淺論廣西內(nèi)河船舶機(jī)艙噪聲的控制

李福 張明

摘 要：隨著船舶越來(lái)越大型化，以及人們對(duì)環(huán)保的要求越來(lái)越高，機(jī)艙噪聲越來(lái)越被重視和關(guān)注。如何在滿足規(guī)范的要求下，降低機(jī)艙噪聲是圖紙?jiān)O(shè)計(jì)部門(mén)和使用部門(mén)需要認(rèn)真考慮的問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：噪聲 柴油機(jī) 高壓共軌

1.概論

近年來(lái)，隨著社會(huì)和技術(shù)的發(fā)展，船舶越來(lái)越大型化，所配備的推進(jìn)主機(jī)以及發(fā)電機(jī)組和相關(guān)的設(shè)備也越來(lái)越大功率、大扭矩化，其振動(dòng)和噪聲問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重。而生活水平的提高以及人們對(duì)環(huán)保方面的認(rèn)識(shí)的提高，也使得人們對(duì)其所處的噪聲也越來(lái)越重視和關(guān)心。由于船東的要求和船舶自身的原因，內(nèi)河船舶的機(jī)艙狹小，機(jī)艙內(nèi)的工作環(huán)境十分惡劣，加上船員在機(jī)艙內(nèi)的工作時(shí)間較長(zhǎng)，嚴(yán)重?fù)p害了輪機(jī)員的身心健康以及污染周?chē)h(huán)境，影響船上其他工作人員的工作和休息。

2.噪聲來(lái)源及產(chǎn)生的原因

船舶機(jī)艙內(nèi)的噪聲可分為機(jī)械性噪聲、電磁性噪聲和氣動(dòng)力噪聲，主要是柴油機(jī)、發(fā)電機(jī)及其他設(shè)備運(yùn)行產(chǎn)生而成。其中發(fā)電機(jī)及其他設(shè)備運(yùn)行產(chǎn)生的電磁性噪聲及其它噪聲對(duì)于船舶來(lái)說(shuō)，可以忽略不計(jì)。

這里主要討論的是船舶推進(jìn)裝置柴油機(jī)的噪聲，其主要噪聲源為：柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的氣動(dòng)力噪聲、機(jī)械噪聲。其中氣動(dòng)力噪聲是指當(dāng)氣體出現(xiàn)渦流或壓力發(fā)生突變，引起氣體的振動(dòng)主要包括進(jìn)、排氣噪聲和燃燒噪聲。這部分噪聲直接向發(fā)動(dòng)機(jī)周?chē)目諝庵休椛洹?/p>

排氣噪聲指的是氣缸內(nèi)高溫高壓廢氣周期性地噴射到排氣管內(nèi)而產(chǎn)生高速脈動(dòng)氣流，對(duì)于非增壓柴油機(jī)，它是柴油機(jī)的最大的噪聲產(chǎn)生源，其中又以廢氣通過(guò)氣閥時(shí)產(chǎn)生的渦流噪聲最強(qiáng)；而對(duì)于增壓柴油機(jī)，當(dāng)增壓器長(zhǎng)期運(yùn)行出現(xiàn)故障時(shí)，會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈振動(dòng)或喘振而產(chǎn)生的噪聲：主要是因?yàn)闇u輪葉片積炭過(guò)多而且分布不均，破壞了轉(zhuǎn)軸的動(dòng)平衡引起。增壓器葉片變形或斷裂引起振動(dòng)而產(chǎn)生的噪聲。

另因空氣壓力和速度在壓氣機(jī)內(nèi)發(fā)生周期性變化，因正常流動(dòng)受到破壞而呈現(xiàn)強(qiáng)烈的脈沖流動(dòng)，從而造成葉輪的強(qiáng)烈振動(dòng)，并發(fā)出沉重的“呼嚇”氣喘聲音。燃燒噪聲是指，由于氣缸內(nèi)油料的燃燒而引起空氣容積、溫度、壓力的變化而產(chǎn)生振動(dòng)，并通過(guò)缸蓋、活塞連桿、曲軸、

機(jī)體向外傳播的噪聲，這種噪聲主要集中于柴油機(jī)燃燒的急燃期和緩燃期。機(jī)械噪聲是指，由于空氣壓力及機(jī)件的慣性作用，使相對(duì)運(yùn)動(dòng)的零件之間產(chǎn)生撞擊和振動(dòng)而激發(fā)的噪聲，它主要包括敲擊噪聲：當(dāng)燃油的噴油壓力過(guò)大或噴油提前角相對(duì)較大就容易產(chǎn)生敲缸聲；凸輪機(jī)構(gòu)噪聲、軸承噪聲、不平衡慣性力引起的機(jī)體振動(dòng)和噪聲。柴油機(jī)系統(tǒng)振動(dòng)引起的噪聲：由于現(xiàn)在廣西河內(nèi)安裝的主機(jī)，其結(jié)構(gòu)都是曲柄連桿結(jié)構(gòu)，因此在柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生周期變化的不平衡力和力矩，從而使柴油機(jī)產(chǎn)生振動(dòng)，產(chǎn)生振動(dòng)噪聲。

軸系振動(dòng)，在柴油機(jī)、螺旋槳等周期性的力矩作用下，會(huì)產(chǎn)生軸系的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，從而引起噪聲。如果柴油機(jī)或軸系的振動(dòng)與船舶本身構(gòu)成共振帶時(shí)，振動(dòng)噪聲會(huì)更加明顯，會(huì)引起眾不適或相關(guān)設(shè)備的損壞。而發(fā)電機(jī)組的噪聲主要由柴油機(jī)噪聲和發(fā)電機(jī)噪聲混合而成，其中，柴油機(jī)的噪聲源與推進(jìn)主機(jī)的噪聲源基本相同，特點(diǎn)也類(lèi)似；發(fā)電機(jī)的噪聲源主要是機(jī)械噪聲和電磁噪聲，這些噪聲是由發(fā)電機(jī)的電磁力、軸承、轉(zhuǎn)子的機(jī)械不平衡性，電刷和換向器之間的摩擦、電刷和滑環(huán)之間的摩擦等所產(chǎn)生。另外冷卻空氣在電機(jī)內(nèi)部還會(huì)形成湍流噪聲。

3.噪聲控制

柴油機(jī)噪聲控制：由上所述知道，柴油機(jī)本身所產(chǎn)生的噪聲是由其結(jié)構(gòu)、工作性質(zhì)所引起的，也是必然的。在目前的柴油機(jī)技術(shù)條件下，生產(chǎn)不了沒(méi)有噪聲的柴油機(jī)，只能是想辦法控制柴油機(jī)所產(chǎn)生的噪聲，到人們能忍受的范圍。

根據(jù)廣西內(nèi)河船舶情況和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的水平，柴油機(jī)噪聲控制可以采用以下方法：

一是在柴油機(jī)的使用上，盡量采用功率小，長(zhǎng)沖程，非增壓、小壓縮比的柴油機(jī)。但采用功率小的柴油機(jī)，也要滿足船舶航行的安全，這就要在設(shè)計(jì)圖紙時(shí)，在滿足船舶航行速度、安全、經(jīng)濟(jì)的情況下，盡可能采用小功率柴油機(jī)。特別是采用高壓共軌、電控噴射系統(tǒng)的柴油機(jī)，對(duì)于減少噪聲，起到很好的作用。因?yàn)椴捎酶邏汗曹墸瑴p少了凸輪軸的數(shù)量，從而減少機(jī)械噪聲。柴油機(jī)的燃油系統(tǒng)由原來(lái)的機(jī)械噴射變更為電控系統(tǒng)噴射，可以在燃燒的全過(guò)程進(jìn)行控制，對(duì)燃油的噴油壓力進(jìn)行控制，減小爆壓，減小排氣噪聲。因?yàn)楦邏汗曹夒娍夭裼蜋C(jī)因?yàn)椴捎孟冗M(jìn)的電子控制，能夠有效地控制燃油的噴射過(guò)程，極大有利于柴油燃燒過(guò)程的優(yōu)化。而電子控制的壓電式執(zhí)行器開(kāi)關(guān)閥頻率高，能夠輕松實(shí)現(xiàn)快速斷油，其控制精度非常高，高壓油路中就不會(huì)出現(xiàn)氣泡和殘壓為零的現(xiàn)象，從而使柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)范圍內(nèi)的每循環(huán)噴油量基本一致，改善了各缸供油不均勻的情況。

采用高壓共軌方式供油，壓力大小與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)，噴射壓力控制精度較高，噴油量控制較準(zhǔn)確，高壓共軌系統(tǒng)中的噴油壓力可根據(jù)不同工況確定所需的最佳噴射壓力，從而優(yōu)化柴油的綜合性。還有采用電控高壓共軌技術(shù)讓柴油機(jī)的噴油規(guī)律接近于理想化，容易實(shí)現(xiàn)預(yù)噴射和多次噴射，可獨(dú)立地控制噴油正時(shí)，配合適當(dāng)?shù)膰娚鋲毫?，可控制氮氧化物和微粒的較小的數(shù)值內(nèi)以滿足日益嚴(yán)格的排放要求，同時(shí)又能保證優(yōu)良的動(dòng)力性及經(jīng)濟(jì)性。

二是在柴油機(jī)外部加上柴油機(jī)罩，這也是有效消除柴油機(jī)噪聲的方法。采用機(jī)罩辦法減低噪聲，需要充分考慮柴油機(jī)的油、水、排氣等管路的布置，以及柴油機(jī)的熱量的散發(fā)問(wèn)題。管路的布置問(wèn)題好解決，只要適當(dāng)調(diào)整管路的走向和排放就可以了。柴油機(jī)的熱量散發(fā)問(wèn)題，應(yīng)充分利用陸用柴油機(jī)的散熱問(wèn)題加已應(yīng)用，再合理利用船舶運(yùn)行在水上的水冷資源優(yōu)勢(shì)，就能很好地處理好柴油機(jī)散熱問(wèn)題，讓柴油機(jī)能在合理的溫度范圍下工作運(yùn)行。

三是充分利用電腦技術(shù)，在機(jī)艙安裝各種探測(cè)器、視頻像頭，實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)艙，這樣就可以將機(jī)艙相對(duì)封閉起來(lái)，也是消除噪聲的可行辦法。而且成本也不高。最主要的是，電腦視頻系統(tǒng)非常的普及，且現(xiàn)在大量的船員都趨向于年輕化，基本上都是會(huì)使用電腦的。所以對(duì)機(jī)艙安裝電腦視頻系統(tǒng)是非常的實(shí)用有效的。這時(shí)候，機(jī)艙內(nèi)的機(jī)械式噪聲就可以封閉在機(jī)艙里面，外面的噪聲就會(huì)得到很好的改善。這時(shí)，主要是的柴油機(jī)排氣噪聲。

四是可采用經(jīng)濟(jì)可靠的消聲器。消聲器能夠阻止聲音傳播而允許氣流通過(guò)的一種氣動(dòng)元件，主要類(lèi)型有吸收型消聲器、膨脹干涉型消聲器及膨脹干涉吸收型消聲器。為了能達(dá)到更好降噪聲效果，以及船上的條件，應(yīng)采用膨脹干涉吸收型消聲器。而且還應(yīng)把排氣口安排在船尾，這樣可以在位置上盡量地遠(yuǎn)離噪聲。另外如果條件好的船東，可以在機(jī)艙內(nèi)粘貼吸聲材料。一般采用鋁合金微穿孔板材料，因?yàn)槲⒋┛装逦暯Y(jié)構(gòu)具有可觀的吸聲系數(shù)，并具有清潔、無(wú)污染、不受環(huán)境的限制（在高溫、高濕以及有氣流沖擊和腐蝕等條件下都可以使用）等優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)對(duì)機(jī)艙多處粘貼吸聲材料，可以使口噪聲大大降低。但粘貼吸聲材料也為機(jī)械設(shè)備散熱以及進(jìn)排氣等帶來(lái)一定的不便之處。

軸流通風(fēng)機(jī)的噪聲及其降噪措施。因船舶檢驗(yàn)規(guī)范規(guī)定，船舶機(jī)艙必須采用強(qiáng)制通風(fēng)，使機(jī)艙的工作環(huán)境溫度不大于45攝氏度。因此機(jī)艙必須安裝通風(fēng)機(jī)。一般情況下，基本上都是軸流式電動(dòng)通風(fēng)機(jī)。軸流通風(fēng)機(jī)的功率一般都大于1千瓦，且其轉(zhuǎn)速也比較高，其工作起來(lái)，噪聲還是相當(dāng)大的。為了能夠既滿足法規(guī)的要求，又能使機(jī)艙能夠得到足夠的空氣及充分的冷卻，可以加長(zhǎng)通風(fēng)機(jī)的導(dǎo)風(fēng)筒，并在導(dǎo)風(fēng)筒的末端安裝可轉(zhuǎn)動(dòng)的導(dǎo)向筒，讓其導(dǎo)風(fēng)口總是向著迎風(fēng)面。還可以在安裝強(qiáng)制通風(fēng)的前提下，另外加裝自然通風(fēng)口，這樣，在船舶航行的過(guò)程中，如果僅僅使用自然通風(fēng)就能達(dá)到降溫的情況下，可以關(guān)閉軸流通風(fēng)機(jī)，既可以省電，也可以減少產(chǎn)生聲源的設(shè)備，從而減少不必要的噪聲。經(jīng)過(guò)上面一系列的降噪措施及其它輔助措施后，機(jī)艙內(nèi)的噪聲或受機(jī)艙噪聲的影響將會(huì)大大降低，從而為船員創(chuàng)造一個(gè)良好的、舒適的工作、生活環(huán)境。

4.結(jié)束語(yǔ)

近年來(lái)，隨著陸上交通的發(fā)展，內(nèi)河船舶的使用量相對(duì)下降。但船舶運(yùn)輸因?yàn)檫\(yùn)輸量大，運(yùn)費(fèi)低依然還會(huì)被人們大量的使用。但船舶的特殊工作環(huán)境，使得船員長(zhǎng)期在超出正常范圍的噪聲環(huán)境下工作，會(huì)使人感到疲勞，工作效率降低；還會(huì)降低人的聽(tīng)力，影響人體健康。

因此，必須采取相應(yīng)降低噪聲的措施。而且我們的船舶檢驗(yàn)規(guī)范，也應(yīng)該滿足人們對(duì)生活質(zhì)量的提高的追求，引導(dǎo)人們?nèi)ピO(shè)計(jì)、安裝、使用可以讓噪聲影響降到最低的的設(shè)備或設(shè)施。特別是近年在汽車(chē)上應(yīng)用非常廣泛的高壓共軌電控噴射系統(tǒng)技術(shù)，能夠有效地從結(jié)構(gòu)上獲得比普通燃油系統(tǒng)好得多的經(jīng)濟(jì)性，并且具有良好的環(huán)保性能和能有效地降低噪聲。因此，應(yīng)該在船舶進(jìn)行推廣和應(yīng)用。