舶舒適性的主要因素，因此船舶振動噪聲的控制設計在現代船舶設計制造中占有重要地位。

1 項目概況

該特種工程船長215 m、寬49 m、型深22.4 m，能夠滿足399人居住要求，并設置單人套間、2人間、會議室、娛樂室、健身房、培訓室、影音室以及醫務室等多種多功能房間。船舶入級LR船級社需取得CAC 3船級符號，并滿足SPS 2008要求和國際海事噪聲公約MSC.337（91）的總噸位大于10 000 Gt的客船標準[1]。

船舶配置6臺9 300 kW柴油機組、1臺1 500 kW應急電發機、1臺1 000 kW停泊發電機、2臺2 500 kW側推、2臺6 500 kW主推進器、6臺3 800 kW全回轉推進器等大功率設備，可承擔6 000 t起重作業和J/S型鋪管作業等。

2 設計難點

首先，船舶柴油機組功率大、噪聲高以及振動頻率幅度寬，增加了船舶的結構抗振設計的難度。其次，6臺柴油機組和2臺2 500 kW側推直接布置于生活模塊，增加了全船振動噪聲控制的難度。最后，全船有600多個房間/艙室有噪聲控制要求，數量多，給項目帶來了巨大挑戰。

3 減振降噪的設計優化及應用情況

船舶的噪聲控制措施主要從聲源、傳遞途徑以及目標房間3方面進行控制。該項目基于國外基本設計要求，以聲源控制為主進行設計。聲源主要為主柴油機和側推等，因此機艙、主機基座、側推基座以及側推艙等區域成為項目聲源控制的重點。而以上區域主要通過結構振動的形式向上建區域傳播噪聲[2]，因此項目設計主要采用阻尼材料控制結構振動產生的噪聲傳遞。

3.1 阻尼設計優化及應用

基于聲源處噪聲控制的前提，項目前期進行了各種設計分析，在綜合成本、施工難度、技術要求等前提下，擬定機艙區域、柴油機基座、側推基座以及空調機室等需敷設阻尼材料，以實現95%以上房間振動噪聲達標。而以上區域中，機艙區域的施工范圍成為項目的重點及難點。項目經過多輪討論與核算后形成了兩個方案，具體對其如表1所示。其中：方案1是阻尼敷設于在機艙四周圍壁；方案2是指僅在機艙2.8 m平臺甲板上敷設阻尼敷料。

表1 兩個方案的優缺點對比

經過綜合對比及平衡，項目最終選擇風險較低的方案1，即在機艙四周圍壁敷設阻尼材料。這對阻尼材料的施工便利性和施工現場控制等提出了考驗。確定方案后，開始分析和對比常規雙組分阻尼材料、板材式阻尼材料以及水性噴涂式阻尼材料的性能和施工便利性等，以便探尋更經濟有效的施工方案。對比后發現，板材式阻尼材料明顯不適用于機艙四圍壁，不僅材料價格高昂，而且機艙四圍壁多設備、多管線以及多支架的結構無法有效利用板材的優勢。因此，項目重點對比了雙組分阻尼材料和水性阻尼材料的性能，如表2所示。

表2 兩種阻尼材料性能對比

對比發現，水性阻尼材料質量輕，單人單次施工簡單便利，具有一定的優勢，但需要多層多道施工。對于機艙14 mm厚的結構艙壁而言，水性阻尼材料預計需施工3～4次，在20 ℃左右下預計需要5～7天。而常規阻尼材料僅需施工2次，預計需要2～4天。在人員充足的情況下，還可壓縮施工周期。

為更好地驗證兩種阻尼材料的性能及施工便利性，項目將兩種材料分別應用于左右機艙的同等圍壁和試驗板材。在試驗與施工中發現，對于舾裝率不高的板材，水性噴涂材料具備施工速度快、人工成本低、材料用量少以及成型漂亮等優勢[3]。對于機艙圍壁等舾裝率大的艙面，水性噴涂式阻尼材料基本失去了施工便利優勢。噴涂施工受限因素較多，在項目實際應用中表現較差。第一，水性阻尼施工前需耗費大量人工對艙壁設備、管線以及支架等進行保護，且施工后需拆除保護，同時需進行必要的清潔。第二，水性噴涂式阻尼材料對施工環境和施工噴涂技術要求較高，若施工溫度不夠和施工人員技術不好，容易增加固化時間，造成流掛和開裂等現象，需增加額外的通風或加熱設備。項目施工時間在冬天，室外溫度4～10 ℃。在增加通風和加熱設備后，施工時間為7～10天。第三，水性噴涂式阻尼材料雖然質量輕和施工厚度薄，但因噴涂施工，勢必存在損耗。經過施工統計，機艙艙壁此類結構復雜艙面實際損耗率達70%～90%，相較于刮涂式雙組分阻尼材料，材料用量明顯增加。第四，水性阻尼材料需借助噴涂機械和噴涂管線，因此噴涂機械的功率、位置以及管線長度等也會影響其施工質量。若噴涂位置與攪拌器位置過遠，在建議稀釋比例下，材料到達噴頭處的壓力會偏小，容易出現噴涂不均和流動不暢等現象。但是，若增加水份稀釋，則會增加固化時間和出現流掛等。

通過對比兩種阻尼材料在機艙區域的實際施工情況，發現刮涂式阻尼材料無論人工成本、材料成本及施工時間均優于水性噴涂式阻尼材料，且對人員施工技術要求低。因此，項目機艙其他圍壁、柴油機基座以及側推基座等區域選用了刮涂式阻尼材料。水性阻尼材料僅應用于其他舾裝率小且壁厚小于10 mm的艙壁或甲板面[4]。

3.2 絕緣布置及應用

除了在聲源處采用阻尼材料進行減振降噪外，還可以在主要傳播路徑和目標房間通過采用防火絕緣材料和隔音隔熱材料等方式進一步減少振動噪聲的傳遞。例如，在機艙縱壁阻尼層上增加絕緣材料、在機艙頂部和生活模塊底部設置絕緣材料、在空調機室阻尼層上增加絕緣材料及沖孔不銹鋼板以及在結構風管內、外側設置絕緣材料等。

受限于項目結構層的高度，項目甲板主要采用絕緣材料進行層與層之間的防火和隔聲。與其他采用浮動地板和防火地板的項目設計相比，該方式降低了材料成本，但加大了施工難度，且實際應用效果有待驗證。項目絕緣及復合巖棉板安裝設計節點，如圖1所示。

圖1 項目絕緣及復合巖棉板安裝設計節點

3.3 復合巖棉板設計及應用

除襯板外，大部分獨立圍壁板采用高隔音復合巖棉板，空氣隔音值需大于37 dB，部分區域空氣隔音值會不小于40 dB。底槽設置減振墊和天花使用彈性吊架等避免了復合巖棉板的鋼性連接，從而最大程度降低了目標房間的振動噪聲傳遞。

3.4 其他減振降噪設計及應用

除了以上減振降噪設計布置外，項目還從以下方面對振動噪聲進行了要求及優化。第一，在艙室設計布置時，將住艙房間盡量往上集中布置。功能房間如辦公會室、娛樂室以及健身房集中布置于一層，并用于分隔居住甲板與機械甲板。第二，在設備選型時，提出振動噪聲控制指標要求或選用低噪聲型號或低振動設備。例如，空調機選擇的噪聲值不大于90 dB和布風器選擇低噪聲型號等。第三，排煙管彈性支架數量需充足，且盡量固定在強結構上。此外，主柴油機排煙管增加消音器和通風主干管路支架連接增加橡膠墊等[5]。

4 結語

船舶減振降噪是一項復雜的綜合性工程。在船舶設計過程中，有效的聲學和噪聲設計計算報告、噪聲源隔離布置、低噪聲設備選型和吸聲隔振的減振材料的選用等都是可行的減振降噪方式。但是，選擇最經濟適用的措施是每個項目的最終要求。因此，項目的實際應用情況、實施細節、設計與應用的對比一定程度上影響著項目的最終成果。該項目的設計優化和施工情況對比可供類似項目參考。