船舶主要噪聲源及噪聲傳遞途徑與降噪措施,聲學(xué)論文

船舶主要噪聲源及噪聲傳遞途徑與降噪措施,聲學(xué)論文近年來(lái)，隨著對(duì)船員健康保衛(wèi)意識(shí)的加強(qiáng)，國(guó)際海事組織(IMO)于2020年11月30日以MSC．337(91)決議方式通過(船上噪聲等級(jí)規(guī)則〕(下面簡(jiǎn)稱(規(guī)則〕)，并以MSC．338(91)決議通過SOLAS修正案。該修正案中新增II－1/3－12條噪聲防護(hù)，將(規(guī)則〕作為強(qiáng)迫要求，并將于2020年7月1日生效施行。為此，以某80．6m平臺(tái)供給船(PSV)為例，分析船舶降噪措施的綜合運(yùn)用。1工程大概情況該平臺(tái)供給船總噸位在3000～10000之間，固然該船建造合同日期簽訂較早，不適用(海上噪聲等級(jí)規(guī)則〕。但為確保船員有一個(gè)舒適的環(huán)境，船東申請(qǐng)?jiān)摯柚鉉CS船級(jí)社舒適性COMF(NOISE3)船級(jí)符號(hào)的要求，而COMF(NOISE3)船級(jí)符號(hào)的要求與(海上噪聲等級(jí)規(guī)則〕的要求基本一致。因而，在該船從設(shè)計(jì)到建造的一系列經(jīng)過中，采取眾多噪聲控制措施以知足其控制噪聲要求。2主要噪聲源及噪聲傳遞途徑分析相對(duì)于常規(guī)船舶，該平臺(tái)供給船由于設(shè)備多，空間狹小，布局緊湊，對(duì)噪聲的控制難度要大于一般船舶。其噪聲源主要包括:吊艙式電力推進(jìn)器、艏側(cè)推、發(fā)電機(jī)組、風(fēng)機(jī)等，主要噪聲源見圖1。該船噪聲源產(chǎn)生的噪聲主要有兩種途徑向外傳播，見圖2。一種是通過空氣進(jìn)行傳播，稱為空氣噪聲。其主要特點(diǎn)為:透過噪聲源艙壁板向外輻射以及透過其他一切可能通道(如板縫、樓梯道、煙囪、門窗等)向其他艙室傳播。由于空氣噪聲主要為中高頻段噪聲，其在進(jìn)行每一次聲能與振動(dòng)機(jī)械能的轉(zhuǎn)化經(jīng)過轉(zhuǎn)中，能量損耗較大，考慮到80．6m平臺(tái)供給船上層建筑布局緊湊，因而該船上層建筑寓居艙室的空氣輻射噪聲較小。另一種是通過船體構(gòu)造向外傳播，稱為構(gòu)造噪聲，其主要特點(diǎn)為:由通過噪聲源的振動(dòng)傳到船體構(gòu)造，再由甲板、艙壁和其它構(gòu)造外表振動(dòng)引起周圍空氣的彈性振動(dòng)，進(jìn)而產(chǎn)生人耳能夠聽到的空氣噪聲。由于此類噪聲主要是中低頻噪聲，很容易傳遍全船而到達(dá)各個(gè)艙室，十分是當(dāng)船體構(gòu)造固有頻率和聲波頻率一致時(shí)，會(huì)發(fā)生吻合效應(yīng)，導(dǎo)致該處出現(xiàn)較強(qiáng)的構(gòu)造噪聲?！緢D1-2.略】3主要降噪措施3．1控制噪聲源1)傳統(tǒng)的主機(jī)－軸系－齒輪箱－螺旋槳的推進(jìn)方式，由于機(jī)械傳動(dòng)的本質(zhì)特點(diǎn)，使其成為船上噪聲控制難度最大的地方。設(shè)計(jì)選型初期，考慮到該船的使用特點(diǎn)以及噪聲方面的特殊要求，在推進(jìn)系統(tǒng)方面摒棄傳統(tǒng)的主機(jī)－軸系－齒輪箱－螺旋槳的推進(jìn)方式，采用發(fā)電機(jī)－電纜－變壓變頻器－推進(jìn)器推進(jìn)方式，同時(shí)推進(jìn)器以整體吊艙的形式安置于船體艉部。這種吊艙式電力推進(jìn)系統(tǒng)，一方面降低了傳統(tǒng)推進(jìn)形式中主機(jī)所產(chǎn)生的噪聲;另一方面由于吊艙的整體性，船上省去一些附屬裝置，使船艉型線得到改善，水流經(jīng)過螺旋槳時(shí)愈加均勻，因而螺旋槳誘導(dǎo)的船艉振動(dòng)及噪聲性能得以改善。2)采用電力推進(jìn)系統(tǒng)，主發(fā)電機(jī)組為船上最大噪聲來(lái)源。發(fā)電機(jī)組由4臺(tái)1550kW主發(fā)電機(jī)組成，發(fā)電機(jī)安裝時(shí)主要采取加裝隔聲罩和隔振器的措施來(lái)降低振動(dòng)及噪聲。本船選用隔聲罩形式為阻尼負(fù)荷加筋板構(gòu)造形式，隔振器采用金屬?gòu)椈筛粽裱b置。這種隔聲罩和隔振器的布置，一方面采用彈性－粘彈性阻尼構(gòu)造的隔聲罩吸收發(fā)電機(jī)的噪音;另一方面隔振器的彈簧壓縮變形吸收發(fā)電機(jī)振動(dòng)能量，進(jìn)而減少對(duì)船體構(gòu)造的振動(dòng)。3)艏側(cè)推是船上比擬大的噪聲源。由于艏側(cè)推的構(gòu)造和布置形式很難改變，為了降低該處噪聲，在艏側(cè)推產(chǎn)品生產(chǎn)初期，即要求廠家在艏側(cè)推筒體上增加多道縱橫加強(qiáng)筋，并在船上安裝時(shí)使上述加強(qiáng)筋均與船體構(gòu)造相連接，通過增加了側(cè)推筒體的支撐及強(qiáng)度，來(lái)減少艏側(cè)推引起的振動(dòng)，進(jìn)而降低噪聲。4)選用進(jìn)口的低噪聲的風(fēng)機(jī)。設(shè)備選型時(shí)以分機(jī)噪聲值不得超過為35dB為主要參考因素。同時(shí)，對(duì)進(jìn)、排氣口及管壁的空氣噪聲采用消聲器或絕緣層等措施。3．2傳遞途徑中的降噪措施噪聲傳輸途徑中的控制是最常用的辦法。由于一旦機(jī)器設(shè)計(jì)制造和安裝完畢，再?gòu)穆曉瓷峡刂圃肼暰蜁?huì)遭到限制。1)該船在艙室布置上遵循噪聲源和艙室隔離原則，在主甲板與機(jī)艙間設(shè)置二甲板作為噪聲緩沖區(qū)，并將集控室與機(jī)修間置于二甲板，盡量減小工作艙室、寓居艙室與機(jī)艙這一主噪聲源的直接接觸。貫穿整個(gè)上層建筑的煙囪旁設(shè)置過道、盥洗室、儲(chǔ)藏室等作為緩沖區(qū)，與工作艙室、寓居艙室隔離。2)噪聲傳遞途徑中一個(gè)重要因素是甲板和艙壁的隔聲、吸聲性能。當(dāng)前船舶艙室的防火分隔主要采用甲板敷設(shè)防火敷料和艙壁貼附陶瓷棉和隔熱棉實(shí)現(xiàn)，上述材料對(duì)艙室噪聲有一定的降噪效果，但是距離(海上噪聲等級(jí)規(guī)則〕的要求還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。與一般船舶相比擬，80．6m平臺(tái)供給船在各層甲板和艙壁的隔聲絕緣處理上有下面幾個(gè)特點(diǎn)。(1)二甲板采用浮動(dòng)隔聲地板系統(tǒng)重點(diǎn)隔離機(jī)艙噪聲源，見圖3。該系統(tǒng)用隔熱材料、阻尼材料分層敷設(shè)在鋼甲板上作為底層材料，并和艙壁組合，相比常規(guī)浮動(dòng)甲板多了2層阻尼層及鍍鋅鋼板層，能起到明顯的減振及降噪作用。(2)主甲板及以上各層甲板主要采用隔聲地板，在鋼甲板的外表增加一層阻尼層和高密度巖棉，其節(jié)點(diǎn)見圖4。【圖3-4】(3)由于本船的機(jī)艙及艏側(cè)推艙均位于上層建筑下方，當(dāng)上述艙室機(jī)械設(shè)備工作時(shí)產(chǎn)生的噪音會(huì)直接傳遞到上層建筑，所以對(duì)整個(gè)機(jī)艙及艏側(cè)推艙的甲板和艙壁均采用敷設(shè)吸音、隔音材料的隔音減振方案，華而不實(shí)艙壁采用在2層隔聲巖棉之間加了1層鋁箔的構(gòu)造形式(見圖5)，進(jìn)而提高了該處所的隔聲、吸音效果?！緢D5】3．3個(gè)人防護(hù)措施業(yè)界對(duì)噪聲個(gè)人防護(hù)措施著重于為船上人員設(shè)置隔聲間、配備護(hù)耳器、限制船員在高噪?yún)^(qū)域的工作時(shí)間等措施來(lái)降低噪聲對(duì)船上人員的影響。十分需注意的是(海上噪聲等級(jí)規(guī)則〕不但對(duì)不同處所的噪聲級(jí)限值做出規(guī)定，還對(duì)船上不同崗位的等效連續(xù)噪聲暴露有明確要求，即24h期間內(nèi)，任何崗位人員的等效連續(xù)噪聲暴露不得超過80dB。因而船上每個(gè)工作崗位人員都具備有一份聽力保衛(wèi)方案((噪聲暴露等級(jí)計(jì)算報(bào)告〕)，并明確規(guī)定了船員于每一特定處所的工作時(shí)間。以80．6m平臺(tái)供給船為例，該船在系泊試驗(yàn)階段對(duì)部分艙室噪聲值進(jìn)行了預(yù)測(cè)，在滿載、主機(jī)功率為最大持續(xù)額定功率的80%，艏側(cè)推功率為最大推進(jìn)功率的40%的狀態(tài)下。測(cè)得部分艙室噪聲級(jí)見表1，表中艙室噪聲級(jí)均符合根據(jù)(海上噪聲等級(jí)規(guī)則〕對(duì)相關(guān)處所的噪聲級(jí)限值?！颈?】根據(jù)(海上噪聲等級(jí)規(guī)則〕中每類船員噪聲暴露級(jí)的計(jì)算公式得出該船輪機(jī)員的噪聲暴露級(jí)計(jì)算結(jié)果見表2。根據(jù)表2，該輪機(jī)員噪聲暴露級(jí)為80．7dB，但(海上噪聲等級(jí)規(guī)則〕要求所有船員的噪聲暴露等級(jí)不超過80dB。故在最終批準(zhǔn)的該輪機(jī)員的聽力保衛(wèi)方案中，通過調(diào)整該輪機(jī)員于不同工作處所的工作時(shí)長(zhǎng)(見表3)，使得該輪機(jī)員的噪聲暴露級(jí)降為79．5dB，進(jìn)而符合規(guī)則中對(duì)噪聲暴露等級(jí)的要求?！颈?-3】4結(jié)論1)主動(dòng)控噪應(yīng)用。當(dāng)前國(guó)內(nèi)船企對(duì)船舶噪聲控制多數(shù)是采取被動(dòng)降噪的辦法，新規(guī)則的施行使被動(dòng)降噪成本急劇增加。因而，在船舶的設(shè)計(jì)和建造初期對(duì)主要噪聲源盡可能地選用低噪聲設(shè)備，在與噪聲源相聯(lián)絡(luò)的船舶構(gòu)造形式上采用構(gòu)造補(bǔ)強(qiáng)和減振形式，同時(shí)在艙室布置上遵循噪聲源和艙室隔離原則，能有效降低船舶噪聲。2)新技術(shù)、新材料的應(yīng)用。在船上主要人員活動(dòng)區(qū)域(即寓居區(qū)和工作區(qū))的甲板和艙壁敷設(shè)隔聲材料已成為降低船舶噪聲的必要的措施。當(dāng)前上述隔聲材料逐步開場(chǎng)由傳統(tǒng)的鋼構(gòu)造+消聲覆蓋層的吸聲構(gòu)造向多層次構(gòu)造復(fù)合材料發(fā)展，這種復(fù)合構(gòu)造具有振動(dòng)阻尼性能好、降低聲輻射、容易成型等優(yōu)點(diǎn)，將成為將來(lái)船舶降噪材料研究的重要方向。3)合理的聽力保衛(wèi)方案的制定。船上噪聲控制經(jīng)過中應(yīng)重視與(海上噪聲等級(jí)規(guī)則〕的要求相結(jié)合，除了采用物理降噪措施外，通過合理分配每一船員的工作時(shí)間和工作處所來(lái)制定聽力保衛(wèi)方案(噪聲暴露等級(jí)計(jì)算報(bào)告)，能有效知足(海上噪聲等級(jí)規(guī)則〕對(duì)船員噪聲暴露級(jí)的要求。4)艙室噪聲預(yù)報(bào)應(yīng)用。本文對(duì)船舶的噪聲控制的研究主要集中在船舶建造中后期，根據(jù)噪聲的產(chǎn)生及傳遞機(jī)理，船舶建造后期采用降噪減振技術(shù)往往高投入、低收益。怎樣在船舶設(shè)計(jì)及建造經(jīng)過中綜合采用艙室噪聲預(yù)報(bào)技術(shù)，在船舶概念設(shè)計(jì)、基本設(shè)計(jì)、具體設(shè)計(jì)、生產(chǎn)施工各階段對(duì)目的船進(jìn)行聲學(xué)評(píng)估并及時(shí)調(diào)整降噪方案，能有效降低降噪成本，是今后船舶降噪的重點(diǎn)研究方向。以下為參考文獻(xiàn)［1］國(guó)際海事組織．MSC．337(91)決議［