某船空调噪声分析与降噪改进研究

王在忠，张跃文，常 超

(大连海事大学 轮机工程学院，辽宁 大连 116026)

某船空调噪声分析与降噪改进研究

王在忠，张跃文，常 超

(大连海事大学 轮机工程学院，辽宁 大连 116026)

文章以某船空调系统为例，检测舱室空调噪声情况，分析船舶空调噪声产生的原因，针对管路设计、布风器结构、风机选型、气流速度调节等存在的缺陷进行建模研究，探究消除空调噪声的方法。结合建模仿真和分析，给出加装消声器、布风器改造等改进措施和日常管理建议，以降低空调噪声。

船舶空调；降低噪声；结构改进

船舶空调系统是人员在船舶封闭环境中舒适性的保障[1]，其对于客轮和邮轮等人员较多的船舶更加重要。某船作为教学实习船，定期载有200多名人员进行海上实习。空调在带来好的环境效果的同时，其产生的噪声影响也日益引起重视。该船舱室空调噪声较大，部分已经影响舒适度。因此，本文检测了该船住舱空调噪声情况，分析产生原因，提出空调降噪的方法和改进措施。

1 船舶空调噪声的要求与评定

对船舶生活区空调要求[2]：在活动区域，气流速度以0.15～0.20 m/s为宜，最大不超过0.35 m/s；在距室内出风口1 m处噪声应不大于55～60 dB。空调噪声40～50 dB就可能影响睡眠，大于70 dB就开始影响正常的语言交流(交流时50～65 dB为宜)。此外，空调噪声还会对人的心情、身体等造成影响。

噪声的评定采用响度级的概念[3]，反映人们对声音的主观感觉。A计权特性曲线是响度级3条标准计权曲线之一，能很好地反映人对声音响度的主观评价，因而被广泛应用，本文测量噪声采用A声级，单位为分贝，记作dB。

2 空调噪声的检测

2.1中央空调系统

该船中央空调采用的是中压单风管空调系统，共设有6台中央空调(AHU)，中央空调系统结构示意图如图1所示。

1-空气滤器；2-空气加热器；3-加湿器；4-风机；5-空气冷却器；6-挡水器；7-主风管；8-布风器。图1 中央空调系统结构示意图

2.2检测仪器

检测仪器选用NL—22/NL—32精密声级计，测量值和结果可显示在反光液晶平面上，具有多次读数、数据保存功能，如图2所示。

图2 NL—22/NL—32精密声级计

2.3检测结果

对船舶生活区舱室进行噪声检测，每舱室监测位置为布风器风口处和距离风口1 m处，部分检测结果处理如表1。

表1 噪声检测数据

由检测数据可知：各舱室平均噪声较大，超过国家规定的55 dB；个别舱室超过60 dB，严重影响正常工作和休息；各舱室的噪声不同,虽是相同总管送风，但由于管路的布置、管路距离的差异，产生的噪声不同。

3 空调噪声产生原因分析

从空调器的结构分析可知，空调系统噪声源包括空调箱的风机噪声、送回风管路的气流噪声，末端风口噪声等[4]。

3.1风机噪声

当风机旋转时，气流随叶片旋转而产生周期性压力变化和速度脉动，产生旋转噪声。其频率就是叶片每秒击打空气质点的次数，与叶片数和转速有关。其基本频率，以符号fB表示[5]：

fB=n×N，

(1)

式中：fB为叶片旋转频率，Hz；n为风机转速，m/s；N为叶片数。

风机声功率级是风机噪声评价的基本指标[5]，可由风机的比声功率级、风量和风压进行估算：

Lw=Lwc+10 lg(QH2)-20，

(2)

式中：Lw为风机声功率级，dB；Lwc为风机的比声功率级，dB，该船空调器系列取6.4 dB；Q为风机的风量，m3/h；H为风机的全压，Pa。

从式中可以看出：风机的风量、风机全压越大，风机的噪声也越大。该船风机产生的Lw如表2。

表2 某船风机声功率级

3.2管道和末端风口气流噪声

船舶空调系统中，使用大量通风管道。通风管道的噪声主要包括管内气流湍流噪声、气流引起管道振动噪声以及阀门节流噪声等。

3.2.1 管道湍流噪声

管道湍流噪声以中高频为主。气流经直管道引起的气流噪声声功率级可用下列公式进行估算[6]：

Lw=Lwc+50lgv+10lgs，

(3)

式中：Lwc为管道的比声功率级，一般可取10 dB；s为管道内端面积，m2；v为气流速度，m/s。

由上式可以看出：管道固定后，噪声与气流速度相关，利用solidworks模拟该船空调管路气流速度分布情况，如图3所示。

图3 管道内气流速度分布图

图3中深色代表气流速度最大，管道弯曲处、管径由粗变细处，流速增加，模型中此处气流出现最大速度2.543 m/s，气流噪声声功率级增大。

3.2.2 阀门节流噪声

气流调节阀是空调中主要部件，其噪声与阀门两端压降的3～4次方成正比关系。即阀门节流的程度越大，噪声强度越高。其节流噪声的峰值频率如以下公式[7]。

圆环阀：

(4)

式中：fp为峰值频率，Hz；V1为阀门开启圆孔内的流速，m/s；D为风管的直径，m；d为阀孔的直径，m。

蝶阀：

(5)

式中：V2为风管与阀板之间的通路平均流速，m/s；B为阀板的宽度，m；α为阀板开启度与风管轴线的夹角，rad。

3.2.3 末端风口的噪声

末端风口噪声以高频湍流噪声为主，噪声直接在房间辐射，主要与此处气流速度有关。不同室内噪声评价标准值下的风口气流推荐值如表3。

表3 风口气流速度推荐值

4 空调降噪的改进措施

4.1加装消音器

为了控制风机等空调设备的噪声，需要在通风管道内安装消声器来降低噪声声级，对噪音进行源头控制。

消声器的消声量与它的长度、大小有关，要求即要满足消声量，又达到风量的要求。消声量公式为[8]：

(6)

式中：ΔL为消声量，dB；α0为吸声材料的正入射吸声系数；Φ(α0)为与α0有关的消声系数；L截为消声器通道横截面周长，m；S为消声器通道横截面积，m2；L为消声器有效长度，m。

4.2对布风器进行改造

空调送风是通过每个舱室布风器供入房间。该船采用的是顶式布风器，在船舶中应用较多。布风器应满足：能使送风与室内空气很好地混合，使室温均匀性好，能保持活动区内风速适宜，风量可调节等特点。

针对该船空调布风器，按照1∶10的比例，用solidworks模拟出布风器周围气流流动状态，如图4、图5所示。

图4 布风器中气流流动分布图

图5 布风器与舱室空间内气流分布图

可以看出，从风管进入到布风器的瞬间，风速变化大，引起的噪声会较大。在布风器出口处，送风与布风器盖的摩擦，也产生噪声。鉴于此原因，可以对布风器的形状加以改进，达到降低噪声的目的。

将布风器进气端改装成流线渐宽型,横截面积渐大,流速渐小,从而降低进入布风器气流的流速,达到降低噪声的目的,改进后的布风器形状如图6所示。

图6 布风器改进图

用solidworks按照1∶10比例模拟改进后布风器进口管路以及布风器内空气流动状况，如图7所示。

图7 改进后布风器气流分布图

通过图4与图7(a)对比可以看出，相同设置参数下，最大风速由改进前的2.357 m/s降至改进后的2.310 m/s，下降率为2%。通过图5与图7(b)对比可知，最大速度由1.762 m/s降至1.648 m/s，下降率为6.5%。因此通过对布风器的改进，可以起到部分降速降噪的效果。

此外，该船布风器出口采用的是圆板式设计，可以改换末端消声风口。消声风口可降低5～8 dB的噪声，消声风口的形式如图8所示。

图8 消声风口形式示意图

4.3其他降低噪声的方法

对于该船空调系统，可以在弯头、三通风管部位采用导流片，或添加高阻尼减振胶，必要时制成

消声型的弯管导流片，增加降低噪声的效果。

在应用管理中，定期对空调系统中实际消音降噪效果进行检测，减少因装配不良或破损漏风产生的噪声；对不满足要求的设备定期更换，尤其是使用较高风速时，要对噪声进行控制，以保证噪声在规定范围内；必要时，可以降低送风温度，来实现减少送风量的目的，从而控制风管内的流速，减少噪声的产生。

5 结束语

对该船空调装置噪声状况进行测试，得出其噪声平均水平数值较大，超出要求范围。分析噪声产生原因，用建模仿真的形式指出管道和布风器结构对噪声产生的影响。提出对管路和布风器结构改造的降噪方案，并对降噪效果做了对比。同时给出了其他改造和管理使用上一些建议，能较好的降低噪声。

[1]何治斌. 船舶空调系统的建模与仿真[D]. 大连：大连海事大学,2011.

[2]陈海泉.船舶辅机[M]. 大连： 大连海事大学出版社, 2010.

[3]田锐,杨阳. 基于Matlab的噪声响度分析系统开发[J]. 电声技术,2011(12):57-61.

[4]苏宏兵. 中央空调噪声控制研究与应用[D].北京：清华大学,2006.

[5]罗建平,张燕莉,张重超. 相似风机声功率级的直接估算[J]. 噪声与振动控制,2006(6): 67-68.

[6]马大猷.噪声与振动控制工程手册[M].北京:机械工业出版社,2002.

[7]龚农斌,陈士杰. 通风空调系统再生噪声的识别与控制[J]. 噪声与振动控制,1999(2):12-15.

[8]李君华. 海上平台中央空调系统噪声分析和降噪方案研究[J]. 中国修船,2008(5):45-48.

Taking the marine air-conditioning system of some ship as example,we detected the air-conditioning noise in the cabin,analyzed the reasons for noise generated,established the model to discover the defects on the pipeline design,the air distribution structure,the fan selection,the air flow rate regulation,and finally found the ways to eliminate the noise of air-conditioning.Through modeling calculation and analysis,we advised to install muffler,restructure the air distribution and provided daily management suggestion to reduce the noise.

marine air-conditioning system;noise reduction;restructuring

U664.86

10.13352/j.issn.1001-8328.2014.06.008

王在忠(1989-)，男，山东潍坊人，在读硕士研究生，研究方向为现代轮机管理工程。

2014-07-28