淺談減振降噪技術在“科學”輪上的集中應用

孔憲才 顏芳 劉志兵

摘 要：本文在分析了船舶振動源的基礎上，重點介紹了最新減振降噪技術在我國新型海洋科學綜合考察船上的系統(tǒng)綜合應用，并對實船測試效果作出表述。

關鍵詞：雙層隔振 減振器 振動 噪聲 阻尼 隔聲

為保證科學考察船聲學探測設備獲取理想可靠的探測數(shù)據(jù)，并遵循“以人為本”設計原則，國家重大科技基礎設施海洋科學綜合考察船“科學”號在設計與建造過程中，綜合運用減振降噪技術，成功控制、降低生活區(qū)域和工作處所的振動和噪聲，使船舶在總體上具有良好的聲寂靜性能，滿足了船載聲學探測設備的使用要求、滿足《海洋船舶噪聲規(guī)定》和《機械振動客船和商船適居性振動測量、報告和評價標準》，總體減振降噪效果明顯。

通過周密分析和廣泛調研，確認本船的主要噪聲源有：機電運轉設備產(chǎn)生的機械振動與噪聲，結構剛性不足產(chǎn)生的局部振動，與振源設備連接的結構和管路發(fā)生的振動、傳播和放大，船上空氣調節(jié)及機器處所通風系統(tǒng)產(chǎn)生的風噪等。針對以上噪聲源，根據(jù)現(xiàn)有減振降噪技術的發(fā)展現(xiàn)狀，采取多種有效措施，控制船舶振動和噪聲傳播?，F(xiàn)就“科學”號科學考察船上所采用的減震降噪技術進行闡述。

1 針對結構噪聲采取的降噪措施

在總計設計和船體結構施工等方面采取了節(jié)點優(yōu)化、工藝控制和局部加強等相關措施，保證結構連續(xù)性和局部結構優(yōu)化，減少由于結構強度不足或設計不合理而造成的結構噪聲。

為減少結構振動，在船舶的生產(chǎn)設計中，保證主船體結構和甲板室的圍壁支撐結構的連續(xù)性，優(yōu)化局部結構節(jié)點，在不參與總縱強度計算的相對薄弱的上層建筑結構中，采用“拉入法”節(jié)點，控制結構貫穿孔尺度保證了結構局部剛性。

緊抓工藝控制，編制滿足設計要求的施工及焊接工藝，在船舶重要區(qū)域結構采用雙面連續(xù)焊接。通過對船舶焊接質量的過程控制，并進行嚴格的工藝檢查，以保證船體結構連續(xù)有效的連接，使載荷能夠得到有效傳遞。

在生產(chǎn)設計中嚴格控制管路、電纜的貫穿對船體結構的破壞，對于穿艙管路和電纜通道，通過核算采取相應的補強措施，補強方案取得船體專業(yè)的確認后給予實施。

2機電設備運動產(chǎn)生振動的解決措施

2.1柴油發(fā)電機組雙層隔振

對“科學”號船舶重要振源設備四臺柴油發(fā)電機組采取了雙層隔振裝置的安裝方式，大大減小柴油發(fā)電機組振動向基座或船體的傳遞。

根據(jù)機艙的總體布局和設計需求，1#和4#柴油發(fā)電機組采用了獨立的雙層隔振安裝方式，柴油發(fā)電機組通過上層隔振器固定在中間筏架上，中間筏架通過下層隔振器固定在船體內(nèi)底板加強結構上。2#、3#柴油發(fā)電機組進行了組合安裝，采用浮筏結構，更為有效地減少了柴油機組振動向船體的傳遞。

2.2 水泵的減振安裝

對較大功率的水泵采取了的減振安裝，水泵的隔振裝置由撓性橡膠下隔振器、側掛隔振器與撓性橡膠接管組成。隔振器有效減小泵體運轉產(chǎn)生的垂向振動向船體的傳遞，隔振裝置限制泵體運轉水平振動，從而達到減振的目的。

2.3空壓機的減振安裝

船上的2臺氣爆空壓機是一個重要的振動源，對其采用鋼彈簧的單層隔振系統(tǒng)安裝，阻隔設備運轉振動向船體結構的傳遞。

對機艙內(nèi)的3臺主空壓機采用了橡膠隔振器的單層隔振系統(tǒng)安裝，阻隔設備運轉振動向船體結構的傳遞。

2.4 風機、空調機組采用彈性安裝

風機使用彈性減震裝置安裝固定，風機出口安裝軟連接管，做柔性接頭進行隔振。

2.5 其他機電設備安裝底座的處理

采用阻尼板和阻尼材料對機電設備的基座進行處理。對面積較大的基座輻射了阻尼板材，對于小型設備基座和不規(guī)則的基座，敷設了阻尼涂料。

2.6 機電設備振動較大區(qū)域的地面處理

絞車艙、主機艙上部、空壓機倉、推進電機艙地面均進行了阻尼處理，減少震動的外傳。圖7所示網(wǎng)格區(qū)域敷設了14mm后的阻尼板材。

2.7 管道安裝的措施

機械設備的振動，一部分通過基座傳遞至船體結構，另一部分通過管路與管道內(nèi)的流體傳遞至全船。因此對本船振動較大的設備，進出口接管全面采用撓性減振安裝，如主機、空壓機、風機、油、水泵、冷水機組等。根據(jù)管路采用材料和管徑大小，配置合適的撓性固定支架，與機器相連部分均采用了撓性接頭或波紋管的方式，主機等主要設備的撓性接管滿足CCS的規(guī)范要求，風管等撓性接管的安裝還需要滿足SOLAS的防火要求。

全船管路的振動主要源于機艙部分設備，因此機艙部分的管路是振動控制的主要部位，本船對機艙部分的主要動力管路也全面采用了彈性減振管卡和支架等方式的固定。

2.8 浮動地板的采用

對集控室采用了浮動地板的安裝方式，降低振動量，有效保證了集控室配電板和控制精密元器件的工作環(huán)境。

3 空氣傳播噪聲

3.1總體設計與結構布局

（1）生活、工作區(qū)域的有效分割

總體布局上，盡量做到，生活、工作區(qū)域和機艙區(qū)域的相對獨立，以保證隔聲阻尼的有效利用。

圖中藍色區(qū)域為實驗室與駕駛臺等室內(nèi)工作場所，綠色區(qū)域主要為生活公共與休息處所，紅色為機艙及機器處所，為產(chǎn)生振動或噪聲的區(qū)域，是進行防護的重點，也是采取采取隔聲措施的區(qū)域。

（2）機械處所的封閉措施

采用單煙囪的布局，去掉了機艙天棚，機艙采用全封閉方式，盡量減少聲音的輻射面；艏側推艙也進行了隔離封閉；

（3）低噪聲設備的廣泛使用

在設計之初和簽署技術協(xié)議時，明確提出設備商應盡量采用最新的低噪聲設備，并提供設備臺架試驗所測取得噪聲及振動指標，為后期的采用可行措施提供了有效技術數(shù)據(jù)。本船采用的低風速送風空調系統(tǒng)，有效地保證了住區(qū)及生活艙室的噪聲指標，收到了明顯的效果。這為科學考察船、海監(jiān)公務船等類似噸位較小船舶采取低風速空調系統(tǒng)開船了先河，有效地做到了舒適性指標提高。

3.2 空調機通風設置消音器、靜壓箱

機械通風機因氣體流動所產(chǎn)生的動力性噪聲，是甲板與艙室噪聲的主要原因之一，本船對各房間與主要艙室的機械通風與空調通風進行了噪聲估測，對于噪聲大的房間，在設備與管路上增加消音設備，減少噪聲，將噪聲控制有效范圍內(nèi)。

本船空調風管選用大截面矩形風管，達到降低風速減小艙室噪音目的。在風管內(nèi)設置導流板、消音器，在接布風器的支管處加調風板，調節(jié)每個布風器的風速與風量，并在布風器內(nèi)部敷設吸音材料，切斷噪聲在風管中的傳播途徑，降低各個艙室布風器的噪音。

采用壓槽加強、Z型立板加強、內(nèi)部環(huán)扣加強、n型波浪板加強和L型板加強等措施，增大風管的管壁強度，防止因寬大風管自身振動帶來的噪聲。

控制空調風管的絕緣安裝質量，既可以防止產(chǎn)生凝水，同時還有減振降噪作用。

3.3 聲音的阻隔

（1）機器處所的雙隔聲門布局

進出機艙的通道均采用了隔離空間，布設了兩道隔聲防火門，有效地減少了機艙噪聲的外傳。

（2）水密門隔聲門的開發(fā)利用

對所有的水密門在水密要求的基礎上，開發(fā)了能夠安裝到水密門上的隔聲門，在水密門開啟的情況下，做到艙室之間的隔聲，有效地防止了機器處所噪聲的外傳，效果明顯。

圖中所示水密門均安裝有隔聲門，保證了水密門開啟狀態(tài)下的隔聲門的關閉，致使噪聲不得外傳。

（3）通風機的處理

①主機通風機

對船上的一大噪聲源機艙通風機，進行了專業(yè)降噪處理；設置了專門的風機間，采用了低噪聲的雙速風機，風機出口與風道采用波紋管方式聯(lián)接；風機房進行了內(nèi)部隔聲吸聲處理，風機進口進行了消聲處理，風道內(nèi)部敷設了吸聲材料，有效進行了噪聲控制。

②其他通風機

本船對布置在生活和工作區(qū)域的通風機除采用低噪聲的通風機外，還對這些風機采取了減震降噪處理，制作了小型風機箱，風機進行了彈性安裝，風機出口和風道間采用彈性波紋管安裝，最大限度地減少噪聲外傳。

③風道內(nèi)的吸聲處理

為更好地做到減震降噪，對通徑較大的通風道內(nèi)壁進行消聲材料的敷設，以降低噪聲的傳播。

④舾裝材料的采用

對船體舾裝材料均進行了減振降噪的技術要求，比如駕駛臺玻璃為雙層鋼化玻璃，所有住區(qū)房間的門均為隔聲門，內(nèi)壁板均為加厚型等等，這些措施也較好地保證了噪聲的控制.

（4）減振降噪效果

以上減振降噪措施的全面采用，收到的效果極為明顯，以下為海上試驗的測試結果。

①振動測量

在全速航行時，對本船振動值進行了測定，船員住艙、機艙、集控室及生活區(qū)域的振動指標均滿足設計要求，并大大低于標準值。船員艙室實測最大振動量為0.4mm/s，低于船級社設定的最高舒適度等級1級中對于船員艙室2.8mm/s的要求；機艙集控室實測最大振動量為0.9mm/s，低于船級社設定的最高舒適度等級1級中對于機艙集控室4.0mm/s的要求.全船實測最大振動量的平均值為0.8mm/s，可見減減振降噪的效果是多么地明顯。

（2）噪聲測量

全船共有40間臥室，經(jīng)海上航行試驗，全速航行時噪聲指標達到船員臥室噪聲舒適度最高等級的房間為30間（低于52dB），占全船臥室的75%；達到客船乘客高級艙室噪聲舒適度最高等級的房間約為8間（低于45dB），占全船臥室的25%，船長臥室噪聲指標達到了46dB。

振動測量和噪聲測量數(shù)據(jù)顯示設計和建造所采取的減振降噪措施是合理有效，措施得當；未出現(xiàn)一處振動超標的現(xiàn)象也顯示了本船結構設計合理、建造焊接工藝處理到位的這一不爭事實。

參考文獻：

[1] 中國科學院海洋研究所.國家重大科技基礎設施海洋科學綜合考察船建造工藝報告，2013.

[2] 武昌船舶重工有限公司.海試報告，2013.

[3] 中國船舶及海洋工程設計研究院.全船說明書，2013.