海洋平臺(tái)主機(jī)房門對(duì)生活樓的噪聲影響

惠 寧，高 鵬，龐福振，沈志恒, 馬邦勇

(1.海洋石油工程股份有限公司，天津 300451；2.哈爾濱工程大學(xué)，黑龍江 哈爾濱 150001)

海洋平臺(tái)主機(jī)房門對(duì)生活樓的噪聲影響

惠 寧1，高 鵬1，龐福振2，沈志恒1, 馬邦勇1

(1.海洋石油工程股份有限公司，天津 300451；2.哈爾濱工程大學(xué)，黑龍江 哈爾濱 150001)

基于統(tǒng)計(jì)能量法(SEA)開展了主機(jī)房門朝向及啟閉對(duì)海洋平臺(tái)生活樓噪聲影響的定量研究，給出了主機(jī)房房門不同開啟方式時(shí)生活樓房間噪聲分布；在此基礎(chǔ)上，開展了主機(jī)房房門朝向的優(yōu)化設(shè)計(jì)及使用的合理建議。研究表明，開啟側(cè)門較之于開啟對(duì)門，主機(jī)房設(shè)備噪聲對(duì)生活樓的影響較小，從平臺(tái)噪聲控制角度出發(fā)，應(yīng)盡量避免主機(jī)房房門朝向生活樓區(qū)域，宜將其設(shè)置在主機(jī)房背向生活樓區(qū)域。

海洋平臺(tái)；噪聲；統(tǒng)計(jì)能量法；主機(jī)房

0 引 言

海洋平臺(tái)是海洋油氣勘探、開發(fā)的主要工具。平臺(tái)上布置的原油主機(jī)、壓縮機(jī)、空調(diào)等機(jī)械設(shè)備產(chǎn)生的大量噪聲是影響工作人員身心健康的重要隱患，并影響平臺(tái)施工作業(yè)的正常進(jìn)行[1-3]。近年來(lái)，隨著人們對(duì)船舶及海洋平臺(tái)噪聲環(huán)境安全的日益重視，國(guó)際海事組織(IMO)要求新船和現(xiàn)有船舶必須執(zhí)行MSC.337(91)中規(guī)定的噪聲標(biāo)準(zhǔn)，一些歐盟國(guó)家甚至在該標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上再降低5 dB。因此，開展海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)振動(dòng)噪聲分析及聲學(xué)優(yōu)化設(shè)計(jì)具有十分重要的意義。

在該領(lǐng)域，王憲成等[4]結(jié)合某型軍用船艇機(jī)艙實(shí)際結(jié)構(gòu)建立機(jī)艙物理及數(shù)學(xué)模型，運(yùn)用表面速度振動(dòng)測(cè)量法確定了發(fā)動(dòng)機(jī)的輸入升功率，將機(jī)艙噪聲預(yù)測(cè)值與實(shí)驗(yàn)值進(jìn)行了對(duì)比分析，對(duì)比發(fā)現(xiàn)預(yù)測(cè)曲線和實(shí)驗(yàn)曲線吻合很好。于大鵬[5]對(duì)4種船舶上層建筑布置形式進(jìn)行了振動(dòng)噪聲分析，討論了船舶結(jié)構(gòu)噪聲源和空氣噪聲源的傳播路徑，指出比較合理的船舶上層建筑的布置方案。楊德慶等[6]在進(jìn)行浮式生產(chǎn)儲(chǔ)卸油裝置(FPSO)高頻艙室噪聲預(yù)報(bào)時(shí)，詳細(xì)給出了FPSO中高頻預(yù)報(bào)的流程及船舶艙室噪聲預(yù)報(bào)模型的簡(jiǎn)化方法。

主機(jī)房作為海洋平臺(tái)運(yùn)作的中樞，其內(nèi)部安裝有主機(jī)、滑油分機(jī)、污油泵等大功率設(shè)備，這些設(shè)備的噪聲直接對(duì)海洋平臺(tái)整體噪聲環(huán)境產(chǎn)生重大影響。開展主機(jī)房?jī)?yōu)化設(shè)計(jì)研究，對(duì)于保障平臺(tái)正常運(yùn)作以及施工人員的人身安全具有重要意義。為此，本文對(duì)某海洋平臺(tái)主機(jī)房房門布置對(duì)生活樓內(nèi)噪聲的影響進(jìn)行研究。

1 統(tǒng)計(jì)能量法基本原理

統(tǒng)計(jì)能量分析方法(SEA)從統(tǒng)計(jì)的觀點(diǎn)出發(fā)，以能量為基本變量，重點(diǎn)研究穩(wěn)態(tài)振動(dòng)時(shí)的平均振動(dòng)能量。SEA將復(fù)雜系統(tǒng)劃分為不同的模態(tài)群，并從統(tǒng)計(jì)意義上把大系統(tǒng)分解成若干個(gè)便于分析的可貯存能量的獨(dú)立子系統(tǒng)，以每個(gè)子系統(tǒng)的能量為基本參數(shù)，建立各子系統(tǒng)之間的能量平衡關(guān)系，以此來(lái)預(yù)測(cè)系統(tǒng)的聲振環(huán)境[7-9]。

假設(shè)將一復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)(聲學(xué)系統(tǒng))劃分為N個(gè)獨(dú)立子系統(tǒng)，創(chuàng)建成如圖1所示的SEA模型。

圖1 統(tǒng)計(jì)能量分析子系統(tǒng)Fig.1 Sketch map of energy flow for subsystems of SEA

2 海洋平臺(tái)噪聲預(yù)報(bào)模型的建立

2.1 海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)模型簡(jiǎn)介

如圖2所示，某海洋平臺(tái)布有兩個(gè)主機(jī)房，主機(jī)房緊挨中控室、公共區(qū)及生活樓布置，主機(jī)房?jī)?nèi)布有原油主機(jī)、空壓機(jī)、分油機(jī)等高噪聲源設(shè)備。每個(gè)主機(jī)房各有兩個(gè)房門：一個(gè)側(cè)向生活樓，一個(gè)朝向生活樓。對(duì)于主機(jī)房房門的開啟方式對(duì)海洋平臺(tái)噪聲的影響通常沒(méi)有定量的把握，特別是側(cè)門a和對(duì)門b對(duì)于生活樓的影響。為了給平臺(tái)作業(yè)人員提供良好的工作環(huán)境，本文重點(diǎn)分析了房門開啟方式對(duì)平臺(tái)生活樓噪聲的影響。

圖2 海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)布置示意圖Fig.2 General layout of offshore platform

2.2 平臺(tái)噪聲SEA預(yù)報(bào)模型的建立

選取生活樓所在主甲板為研究對(duì)象，建立噪聲預(yù)報(bào)的SEA模型(見(jiàn)圖3)。平臺(tái)結(jié)構(gòu)由板殼子系統(tǒng)離散，房間內(nèi)部及公共區(qū)空氣由聲腔子系統(tǒng)離散。為保障平臺(tái)SEA預(yù)報(bào)模型寬頻分析的有效性，需保障各子系統(tǒng)在分析頻帶的模態(tài)數(shù)大于等于4，為此，本模型對(duì)各子系統(tǒng)的劃分尺寸進(jìn)行了控制，使其在頻率f≥20 Hz時(shí)即可滿足模態(tài)密度的要求。模型SEA子系統(tǒng)共計(jì)360個(gè)，其中板殼子系統(tǒng)244個(gè)，聲腔子系統(tǒng)116個(gè)。

圖3 海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)噪聲預(yù)報(bào)SEA模型Fig.3 SEA model of offshore platform for noise prediction

2.3 載荷及工況設(shè)置

2.3.1載荷設(shè)置

為準(zhǔn)確評(píng)價(jià)噪聲分布，還考慮了主甲板上其他設(shè)備(如柴油吊機(jī))振動(dòng)及空氣噪聲載荷的影響。載荷信息及設(shè)置如表1和圖4所示。

表1 聲源載荷表

圖4 平臺(tái)結(jié)構(gòu)激勵(lì)載荷Fig.4 Exciting force exerted on offshore platform

2.3.2工況設(shè)置

分析設(shè)計(jì)4種計(jì)算工況,如表2所示。為直觀評(píng)價(jià)主機(jī)房房門朝向?qū)ι顦欠块g噪聲的影響，本文在公共區(qū)、生活區(qū)等典型部位設(shè)置了考核點(diǎn)。

3 主機(jī)房房門開啟方式對(duì)平臺(tái)噪聲的影響

3.1 不同工況下平臺(tái)噪聲特性分析

通過(guò)計(jì)算，得到了不同工況下平臺(tái)總體噪聲分布情況以及考核點(diǎn)噪聲分布情況，如圖5所示。

表2 計(jì)算工況表

圖5 不同工況下平臺(tái)噪聲分布情況Fig.5 General distributions of noise level under different cases

由圖5可以看出，在水平方向上，主機(jī)房噪聲最大，公共區(qū)噪聲隨遠(yuǎn)離主機(jī)房逐漸減小，生活樓噪聲最小且隨距主機(jī)房距離增大而減小。在豎直方向上，整體噪聲分布呈現(xiàn)出由下自上遞減的現(xiàn)象，距離甲板和主機(jī)房越近，噪聲值越大。

對(duì)于工況1和2，主機(jī)房對(duì)門附近公共區(qū)的噪聲值明顯高于側(cè)門附近的公共區(qū)域；對(duì)于工況3，側(cè)門附近公共區(qū)的噪聲值明顯高于對(duì)門附近的公共區(qū)域；而對(duì)于工況4，緊鄰主機(jī)房的公共區(qū)域的噪聲分布卻沒(méi)有明顯差異。造成該噪聲分布情況的主要原因是原油主機(jī)等高振動(dòng)及高聲功率設(shè)備布置于主機(jī)房?jī)?nèi)部，從而使得主機(jī)房成為影響平臺(tái)整體噪聲環(huán)境的主導(dǎo)因素；開門將導(dǎo)致聲學(xué)防護(hù)在該方向上的弱化，使得靠近房門的公共區(qū)噪聲值大于緊鄰主機(jī)房的其余公共區(qū)。

3.2 主機(jī)房房門朝向優(yōu)化設(shè)計(jì)

通過(guò)計(jì)算，在不同工況下，生活樓典型房間的噪聲值如表3所示。

表3生活樓典型房間噪聲值

Table 3 Noise level of typical rooms on living quarter dBA

由表3數(shù)據(jù)可看出，生活樓遠(yuǎn)離主機(jī)房一側(cè)的房間的噪聲值比正對(duì)主機(jī)房的房間均低，且距離主機(jī)房門越近，噪聲值越大。不同工況下，房門開啟方式對(duì)生活樓噪聲的影響存在如下關(guān)系：開對(duì)門≈全開>開側(cè)門≈全閉。對(duì)于生活樓3-1房間，主機(jī)房門開對(duì)門與開側(cè)門相比出現(xiàn)了5.9 dB的噪聲差值。這說(shuō)明主機(jī)房對(duì)生活樓的噪聲影響主要是通過(guò)其正對(duì)的墻壁，側(cè)壁則影響很小。

從噪聲控制角度出發(fā)，在海洋平臺(tái)設(shè)計(jì)初期，應(yīng)盡量避免主機(jī)房房門朝向生活樓，宜將其布置在側(cè)向/背向生活樓區(qū)域；在生產(chǎn)實(shí)際中，則應(yīng)盡量減少對(duì)門的開啟，選擇走側(cè)門，并應(yīng)加強(qiáng)主機(jī)房正對(duì)生活樓的圍壁的聲學(xué)防護(hù)，在傳播過(guò)程中削弱噪聲直接聲輻射對(duì)生活樓的影響。

4 結(jié) 語(yǔ)

本文基于統(tǒng)計(jì)能量法分析了4種工況下主機(jī)房房門開啟方式對(duì)生活樓噪聲的影響，并在此基礎(chǔ)上開展了主機(jī)房房門位置的優(yōu)化設(shè)計(jì)。通過(guò)分析得到如下主要結(jié)論：

(1) 各工況下平臺(tái)噪聲分布規(guī)律大致相同，主機(jī)房噪聲最大，周圍公共區(qū)噪聲也相對(duì)較大，生活樓噪聲最小。距離主機(jī)房越近，平臺(tái)噪聲越高；距離主機(jī)房越遠(yuǎn)，噪聲水平越低。

(2) 主機(jī)房設(shè)備對(duì)生活樓噪聲的影響存在如下關(guān)系：開對(duì)門≈全開>開側(cè)門≈全閉。從適居性角度出發(fā)，應(yīng)將對(duì)門位置改到遠(yuǎn)離生活樓的背面，或盡量減少對(duì)門的開啟，選擇走側(cè)門，并應(yīng)加強(qiáng)主機(jī)房正對(duì)生活樓的墻壁的聲學(xué)防護(hù)，在傳播過(guò)程中削弱噪聲輻射對(duì)生活樓的影響。

[1] 姜聰聰.基于SEA法的自升式平臺(tái)生活樓艙室噪聲研究[D].大連:大連理工大學(xué)，2012:37-46.

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RelationBetweenNoiseLevelinLivingQuarterandDoorArrangementofMainEngineRoomonOffshorePlatform

HUI Ning1, GAO Peng1, PANG Fu-zhen2, SHEN Zhi-heng1, MA Bang-yong1

(1. Offshore Oil Engineering Co., Ltd., Tianjin 300451, China; 2. Harbin Engineering University, Harbin, Heilongjiang 150001, China)

Based on the statistical energy analysis (SEA), we quantitatively study the noise level in living quarter on offshore platform influenced by closure or open of main engine room doors, and provide the detailed noise level arrangement under different cases. Furthermore, we also optimize the door arrangement and give the right usage philosophy. According to the calculation results, it is found that front door has more influence than side door. To provide a better working environment, the doors at main engine room should be arranged at the side away from the living quarter.

offshore platform; noise; statistical energy analysis; main engine room

2016-03-06

惠寧(1986—)，男，碩士，主要從事海洋工程機(jī)械設(shè)計(jì)和全頻域噪聲分析方面的研究。

TE991.8

A

2095-7297(2016)02-0140-05