艦船修理振動(dòng)噪聲測(cè)試與評(píng)估研究

左 海，金廣文，周 濤

(92537部隊(duì)，北京 100161)

1 修理振動(dòng)噪聲評(píng)估方法

艦船設(shè)備振動(dòng)噪聲評(píng)估包括振動(dòng)烈度評(píng)估、機(jī)腳和基座振動(dòng)加速度評(píng)估等。通過(guò)研究設(shè)備機(jī)腳與基座振動(dòng)烈度、振動(dòng)加速度變化情況可間接評(píng)估艦船修理聲學(xué)質(zhì)量控制水平，對(duì)比修理前后機(jī)腳與基座振動(dòng)加速度的差值，可分析設(shè)備隔振裝置隔振性能的變化情況，為艦船設(shè)備聲學(xué)質(zhì)量檢查和整改提供依據(jù)和思路。

1.1 振動(dòng)烈度評(píng)估方法

振動(dòng)烈度是衡量振動(dòng)激烈程度的參量，反映設(shè)備振動(dòng)的能量，以設(shè)備表面重要位置上沿垂向、縱向、橫向3個(gè)方向上所測(cè)得的振動(dòng)速度的最大有效值來(lái)表示［1］，計(jì)算方法如下:Vs=

其中，Vs為振動(dòng)烈度，Vix、Viy、Viz為測(cè)點(diǎn) i在3個(gè)互相垂直方向上的振動(dòng)速度有效值，Nx、Ny、Nz分別為x、y、z方向上的測(cè)點(diǎn)數(shù)量。

采用GB/T 16301-2008船舶機(jī)艙輔機(jī)振動(dòng)烈度測(cè)量和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，對(duì)測(cè)試設(shè)備修理前后振動(dòng)烈度進(jìn)行評(píng)級(jí)，其中A級(jí)表示優(yōu)良工作狀態(tài)，B級(jí)表示良好工作狀態(tài)，C級(jí)表示合格工作狀態(tài)，D級(jí)表示不合格工作狀態(tài)。

1.2 振動(dòng)加速度評(píng)估方法

振動(dòng)加速度是衡量振動(dòng)強(qiáng)度的參量，機(jī)腳振動(dòng)加速度反映設(shè)備本身振動(dòng)特性，基座振動(dòng)加速度直接反映艦船輻射噪聲水平。對(duì)設(shè)備振動(dòng)加速度數(shù)據(jù)分別進(jìn)行1/3倍頻程頻譜和振動(dòng)加速度總級(jí)分析［2］，隔振效果按隔振器上下加速度級(jí)的振級(jí)落差，采用能量平均法計(jì)算，具體如下。

1)振動(dòng)加速度級(jí)1/3倍頻程頻譜，A(i)=20lg(ai/a0)，其中，i為1/3oct濾波器序號(hào)，ai為第i號(hào)濾波器的輸出加速度值，a0為基準(zhǔn)加速度，取a0=10-6m/s2。

考慮到測(cè)試環(huán)境、設(shè)備負(fù)荷等因素導(dǎo)致的測(cè)試結(jié)果偏差，假定若修理前后振動(dòng)加速度級(jí)差值的絕對(duì)值在3 dB以?xún)?nèi)，則認(rèn)為修前修后聲學(xué)質(zhì)量“相當(dāng)”;若修后平均振級(jí)降低3 dB以上，則認(rèn)為修后聲學(xué)質(zhì)量“變好”;若修后平均振級(jí)增大3 dB以上，則認(rèn)為修后聲學(xué)質(zhì)量“變差”。

2 振動(dòng)噪聲測(cè)試

2.1 測(cè)試系統(tǒng)及儀器

振動(dòng)噪聲測(cè)試系統(tǒng)由振動(dòng)傳感器、信號(hào)適配器、信號(hào)采集、信號(hào)分析處理以及結(jié)果顯示等設(shè)備組成，如圖1所示。其中，振動(dòng)傳感器包括速度計(jì)和加速度計(jì)，分別測(cè)量設(shè)備機(jī)腳和基座位置的振動(dòng)速度和振動(dòng)加速度，測(cè)試信號(hào)經(jīng)信號(hào)適配器處理后，由信號(hào)采集系統(tǒng)進(jìn)入計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析處理，最后由顯示系統(tǒng)顯示出來(lái)［3-4］。

圖1 振動(dòng)噪聲測(cè)量系統(tǒng)框圖

2.2 振動(dòng)傳感器布置

1)設(shè)備振動(dòng)測(cè)點(diǎn)應(yīng)布置于能反映設(shè)備振動(dòng)總體特征的機(jī)體堅(jiān)實(shí)處。

2)振動(dòng)烈度測(cè)點(diǎn)布置在設(shè)備機(jī)腳處，按照前、后、左、右4個(gè)方向進(jìn)行布置。

3)振動(dòng)加速度測(cè)點(diǎn)同時(shí)布置在設(shè)備機(jī)腳和基座上，按照前、后、左、右4個(gè)方向進(jìn)行布置。

4)隔振器振動(dòng)測(cè)點(diǎn)應(yīng)布置在機(jī)腳 (隔振器上)和基座 (隔振器下)上，對(duì)于雙層隔振或浮筏還應(yīng)在中間面板或筏架上布置振動(dòng)測(cè)點(diǎn)。

2.3 測(cè)試方法與步驟

1)按測(cè)試相關(guān)要求設(shè)置好測(cè)試參數(shù)，布置好測(cè)點(diǎn)，并安裝調(diào)試好測(cè)試系統(tǒng)。

2)對(duì)背景振動(dòng)進(jìn)行測(cè)量，并記錄測(cè)試數(shù)據(jù)。

3)按設(shè)備運(yùn)行工況表開(kāi)啟被測(cè)設(shè)備，待被測(cè)設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行后，開(kāi)始振動(dòng)噪聲的測(cè)量，并記錄數(shù)據(jù)。

4)確認(rèn)測(cè)試數(shù)據(jù)是否有效 (是否滿(mǎn)足信噪比要求，時(shí)域數(shù)據(jù)是否有較大起伏等)，對(duì)不能滿(mǎn)足要求的需重新測(cè)量。

5)重復(fù)上述步驟，進(jìn)行下一項(xiàng)的測(cè)試，直到所有測(cè)量?jī)?nèi)容結(jié)束。

3 評(píng)估案例

以某修理艦船為對(duì)象，按照設(shè)備振動(dòng)狀態(tài)對(duì)艦船聲學(xué)質(zhì)量影響程度進(jìn)行排序，選出16臺(tái)對(duì)艦船振動(dòng)噪聲影響較大的設(shè)備，分別從機(jī)腳振動(dòng)烈度與振動(dòng)加速度、基座振動(dòng)加速度、隔振裝置隔振效果等方面開(kāi)展修理聲學(xué)質(zhì)量評(píng)估。

3.1 振動(dòng)烈度評(píng)估

按照GB/T 16301-2008船舶機(jī)艙輔機(jī)振動(dòng)烈度測(cè)量和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，對(duì)測(cè)試設(shè)備修理前后的機(jī)腳振動(dòng)烈度進(jìn)行評(píng)級(jí)，如表1所示，評(píng)估結(jié)論如下。

1)全部設(shè)備修后振動(dòng)烈度都在C級(jí)以上，基本滿(mǎn)足修理要求。其中10臺(tái)設(shè)備處于優(yōu)良工作狀態(tài)，占63%;4臺(tái)設(shè)備處于良好工作狀態(tài)，占25%;2臺(tái)設(shè)備處于基本合格狀態(tài)，占12%。

2)廚房通風(fēng)機(jī)修后振動(dòng)烈度由A級(jí)下降至B級(jí)，艙底泵修后振動(dòng)烈度由B級(jí)下降至C級(jí)，建議對(duì)這2臺(tái)設(shè)備內(nèi)部機(jī)械裝置性能進(jìn)行檢查。

表1 修理前后設(shè)備振動(dòng)烈度變化情況

3.2 機(jī)腳振動(dòng)加速度評(píng)估

根據(jù)艦船修理前后設(shè)備機(jī)腳振動(dòng)加速度測(cè)試數(shù)據(jù)，對(duì)參與測(cè)量的16臺(tái)設(shè)備進(jìn)行振動(dòng)狀態(tài)評(píng)估，評(píng)估結(jié)論如下。

1)修后機(jī)腳振動(dòng)量級(jí)明顯低于修前的設(shè)備共4臺(tái)，這些設(shè)備修后機(jī)腳振動(dòng)狀態(tài)較修前變好，如表2所示。

2)修后機(jī)腳振級(jí)與修前相當(dāng)?shù)脑O(shè)備共10臺(tái)，這些設(shè)備修理前后機(jī)腳振動(dòng)狀態(tài)基本相當(dāng)，如表3所示。

3)修后機(jī)腳振級(jí)明顯高于修前的設(shè)備共2臺(tái)，這些設(shè)備修后機(jī)腳振動(dòng)狀態(tài)較修前變差，如表4所示。

表2 修后機(jī)腳振級(jí)低于修前的設(shè)備

表3 修后機(jī)腳振級(jí)與修前相當(dāng)?shù)脑O(shè)備

表4 修后機(jī)腳振級(jí)高于修前的設(shè)備

3.3 基座振動(dòng)加速度評(píng)估

根據(jù)修理前后設(shè)備基座振動(dòng)加速度測(cè)試數(shù)據(jù)，對(duì)參與測(cè)量的16臺(tái)設(shè)備進(jìn)行振動(dòng)狀態(tài)評(píng)估，評(píng)估結(jié)論如下。

1)修后基座振動(dòng)量級(jí)明顯低于修前的設(shè)備共3臺(tái)，這些設(shè)備修后基座振動(dòng)狀態(tài)較修前變好，如表5所示。

2)修后基座振級(jí)與修前相當(dāng)?shù)脑O(shè)備共11臺(tái)，這些設(shè)備修理前后基座振動(dòng)狀態(tài)基本相當(dāng)，如表6所示。

3)修后基座振級(jí)明顯高于修前的設(shè)備共有2臺(tái)，這些設(shè)備修后基座振動(dòng)狀態(tài)較修前變差，如表7所示。

表5 修后基座振級(jí)低于修前的設(shè)備

表6 修后基座振級(jí)與修前相當(dāng)?shù)脑O(shè)備

表7 修后基座振級(jí)高于修前的設(shè)備

3.4 隔振裝置隔振效果評(píng)估

對(duì)比修理前后設(shè)備機(jī)腳、基座振動(dòng)加速度測(cè)試數(shù)據(jù)，分析設(shè)備隔振裝置隔振效果變化情況，評(píng)估結(jié)論如下。

1)修后設(shè)備隔振裝置隔振量級(jí)明顯高于修前的設(shè)備共4臺(tái)，這些設(shè)備修后隔振裝置隔振效果較修前變好，如表8所示。

2)修后設(shè)備隔振裝置隔振量級(jí)與修前相當(dāng)?shù)脑O(shè)備共11臺(tái)，這些設(shè)備隔振裝置隔振效果修理前后基本相當(dāng)，如表9所示。

3)修后設(shè)備隔振裝置隔振量級(jí)明顯低于修前的設(shè)備共1臺(tái)，這些設(shè)備修后隔振裝置隔振效果較修前變差，如表10所示。

表8 修后隔振裝置隔振量級(jí)高于修前的設(shè)備

表9 修后隔振裝置隔振量級(jí)與修前相當(dāng)?shù)脑O(shè)備

表10 修后隔振裝置隔振量級(jí)低于修前的設(shè)備

3.5 修理振動(dòng)噪聲綜合評(píng)估

通過(guò)上述設(shè)備機(jī)腳、基座以及隔振裝置修理前后振動(dòng)狀態(tài)的對(duì)比分析，得到設(shè)備修理前后振動(dòng)噪聲綜合變化情況，如表11所示。

表11 設(shè)備修后振動(dòng)狀態(tài)變化情況

考慮到基座振動(dòng)狀態(tài)直接影響艦船輻射噪聲，在此對(duì)設(shè)備基座修理前后振動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行深入分析，并結(jié)合設(shè)備機(jī)腳與隔振裝置變化情況，查找基座振動(dòng)狀態(tài)變化原因，為后續(xù)設(shè)備整改提供依據(jù)和參考，初步結(jié)論如下。

1)3臺(tái)設(shè)備修后基座振動(dòng)狀態(tài)變好，占測(cè)試設(shè)備的19%。其中，2臺(tái)設(shè)備是因?yàn)楦粽裱b置隔振效果提高;1臺(tái)設(shè)備是因?yàn)闄C(jī)腳振動(dòng)狀態(tài)改善。

2)11臺(tái)設(shè)備修前修后設(shè)備基座振動(dòng)狀態(tài)相當(dāng)，占測(cè)試設(shè)備的69%。其中，10臺(tái)設(shè)備是因?yàn)闄C(jī)腳振動(dòng)狀態(tài)或隔振裝置隔振效果發(fā)生輕微變化，但未影響基座的振動(dòng)狀態(tài);1臺(tái)設(shè)備是因?yàn)闄C(jī)腳振動(dòng)狀態(tài)變差而隔振裝置隔振效果變好，振動(dòng)變化影響相抵消。

3)2臺(tái)設(shè)備修后設(shè)備基座振動(dòng)狀態(tài)變差，占測(cè)試設(shè)備的12%。其中，1臺(tái)設(shè)備是因?yàn)闄C(jī)腳振動(dòng)和隔振裝置隔振效果均較修前有一定程度的惡化，振動(dòng)增加累計(jì)超過(guò)3 dB，導(dǎo)致基座振動(dòng)狀態(tài)變差，建議對(duì)該設(shè)備的內(nèi)部機(jī)械裝置或隔振裝置性能進(jìn)行檢查;1臺(tái)設(shè)備是因?yàn)闄C(jī)腳振動(dòng)狀態(tài)變好而隔振裝置隔振效果變差，但隔振裝置隔振效果降低更為嚴(yán)重，建議對(duì)該設(shè)備的隔振裝置性能進(jìn)行檢查。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文概述了艦船修理振動(dòng)噪聲測(cè)試的目的與意義，提出了修理振動(dòng)噪聲評(píng)估的依據(jù)和方法，研究了測(cè)試系統(tǒng)、測(cè)試步驟以及測(cè)試要求。在此基礎(chǔ)上，對(duì)某艦船修理前后設(shè)備機(jī)腳、基座和隔振裝置隔振效果開(kāi)展了分析評(píng)估，重點(diǎn)對(duì)基座振動(dòng)狀態(tài)變化進(jìn)行了研究，提出相關(guān)的意見(jiàn)與建議，為后續(xù)設(shè)備檢查和整改提供了重要參考。

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