船舶噪声产生的原因及其控制措施

张 明

（中国船级社实业有限公司 南京分公司，江苏 南京 210000）

0 引言

船舶航行、锚泊或停靠码头时产生的噪声直接影响到船上船员的身体健康和工作状态，也会对内河水域沿岸居民造成一定的影响。船舶噪声振动会对船舶结构造成持续的疲劳破坏，影响船舶的航行安全和使用寿命。国际海事组织（IMO）早在1981年通过了A.468（XII）决议，限定了船上的噪声级，随后又在2012年以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《船上噪声等级规则》作为强制要求，并于2014年7月1日生效实施。MSC.338(91)决议对船员生活和工作区域噪声要求做出了较大改动，为船员在休息、娱乐和其他处所提供一种可接受的舒适环境。面对更加严格的噪声标准，如何从船舶设计、建造过程中减振降噪，是有必要且有意义的。

1 船舶噪声源

船舶噪声振动源繁多，噪声强度大，频谱成分复杂，主要包括：1）机械设备声源，包括主机以及发电机组、空调、风机、液压设备和带泵的设备等辅机；2）流体动力声源，包括螺旋桨脉动压力、空泡，兴波，涡流等；3）空气动力声源，发动机进、排气，通风系统进排气和涡流等。船舱噪声源流程图，如图1所示。

图1 船舱噪声源流程图

2 噪声传播途径

2.1 螺旋桨引起的振动和噪音通过船体结构传播

螺旋桨在船尾部或首部附近运转时，由于桨叶周围伴流不均匀，各桨叶在转动时压力随伴流的变化而变化，导致桨叶上受到的力不相等且呈现周期性变化，由此形成的力矩和合力也呈现周期性变化，并通过轴和轴承传导给船体结构，引起结构的振动。螺旋桨转动时引起螺旋桨附近水压力产生脉动，作用在船体表面即为脉动压力，使得螺旋桨附近的船外板上产生周期性变化的压力，激起船体尾部、上层建筑和局部振动，甚至形成共振产生噪声，向船舶其他区域传播。

2.2 机械设备引起的振动和噪声通过船体结构和空气传播

对于货船而言，机舱中产生振动噪声的最大设备是船舶主机。柴油机活塞在气缸燃烧产生的混合气体的推动作用下，通过连杆、活塞杆、曲轴、轴承传递运动从而激发机械振动。此种振动会通过主机座传导至与之相连的船体结构上，引起该区域的船体结构的振动，并向其他地方递减式传播，产生噪声。柴油机燃烧过程中，进气、排气和增压系统气压的变化也会引起空气动力性噪音在舱室内传播。机舱、辅机舱里的其他柴油机、电动机等动力设备在工作时不可避免会产生机械振动与噪声，通过设备基座向船体结构传播，特别是当设备与基座及船体结构刚性安装时，振动影响更强烈。振动产生的结构噪声通过钢的传播，能量损失较少，会传递至离振源较远的舱室，需要重点控制。另外一种是由设备正常工作时表面振动引起的噪声通过空气在舱室内传播[1]。

2.3 通风系统引起的噪声通过空气传播

通风系统引起的噪声是风机旋转产生的机械噪声和引起空气涡流形成的噪声，通过空气进行传播。空气在通风管道内流动过程中，因压力的变化，导致风管振动产生噪声，通过空气进行传播。通风管道的进出风口通常装有由穿孔的板或导叶构成的格栅，也会产生噪声，通过空气进行传播。

3 控制措施

3.1 针对螺旋桨的减振降噪措施

1）优化螺旋桨附近船体线型。在船舶设计阶段，应对螺旋桨推进性能、阻力、激励进行综合权衡，优化螺旋桨前方横剖面形状（如采用U型船尾），螺旋桨周围伴流场均匀分布，可有效降低螺旋桨激励，从而起到减振降噪的效果。延长分水踵、加装尾流隧道、加装尾鳍、安装旋涡发生器也可以降低因伴流场不均匀而引起的螺旋桨激励，起到减振降噪的作用。

2）在螺旋桨外面安装导流罩。导流罩可以起到平稳分布伴流的作用，使螺旋桨受到的一部分负荷转移到导流罩上，从而减小螺旋桨空泡的产生和轴承负荷，有效减少螺旋桨的振动与噪声，还可以提高螺旋桨的推进效率。

3）尽可能加大船体外板与螺旋桨之间的间隙。螺旋桨与周围船体外板间的间隙应尽可能加大，这样因螺旋桨产生的对船板表面的脉动压力可以被有效降低，起到减振降噪作用。当无法增大船体外板与螺旋桨之间的间隙时，也可采用在螺旋桨上方的船体结构上开设避振穴来减弱螺旋桨作用在船体外板上的表面力，从而减小船舶尾部结构的振动响应。

4）合理选择螺旋桨叶数。随着螺旋桨叶数的增加，螺旋桨直径会减小，叶梢间隙会加大，螺旋桨引起的脉动压力会下降。同时也考虑伴流场的各次谐波分量，配合大倾斜的螺旋桨可以有效减小螺旋桨轴承受力和表面受力。最终避免螺旋桨轴的振动和船体结构的局部共振，形成有效的减振降噪措施。

5）敷设阻尼材料。在螺旋桨上方船底板处、尾舱壁上敷设阻尼材料，利用阻尼材料在约束船体振动过程中，其内部会产生弯曲、拉伸、剪切等变形，可以将船体结构的振动能转换成阻尼材料的摩擦热能，有效地起到减振降噪的作用。

3.2 针对机舱、辅机舱机械设备的减振降噪措施

1）增加设备机座的刚性和尺寸。理论上当设备机座的刚度足够大时，可以使设备机座的振动趋于0，提高设备机座的刚性可以有效降低由机器设备传导来振动。增加设备机座的尺寸，则可以有效降低机座振动的幅度。当然，机座的尺寸和刚性也不可能无限制的增加，还需要满足机舱、辅机舱内的布置和船舶经济性的需要。

2）设备与机座采用弹性支撑和弹性连接。主要设备与机座之间采用橡胶减振器或金属浮筏隔振器弹性支撑连接，普通设备与机座之间采用橡胶减振器或小型金属隔振器弹性连接。金属隔振器价格较贵，高温下不易变形，且耐油抗水，维护简单，橡胶隔振器不易塑性变形且价格便宜，高温下可燃、弹性变差、易老化。所以要根据不同船舶的经济性需求，合理选择金属隔振和橡胶减振措施。

3）敷设阻尼材料。在主要设备机座面板和腹板处、机舱壁处、机舱顶甲板处等位置敷设阻尼材料，阻尼材料在约束船体振动过程中，其内部会产生弯曲、拉伸、剪切等变形，可以将船体结构的振动能转换成阻尼材料的摩擦热能，从而降低机座振动和噪声的传播[2]。

图2 发电机减振降噪措施

4）主机机架增加支撑。为了减少和防止机架横向振动，产生结构和空气噪音，可以在主机顶部增加横向支撑。横向支撑可以有效地增加机体的刚度，提高其固有频率，防止主机在额定转速附近产生低谐次的共振，进而降低整个系统的振幅，在很大程度上起到减振降噪的效果。

5）尽量选用低噪声的设备。为从源头上降低机舱、辅机舱产生的总噪声，在设备选型时，尽量选用新型号低噪声的设备。

6）采用吸声结构。将胶合板、硬质纤维板或金属板等周边固定在金属框架上，在板后形成一定厚度的空气层，这就是薄板共振吸声结构。在空气层中沿龙骨架四周衬贴一些多孔性材料，如玻璃棉、泡沫塑料等，可提高吸声性能。还有穿孔板吸声结构，在金属板、薄木板上穿以一定的孔，板后留有一定厚度的空气层，可对入射的声波产生共振吸收，在空腔内填多孔吸声材料，并将其紧贴穿孔板填充，可提高吸声性能。

7）使用隔声罩。设备振动发出的噪声，一部分产生空气噪声，另一部分形成结构噪声。解决设备振动产生的空气噪声，可以采用便于拆装的穿孔板将机械设备罩住，在罩内部表面尽量多的敷设吸声材料，形成隔声罩。解决设备振动产生的结构噪声，可以在底座与罩壳之间采用弹性连接。

3.3 针对通风系统的减振降噪措施

1）采用低噪声指标的风机。从源头降低噪音，选用带有吸音阻尼材料的螺旋风管，或者在矩形风管外包敷吸音阻尼材料，以及大型结构风道内敷设减振降噪的阻尼材料，可以有效抑制结构振动及噪声传播。

2）优化管路布置，减少空气噪声。通过在通风系统内设置静压箱，风道管径变化处合理过渡，设置阀门，进、出风口处设置格栅，室内空调出风口安装布风器，均可有效降低噪声[3]。

3.4 合理布置生活区舱室

舱室布置的基本原则是工作处所、居住处所、生活娱乐处所等应尽可能远离噪声源。通常将船员的工作舱室与居住舱室尽可能不布置于主甲板区域，应远离机舱、烟囱等高噪区域。在居住舱室和机舱棚之间应设置盥洗室、储藏室、走道等作为噪声缓冲区。通风系统、烟囱的排气口应尽可能远离和背向桥楼和居住舱室，面向烟囱的上层建筑出口应设置隔声门。甲板、舱壁、天花板、门窗等结构设计应有足够的刚度，以免引起共振。应设置独立的机舱集控室或值班室，安装的门应为隔音门，让值班船员免受高噪声伤害。

4 振动噪音实船数据测量

船舶设计过程中，进行噪声源贡献量分析与噪声控制指标分解时，可以利用已建成的母型船舶的舱室噪声测试数据，依据目标船舶技术状态的变化，综合比较分析确定舱室噪声设计指标的量化分配，或者根据经验公式估算主要噪声源贡献量分析与噪声控制指标分解。再根据设备、元器件及减振降噪措施的现有技术水平，综合考虑经济性，制定合理的减振降噪方案。

船舶建造完工后，一般会对海上试航、高噪声设备运行以及港内作业工况下进行噪声级测量，来验证设计方案的实际效果，对于测试结果不达标的舱室，还需要有针对性地进行修改，使其满足设计要求。

海上试航噪声测量时主机功率应不小于最大持续额定功率的80%，所有船舶正常航行及工作状态下所需的机械设备、航行仪器、无线电和雷达装置等都已经处于其相应的工作状态，且整个测量过程中这些设备都应保持此种状态。应急设备如应急发电机、应急消防泵等都应处于关闭状态。空调设备、加热和机械通风应开启，其运行时应符合设计条件规定的输出功率[4]。

高噪声设备如首侧推、减摇装置、动力定位装置（DP）或其他可能在工作时产生高声级噪音的装置，还需要在高噪声设备运行时进行附加噪声测试。首侧推噪声测量一般在其最大推进功率的40%时进行，此时船舶采用适合于推进器工作状态的航速。如果船舶安装了动力定位装置（DP），则应进行DP操作模式下的噪声测量。

港内作业工况下测试时，为船舶在港内作业提供电力的发电机应处于运行状态，其功率应足以维持船舶港内作业，包括货物装卸设备所需电能。机械通风及船舶空调设备应处于运行状态，空调送风及回风系统的风机应开启。

5 结语

在船舶设计和建造过程中，可以采用以下方法减振降噪 ：1）优化螺旋桨安装形式或优化尾部线型，减少因螺旋桨引起的船体结构振动和噪声；2）设备与机座之间安装弹性减振装置，使船体的振动不会传递给设备本身，设备运行时作为振源也无法向外传递振动；3）在合适的位置处敷设新型阻尼材料，将振动能转化为热能消耗掉；4）采用刚性支撑、吸声材料、振源封闭等多种方式来减振降噪。通过上述措施的综合应用,能够明显降低船舶振动噪声，给船员带来舒适的环境。