新规背景下的噪声控制技术应用

(中国船级社 福州分社,福州 350008)

近年来，随着对船员健康保护意识的增强，国际海事组织(IMO)于2012年11月30日以 MSC.337(91)决议方式通过《船上噪声等级规则》(以下简称《规则》)，并以 MSC.338(91)决议通过 SOLAS 修正案。该修正案中新增 II-1/3-12 条噪声防护，将《规则》作为强制要求，并将于2014年7月1日生效实施[1-2]。为此，以某80.6 m平台供应船(PSV)为例，分析船舶降噪措施的综合运用。

1 工程概况

该平台供应船总吨位在3 000～10 000之间，虽然该船建造合同日期签订较早，不适用《海上噪声等级规则》。但为确保船员有一个舒适的环境，船东申请该船需满足CCS船级社舒适性COMF(NOISE 3)船级符号的要求，而COMF(NOISE 3)船级符号的要求与《海上噪声等级规则》的要求基本一致。因此，在该船从设计到建造的一系列过程中,采取诸多噪声控制措施以满足其控制噪声要求。

2 主要噪声源及噪声传递途径分析

相对于常规船舶，该平台供应船由于设备多，空间狭小，布局紧凑，对噪声的控制难度要大于一般船舶。其噪声源主要包括：吊舱式电力推进器、艏侧推、发电机组、风机等,主要噪声源见图1。

图1 80.6 m平台供应船主要噪声源示意

图2 船上噪声传递途径

该船噪声源产生的噪声主要有两种途径向外传播[3],见图2。一种是通过空气进行传播,称为空气噪声。其主要特点为：透过噪声源舱壁板向外辐射以及透过其他一切可能通道(如板缝、楼梯道、烟囱、门窗等)向其他舱室传播。由于空气噪声主要为中高频段噪声，其在进行每一次声能与振动机械能的转化过程转中，能量损耗较大，考虑到80.6 m平台供应船上层建筑布局紧凑，因此该船上层建筑居住舱室的空气辐射噪声较小。另一种是通过船体结构向外传播,称为结构噪声，其主要特点为：由通过噪声源的振动传到船体结构，再由甲板、舱壁和其它结构表面振动引起周围空气的弹性振动，从而产生人耳能够听到的空气噪声。由于此类噪声主要是中低频噪声，很容易传遍全船而达到各个舱室，特别是当船体结构固有频率和声波频率一致时，会发生吻合效应，导致该处出现较强的结构噪声。

3 主要降噪措施

3.1 控制噪声源

1)传统的主机-轴系-齿轮箱-螺旋桨的推进方式，由于机械传动的本质特点，使其成为船上噪声控制难度最大的地方。设计选型初期，考虑到该船的使用特点以及噪声方面的特殊要求，在推进系统方面摒弃传统的主机-轴系-齿轮箱-螺旋桨的推进方式，采用发电机-电缆-变压变频器-推进器推进方式，同时推进器以整体吊舱的形式安置于船体艉部。这种吊舱式电力推进系统，一方面降低了传统推进形式中主机所产生的噪声;另一方面由于吊舱的整体性，船上省去一些附属装置，使船艉型线得到改善,水流经过螺旋桨时更加均匀,因此螺旋桨诱导的船艉振动及噪声性能得以改善[4]。

2)采用电力推进系统，主发电机组为船上最大噪声来源。发电机组由4台1 550 kW主发电机组成，发电机安装时主要采取加装隔声罩和隔振器的措施来降低振动及噪声。本船选用隔声罩形式为阻尼负荷加筋板结构形式，隔振器采用金属弹簧隔振装置。这种隔声罩和隔振器的布置，一方面采用弹性-粘弹性阻尼结构的隔声罩吸收发电机的噪音;另一方面隔振器的弹簧压缩变形吸收发电机振动能量，从而减少对船体结构的振动。

3)艏侧推是船上比较大的噪声源。由于艏侧推的结构和布置形式很难改变，为了降低该处噪声，在艏侧推产品生产初期，即要求厂家在艏侧推筒体上增加多道纵横加强筋，并在船上安装时使上述加强筋均与船体结构相连接，通过增加了侧推筒体的支撑及强度，来减少艏侧推引起的振动，从而降低噪声。

4)选用进口的低噪声的风机。设备选型时以分机噪声值不得超过为35 dB为主要参考因素。同时,对进、排气口及管壁的空气噪声采用消声器或绝缘层等措施。

3.2 传递途径中的降噪措施

噪声传输途径中的控制是最常用的办法。因为一旦机器设计制造和安装完毕，再从声源上控制噪声就会受到限制。

1)该船在舱室布置上遵循噪声源和舱室隔离原则，在主甲板与机舱间设置二甲板作为噪声缓冲区，并将集控室与机修间置于二甲板，尽量减小工作舱室、居住舱室与机舱这一主噪声源的直接接触。贯穿整个上层建筑的烟囱旁设置过道、盥洗室、储藏室等作为缓冲区，与工作舱室、居住舱室隔离。

2)噪声传递途径中一个重要因素是甲板和舱壁的隔声、吸声性能。目前船舶舱室的防火分隔主要采用甲板敷设防火敷料和舱壁贴附陶瓷棉和隔热棉实现，上述材料对舱室噪声有一定的降噪效果，但是距离《海上噪声等级规则》的要求还远远不够。与一般船舶相比较,80.6 m平台供应船在各层甲板和舱壁的隔声绝缘处理上有以下几个特点。

(1)二甲板采用浮动隔声地板系统重点隔离机舱噪声源，见图3。该系统用隔热材料、阻尼材料分层敷设在钢甲板上作为底层材料，并和舱壁组合，相比常规浮动甲板多了2层阻尼层及镀锌钢板层，能起到明显的减振及降噪作用。

图3 二甲板浮动隔声地板系统节点

(2)主甲板及以上各层甲板主要采用隔声地板，在钢甲板的表面增加一层阻尼层和高密度岩棉，其节点见图4。

图4 主甲板及以上各层甲板节点

(3)由于本船的机舱及艏侧推舱均位于上层建筑下方，当上述舱室机械设备工作时产生的噪音会直接传递到上层建筑，所以对整个机舱及艏侧推舱的甲板和舱壁均采用敷设吸音、隔音材料的隔音减振方案,其中舱壁采用在2层隔声岩棉之间加了1层铝箔的结构形式(见图5)，从而提高了该处所的隔声、吸音效果。

图5 舱壁隔音节点

3.3 个人防护措施

业界对噪声个人防护措施着重于为船上人员设置隔声间、配备护耳器、限制船员在高噪区域的工作时间等措施来降低噪声对船上人员的影响。特别需注意的是《海上噪声等级规则》不但对不同处所的噪声级限值做出规定，还对船上不同岗位的等效连续噪声暴露有明确要求，即24 h期间内，任何岗位人员的等效连续噪声暴露不得超过80 dB。因此船上每个工作岗位人员都具备有一份听力保护方案(《噪声暴露等级计算报告》)，并明确规定了船员于每一特定处所的工作时间[5]。

以80.6 m平台供应船为例，该船在系泊试验阶段对部分舱室噪声值进行了预测，在满载、主机功率为最大持续额定功率的80%，艏侧推功率为最大推进功率的40%的状态下。测得部分舱室噪声级见表1，表中舱室噪声级均符合依据《海上噪声等级规则》对相关处所的噪声级限值。

依据《海上噪声等级规则》中每类船员噪声暴露级的计算公式得出该船轮机员的噪声暴露级计算结果见表2。

表1 部分舱室噪声级测试结果 dB

表2 轮机员噪声暴露级计算

依据表2,该轮机员噪声暴露级为80.7 dB，但《海上噪声等级规则》要求所有船员的噪声暴露等级不超过80 dB。故在最终批准的该轮机员的听力保护方案中，通过调整该轮机员于不同工作处所的工作时长(见表3)，使得该轮机员的噪声暴露级降为79.5 dB，从而符合规则中对噪声暴露等级的要求。

表3 轮机员噪声暴露级计算(调整后)

4 结论

1)主动控噪应用。目前国内船企对船舶噪声控制多数是采取被动降噪的办法,新规则的实施使被动降噪成本急剧增加。因此，在船舶的设计和建造初期对主要噪声源尽可能地选用低噪声设备，在与噪声源相联系的船舶结构形式上采用结构补强和减振形式，同时在舱室布置上遵循噪声源和舱室隔离原则，能有效降低船舶噪声。

2)新技术、新材料的应用。在船上主要人员活动区域(即居住区和工作区)的甲板和舱壁敷设隔声材料已成为降低船舶噪声的必要的措施。目前上述隔声材料逐渐开始由传统的“钢结构+消声覆盖层”的吸声结构向多层次结构复合材料发展，这种复合结构具有振动阻尼性能好、降低声辐射、容易成型等优点，将成为未来船舶降噪材料研究的重要方向。

3)合理的听力保护方案的制定。船上噪声控制过程中应重视与《海上噪声等级规则》的要求相结合，除了采用物理降噪措施外，通过合理分配每一船员的工作时间和工作处所来制定听力保护方案(噪声暴露等级计算报告)，能有效满足《海上噪声等级规则》对船员噪声暴露级的要求。

4)舱室噪声预报应用。本文对船舶的噪声控制的研究主要集中在船舶建造中后期，依据噪声的产生及传递机理，船舶建造后期采用降噪减振技术往往“高投入、低收益”。如何在船舶设计及建造过程中综合采用舱室噪声预报技术，在船舶概念设计、基本设计、详细设计、生产施工各阶段对目标船进行声学评估并及时调整降噪方案，能有效降低降噪成本，是今后船舶降噪的重点研究方向。

[1] 国际海事组织.MSC.337(91)决议[S].2012.

[2] 国际海事组织.MSC.338(91)决议[S].2012.

[3] 翁长俭.船体振动学[M].大连:大连海运学院出版社,1992.

[4] 侯亚成.某型交通艇的减振降噪设计[J].船海工程，2003(4):29-31.

[5] 中国船级社.船舶及产品噪声控制与检测指南[S].北京:人民交通出版社,2013.