船舶主要噪聲源及噪聲傳遞途徑與降噪措施,聲學論文

船舶主要噪聲源及噪聲傳遞途徑與降噪措施,聲學論文近年來，隨著對船員健康保衛(wèi)意識的加強，國際海事組織(IMO)于2020年11月30日以MSC．337(91)決議方式通過(船上噪聲等級規(guī)則〕(下面簡稱(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，將(規(guī)則〕作為強迫要求，并將于2020年7月1日生效施行。為此，以某80．6m平臺供給船(PSV)為例，分析船舶降噪措施的綜合運用。1工程大概情況該平臺供給船總噸位在3000～10000之間，固然該船建造合同日期簽訂較早，不適用(海上噪聲等級規(guī)則〕。但為確保船員有一個舒適的環(huán)境，船東申請該船需知足CCS船級社舒適性COMF(NOISE3)船級符號的要求，而COMF(NOISE3)船級符號的要求與(海上噪聲等級規(guī)則〕的要求基本一致。因而，在該船從設計到建造的一系列經(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于常規(guī)船舶，該平臺供給船由于設備多，空間狹小，布局緊湊，對噪聲的控制難度要大于一般船舶。其噪聲源主要包括:吊艙式電力推進器、艏側推、發(fā)電機組、風機等，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。一種是通過空氣進行傳播，稱為空氣噪聲。其主要特點為: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，其在進行每一次聲能與振動機械能的轉化經(jīng)過轉中，能量損耗較大，考慮到80．6m平臺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造向外傳播，稱為構造噪聲，其主要特點為:由通過噪聲源的振動傳到船體構造，再由甲板、艙壁和其它構造外表振動引起周圍空氣的彈性振動，進而產(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各個艙室，十分是當船體構造固有頻率和聲波頻率一致時，會發(fā)生吻合效應，導致該處出現(xiàn)較強的構造噪聲?！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－軸系－齒輪箱－螺旋槳的推進方式，由于機械傳動的本質特點，使其成為船上噪聲控制難度最大的地方。設計選型初期，考慮到該船的使用特點以及噪聲方面的特殊要求，在推進系統(tǒng)方面摒棄傳統(tǒng)的主機－軸系－齒輪箱－螺旋槳的推進方式，采用發(fā)電機－電纜－變壓變頻器－推進器推進方式，同時推進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系統(tǒng)，一方面降低了傳統(tǒng)推進形式中主機所產(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)過螺旋槳時愈加均勻，因而螺旋槳誘導的船艉振動及噪聲性能得以改善。2)采用電力推進系統(tǒng)，主發(fā)電機組為船上最大噪聲來源。發(fā)電機組由4臺1550kW主發(fā)電機組成，發(fā)電機安裝時主要采取加裝隔聲罩和隔振器的措施來降低振動及噪聲。本船選用隔聲罩形式為阻尼負荷加筋板構造形式，隔振器采用金屬彈簧隔振裝置。這種隔聲罩和隔振器的布置，一方面采用彈性－粘彈性阻尼構造的隔聲罩吸收發(fā)電機的噪音;另一方面隔振器的彈簧壓縮變形吸收發(fā)電機振動能量，進而減少對船體構造的振動。3)艏側推是船上比擬大的噪聲源。由于艏側推的構造和布置形式很難改變，為了降低該處噪聲，在艏側推產(chǎn)品生產(chǎn)初期，即要求廠家在艏側推筒體上增加多道縱橫加強筋，并在船上安裝時使上述加強筋均與船體構造相連接，通過增加了側推筒體的支撐及強度，來減少艏側推引起的振動，進而降低噪聲。4)選用進口的低噪聲的風機。設備選型時以分機噪聲值不得超過為35dB為主要參考因素。同時，對進、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。由于一旦機器設計制造和安裝完畢，再從聲源上控制噪聲就會遭到限制。1)該船在艙室布置上遵循噪聲源和艙室隔離原則，在主甲板與機艙間設置二甲板作為噪聲緩沖區(qū)，并將集控室與機修間置于二甲板，盡量減小工作艙室、寓居艙室與機艙這一主噪聲源的直接接觸。貫穿整個上層建筑的煙囪旁設置過道、盥洗室、儲藏室等作為緩沖區(qū)，與工作艙室、寓居艙室隔離。2)噪聲傳遞途徑中一個重要因素是甲板和艙壁的隔聲、吸聲性能。當前船舶艙室的防火分隔主要采用甲板敷設防火敷料和艙壁貼附陶瓷棉和隔熱棉實現(xiàn)，上述材料對艙室噪聲有一定的降噪效果，但是距離(海上噪聲等級規(guī)則〕的要求還遠遠不夠。與一般船舶相比擬，80．6m平臺供給船在各層甲板和艙壁的隔聲絕緣處理上有下面幾個特點。(1)二甲板采用浮動隔聲地板系統(tǒng)重點隔離機艙噪聲源，見圖3。該系統(tǒng)用隔熱材料、阻尼材料分層敷設在鋼甲板上作為底層材料，并和艙壁組合，相比常規(guī)浮動甲板多了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)點見圖4?！緢D3-4】(3)由于本船的機艙及艏側推艙均位于上層建筑下方，當上述艙室機械設備工作時產(chǎn)生的噪音會直接傳遞到上層建筑，所以對整個機艙及艏側推艙的甲板和艙壁均采用敷設吸音、隔音材料的隔音減振方案，華而不實艙壁采用在2層隔聲巖棉之間加了1層鋁箔的構造形式(見圖5)，進而提高了該處所的隔聲、吸音效果?！緢D5】3．3個人防護措施業(yè)界對噪聲個人防護措施著重于為船上人員設置隔聲間、配備護耳器、限制船員在高噪?yún)^(qū)域的工作時間等措施來降低噪聲對船上人員的影響。十分需注意的是(海上噪聲等級規(guī)則〕不但對不同處所的噪聲級限值做出規(guī)定，還對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((噪聲暴露等級計算報告〕)，并明確規(guī)定了船員于每一特定處所的工作時間。以80．6m平臺供給船為例，該船在系泊試驗階段對部分艙室噪聲值進行了預測，在滿載、主機功率為最大持續(xù)額定功率的80%，艏側推功率為最大推進功率的40%的狀態(tài)下。測得部分艙室噪聲級見表1，表中艙室噪聲級均符合根據(jù)(海上噪聲等級規(guī)則〕對相關處所的噪聲級限值?！颈?】根據(jù)(海上噪聲等級規(guī)則〕中每類船員噪聲暴露級的計算公式得出該船輪機員的噪聲暴露級計算結果見表2。根據(jù)表2，該輪機員噪聲暴露級為80．7dB，但(海上噪聲等級規(guī)則〕要求所有船員的噪聲暴露等級不超過80dB。故在最終批準的該輪機員的聽力保衛(wèi)方案中，通過調整該輪機員于不同工作處所的工作時長(見表3)，使得該輪機員的噪聲暴露級降為79．5dB，進而符合規(guī)則中對噪聲暴露等級的要求。【表2-3】4結論1)主動控噪應用。當前國內(nèi)船企對船舶噪聲控制多數(shù)是采取被動降噪的辦法，新規(guī)則的施行使被動降噪成本急劇增加。因而，在船舶的設計和建造初期對主要噪聲源盡可能地選用低噪聲設備，在與噪聲源相聯(lián)絡的船舶構造形式上采用構造補強和減振形式，同時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、新材料的應用。在船上主要人員活動區(qū)域(即寓居區(qū)和工作區(qū))的甲板和艙壁敷設隔聲材料已成為降低船舶噪聲的必要的措施。當前上述隔聲材料逐步開場由傳統(tǒng)的鋼構造+消聲覆蓋層的吸聲構造向多層次構造復合材料發(fā)展，這種復合構造具有振動阻尼性能好、降低聲輻射、容易成型等優(yōu)點，將成為將來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)過中應重視與(海上噪聲等級規(guī)則〕的要求相結合，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間和工作處所來制定聽力保衛(wèi)方案(噪聲暴露等級計算報告)，能有效知足(海上噪聲等級規(guī)則〕對船員噪聲暴露級的要求。4)艙室噪聲預報應用。本文對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)生及傳遞機理，船舶建造后期采用降噪減振技術往往高投入、低收益。怎樣在船舶設計及建造經(jīng)過中綜合采用艙室噪聲預報技術，在船舶概念設計、基本設計、具體設計、生產(chǎn)施工各階段對目的船進行聲學評估并及時調整降噪方案，能有效降低降噪成本，是今后船舶降噪的重點研究方向。以下為參考文獻［1］國際海事組織．MSC．337(91)決議［