1100TEU集裝箱船對滿足Comfnoise3和Comfvib3入級符號要求的分析

張興 謝勝軍 付茜倩

摘? ? 要：本文介紹了BV船級社入級符號Comf-vib的要求，以及與MSC.337（91）噪音和ISO6954振動標(biāo)準(zhǔn)的差異。根據(jù)1100TEU集裝箱船的SEA模型和variant計算結(jié)果，分析該船在不同工況下的噪音和振動情況，并從設(shè)計角度采用降噪減振預(yù)防措施，使噪音和振動值滿足要求。

關(guān)鍵詞：集裝箱船;振動噪音分析;Comf-vib，Comf-noise，SEA模型，variant計算

中圖分類號：U662.1? ??? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標(biāo)識碼：A

Abstract： This paper introduces the requirements of the class symbol “Comf-Vib” of Bureau Veritas， and the differences between it and the resolution MSC.337（91） on noise and ISO6954 on vibration. Based on the SEA model and the variant analysis result of 1100TEU container vessel， the ship noise and vibration in different working conditions are analyzed， and the noise and vibration reduction preventive measures are adopted in design to meet the requirements so that the problems are identified and solved in advance to avoid the loss of shipyard.

Key words： Container vessel; Vibration noise analysis; Comf-vib; Comf-noise; SEA Model; Variant calculation

1? ? 前言

1 100 TEU集裝箱是我司為美國Tropical Shipping公司建造的系列船（共4艘），入BV船級社。該系列船的主尺度為：總長159.9 m、型寬24.5 m、型深14.8 m、設(shè)計吃水8.25 m、結(jié)構(gòu)吃水10.5 m;裝載集裝箱總數(shù)1148 TEU（20' ISO containers），重箱數(shù)700 TEU、載重量20 400 t;主機為MAN B&W 660 ME-C8.5 Tier III，1050 kWx900 r/min;輔機為3臺? ?MAN 6L23/30H II Tier III;應(yīng)急發(fā)電機為200 kWe×1 800 r/min×AC450V×60 Hz×3 Ph;鍋爐為2臺;可調(diào)螺旋槳、Becker扭曲舵帶舵球、首、尾側(cè)推各1臺。

隨著國際上對船員的保護要求越來越高，各船級社紛紛出臺不同等級舒適度的入級符號。1100 TEU集裝箱船需滿足Comf-noise 3和Comf-vib 3的入級符號要求，因此需要對Comf-noise 3和Comf- vib 3的入級符號要求進行仔細的研究，并找到相應(yīng)的解決方案。

船舶的主要振動與噪聲源有：主機、主推進器、風(fēng)機、空調(diào)等，其中主機和主推進器是主要來源。

傳統(tǒng)的減振方法將重點放在如何消除局部共振上面，振動的情況或被減輕和/或被轉(zhuǎn)移到其他組件上。但是振動的根源仍然存在，后期花費大力氣被動減振降噪，但效果不明顯。

本文通過對BV入級符號Comf-vib 3和Comf-noise 3的研究，落實1 100 TEU集裝箱船減振降噪措施，提升對振動和噪音的控制能力。

2? ?BV船級社COMF入級符號與MSC337.（91）和ISO標(biāo)準(zhǔn)的比對

BV船級社的COMF入級符號包含COMF-NOISE及COMF-VIB兩種：COMF-NOISE授予船舶噪音滿足BV規(guī)范E篇第6章要求的船舶，COMF-VIB授予船舶振動滿足BV規(guī)范E篇第6章要求的船舶。針對1600GT以下及以上船舶，COMF-NOISE及COMF-VIB的限定值不同。COMF-NOISE及COMF-VIB都分為1～3個等級，其中COMF-NOISE 1、COMF-VIB 1為最舒適的級別。

2.1 COMF入級與IMO在噪音指標(biāo)上的對比

見表1。

由表1可知：BV規(guī)范的Comf-noise 3等同于MSC.337（91）噪音指標(biāo)，Comf-noise 2及Comf-noise 1的要求則更加嚴(yán)格;BV入級符號對機艙區(qū)域的噪音沒有提及，但是MSC337有指標(biāo)要求;BV入級符號對露天公共處所測量時可使用用防風(fēng)罩，以減少風(fēng)力影響;測量如在通風(fēng)進出口3 m內(nèi)，則5db偏差應(yīng)視為可接受;工作間、集控室的設(shè)在測量時應(yīng)開啟但不使用。但MSC337沒有明確類似的允許偏差。

2.2 COMF入級與ISO標(biāo)準(zhǔn)在振動指標(biāo)上的對比

見表2。

根據(jù)ISO6954-2000標(biāo)準(zhǔn)，振動值為1～80 Hz范圍內(nèi)的全頻率計權(quán)均方根值;根據(jù)ISO6954-1984，標(biāo)準(zhǔn)振動值為1～100 Hz范圍內(nèi)的最大峰值，1～5Hz范圍內(nèi)采用加速度計算。

COMF規(guī)范既有根據(jù)ISO6954-2000標(biāo)準(zhǔn)，振動值為1～80 Hz范圍內(nèi)的全頻率計權(quán)均方根值，也有根據(jù)ISO6954-1984標(biāo)準(zhǔn)，振動值為1～100 Hz范圍內(nèi)的最大峰值的兩種限定值要求。根據(jù)船舶的建造規(guī)格書，選用全頻率計權(quán)均方根值或最大峰值作為定級標(biāo)準(zhǔn)都可以。

振動測量按照COMF 規(guī)范要求，每層甲板需選一個測量點測量xyz 3個方向，其他點只需要測量Z向即可;而ISO要求每層甲板需選擇兩個測量點測量xyz 3個方向，其他測量點測量Z向即可;COMF規(guī)定振動可接受的偏差為：20%的船員區(qū)所有測量點允許高于規(guī)范要求0.3 mm/s、每層甲板至少需測量60%的房間;ISO標(biāo)準(zhǔn)對于振動的偏差沒有強制要求，根據(jù)入級符號和船東方面的要求而定。

3? ?振動分析與降振預(yù)防措施

1 100TEU集裝箱船振動分析基于全船主體結(jié)構(gòu)和上建結(jié)構(gòu)的FE 模型，選取螺旋槳激勵，采用DNVGL的variant計算分析全船振動。

3.1? 振動計算分析結(jié)果

根據(jù)原始設(shè)計計算結(jié)果預(yù)測全頻段重力計權(quán)振動水平在CSR105 rpm工況下將超過Comf-vib 3的標(biāo)準(zhǔn)，特別是在結(jié)構(gòu)吃水狀況;在CSR工況下，居住處所在縱向方向的最大重力計權(quán)振動有效值預(yù)測達到6.9 mm/s（壓載吃水工況）、5.1 mm/s（設(shè)計吃水工況）和12.0 mm/s（結(jié)構(gòu)吃水工況）;最大單點峰值預(yù)測達到19.0 mm/s（結(jié)構(gòu)吃水工況）。

根據(jù)計算，不帶主機橫撐時上建和主機頂?shù)恼駝訒p少。特別在結(jié)構(gòu)吃水狀態(tài)下上建振動有明顯的改善，全頻段重力計權(quán)振動有效值由12.0 mm/s 降至 6.3 mm/s。

為了更大的降低振動水平，船體結(jié)構(gòu)需作相應(yīng)的修改：結(jié)合主機二階補償、移除側(cè)撐和船體結(jié)構(gòu)相應(yīng)修改，駕駛室兩翼在CSR工況下全頻段重力計權(quán)振動有效值降至3.5 mm/s（壓載吃水工況）、4.8 mm/s（設(shè)計吃水工況）和5.3 mm/s（結(jié)構(gòu)吃水工況）。

3.2? ?降振預(yù)防措施

（1）移除主機側(cè)撐：采用獨立式主機液壓頂推支撐裝置。

結(jié)果顯示：移除側(cè)撐對全頻段重力計權(quán)有效值的改進明顯。

（2）采用主機二階補償器：主機兩端安置主機二階補償器，且補償力矩為70%。

結(jié)果顯示：主機兩端安置70%力矩補償器對全頻段重力計權(quán)有效值的改進明顯，結(jié)構(gòu)增重較小。

（3）上建與煙囪相連接：上建與煙囪在上建通過各層甲板處連接;煙囪外壁與上建通過縱向艙壁相連。

結(jié)果顯示：上建與煙囪相連，使設(shè)計吃水和結(jié)構(gòu)吃水工況下的振動水平有明顯的下降，壓載吃水工況下的振動水平有小幅下降;結(jié)構(gòu)增重較少。

（4）增加上建外墻板厚：上建從主甲板 到尾樓甲板前端壁的板厚增加到20 mm;上建和煙囪整體外圍壁從尾樓甲板到A甲板增加到15 mm;從A甲板到B甲板增加到12 mm、從B甲板到C甲板增加到10 mm;

結(jié)果顯示：在較危險的壓載吃水和結(jié)構(gòu)吃水工況下的振動水平均有所下降;結(jié)構(gòu)增重約28 t。

（5）增加機艙區(qū)域外板板厚：機艙區(qū)域外板板厚從內(nèi)底到10 m平臺區(qū)域增加到20 mm。

結(jié)果顯示：在較危險的壓載吃水和結(jié)構(gòu)吃水工況下的振動水平均有所下降;結(jié)構(gòu)增重約50 t。

4? ? 噪音分析與降噪預(yù)防措施

4.1? 噪聲分析

1 100TEU集裝箱船噪音分析基于靜態(tài)能量分析方法，通過建立SEA模型，以艙室為單元，從空氣傳播和結(jié)構(gòu)傳播途徑考慮機械設(shè)備、通風(fēng)和空調(diào)等預(yù)測噪音。

理論噪音計算分析結(jié)果（見表3）。

4.2? 降噪預(yù)防措施

見表4。

（1）浮動地板：浮動地板的計權(quán)隔聲指數(shù)為55 dB，滿足噪音分析要求。

（2）彈性節(jié)點：所有做浮動地板的艙室，均考慮壁板天花及相關(guān)內(nèi)容做彈性連接，防止結(jié)構(gòu)噪音傳遞到艙室。彈性節(jié)點既能保證壁板、天花板本身的強度，又能滿足推薦的彈性要求。

5? ? 結(jié)論

根據(jù)噪音和振動的預(yù)測分析結(jié)果，此系列船主機和發(fā)電機是引起結(jié)構(gòu)噪音和振動的主要源頭;對主機首尾端增加二階補償器和液壓橫撐能達到很好的減振降噪效果，而主機增加側(cè)撐并不能起到直接的作用;船體結(jié)構(gòu)的加大板厚和增加連接結(jié)構(gòu)形成框架，同樣有不錯的效果。

1 100TEU首制船試航中噪音振動測量值與預(yù)測分析結(jié)果相近，印證分析和設(shè)計的正確性，滿足規(guī)范和船東的要求。

參考文獻

[1] BV Rules for the classification of Steel Ships Part E- additional Class Notations

[2] Resolution MSC.337（91） – Adoption of the Code on noise level on board ships

[3] GB/T 7452-2007/ISO 6954：2000 機械振動 客船和商船適居性振動測量、報告和評價準(zhǔn)則.