科考船机械设备减振降噪措施的应用

周启学，毛奇志2，任晋宇

(1.武汉交通职业学院 船舶与航运学院，武汉 430065；2.中国船舶重工集团公司第七○一研究所，武汉 430064)

随着世界各国越来越重视海上资源开发、海洋经济发展及海洋生态环境的保护，用于调查和研究海洋的科考船，近年来得到长足的发展。科考船装载有大量声呐测量和数据采集设备，有科研人员居住，对其减振降噪要求较高，一般均具有CCS振动舒适性和噪声舒适性附加标志。文中从船舶减振降噪措施的实船应用角度，结合目标船实际情况，针对对振动影响较大的设备，从减振方案确立、减振数据预估到实船检验，介绍减振降噪措施在科考船的应用。

1 目标船简介

目标船是一艘4 500 t级的综合物探调查船，其主要任务是用于无限航区的地震采集作业并兼顾地质调查作业，具有CCS噪声舒适性2级COMF(NOISE 2)和振动舒适性2级COMF(VIB2)附加标志[1]。主要参数见表1。

表1 船体主要参数

目标船为电力推进船舶，其主电站由4台主柴油发电机机组和1台停泊柴油发电机机组组成，主推进系统设有2套电力推进的可调桨桨轴系统。此外还设有首、尾隧道式侧推装置，具有DP1动力定位的能力。为实现地震测量，船上设有3套震源空压机，2用1备。

2 噪声源及减振目标分析

目标船噪声源繁多，噪声强度大，频谱成分复杂，主要噪声源包含机械噪声、螺旋桨噪声及水动力噪声等。

机械设备多由运动部件组成，是产生振动和噪音的最主要原因[2]。目标船机械噪声源主要包括：布置在发电机舱下层的4台主柴油发电机组、1台停泊柴油发电机组、大功率海水泵、启动空压机及艇甲板的机舱风机；布置在推进电机舱的推进电机、推进齿轮箱；布置在震源空压机舱的3台震源空压机组。设备振动噪声指标见表2。

表2 主要机械设备振动噪声指标

参照中国船级社COMF(VIB2)要求，发电机舱、推进电机舱、震源空压机舱的振动目标值均要求不大于6 mm/s(振动量级(1～80 Hz))。可考虑对噪声指标大的设备采用衰减量大的隔振措施，其他设备相应适度考虑。

3 减振降噪措施

目前船上机械设备的隔振措施主要有阻尼隔振、单层隔振、双层隔振和浮筏隔振等[3]。

3.1 阻尼隔振

为对比无阻尼基座、仅纵向腹板敷设约束阻尼基座及在纵向、横向、内底均敷设约束阻尼基座效果，实验室试验对比见图1。

图1 阻尼减振效果

由图1可见，敷设阻尼的基座在中高频段能减低等效加速度级10～20 dB。

3.2 单层隔振装置

单层隔振装置通过一组隔振器将动力设备支撑在船体基座结构上，利用隔振器的弹性使传递到基座上的动态激励力小于设备激励力[7]。单层隔振装置的主要缺点是中高频隔振效果较差，能量损耗一般在20 dB左右，主要用于隔振要求不高的设备。

3.3 双层隔振装置

双层隔振装置的隔振性能要明显优于单层隔振装置，特别是在高频段，双层隔振效果要比单层隔振高出10～20 dB[8]。实验表明，在条件允许的前提下，适当增加中间质量体质量，可以有效提高隔振效果[9]。

双层隔振装置主要用于发电机组、通风机组、泵类等。

3.4 浮筏隔振装置

浮筏隔振装置可以集中布置设备，有效利用空间，其中间质量具有很大的机械阻抗，有利于提高隔振效果。实验证明，浮筏隔振可以使舰艇的机械辐射噪声减小20～40 dB，见图2。

图2 浮筏隔振效果

4 目标船减振降噪措施

4.1 齿轮箱、推进电机

目标船有2套主推进装置，每套由变频电机通过高弹联轴节、齿轮箱、轴系驱动可调螺距螺旋桨。由于推进动力系统有严格的对中要求，所以与推进轴直接连接的齿轮箱采用与船体基座刚性安装，齿轮箱与推进电机采用高弹联轴节弹性连接并传递转矩。由表2知，推进电机振动量级比柴油机低，通常采用刚性安装。为降低推进系统沿船体结构的振动传递，对齿轮箱和推进电机基座采取约束阻尼处理。

和主干同时生长。双干整枝时，植株根系发育较好，长势强，且可以节省用苗量，每亩2000～2500株，但果实发育速度较慢，早期产量和总产量均不及单杆整枝，适用于土壤肥力较高、秧苗短缺或中晚熟品种栽培。改良单干整枝除保留主干外，在第1果穗下方留一条侧枝，待其着生1～2个花序后即摘心。其优点是可以提高早期产量，一些自封顶类型的植株主干封顶后，果穗数受到限制，常采用此方法整枝可有效增加果穗数，利于提高产量。

通过图1阻尼减振效果曲线分析对比，结合科考船的高需求，推进电机及齿轮箱基座采用纵向、横向、内底均敷设阻尼，并加螺栓固定，见图3。

图3 推进电机、齿轮箱约束阻尼安装示意

4.2 主柴油发电机组

船上设有4台主柴油发电机组，机组功率1 710 kW。由表2可知，发电机组振动加速度级指标为148～150 dB，是船上振动最大的设备之一，需要大幅度减振。4台机组并排布置在机舱底舱，有条件实现浮筏隔振。

4台主柴油发电机组的浮筏隔振有2种方案可供选择：2台机组浮筏隔振和4台机组浮筏隔振。

如果4台柴油发电机组采用1个浮筏隔振装置，浮筏中间质量较大，能产生较大的机械阻抗，有利于提高隔振效果。但是浮筏面积较大，占用大部分机舱底舱面积，妨碍机舱底舱管系敷设。

实船上左右2台发电机组各安装在1个浮筏上，共设置2个浮筏，2个浮筏之间留出空间敷设管路。中间管路无需绕道两舷边敷设，既满足机舱布置的需要，又尽可能减小发电机组运行时产生的辐射噪声和自噪声，在500 Hz～10 kHz频率段预计可以取得近40 dB振动衰减，其弹性安装和浮筏三维模型图见图4、5。

图4 2台发电机组浮筏隔振安装

图5 浮筏隔振三维模型

4.3 停泊柴油发电机组

船上有1台停泊柴油发电机组，机组功率为760 kW，振动加速度级指标与主柴油发电机组相同，也需要大幅度减振。停泊柴油发电机组布置在机舱右前方，其左边布置有中央冷却系统设备及大直径管路，所以隔振设施不宜过大，以免影响机舱布置。选择停泊柴油发电机组采用双层隔振，预计可以取得约30 dB振动衰减，其弹性安装见图6，双层隔振三维模型见图7。

图6 停泊发电机组双层隔振安装

图7 停泊柴油发电机组双层隔振三维模型

4.4 振源空压机

该船配3台振源空压机，能产生13.8 MPa高压空气，每台空压机由多个螺杆式压缩机和活塞式压缩机组成。振源空压机振动加速度级指标为140 dB，比柴油发电机组稍低，也是船上振动较大的设备。

3台振源空压机并排布置在空压机舱，空压机舱较发电机舱的动力设备少许多，叠加振动因素减少。如果采用3台浮筏隔振，也会带来船上管系敷设的困难。综合各种因素，选择采用单台双层隔振，预计可取得35 dB以上的振动衰减，其弹性安装及隔振效果预估见图8，双层隔振三维模型见图9。

图8 振源空压机组双层隔振示意及隔振效果预估

图9 振源空压机组双层隔振三维模型

4.5 重要辅助设备

设置若干辅助设备浮筏隔振模块，将布置相对集中的水泵、启动空压机集成在一起，预计可以取得35 dB隔振效果[10-11]，其弹性安装见图10。

图10 辅助设备浮筏隔振安装

将其他水泵分别采取浮筏/双层隔振措施，预计可以取得35 dB以上的振动衰减，其弹性安装见图11。

图11 水泵隔振安装

对于质量较小、振级较低的一般性辅助设备采取单层隔振的减振措施，预计可以取得15 dB以上的振动衰减。

通风系统风机均采取单层隔振措施，预计可取得15～20 dB以上的振动衰减，其弹性安装见图12。

图12 风机隔振安装

5 实船测试结果

部分舱室振动测试结果见表3。

表3 部分舱室振动测量值 mm/s

6 结论

振源舱室的振动测量值均远小于标准值，有效降低了机械噪声源和水动力噪声源。

测试结果表明，紧邻主、辅机舱的部分舱室的空气噪声中，仍有较大比例为设备振动传递导致的结构声辐射。经济航行工况下，发电机组、空压机等大型振源设备有半数处于关闭状态，因此，各舱室振动源引起的结构声辐射大幅降低，声源设备如风机、空调等产生的流致噪声成为舱室空气噪声的主要组成部分，需要严格控制。