25000DWT甲板運輸船生活區(qū)噪聲問題研究

韓晨健

摘 要：船舶噪聲問題在《船上噪聲等級規(guī)則》生效后受到越來越多的關注，特別是針對甲板船的艏上建、艉機艙的布置形式，特別容易引起生活區(qū)艙室噪聲超標的問題。本文首先對《船上噪聲等級規(guī)則》進行了解讀，再從實船噪聲問題出發(fā)，結合具體船型的具體實例，對解決方案進行了選優(yōu)，為解決該類型船舶建造中碰到的噪聲問題起到了一定的參考價值。

關鍵詞：甲板船;噪聲;降噪

中圖分類號：TP391? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2021）11-0118-03

1引言

船舶噪聲問題，主要目標是改善船舶乘客及船員居住和工作的舒適度，近年來受到越來越多的關注。噪聲來源于振動，但其更容易被設計方和制造方忽略。為了給船員提供可接受的工作、居住環(huán)境，海安會在2012年通過了MSC.337（91）提案——《船上噪聲等級規(guī)則》（以下簡稱《規(guī)則》），并于2014年7月1日正式生效[1]。規(guī)則生效后，對1600總噸以上的新船噪聲問題做了相關規(guī)定，是新造船檢驗中須注意的一項新內(nèi)容。某25000DWT甲板船，采用了艏上層建筑、尾機艙的布置方式，在試航中進行噪聲檢測時發(fā)現(xiàn)部分艙室噪聲超標。結合該船實例，本文對規(guī)范要求、噪聲超標原因及解決方案進行了分析，為解決此類船舶在建造中碰到的噪聲問題起到了一定的參考作用。

2 噪聲規(guī)范的要求

《船上噪聲等級規(guī)則》（MSC.337（91））于2014年7月1日生效，1600總噸以上的新造船需滿足該規(guī)則的要求。《規(guī)則》從噪聲的測量、艙室噪聲限值、人員在噪聲中的暴露限值、居住處所材料的隔聲指數(shù)、聽力的警告和保護等五個方面對船上出現(xiàn)具有潛在危險的的噪聲提供標準，并為船員可接受的環(huán)境提供標準[2]。《規(guī)則》對測試環(huán)境、測試設備、測點等都做了明確要求，并提出了船員的噪聲連續(xù)暴露限制——即在每天或24h期間內(nèi)，等效連續(xù)噪聲暴露不超過80dB（A），如圖1所示，并要求在85dB（A）以上的工作區(qū)域設置保護措施。

在材料隔聲特性中，規(guī)則要求材料的空氣隔聲特性應根據(jù)ISO 10140-2：2010要求，由實驗室試驗確定，并使主管機關滿意。對部分裝設有疑義的材料應選取有代表性的位置根據(jù)ISO140-1998的要求進行船上現(xiàn)場測量。

3 實船案例分析

3.1 實船測試

某25000載重噸甲板船試航噪聲檢測時，參照《規(guī)則》中的噪聲級限值，起居甲板及以上有90%艙室噪聲超標，駕駛甲板100%噪聲超標，其典型超標艙室如表1所示。

3.2 噪聲源分析

現(xiàn)場核查了船上所用的防火門、天花板和耐火艙壁板的隔聲試驗檢測報告，并且隔聲能力是滿足《規(guī)則》和《空氣隔聲分布圖》，因此可以排除是由于采用了不合適的裝飾材料導致的噪聲超標。根據(jù)艏上層建筑船型的布置特點，如圖2所示，上層建筑位于艏部，機艙位于尾部，機艙棚與上建在同一位置，因此船舶主機和鍋爐的排氣管道從機艙橫跨整個貨艙區(qū)域才能夠到達出口位置。這點與大部分上層建筑位于尾部的船有明顯的不同。

由于主機排氣管從船尾要穿過大部分的船體結構才到船首的煙囪排出，根據(jù)聲音在狹長管內(nèi)的傳播理論，當聲音通過一段狹長管道時，聲音的自有頻率集中在管道本身的固有頻率范圍內(nèi)，會引發(fā)管道的諧振，對聲音有放大作用。排氣管內(nèi)壁的光滑程度、管徑的突變以及管路走向改變等因素都會影響到聲音的傳播，在管路內(nèi)產(chǎn)生絮亂的流場，都會引起額外噪聲的產(chǎn)生[3]。主機排氣管長度越長，使主機排氣所需背壓越高，從源頭上增大了噪音的產(chǎn)生。最后，根據(jù)船上布置，如圖2所示，駕駛室直接位于排氣管道出口下方，其余甲板上噪聲大量超標的艙室也均位于機艙棚兩側。排氣口正對貨物區(qū)域，在船舶航行時，主甲板上可以聽到明顯的噪音。因此本船上艙室噪聲超標的主要原因是由于多種因素集中而形成的。

3.3降噪處理方案

船舶噪聲的控制應該是在全船生命周期都需要進行控制的工作，從設計階段開始，就需要考慮隔聲、減震;到主機的選型和整體布置;現(xiàn)場材料的使用及建造的精細程度;營運期間的維護保養(yǎng)，都決定了船舶噪聲的程度。

3.3.1船舶設計期間的噪聲計算

船舶噪聲的控制絕不僅僅是造船鏈尾端才開始處理的問題，應該同船舶振動問題一樣，在船舶設計初期就加以考慮。國內(nèi)也出現(xiàn)過很多客船建造完成后噪聲過大需要返修的案例。目前已有計算機軟件能夠通過仿真算法設定不同結構的聲學模型，以及模擬各類噪音源，實現(xiàn)對艙室噪聲的預報。如圖3所示，是對某2200TEU集裝箱船進行的噪聲預報計算[4]。

但是對于目前軟件的作用來說，還主要停留在趨勢預報，對于噪聲數(shù)值無法做到精確預報。對于國內(nèi)一些中小型設計院，還無法在設計階段就把船舶結構設計與布置和噪聲預報結合起來，對噪聲沒有具體的定量要求，航行發(fā)現(xiàn)問題后，才委托專業(yè)人士解決。但《規(guī)則》實施后，從保護船員工作生活舒適度角度出發(fā)，極易發(fā)生噪聲檢測超標的問題，因此如EEDI一樣增加前期計算預報的工作是有益的。

3.3.2主機的選用和布置

由于甲板船獨特的布置特性，決定了主機排氣管的長度相比一般尾上層建筑的船舶要長，因此更應提前考慮到主機和排氣管的適配問題，使排氣管中保持合適的背壓。另外，采用電推方法可以完美解決船舶噪音問題，但相比柴油機推進，電推主機成本巨大，一般中小企業(yè)難以負擔。

根據(jù)聲音在空氣中的衰減理論，聲音在傳播過程中由于距離增加而引起的幾何發(fā)散衰減與聲音固有的頻率無關，從排氣管道傳遞的聲音可看作是點聲源向空氣傳遞聲音能量，可用公式（1）來描述點聲源隨傳播距離增加引起的衰減值。

通過公式換算得到聲音的距離—衰減曲線如圖4所示，可見在前10m的距離內(nèi)，聲音已衰減30%的能量，當距離增大至100m時，聲音衰減了50%能量，可見聲音強度的減弱主要集中在聲音傳遞的前段路徑中。因此，在船舶艙室的布置方面，應盡量使船員居住艙室布置遠離煙道，避免產(chǎn)生過大的噪聲。

3.3.3 船用消音器降噪

在主機排氣管道上加裝消音器能夠達到物理降低排氣管噪音的作用。船用消音器主要采用多級節(jié)流降壓結構，當高溫廢氣在消聲器內(nèi)經(jīng)過一次控流后進入降壓體經(jīng)大容積擴壓后，從而形成低壓氣體后排出，在此過程中，氣流內(nèi)能部分轉(zhuǎn)化成某種頻率的聲能，其噪聲大為削弱。在一個消聲殼體內(nèi)，集中布置2-4個消能抑聲內(nèi)膽，內(nèi)膽殼體之間可以作垂直與水平的移動以吸收排汽管道的熱膨脹，在降壓體外設計了一只雙層結構的阻聲罩[5]。主機排氣管安裝消音器后理論上能降低25dB（A）的噪聲，現(xiàn)場安裝后也發(fā)現(xiàn)效果較好，但需注意另一問題，本身排氣管道過長已經(jīng)產(chǎn)生了較大的背壓，安裝消聲器后，消聲器與主機間的背壓進一步增大，需要考慮系統(tǒng)的承壓能力。

本船最終也采用此種方式進行了降噪處理。經(jīng)過二次試航測試后，之前超標的艙室噪聲已在限制范圍內(nèi)，如表1所示，駕駛室兩翼由于暴露在外端，接近排氣管出口，噪聲值仍然超標，參照《規(guī)則》，此處噪聲值未超過80dB（A），也是滿足在工作場所船員保護的要求的。

4 結語

振動和噪聲問題是同源的，它們的產(chǎn)生都是由于船舶航行中主機二階不平衡力矩以及螺旋槳旋轉(zhuǎn)力矩兩者激勵源的存在，可以說噪聲問題是最終的表現(xiàn)形式，振動問題則是引起噪聲問題的先決條件。《規(guī)則》的實施從造船鏈尾端對船舶噪聲進行管控，促使船舶設計和建造等上游開始重視和尋求解決方案，有利于造船技術的提高。本文首先對《規(guī)則》進行了解讀，再從實船噪聲問題出發(fā)，結合具體船型的具體實例，對解決方案進行了選優(yōu)，為解決該類型船舶建造中碰到的噪聲問題起到了一定的參考價值。

參考文獻：

[1]張捷，鄭天祥，姜偉.新的噪聲規(guī)則對艙室布置設計的影響[J].船舶設計通訊，2019（S1）：36-45.

[2]萬忠.船舶艙室噪聲分析與降噪設計研究[D].上海交通大學，2018.

[3]朱棋鋒，石海威.70000噸半潛船艉機艙主機排氣管降阻的優(yōu)化設計[J].廣船科技，2018，38（03）：19-23.

[4]傅斌，陳景昊，韓晨建，吳衛(wèi)國.中小型集裝箱船噪聲快速預報與測試研究[J].武漢理工大學學報（交通科學與工程版），2017，41（05）：811-815.

[5]何萬國，華志剛，周少偉，阮新異.船用排氣消音器聲學及氣動性能研究[J].船舶工程，2011，33（S2）：79-81.