78M平臺(tái)供應(yīng)船詳設(shè)階段降噪控制方法

■朱 麗

(福建東南造船有限公司技術(shù)中心，福州 350000)

78M平臺(tái)供應(yīng)船詳設(shè)階段降噪控制方法

■朱 麗

(福建東南造船有限公司技術(shù)中心，福州 350000)

針對(duì)船舶噪聲防護(hù)規(guī)則成為全球范圍強(qiáng)制執(zhí)行的造船規(guī)范這一情況，本文以78M平臺(tái)供應(yīng)船為例，結(jié)合該船噪聲振動(dòng)分析報(bào)告，闡述工廠(chǎng)在詳細(xì)設(shè)計(jì)階段通過(guò)分析噪聲源，根據(jù)其特性制定降噪方法，使其滿(mǎn)足規(guī)范要求。

平臺(tái)供應(yīng)船 詳細(xì)設(shè)計(jì) 降噪 控制

0 引言

隨著世界能源消耗不斷提升，油氣資源開(kāi)發(fā)正逐步向海洋轉(zhuǎn)移。海洋工程船是為離岸作業(yè)工程提供服務(wù)的一系列船舶統(tǒng)稱(chēng)。平臺(tái)供應(yīng)船，Platform Supply Vessel簡(jiǎn)稱(chēng)PSV，是其中的一種，主要用于海上平臺(tái)運(yùn)送人員和物質(zhì)。

平臺(tái)供應(yīng)船操縱的主要任務(wù)是維持船舶于某種穩(wěn)定狀態(tài)而不是操縱船舶的航行，根據(jù)這一特性，其常規(guī)布局通常為船艏設(shè)有艏推進(jìn)器，艉部設(shè)有艉推進(jìn)裝置和常規(guī)舵，主機(jī)則在船體的中部，居住艙室主要集中在首部上建。根據(jù)這一布局，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)整個(gè)軸系布置貫穿全船，將會(huì)對(duì)上建房間產(chǎn)生大量的噪聲污染。而在IMO 468決議正式生效后，越來(lái)越多的船增加相關(guān)入籍符號(hào)“HAB”，船東也在船舶舒適性上要求越來(lái)越高。再加上目前海工市場(chǎng)交船難的局面，如何有效的控制噪聲，滿(mǎn)足艙室布置和經(jīng)濟(jì)性的需求，在建造過(guò)程中符合規(guī)范要求的同時(shí)，讓船東滿(mǎn)意，順利交船，已經(jīng)迫在眉睫。而在詳細(xì)設(shè)計(jì)階段就開(kāi)展噪聲分析、進(jìn)行噪聲控制，可以有效的解決上述問(wèn)題，同時(shí)對(duì)船廠(chǎng)來(lái)說(shuō)，也能避免后期因噪聲檢測(cè)不達(dá)標(biāo)造成的大量返工，減少后期建造過(guò)程中的相關(guān)成本。

1 船舶噪聲標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀

許多造船業(yè)比較發(fā)達(dá)的國(guó)家如美、日、俄羅斯、西歐諸國(guó)等，自60年代中期起陸續(xù)制訂了商船的噪聲標(biāo)準(zhǔn)，其中多數(shù)在70年代生效。 船舶噪聲標(biāo)準(zhǔn)中的評(píng)價(jià)依據(jù)，多數(shù)國(guó)家系遵循ISO(國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織)第43委員會(huì)推薦的評(píng)價(jià)依據(jù)，即 A聲級(jí)(L。)、噪聲評(píng)價(jià)數(shù)(N或 NR)與等效連續(xù)A聲級(jí)(L)。IMO最新修訂的船舶噪聲防護(hù)規(guī)則(IMO 468決議)于2014年7月1日起正式生效。新標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施的主要難點(diǎn)，一是對(duì)噪聲源設(shè)備和船舶聲學(xué)設(shè)計(jì)提出了更高要求，二是增加了建造過(guò)程中的相關(guān)成本，三是要求船上起居處所具有更加優(yōu)良的隔聲性能，四是增加了詳細(xì)設(shè)計(jì)階段的噪聲分析開(kāi)支，五是控制噪聲超標(biāo)更為困難。

2 78M平臺(tái)供應(yīng)船概述

本船總長(zhǎng)79.480 m，型寬18.400 m，型深7.800 m，設(shè)計(jì)吃6.350 m。采用全焊接式鋼質(zhì)結(jié)構(gòu)，設(shè)有雙可調(diào)螺距全回轉(zhuǎn)舵槳、雙艏側(cè)推、雙駕控臺(tái)，裝配有消防設(shè)備、自導(dǎo)設(shè)備、救助艇、甲板吊的平臺(tái)供應(yīng)船。推進(jìn)系統(tǒng)為雙機(jī)雙槳、艏機(jī)型，由兩臺(tái)柴油機(jī)經(jīng)彈性聯(lián)軸節(jié)、中間軸、CPP全回轉(zhuǎn)螺旋槳裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)本船的航行。航區(qū)為無(wú)限航區(qū)，入ABS船級(jí)社。本船主要機(jī)電設(shè)備分別布置以下幾個(gè)區(qū)域內(nèi)：

(1)艉推進(jìn)艙區(qū)域，位于Fr-2～Fr10。艙室前壁設(shè)置一個(gè)液壓水密門(mén)通往水泥罐艙，艙室尾部左舷設(shè)一部直梯可達(dá)主甲板。設(shè)有2個(gè)全回轉(zhuǎn)舵槳裝置、Z-P螺距單元、Z-P滑油單元、甲醇系統(tǒng)液壓?jiǎn)卧取?/p>

(2)水泥罐艙區(qū)域，位于Fr10～Fr56。為單層結(jié)構(gòu)。艙室前、后壁各有一個(gè)液壓水密門(mén)分別與艉推進(jìn)艙、機(jī)艙相連。設(shè)有有水泥罐裝置、泥漿泵、泥漿攪拌機(jī)、甲醇泵、中間軸裝置等

(3)機(jī)艙區(qū)域，分為雙層底平臺(tái)及二層平臺(tái)，雙層底位于Fr56～Fr84，后壁有一個(gè)液壓水密門(mén)與水泥罐艙相連；機(jī)艙二層平臺(tái)位于Fr56～Fr96，前端設(shè)有集控室，并設(shè)置一個(gè)液壓水密門(mén)艏側(cè)推艙相連。艙內(nèi)中間設(shè)一主通道，通至二層平臺(tái)及主甲板，水泥罐艙的通道做為機(jī)艙應(yīng)急通道，設(shè)在機(jī)艙后壁左舷。設(shè)有2臺(tái)主機(jī)，3臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)組、兩臺(tái)軸帶發(fā)電機(jī)組及一臺(tái)應(yīng)急/停泊發(fā)電機(jī)組。

(4)艏側(cè)推艙區(qū)域，位于Fr96～Fr110。分為雙層底平臺(tái)及二層平臺(tái)，二層平臺(tái)的后壁設(shè)有一個(gè)液壓水密門(mén)通往機(jī)艙集控室，右舷艉部設(shè)有一部斜梯可達(dá)二層平臺(tái)及主甲板，前壁右舷設(shè)有應(yīng)急通道，直梯可達(dá)主甲板及上艏樓甲板。設(shè)有2臺(tái)艏推進(jìn)器作為輔助推動(dòng)設(shè)備。

3 78M平臺(tái)供應(yīng)船主要噪聲源

通過(guò)廠(chǎng)家提供的設(shè)備資料，計(jì)算出主要設(shè)備的固有頻率(見(jiàn)表1)，結(jié)合DNV-GL提供的本船噪聲振動(dòng)分析報(bào)告不難得出，78M平臺(tái)供應(yīng)船主要噪聲源為艉推進(jìn)艙區(qū)域的尾部推進(jìn)裝置；機(jī)艙區(qū)域內(nèi)的主機(jī)、主發(fā)電機(jī)；艏側(cè)推艙區(qū)域內(nèi)的艏推進(jìn)器(見(jiàn)下圖1)。以及與這些設(shè)備相關(guān)聯(lián)的排氣管和風(fēng)機(jī)。

由于這類(lèi)大型設(shè)備廠(chǎng)家均為船東指定，訂貨時(shí)無(wú)法自主挑選噪聲相對(duì)較低的產(chǎn)品，來(lái)達(dá)到降噪作用，因此詳細(xì)設(shè)計(jì)階段只能采取其他方式進(jìn)行降噪。

圖1 主要噪聲源區(qū)域分布圖

表1 設(shè)備固有頻率

4 詳設(shè)階段噪聲控制措施

4.1 通過(guò)增加局部結(jié)構(gòu)來(lái)降噪

計(jì)算局部結(jié)構(gòu)的固有頻率，與噪聲源設(shè)備頻率相對(duì)比，通過(guò)增加構(gòu)件的方式，避免產(chǎn)生共振，起到減振降噪效果。

針對(duì)艏推進(jìn)器、主機(jī)需要進(jìn)行振動(dòng)分析的局部結(jié)構(gòu)為艏部結(jié)構(gòu)、上建房間結(jié)構(gòu)；尾部推進(jìn)裝置則需要分析主船體以下全部結(jié)構(gòu)。以本船上建甲板為例，根據(jù)DNV-GL報(bào)告，為避免與設(shè)備產(chǎn)生共振，甲板下結(jié)構(gòu)頻率需避開(kāi)艏推進(jìn)器頻率、主機(jī)頻率，通過(guò)自然頻率的有限元計(jì)算分析，得出部分區(qū)域只要在原有的結(jié)構(gòu)上增加同規(guī)格扶強(qiáng)材，即可避免共振，但是局部地方卻需要在兩層甲板間增加艙壁板(圖2)，才能達(dá)到效果，考慮到房間的面積要求，內(nèi)部裝修的布置，以及管、電的鋪設(shè)，我們打算采用3根支柱來(lái)代替報(bào)告上所建議的艙壁方案(圖3)。

由于添加支柱很有可能會(huì)引起上下兩層甲板的耦合振動(dòng)，重新進(jìn)行一次有限元計(jì)算分析后，發(fā)現(xiàn)加大支柱的厚度可以達(dá)到與原建議相同效果，各區(qū)域均滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)范圍要求，不僅成功避免共振，達(dá)到降噪效果，又節(jié)約了建造過(guò)程中的相關(guān)成本。

分析報(bào)告中的很多建議方法對(duì)降噪固然有效，但有可能不滿(mǎn)足其他相關(guān)規(guī)范，或是會(huì)影響其他專(zhuān)業(yè)布置，反而引起更大量的更改，造成資源的浪費(fèi)。因此需要船體設(shè)計(jì)人員在方案的選擇上要靈活，方案之間相互比較，在滿(mǎn)足各方面的要求下，挑選出適合本船的最佳方案。

4.2 通過(guò)變更噪聲源設(shè)備的安裝方式來(lái)降噪

通過(guò)增加結(jié)構(gòu)，避免共振，可以起到降噪的作用，同樣，變更噪聲源設(shè)備的安裝方式、增設(shè)一些隔音設(shè)備也可以達(dá)到作用，甚至降噪效果會(huì)更加理想。本船主機(jī)、主發(fā)與船體基座連接，原設(shè)計(jì)采用環(huán)氧螺栓連接，屬于鋼性連接，更換成彈性安裝后，產(chǎn)生的噪聲降低了20dB(A)。主機(jī)、主發(fā)排氣管(即煙囪通道)，由主甲板起，一直延伸至駕駛室頂，貫穿整個(gè)上建居住艙室，是上建主要噪聲源。我們通過(guò)在煙囪內(nèi)部對(duì)每臺(tái)主機(jī)、發(fā)電機(jī)的排氣管交錯(cuò)安裝消音器，煙囪圍壁上安裝滿(mǎn)足防火分割要求的隔熱、隔音棉，有效控制噪聲。機(jī)艙風(fēng)機(jī)的消音器必須安裝在風(fēng)機(jī)上方，分析報(bào)告上建議消音器長(zhǎng)度至少為1倍的風(fēng)機(jī)直徑，由于本船層高以及基座強(qiáng)度要求，無(wú)法采用該建議，與廠(chǎng)家協(xié)商，由其提供配套設(shè)備。在集控室內(nèi)安裝帶靜音箱布風(fēng)器，在風(fēng)機(jī)安裝上采用了JNCC型橡膠減震器(見(jiàn)圖4)。需要注意的是，要安裝彈性支撐以及隔振器的設(shè)備基座，強(qiáng)度要足夠大，避免懸臂梁式的設(shè)計(jì)，盡量將彈性支撐/隔振器布置在構(gòu)件的正上方，或是在彈性元件下方增設(shè)局部加強(qiáng)，也可以起到力的傳遞，減振降噪的效果。

圖2 分析報(bào)告建議方案

4.3 通過(guò)變更內(nèi)裝板與結(jié)構(gòu)連接方式來(lái)降噪

上建房間內(nèi)的鋪設(shè)浮動(dòng)地板，也是降低房間噪聲的一種重要手段。本船采用‘雙層盒’的安裝形式，即浮動(dòng)地板最上端不與周?chē)匿摻Y(jié)構(gòu)有任何剛性連接，艙室裝修板要安裝在浮動(dòng)地板的最上端，天花板要彈性連接到上層甲板剛度較大的位置，不允許焊接在空曠甲板上。這樣才能發(fā)揮浮動(dòng)地板的最大功效，安裝形式如圖5所示。特別需要注意的是，在潮濕區(qū)域所安裝的擋水扁鐵，同樣也屬于鋼結(jié)構(gòu)，浮動(dòng)地板層內(nèi)的鋼板是不能與其相接的，否則不但沒(méi)有起到隔聲作用，反而會(huì)放大噪聲。安裝節(jié)點(diǎn)如圖6所示。

4.4 通過(guò)變更管馬、電纜架安裝點(diǎn)來(lái)降噪

管路、電纜的鋪設(shè)，其管馬/、電纜架的安裝點(diǎn)，對(duì)減振降噪也起到很大的作用。根據(jù)報(bào)告顯示，連接在甲板或艙壁扶材上的位置比安裝在空曠板甲上的噪聲小很多；液壓管路安裝到剛度較小的板架上，在艙壁的另一側(cè)將會(huì)產(chǎn)生很大的噪聲，由上可知支撐架最好安裝在強(qiáng)結(jié)構(gòu)上(圖7)，降噪效果才是最好的。

5 結(jié)束語(yǔ)

船舶是重要的運(yùn)輸工具之一，船舶振動(dòng)噪聲不僅影響到船員自身工作生活和身體健康，而且易造成船體結(jié)構(gòu)的疲勞、破壞，對(duì)船舶的使用壽命和安全性造成影響，因此減振降噪措施是船舶設(shè)計(jì)中的重要環(huán)節(jié)。78m-PSV在詳細(xì)設(shè)計(jì)階段采取上述措施后，與同類(lèi)型船舶比較，全船減振降噪效果顯著，舒適性好，改善了船員的工作生活環(huán)境，得到船東好評(píng)。

圖3 實(shí)際采取方案

圖4 風(fēng)機(jī)安裝示意圖

圖5 天花板、浮動(dòng)地板安裝示意圖

圖6 潮濕區(qū)域浮動(dòng)地板安裝示意圖

圖7 管馬、電纜架安裝點(diǎn)示意圖

[1]張平，于全虎.船舶減振降噪措施簡(jiǎn)析[J].江蘇船舶，2010，(03)：2-4.

[2]GB 7452-2007，機(jī)械振動(dòng) 客船和商船適居性 振動(dòng)測(cè)量、報(bào)告和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[S].

[3]中國(guó)船級(jí)社.船上振動(dòng)控制指南[M].北京：人民交通出版社，2000.

[4]彼得森J W E，斯托姆J.船舶噪聲控制[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，1983.

[5]DNV-GL Noise Analysis report PP177918.