“海洋石油610号”航行振动与噪声测量评价

王可江

(大连辽南船厂，辽宁大连116023)

0 引言

船舶是一个浮动的复杂的水上结构物，其在航行过程中受到多种类型激振力的叠加作用，具有非常复杂的振动形式［1］。到目前为止，在设计阶段对船舶结构进行振动和噪声预报的建模计算尚不能完全的掌握船舶的振动噪声特征，因此实船航行振动噪声测试就显得尤为重要。在实际的船舶航行测量中，主要分为主船体的总体振动测量、局部舱室结构的振动噪声测量。结构振动是指在船体总体结构或局部结构的振动，考核结构承载安全性;舱室振动主要考核人员生活和居住的舒适性。振动位移、速度、加速度幅值及频率是衡量振动程度的主要参数，一般可以选用瞬时值、峰值、平均值和有效值等来衡量。结构振动与舱室振动有各自相应的衡量准则。

实船振动测量可以检验减振降噪设计的效果，以验证数值计算的正确性，不断总结经验资料，提高设计水平;可以通过测量结果与振动噪声标准的比较，来衡量船舶的振动水平;还可以更进一步地对出现有害振动的船舶进行诊断、寻找及分析振动原因，从而制订减振措施，进行结构修改。船舶振动诊断通常包括激励源的调查、测试与分析，振动范围与性质的分析及振动部位的模态分析等。通过以上综合分析，可以对实船的航行振动水平做出全面的系统的评价。

1主要量度

“海洋石油610号”船两柱间长为69．6 m，船宽为14．8 m，型深为 6．9 m，吃水为 4．6 m，服务航速为14．5 kn。该船选用4台8N21A-EN主机，额定转速为900 r/min，额定功率为1 324 kW，螺旋桨为4叶定速调距桨。该船总布置图如图1所示。

本文对“海洋石油610号”进行了船舶航行总体结构振动、局部结构振动和舱室噪声的测试。将采集到的振动噪声信号进行处理分析，与相关标准进行比较，对该船的结构振动和舱室噪声量级作出评估。

2 船舶振动与噪声测量评价标准

为了避免振动噪声对结构、设备及人员舒适性的危害，制定船舶振动测量标准的重要性日益为各国所重视。振动标准提供船舶振动程度的评价，由于船舶运行环境和振动频率存在差异，评价的定义和方法也不同。国际标准化委员会、国家标准和船级社关于振动与噪声评价部分标准见表1。

2．1 船长小于100 m商船振动综合评价基准

该船技术规格书确定船舶振动评价依据《船长小于100 m商船振动综合评价基准(GB/T 7452．2-1996)》，其规定为海上与内河船体和上层建筑中正常工作和居住场所的振动评价基准。此标准适用于垂线间长大于或等于30 m至小于100 m之间的柴油机驱动商船振动评价基准，其振动频率范围为1 ～100 Hz。

振动测量按《船体振动测量(GB/T 7453-1996)》规定方法测量，60 m的船舶一般可只评价垂向振动响应的最大单一频率分量。

图1 “海洋石油610号”船总布置示意图

表1 振动与噪声评价部分标准

2．2 海洋船舶噪声级规定

海洋船舶噪声级规定(GB 5979-86)为远洋和沿海各类客货船舶规定了舱室噪声级的最大限制值，并为船舶的设计、制造、检验和使用部门提供了对噪声的评价依据。

常用场所各舱室噪声级的最大限制值Leq应满足表2规定。船长(指两柱间长)小于70 m的船舶，如某些舱室不能满足要求时，仅对机舱区的工作间及起居区各场所，允许放宽5 dB。Leq的定义为:

式中:T为测量时间;Pa(t)为A计权测量声压;P0为20×10-6Pa(参考声压值)。

关于测量方法及噪声评价，船上噪声测量应符合《船上噪声测量(GB4595)》的规定，测量评价以A声级为评价依据。

3 实船振动噪声测量结果评价

3．1 测量状态与测量仪器

进行振动噪声测量时，海况不应该对测量有较大影响，测量水域水深应该大于2．5倍测量船舶吃水。测量时船舶处于正常吃水状态，螺旋桨保持全部浸没在水线下，船舶应该保持直线航行，舵角控制在小于2°以内，各桨轴转速基本保持一致且稳定。

根据船舶舱室噪声衡准，舱室噪声指工作区域和生活区域的等效连续A计权声压级。舱室噪声测量在每个舱室的中央、高于甲板1．2 m处的位置进行测量，取测量的平均测定值确定噪声量级。断续的声音和噪声不应包括在内，避免受到来自于不相关的噪声的影响，所有舱室的门窗应关闭。

表2 常用场所各舱室噪声级的最大限制值

振动测量包括结构振动和舱室振动。根据振动衡准要求，结构振动是指船体总体或局部典型部位，舱室振动测点应考虑舱室人员生活与工作状态。

振动和噪声测量仪器都应该经过授权检验机构检验，在使用有效期内。

3．2 舱室噪声测量与评价

舱室噪声测量结果显示，除第一首楼甲板上三付/水手长室，噪声超过标准允许值1dB，其他舱室和机舱等工作与生活处噪声量级均满足《海洋船舶噪声级规定(GB 5979-86)》给出的可接受要求。

3．3 舱室振动测量与评价

根据GB/T 7452．2-1996的要求，振动衡量是1～100 Hz范围内最大单峰值，测量使用的仪器应该能够显示记录测量点的频谱。

所有生活和工作舱室振动测量结果显示均满足《船长小于100 m商船振动综合评价基准(GB/T 7452．2-1996)》规定的振动轻微量级要求，振动达到优良等级。

3．4 结构振动测量评价

在不同推力负荷下，航行状态下主船体(船体梁)、上层建筑总体、桅杆总体，主机、轴带发电机及主推力轴承等振动测量点及方向见表3。船舶总体振动测量采用多通道信号采集分析系统。测量时考虑到降低振动信号非平稳随机过程影响，测量数据采集样本数为16次进行平均。

不同主机工况对应表3各个测点的测量结果。按美国船级社(ABS)对结构振动评价显示，都满足振动可以接受的范围。

试验状态下，“海洋石油610号”工作船航行振动测量显示，主船体、上层建筑和桅杆没有出现共振现象，除桅杆外所有测点振动没有超过3 mm/s，振动响应量级轻微，达到优良等级。

4 结语

根据上述测试分析结果，“海洋石油610号”工作船在航行过程中没有产生共振现象，也没有产生剧烈的有害振动。振动噪声量级均满足规范标准要求。因此，认为该船在振动噪声方面表现良好。

本文结合“海洋石油610号”工作船交船时海上航行振动噪声试验，从船厂角度描述了船体结构振动和舱室噪声的测量检验过程，具体应该注意以下几点:

(1)衡量标准:根据建造船技术规格书振动噪声章节约定的振动和噪声标准执行，不同船只大小及入不同船籍都要相应考虑。

(2)测量仪器:需要根据衡量标准来选择，也就是能够测量衡量标准相应的振动量和噪声量。本文振动是速度的单峰值和噪声的A声级。

(3)测量内容及评价方式:测量工况和位置是根据衡量标准规定的。噪声主要是舱室，振动包括生活区和工作区舒适性，这两者都是从人员环境考虑的，衡准也是由ISO、IMO或政府颁布的相应法规。另一方面考虑结构的安全性，典型结构振动也是需要测量评价的。由于涉及船舶使用的安全，往往是有些船级社会给出建议性意见。

［1］ 中国船级社．船上振动控制指南［M］．北京:人民交通出版社，2000．