船舶機(jī)械噪聲的有效控制探究

徐志斌

（中國船舶集團(tuán)武昌船舶重工集團(tuán)有限公司，湖北武漢 430060）

0.引言

船舶機(jī)械噪聲嚴(yán)重影響人們的生活，污染人們的生活環(huán)境。隨著社會經(jīng)濟(jì)、科技的發(fā)展，人們的生活水平會提高，但對環(huán)境的影響會越來越大。隨著人們環(huán)保意識的提高和增強(qiáng)，對船舶機(jī)械噪聲進(jìn)行有效控制十分有必要。

1.船舶機(jī)械噪音的含義

船舶進(jìn)入快速發(fā)展階段,主要是在工業(yè)革命后,因工業(yè)革命后，蒸汽機(jī)開始進(jìn)入人類社會,進(jìn)一步加快了工業(yè)革命的進(jìn)程,世界貿(mào)易的持續(xù)擴(kuò)張及經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，促進(jìn)了航海業(yè)的進(jìn)步。1970年前后，隨著航海業(yè)的發(fā)展，西方國家認(rèn)識到噪聲控制的重要性，開始了這一領(lǐng)域的研究及指標(biāo)建設(shè)。船舶在運(yùn)行中不可避免地會產(chǎn)生噪聲，這主要是因其組織結(jié)構(gòu)復(fù)雜，涉及多個零件設(shè)備，它們在高速運(yùn)行時相互摩擦，產(chǎn)生噪音。大多數(shù)船只在海面或河面行駛，它們會與海平面和各種風(fēng)浪摩擦，而且船體將與波浪接觸，產(chǎn)生不同頻率和強(qiáng)度的噪音。噪音音調(diào)是可控的，一些隔振降噪裝置可有效降低船舶運(yùn)行噪聲。這些噪音不僅會對船員造成心理傷害，還會影響船舶的組織結(jié)構(gòu)和壽命，這是減少船舶噪音的一個重要原因。

2.船舶機(jī)械噪聲類別

（1）動力裝置噪音。其主要來自主機(jī)、柴油發(fā)電機(jī)組、齒輪箱、輔助排氣管等的碰撞，是船舶最大的噪聲源。噪聲強(qiáng)度決定了柴油機(jī)的噪聲等級，包括排氣、空氣系統(tǒng)動力等出現(xiàn)的噪聲，由運(yùn)動部件的沖擊和主機(jī)的不平衡振動引起的機(jī)械噪聲。（2）增壓器氣流噪聲。增壓器汽油產(chǎn)生的噪聲會增加渦輪增壓器廢氣與壓氣機(jī)葉片間的相對速度，導(dǎo)致葉片周圍產(chǎn)生較大的渦流，在劇烈振動下會產(chǎn)生明顯噪聲。其因空氣振動引起，必須采取措施確保空氣振動期間增壓器噪聲的有效控制。（3）柴油機(jī)的燃料噪聲。在控制柴油機(jī)燃油噪聲時，明確其原因。柴油機(jī)燃油噴入氣缸后，缸內(nèi)壓力迅速上升，壓力波動大，火焰從中心向周圍蔓延，形成穩(wěn)定的燃燒噪聲場。柴油機(jī)在高負(fù)荷工況下的低噪聲由多種因素造成，但由于缸套間的隔離性，噪聲等級不高。當(dāng)彈壓力波在缸套上傳播時，鋼套振動產(chǎn)生頻繁噪聲，這種噪聲屬于機(jī)械噪聲。（4）金屬碰撞和摩擦噪音。柴油機(jī)配氣結(jié)構(gòu)間、氣閥與閥座間、噴油器針閥體之間可能會出現(xiàn)各種部件，這些部件一旦碰撞與摩擦，就會產(chǎn)生高頻噪聲，基本屬于高頻領(lǐng)域。當(dāng)氣閥間隙增大或凸輪形狀磨損增加時，噪聲等級擴(kuò)大，甚至達(dá)到新的高度。（5）螺旋槳噪聲。其主要包括旋轉(zhuǎn)、空化噪聲，前者是螺旋槳在非均勻流場中工作時產(chǎn)生的干擾力及螺旋槳機(jī)械不平衡引起的大范圍躁動聲音。一旦螺旋槳出現(xiàn)明顯空化，水下噪聲變動與螺旋槳受力值密切相關(guān)。一旦后者空化，會形成較雜的噪聲?？栈肼暿桥c槳葉片形狀和面積等有關(guān)的連續(xù)噪聲，需確保渦流頻率與標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速下槳葉固有頻率一致，才能產(chǎn)生共鳴。（6）水動力噪聲。其因高速區(qū)海底不規(guī)則運(yùn)動引起的船體振動，激發(fā)船體局部振動，使噪聲輻射向周圍擴(kuò)散。在此期間，船下附著空氣使集中湍流中的壓力值發(fā)生顯著新變化，輻射噪聲逐漸增大。

3.船舶機(jī)械噪聲的危害

噪音會造成許多危害，比如，噪音會在一定程度上影響乘客，損害他們的耳部，以及其中樞神經(jīng)系統(tǒng)、心腦血管等。長期暴露在這種噪音中會引起幻聽。許多實(shí)驗(yàn)表明，噪音會降低工作效率，若在噪聲環(huán)境中休息會影響睡眠，降低睡眠質(zhì)量，形成惡性循環(huán)。從船舶本身來看，銜接不良會引起一定的振動和噪聲，不僅會給乘客帶來不良體驗(yàn)，還會損壞船舶器具，縮短其使用壽命。因此，應(yīng)特別注重船舶安全隱患，避免不必要的經(jīng)濟(jì)損失。

4.船舶機(jī)械噪聲控制原則

船舶機(jī)械噪聲控制應(yīng)遵循幾點(diǎn)原則：（1）科學(xué)性原則。采用科學(xué)優(yōu)化方式，對噪聲產(chǎn)生機(jī)理及聲源特性進(jìn)行詳細(xì)分析研究，以確定噪聲的類型，并提出有針對性的控制措施。（2）先進(jìn)性原則。這一原則體現(xiàn)在船舶機(jī)械的噪音控制上，主要是通過先進(jìn)的控制措施，盡可能通過引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)，以確保良好的現(xiàn)實(shí)性及可行性。一些降噪措施表面雖效果良好，但在實(shí)際應(yīng)用中效果并不佳。（3）經(jīng)濟(jì)性原則。采用低成本、高效率的科學(xué)控制方案，確保噪聲控制方案符合船舶機(jī)械設(shè)計的實(shí)際要求。噪聲控制的目的不是將噪聲降至最低，而是根據(jù)實(shí)際情況使其符合相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。對于船舶機(jī)械噪聲控制的實(shí)際工作，有必要了解其綜合聲源特性，分析研究船舶機(jī)械噪聲的傳播路徑，確定實(shí)際降噪量，設(shè)計一系列降噪方案，根據(jù)實(shí)際情況選擇最佳工作方案，并科學(xué)評價降噪工程成效。

5.船舶機(jī)械噪聲控制措施

5.1 降低柴油機(jī)的噪聲

（1）采用輪增壓系統(tǒng)。柴油機(jī)的噪聲由進(jìn)排氣門的開關(guān)引起，合理使用輪增壓系統(tǒng)能有效降低噪聲。（2）選擇合理的安裝位置。柴油機(jī)在船體上的安裝位置較為重要，若柴油機(jī)安裝不平衡，就會產(chǎn)生結(jié)構(gòu)性振動。（3）加彈性基座。目前，柴油機(jī)噪聲一般采用加彈性基座，彈性基座通常設(shè)于艙柜頂和柴油機(jī)座之間，以確保噪聲降低到15dB～20dB的合理值，以便更好地保證柴油機(jī)的噪聲輸出。（4）隔離震動。可采用隔振適當(dāng)覆蓋氣管，用6mm聚氯丁橡膠將氣管法蘭粘貼到氣管上，使噪音降至6dB。在主氣管上安裝消聲器，以控制柴油機(jī)噪聲，達(dá)到降噪目的[1]。

5.2 發(fā)動機(jī)噪聲控制

船舶工業(yè)的快速發(fā)展有利于機(jī)械設(shè)備配置的不斷完善和發(fā)動機(jī)功率的不斷提高。發(fā)動機(jī)運(yùn)行中的氣動噪聲及結(jié)構(gòu)振動噪聲引起了廣泛關(guān)注。在船舶機(jī)械設(shè)備噪聲控制中，社會對噪聲的容忍度進(jìn)一步降低，希望相關(guān)企業(yè)采取有效措施，將噪聲降至最低，發(fā)動機(jī)是機(jī)械設(shè)備的噪聲源。為了實(shí)現(xiàn)合理的噪聲控制，有必要分析發(fā)動機(jī)與機(jī)架的連接，合理設(shè)計減振塊剛度，通過減少發(fā)動機(jī)運(yùn)行振動次數(shù)來降低噪聲頻率，該措施還可合理控制駕駛區(qū)的振動次數(shù)，保證機(jī)械設(shè)備的正常運(yùn)行，相應(yīng)的防護(hù)罩可采用耐熱材料制成，發(fā)動機(jī)應(yīng)采取適當(dāng)?shù)拿芊獯胧?，有效屏蔽噪聲，以減少輻射范圍。由于機(jī)械設(shè)備排氣噪聲較大，為了減少排氣噪聲對周圍環(huán)境的輻射度，優(yōu)化排氣噪聲通道，必須在合理位置安裝性能良好的消音裝置。由于排氣管位置固定，氣流在高壓下易產(chǎn)生瞬時脈動和大量噪聲。為了抑制這種噪音，必須保證排氣管的光滑性[2]。

5.3 駕駛室噪音控制

船舶機(jī)械大多都有駕駛室，工作人員需在此空間內(nèi)控制整個機(jī)器。因此，必須合理控制駕駛室內(nèi)噪聲，保護(hù)工作人員身心健康，使其更加注重工作，確保整個運(yùn)行的安全。為此，必須科學(xué)設(shè)計結(jié)構(gòu)，駕駛室安裝需運(yùn)用吸聲和音材料，嚴(yán)格使用底板、操作桿、玻璃，確保與外界有一個安全隔離，任何小空洞都會將聲音傳遞至駕駛室內(nèi)。駕駛艙地面經(jīng)常出現(xiàn)裂縫，此時需用高彈性隔音材料密封，最好在駕駛艙門板區(qū)域嵌入軟材料，以確保玻璃和襯墊間的緊密連接。此外，為避免振動噪音影響，最好在駕駛室與車架間安裝減震器。在提高駕駛室設(shè)計水平時，應(yīng)充分考慮板件尺寸和質(zhì)量影響。在實(shí)際安裝過程中，板件疊加處剛度應(yīng)滿足要求，以避免二次振源[3]。

5.4 傳動系統(tǒng)的噪聲控制

傳動系統(tǒng)是船舶不可缺少的組成部分，實(shí)際運(yùn)行中產(chǎn)生的噪聲小，但影響卻很大。船舶傳動系統(tǒng)產(chǎn)生機(jī)械噪聲的原因在于變速齒輪的噪聲及傳動軸轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的振動噪聲。設(shè)計人員應(yīng)注重相關(guān)機(jī)械噪聲的有效控制，可通過以下方式實(shí)現(xiàn)。首先，在選擇傳動系統(tǒng)變速器時，設(shè)計者應(yīng)盡可能使用工作噪音低的變速器。其次，在連接發(fā)動機(jī)、變速箱、減速器、底盤時，設(shè)計師應(yīng)盡量選擇靈性連接，避免相關(guān)器件過度振動。最后，應(yīng)特別注重控制傳動系統(tǒng)傳動軸的平衡，以避免扭轉(zhuǎn)振動引起的大噪聲問題。

6.結(jié)語

隨著社會的發(fā)展，人們越來越重視生活質(zhì)量和環(huán)境意識。船舶機(jī)械是社會建設(shè)中最重要的設(shè)備之一，關(guān)系到人們的生活，噪音的產(chǎn)生將對人們的身體健康產(chǎn)生非常不利的影響。因此，如何有效降低船舶機(jī)械的噪聲污染是當(dāng)前工作的重點(diǎn)，也是相關(guān)研究課題之一。