40米級(jí)測(cè)量船排氣減噪的可行性改造研究

胥祺 王春歡

摘 ?要：在40米級(jí)測(cè)量船航行試驗(yàn)過(guò)程中，現(xiàn)場(chǎng)勘驗(yàn)發(fā)現(xiàn)甲板上煙囪附近排氣噪聲異常。針對(duì)上述情況，進(jìn)行原因分析并研究可行性改造方案，進(jìn)而根據(jù)節(jié)選的最佳方案實(shí)施改造論證。改造效果達(dá)到設(shè)計(jì)要求，改造方案可作為相關(guān)方面的參考。

關(guān)鍵詞：測(cè)量船;排氣噪聲;改造;設(shè)計(jì)要求

0 引 言

海事測(cè)繪是航海保障的重要組成部分，東海航海保障中心海事測(cè)繪中心是負(fù)責(zé)華東沿海港口航道圖測(cè)繪工作的專業(yè)隊(duì)伍，其現(xiàn)有的主力船型40米級(jí)測(cè)量船使用年限較長(zhǎng)，船舶適航等級(jí)偏低，船舶性能及配套設(shè)施已難以滿足海事測(cè)繪工作的快速反應(yīng)及專業(yè)化、精細(xì)化要求。為提高海事測(cè)繪的快速反應(yīng)能力，改善現(xiàn)有的老舊船舶隊(duì)伍現(xiàn)狀，推動(dòng)沿海和近海海域測(cè)繪發(fā)展，交通運(yùn)輸部批復(fù)新建40米級(jí)測(cè)量船。

為更好地滿足本船的測(cè)量功能需求，使本船的噪聲滿足聲學(xué)設(shè)備的技術(shù)要求，以及為船上人員提供一個(gè)舒適的工作生活環(huán)境，本船的振動(dòng)噪聲需要嚴(yán)格控制，在設(shè)計(jì)初期采取船體結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)、船體線型及螺旋優(yōu)化設(shè)計(jì)、對(duì)空氣噪聲的控制、對(duì)動(dòng)力設(shè)備采取振動(dòng)隔離等相應(yīng)措施。

40米級(jí)測(cè)量船的主要參數(shù)：

總 ? ?長(zhǎng) ～45.0 m

垂線間長(zhǎng) 41.20 m

型 ? ?寬 9.50 m

型 ? ?深 3.80 m

設(shè)計(jì)吃水 ～2.90 m

設(shè)計(jì)航速 12.5 kn

定 ? ?員 18人

主要艙室最大噪聲限值：

駕駛兼測(cè)量室 ? 65～70 dB（A）

餐廳 65～70 dB（A）

機(jī)艙監(jiān)控室75～80 dB（A）

居住艙室65 dB（A）

機(jī)艙 110 dB（A）

1 航行試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題

新建40米級(jí)測(cè)量在完成傾斜試驗(yàn)、系泊試驗(yàn)后，開(kāi)展航行試驗(yàn)。對(duì)全船振動(dòng)噪聲檢測(cè)，結(jié)果見(jiàn)表1、表2。

全船整體振動(dòng)噪聲性能良好的基礎(chǔ)，勘驗(yàn)卻發(fā)現(xiàn)甲板上煙囪附近排氣噪聲異常。航行試驗(yàn)結(jié)束后船舶建造單位、設(shè)計(jì)單位、監(jiān)理單位及施工單位會(huì)議總結(jié)討論，并重點(diǎn)就煙囪附近排氣噪聲異常進(jìn)行原因分析、研討。

2 排氣噪聲異常的分析

對(duì)于甲板上煙囪附近排氣噪聲異常狀況，首先要針對(duì)性地找到噪聲異常聲源。為了避免其他設(shè)備聲源干擾，相關(guān)工作在船廠碼頭實(shí)施，并委托711所振動(dòng)噪聲方面的專家進(jìn)行實(shí)測(cè)、分析。如下：

（1）為了精準(zhǔn)測(cè)量，在煙囪周圍選取兩點(diǎn)為噪聲測(cè)點(diǎn)，分別是艏樓甲板層的中間平行于煙囪、救生艇甲板的左側(cè)煙囪后，見(jiàn)圖1。

（2）對(duì)鍋爐及2臺(tái)發(fā)電機(jī)設(shè)備分別運(yùn)行測(cè)試，排氣噪聲明顯正常，且實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)滿足設(shè)計(jì)要求。

（3）對(duì)主機(jī)分別進(jìn)行兩種工況的噪聲測(cè)試，第一種為：主機(jī)開(kāi)1臺(tái)，1 800 rpm，脫排;第二種為：主機(jī)開(kāi)2臺(tái)，1 800 rpm，脫排。數(shù)據(jù)如圖2所示。

結(jié)果分析：1/3倍頻程測(cè)試結(jié)果表明，煙囪周圍的排氣峰值主要集中在低頻80 Hz和100 Hz 2個(gè)中心頻率段。

針對(duì)上述結(jié)果分析，研究設(shè)計(jì)三種改造方案。如下：

方案一：拆除之前安裝好的主機(jī)排氣消音器，重新匹配、布局相適應(yīng)的復(fù)合型消音器。

方案二：根據(jù)干涉式消音器消音原理，加裝自主發(fā)聲裝置。借助于相干聲波相互抵消作用，來(lái)達(dá)到消減噪聲的目的。

方案三：根據(jù)共振腔消音器消音原理，針對(duì)特定的低頻點(diǎn)，在原有的排氣消音基礎(chǔ)上計(jì)算、設(shè)計(jì)改造，給排氣管道增加一定阻力，也使原消音器的消音功能得到更進(jìn)一步的充分發(fā)揮。

3 可行性改造方案論證

考慮工程進(jìn)度、建造經(jīng)費(fèi)的問(wèn)題，經(jīng)舶建造單位、設(shè)計(jì)單位、監(jiān)理單位、施工單位及消音器供應(yīng)廠商會(huì)議協(xié)商后，選用方案三改造實(shí)施。

具體根據(jù)共振腔消音器消音原理，針對(duì)特定的低頻點(diǎn)90Hz，在原有的排氣消音基礎(chǔ)上實(shí)施改造。在排氣管尾部設(shè)計(jì)一共振結(jié)構(gòu)（見(jiàn)圖3），部分縮減其通道直徑（縮減后的通道直徑為DN220），通道外部共振腔設(shè)計(jì)DN450，腔體長(zhǎng)度500 mm。另將改排氣口為短半徑直角彎切斜口面，既部分增加阻力，又不致使排氣造成阻滯，同時(shí)有較好的防雨作用。

（1）根據(jù)共振消聲器設(shè)計(jì)公式計(jì)算，

共振消音量：

（2）排氣口為短半徑直角彎切斜口面，達(dá)到部分阻性消聲效果，按照711所專家及消音器供應(yīng)廠商技術(shù)員經(jīng)驗(yàn)預(yù)估，預(yù)計(jì)消減3 dB（A）。

綜合以上兩處改造，預(yù)計(jì)可以消減音量10 dB（A）。

為了驗(yàn)證降噪方案的可行性，對(duì)單臺(tái)主機(jī)排氣煙囪進(jìn)行改造，改造過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)見(jiàn)圖4。噪聲試點(diǎn)示意圖如圖1所示。同樣進(jìn)行兩種工況的噪聲測(cè)試，第一種工況為：主機(jī)開(kāi)1臺(tái)，1 800 rpm，脫排，該主機(jī)對(duì)應(yīng)的排煙煙囪已進(jìn)行了改造;第二種工況為：主機(jī)開(kāi)2臺(tái)，1 800 rpm，脫排。數(shù)據(jù)見(jiàn)圖5。

結(jié)果分析：1/3倍頻程測(cè)試結(jié)果表明，單機(jī)工況下的低頻80 Hz和100 Hz聲壓峰值比雙機(jī)工況下的明顯降低。按上述降噪方案改造具有很大的可行性。

后續(xù)，對(duì)另一臺(tái)主機(jī)排氣煙囪進(jìn)行改造，改造過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)如圖6所示。噪聲試點(diǎn)如圖1所示。同樣進(jìn)行兩種工況的噪聲測(cè)試，第一種工況為：主機(jī)開(kāi)1臺(tái)，1 800 rpm，脫排;第二種工況為：主機(jī)開(kāi)2臺(tái)，1 800 rpm，脫排。數(shù)據(jù)見(jiàn)圖7。

4 結(jié)果對(duì)比（表3）

通過(guò)三次結(jié)果對(duì)比（見(jiàn)表3），在單機(jī)工況下，中間平行于煙囪的聲壓級(jí)總值最大降低11.9 dB（A）;左側(cè)煙囪后的聲壓級(jí)總值最大降低11.6 dB（A）。在雙機(jī)工況下，中間平行于煙囪的聲壓級(jí)總值最大降低9.7 dB（A）;左側(cè)煙囪后的聲壓級(jí)總值最大降低9.7 dB（A），消減聲量達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

改造后，開(kāi)敞區(qū)低頻段噪聲和總值明顯降低，雙機(jī)開(kāi)啟后中間平行于煙囪72.1 dB（A），左側(cè)煙囪后74.3 dB（A），數(shù)值滿足《船上噪聲等級(jí)規(guī)則》中可接受的最大聲壓級(jí)75 dB（A）。

5 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)本次改造，有效地降低排氣噪聲，滿足了聲學(xué)設(shè)備的測(cè)量環(huán)境需求，改善了船員的工作生活舒適度。此次設(shè)計(jì)改造是在原有的消音器基礎(chǔ)上進(jìn)行，對(duì)原船體結(jié)構(gòu)和設(shè)備沒(méi)有影響，操作性強(qiáng)，投資少，效果明顯，為后續(xù)船舶的建造提供一個(gè)優(yōu)化方案。

參考文獻(xiàn)

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