某综合指挥船工作环境噪声预报与控制

欧礼坚 朱远臻

摘    要：为了提高船舶工作环境噪声舒适度，采用统计能量法对船舶工作环境噪声进行预报，并对噪声治理措施进行分析，提出噪声治理的优化设计建议。统计能量法预报值与实测值误差不大于3dB，达到了工程精度要求，基于统计能量法的船舶舱室噪声预报是可行的。在设计阶段，对船舶工作环境噪声进行预报，对提高船舶的噪声舒适度是十分有效的。噪声预报和噪声治理方法及有关结论可供船舶减振降噪设计参考。

关键词：工作环境，噪声预报，噪声控制

中图分类号：U661.31                            文獻标识码：A

Abstract： In order to improve the noise comfort of ship working environment， the method of statistical energy analysis（SEA） is applied to predict the noise， the measures of noise control are analyzed， and the optimal design suggestions for noise control are put forward. If the deviation between the predicted value by SEA and the actually measured data is not more than 3dB， which satisfies the requirements of the engineering precision， and the noise prediction of the ship cabin based on SEA is feasible. In the design stage， it is very effective to predict the noise of ship working environment to improve the noise comfort of ship. Noise prediction and noise control methods and related conclusions provide a reference for the design of ship vibration and noise reduction.

Key words： Working environment; Noise prediction; Noise control

1     前言

国际海事组织（IMO）海上安全委员会（MSC）第90次会议批准了《船上噪声等级规则》修订草案，对1 600  GT适用的船型、船舶不同区域的噪声限值、舱壁和甲板隔声指数、噪声的测量仪器和测量方法等进行了修订，对船舶的降噪性能提出了更高要求。修订案已经生效执行，对国际航行船舶的降噪性能也提出了更高要求，对造船业产生重大影响[1]。

此外，中国船级社《内河绿色船舶规范（以下简称“绿色规范”）》已于2018年1月1日生效。规范适用于申请中国船级社 “绿色船舶”附加标志和第2 章所列其他单项附加标志的中国境内内河和特定航线江海直达自航船舶以及境外内河自航船舶。规范旨在倡导发展和应用绿色技术，促进造船业、相关制造业和航运业产业结构优化升级，促进航运企业对新建船舶和现有船舶采取具有成本效益的技术和管理措施，提高运输船舶营运的绿色度，在安全的前提下实现船舶的高效、绿色、舒适的目标。

绿色规范对绿色船舶提出了具体的工作环境的量化指标。特别是对各类舱室噪声性能提出了更高要求。据统计，在已建造好的船舶上安装声学器材的代价约为设计中预先采取措施所需费用的3倍左右。在设计阶段对舱室噪声进行预报，使噪声水平满足任务书和相应标准的要求是很有必要的。在设计阶段对舱室噪声治理提出合理化的改进措施对缩短生产周期，降低成本，提高船舶安全性、舒适性有着非常重要的作用。

在船舶设计阶段，针对船舶工作环境噪声提出一些治理意见和建议，对降低船舶工作环境，提高船舶的噪声舒适度是十分有效的。

2    内河法规和规范的噪声要求

《内河船舶法定检验技术规则》（以下简称“法规”）要求船员舱和客舱应尽可能减少噪声。航行时间为4h 及超过4 h 的客船船员舱和客舱的噪声一般不应超过78 dB（A）。航程小于4 h 的客船船员舱和客舱的噪声一般不应超过80 dB（A）。10.9.1.2要求驾驶室的最大噪声一般不应超过75 dB（A），使之能在室内通话，并与外部进行无线电通信。

绿色规范中，对于申请船舶舒适性（噪声舒适度1、2、3）附加标志客船乘客处所允许的最大噪声量级见表1。

3     某综合指挥船工作环境噪声治理分析

3.1   船舶主要参数和要素

某综合指挥船（以下称“本船”）为单底、单甲板、纵骨架式结构;双机双桨双舵，柴油机动力驱动的折角型高速船。主船体采用CCSA/B级钢制造;上层建筑采用玻璃纤维增强塑料制造。该船外观威武，布置合理，装修豪华，技术先进，主要用于内河执法、公务接待等。总布置图见图1、效果图见图2。

总长33.88 m、水线长33.73 m、两柱间长31.10 m、型宽6.60 m、型深2.40 m、设计吃水1.28 m、排水量114.38 t、额度乘客50人、航速约16 kn，航行于内河A级航区。

主船体设7道水密横舱壁，分隔成8个水密舱室。自尾至首依次为：舵机舱、机舱、储物舱、设备舱、1号空舱、2号空舱、杂物舱和首尖舱。

3.2  噪声治理主要措施分析

3.2.1主要声源与减振降噪措施

（1）本船主机2台;型号：D13C2-A MP（瑞典 VOLVO）;  型式：直列6缸、四冲程、直喷、增压中冷;额度功率/转速：662 kW/2 300 r/min;带弹性机脚、带消声器。主机与船体间的连接为弹性安装，减振降噪。消声器可以降低主机的排气噪声，并使高温废气能安全有效地排出。在排气系统中加上消声器，可使排气噪声降低20～30 dB（A）。

（2）齿轮箱 2台;型号：ZF550-1（德国ZF）;功能：减速、离合、换向、承受推力;减速比：3.042：1;控制方式：电控;减速比正倒车相同，齿轮箱与主机飞轮通过高弹性联轴器连接。高弹性联轴器能够补偿主机弹性支承引起的轴向、径向和角向位移，衰减主机通过轴系传出船外和螺旋桨传入船内的结构噪音。

（3）发电機组 2台（1用1备）;型号：50EF0ZDJ （美国科勒）;型式：4缸4冲程、水冷、柴油、无刷交流发电机;额度发电功率/电压：50 kW/400 V/50 Hz;额定转速：1 500 r/min;带隔音罩。隔音罩可以隔绝机器设备向外辐射的噪声，有效地阻隔噪声的外传，减少噪音对环境的影响，是在声源处控制噪声的有效措施。

（4）轴流风机2台;型号：CDZ-60-4/电压：AC380V/功率：2.2 kW/流量15 000 m3/h;设在机舱尾部顶部的出风口处。轴流风机具有低噪声的优点。

（5）螺旋桨：2只;直径1 060 mm、螺距1 032 mm、盘面比1.18、叶型：B型、后倾角3度、桨叶数：5。采用较多桨叶数的螺旋桨，可以有效降低船体表面力及螺旋桨声辐射水平，有利于降低舱室减振与降噪。

3.2.2舱室隔声、吸声处理

在机舱前壁、机舱棚围壁及天花设置 50 mm隔音板+25 mm（甲板）或38 mm（围壁）铝箔包覆防火陶瓷棉板，采用冲孔热镀锌板或铝板保护。在客舱及驾驶室围壁，上甲板露天部分天花、顶棚天花均设置50 mm隔音棉。

本船的主要声源基本上集中在机舱内，因此，对机舱的舱壁、围壁和天花采用隔声处理，减少噪声穿透到相邻舱室。此外，客舱及驾驶室的围壁和天花采用隔声处理，可以减少外界噪声穿透进入舱室。

3.3   噪声治理优化设计建议

机舱属于船舶的主要声源舱室，为了阻断机舱空气声向外辐射和向其它舱室辐射，提高机舱横舱壁、舷侧板架和甲板板架的隔声量是十分重要的。隔声量又称透声损失，把具有门、窗和其它开口的板架称为组合板架，组合板架的平均透射系数    为：

本船机舱前端设有2个进风口，机舱尾部顶部设有2个出风口。机舱尾部顶部设有2个出风口，尺寸为φ600 mm;机舱前端设有2个进风口，尺寸为700400 mm。机舱甲板4个进出风口的总面积为1.13 m3，占机舱区域主甲板面积的2.84%。4个风口均没有经过消声处理。

根据估算，机舱区域甲板板架隔声、吸声处理后，其平均隔声量    大约为40 dB（A）。由于进出风口不做消声处理，具有进、出风口的组合甲板板架则的平均透射系数   为0.003 87，平均隔声量    为24 dB（A）。进、处风口导致平均隔声量减少了16 dB（A），隔声量显著下降。

3.4   优化设计方案舱室噪声预报结果

运用全频振动噪声仿真分析软件VAOne进行建模计算分析。首先，采用 ANSYS 建立几何模型，将几何模型划分为有限元网格;其次，在 VAOne 里导入网格，生成 SEA 模型（见图3），定义各种材料的属性及各种加筋板，将它们赋予给对应的子系统;最后，定义各类设备的空气噪声和结构噪声，输入或约束到对应子系统。

建立好SEA模型后，进行噪声预报时，需要设置一些参数，像内损耗因子、耦合损耗因子和噪声源激励等。内损耗因子是指单位频率单位时间内损耗的能力与平均存储的能力的比值。主要包括三个部分：因摩擦形成的内损耗因子、因振动向环境进行声辐射的阻尼形成的内损耗因子、因边界连接阻尼形成的内损耗因子。这三个部分是互相独立的，可以线性叠加得到总内损耗因子。耦合损耗因子是指两个系统振动时能量流的关系，表征被直接激励的子系统的能量传到被间接激励的子系统的量。

根据预报结果，经过消声处理后，机舱进风口附近主甲板处噪声水平为80 db（A），下降了3db（A）;机舱出风口附近主甲板处噪声水平为83 db（A），下降了7 db（A）。因此，为了降低机舱进、出风口声辐射水平，建议对其进行消声处理。此外，建议会议室、乘员舱、驾驶室及贵宾舱两侧移窗应提高密封性，避免出现声短路现象，主要舱室噪声量级云图见图4。

在舱室的门和窗关闭情况下，主要舱室的噪声预报结果如表2所示。

3.5  预报值与实船测试结果对比分析

2019年4月22日，在主机额定转速2 300 r/min时，100%功率，平均航速19.6 kn，主要舱室的噪声测试结果如表3。

根据测试结果，噪声量级虽然满足《法规》要求，但是距离绿色船舶的要求还有较大的差距。实船测试值与统计能量法预报值比较，预报误差在3 dB（A）以内，满足了工程应用的精度要求，统计能量法预报舱室噪声是可行的。实船试航见图5。

4    结语与展望

本船为用于内河执法和公务接待的公务船，对减振降噪要求较高，设计方案选取采用弹性安装方式的低噪声主机和带隔声罩的发电机组，并对机舱进行有效隔声和吸声处理，对降低舱室噪声是十分有效的，主要舱室的噪声水平满足《法规》的要求。

统计能量法预报舱室噪声的精度可满足工程要求。在设计阶段采用统计能量法进行舱室噪声预报，并提出噪声治理优化设计方案，可以有效降低船舶舱室噪声，提高船舶噪声舒适度，增加船舶的绿色度。

参考文献

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