舰船修理振动噪声测试与评估研究

左 海，金广文，周 涛

(92537部队，北京 100161)

1 修理振动噪声评估方法

舰船设备振动噪声评估包括振动烈度评估、机脚和基座振动加速度评估等。通过研究设备机脚与基座振动烈度、振动加速度变化情况可间接评估舰船修理声学质量控制水平，对比修理前后机脚与基座振动加速度的差值，可分析设备隔振装置隔振性能的变化情况，为舰船设备声学质量检查和整改提供依据和思路。

1.1 振动烈度评估方法

振动烈度是衡量振动激烈程度的参量，反映设备振动的能量，以设备表面重要位置上沿垂向、纵向、横向3个方向上所测得的振动速度的最大有效值来表示［1］，计算方法如下:Vs=

其中，Vs为振动烈度，Vix、Viy、Viz为测点 i在3个互相垂直方向上的振动速度有效值，Nx、Ny、Nz分别为x、y、z方向上的测点数量。

采用GB/T 16301-2008船舶机舱辅机振动烈度测量和评价标准规范，对测试设备修理前后振动烈度进行评级，其中A级表示优良工作状态，B级表示良好工作状态，C级表示合格工作状态，D级表示不合格工作状态。

1.2 振动加速度评估方法

振动加速度是衡量振动强度的参量，机脚振动加速度反映设备本身振动特性，基座振动加速度直接反映舰船辐射噪声水平。对设备振动加速度数据分别进行1/3倍频程频谱和振动加速度总级分析［2］，隔振效果按隔振器上下加速度级的振级落差，采用能量平均法计算，具体如下。

1)振动加速度级1/3倍频程频谱，A(i)=20lg(ai/a0)，其中，i为1/3oct滤波器序号，ai为第i号滤波器的输出加速度值，a0为基准加速度，取a0=10-6m/s2。

考虑到测试环境、设备负荷等因素导致的测试结果偏差，假定若修理前后振动加速度级差值的绝对值在3 dB以内，则认为修前修后声学质量“相当”;若修后平均振级降低3 dB以上，则认为修后声学质量“变好”;若修后平均振级增大3 dB以上，则认为修后声学质量“变差”。

2 振动噪声测试

2.1 测试系统及仪器

振动噪声测试系统由振动传感器、信号适配器、信号采集、信号分析处理以及结果显示等设备组成，如图1所示。其中，振动传感器包括速度计和加速度计，分别测量设备机脚和基座位置的振动速度和振动加速度，测试信号经信号适配器处理后，由信号采集系统进入计算机进行分析处理，最后由显示系统显示出来［3-4］。

图1 振动噪声测量系统框图

2.2 振动传感器布置

1)设备振动测点应布置于能反映设备振动总体特征的机体坚实处。

2)振动烈度测点布置在设备机脚处，按照前、后、左、右4个方向进行布置。

3)振动加速度测点同时布置在设备机脚和基座上，按照前、后、左、右4个方向进行布置。

4)隔振器振动测点应布置在机脚 (隔振器上)和基座 (隔振器下)上，对于双层隔振或浮筏还应在中间面板或筏架上布置振动测点。

2.3 测试方法与步骤

1)按测试相关要求设置好测试参数，布置好测点，并安装调试好测试系统。

2)对背景振动进行测量，并记录测试数据。

3)按设备运行工况表开启被测设备，待被测设备稳定运行后，开始振动噪声的测量，并记录数据。

4)确认测试数据是否有效 (是否满足信噪比要求，时域数据是否有较大起伏等)，对不能满足要求的需重新测量。

5)重复上述步骤，进行下一项的测试，直到所有测量内容结束。

3 评估案例

以某修理舰船为对象，按照设备振动状态对舰船声学质量影响程度进行排序，选出16台对舰船振动噪声影响较大的设备，分别从机脚振动烈度与振动加速度、基座振动加速度、隔振装置隔振效果等方面开展修理声学质量评估。

3.1 振动烈度评估

按照GB/T 16301-2008船舶机舱辅机振动烈度测量和评价标准规范，对测试设备修理前后的机脚振动烈度进行评级，如表1所示，评估结论如下。

1)全部设备修后振动烈度都在C级以上，基本满足修理要求。其中10台设备处于优良工作状态，占63%;4台设备处于良好工作状态，占25%;2台设备处于基本合格状态，占12%。

2)厨房通风机修后振动烈度由A级下降至B级，舱底泵修后振动烈度由B级下降至C级，建议对这2台设备内部机械装置性能进行检查。

表1 修理前后设备振动烈度变化情况

3.2 机脚振动加速度评估

根据舰船修理前后设备机脚振动加速度测试数据，对参与测量的16台设备进行振动状态评估，评估结论如下。

1)修后机脚振动量级明显低于修前的设备共4台，这些设备修后机脚振动状态较修前变好，如表2所示。

2)修后机脚振级与修前相当的设备共10台，这些设备修理前后机脚振动状态基本相当，如表3所示。

3)修后机脚振级明显高于修前的设备共2台，这些设备修后机脚振动状态较修前变差，如表4所示。

表2 修后机脚振级低于修前的设备

表3 修后机脚振级与修前相当的设备

表4 修后机脚振级高于修前的设备

3.3 基座振动加速度评估

根据修理前后设备基座振动加速度测试数据，对参与测量的16台设备进行振动状态评估，评估结论如下。

1)修后基座振动量级明显低于修前的设备共3台，这些设备修后基座振动状态较修前变好，如表5所示。

2)修后基座振级与修前相当的设备共11台，这些设备修理前后基座振动状态基本相当，如表6所示。

3)修后基座振级明显高于修前的设备共有2台，这些设备修后基座振动状态较修前变差，如表7所示。

表5 修后基座振级低于修前的设备

表6 修后基座振级与修前相当的设备

表7 修后基座振级高于修前的设备

3.4 隔振装置隔振效果评估

对比修理前后设备机脚、基座振动加速度测试数据，分析设备隔振装置隔振效果变化情况，评估结论如下。

1)修后设备隔振装置隔振量级明显高于修前的设备共4台，这些设备修后隔振装置隔振效果较修前变好，如表8所示。

2)修后设备隔振装置隔振量级与修前相当的设备共11台，这些设备隔振装置隔振效果修理前后基本相当，如表9所示。

3)修后设备隔振装置隔振量级明显低于修前的设备共1台，这些设备修后隔振装置隔振效果较修前变差，如表10所示。

表8 修后隔振装置隔振量级高于修前的设备

表9 修后隔振装置隔振量级与修前相当的设备

表10 修后隔振装置隔振量级低于修前的设备

3.5 修理振动噪声综合评估

通过上述设备机脚、基座以及隔振装置修理前后振动状态的对比分析，得到设备修理前后振动噪声综合变化情况，如表11所示。

表11 设备修后振动状态变化情况

考虑到基座振动状态直接影响舰船辐射噪声，在此对设备基座修理前后振动状态进行深入分析，并结合设备机脚与隔振装置变化情况，查找基座振动状态变化原因，为后续设备整改提供依据和参考，初步结论如下。

1)3台设备修后基座振动状态变好，占测试设备的19%。其中，2台设备是因为隔振装置隔振效果提高;1台设备是因为机脚振动状态改善。

2)11台设备修前修后设备基座振动状态相当，占测试设备的69%。其中，10台设备是因为机脚振动状态或隔振装置隔振效果发生轻微变化，但未影响基座的振动状态;1台设备是因为机脚振动状态变差而隔振装置隔振效果变好，振动变化影响相抵消。

3)2台设备修后设备基座振动状态变差，占测试设备的12%。其中，1台设备是因为机脚振动和隔振装置隔振效果均较修前有一定程度的恶化，振动增加累计超过3 dB，导致基座振动状态变差，建议对该设备的内部机械装置或隔振装置性能进行检查;1台设备是因为机脚振动状态变好而隔振装置隔振效果变差，但隔振装置隔振效果降低更为严重，建议对该设备的隔振装置性能进行检查。

4 结束语

本文概述了舰船修理振动噪声测试的目的与意义，提出了修理振动噪声评估的依据和方法，研究了测试系统、测试步骤以及测试要求。在此基础上，对某舰船修理前后设备机脚、基座和隔振装置隔振效果开展了分析评估，重点对基座振动状态变化进行了研究，提出相关的意见与建议，为后续设备检查和整改提供了重要参考。

［1］邹春平，陈端石，华宏星.船舶结构振动特性研究［J］. 船舶力学，2003，7(2):102-115.

［2］陈小剑.舰船噪声控制技术［M］.上海:上海交通大学出版社，2013.

［3］龚君来.某船体结构总振动测量及动力性能评估 ［J］.舰船科学技术.2008，30(3):60-63.

［4］杨永红，纪春阳.船舶动力机械的振动测量技术探讨［J］.电子产品可靠性与环境试验，2001(4):8-13.