25000DWT甲板運輸船生活區(qū)噪聲問題研究

韓晨健

摘 要：船舶噪聲問題在《船上噪聲等級規(guī)則》生效后受到越來越多的關(guān)注，特別是針對甲板船的艏上建、艉機艙的布置形式，特別容易引起生活區(qū)艙室噪聲超標的問題。本文首先對《船上噪聲等級規(guī)則》進行了解讀，再從實船噪聲問題出發(fā)，結(jié)合具體船型的具體實例，對解決方案進行了選優(yōu)，為解決該類型船舶建造中碰到的噪聲問題起到了一定的參考價值。

關(guān)鍵詞：甲板船;噪聲;降噪

中圖分類號：TP391? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2021）11-0118-03

1引言

船舶噪聲問題，主要目標是改善船舶乘客及船員居住和工作的舒適度，近年來受到越來越多的關(guān)注。噪聲來源于振動，但其更容易被設(shè)計方和制造方忽略。為了給船員提供可接受的工作、居住環(huán)境，海安會在2012年通過了MSC.337（91）提案——《船上噪聲等級規(guī)則》（以下簡稱《規(guī)則》），并于2014年7月1日正式生效[1]。規(guī)則生效后，對1600總噸以上的新船噪聲問題做了相關(guān)規(guī)定，是新造船檢驗中須注意的一項新內(nèi)容。某25000DWT甲板船，采用了艏上層建筑、尾機艙的布置方式，在試航中進行噪聲檢測時發(fā)現(xiàn)部分艙室噪聲超標。結(jié)合該船實例，本文對規(guī)范要求、噪聲超標原因及解決方案進行了分析，為解決此類船舶在建造中碰到的噪聲問題起到了一定的參考作用。

2 噪聲規(guī)范的要求

《船上噪聲等級規(guī)則》（MSC.337（91））于2014年7月1日生效，1600總噸以上的新造船需滿足該規(guī)則的要求?！兑?guī)則》從噪聲的測量、艙室噪聲限值、人員在噪聲中的暴露限值、居住處所材料的隔聲指數(shù)、聽力的警告和保護等五個方面對船上出現(xiàn)具有潛在危險的的噪聲提供標準，并為船員可接受的環(huán)境提供標準[2]。《規(guī)則》對測試環(huán)境、測試設(shè)備、測點等都做了明確要求，并提出了船員的噪聲連續(xù)暴露限制——即在每天或24h期間內(nèi)，等效連續(xù)噪聲暴露不超過80dB（A），如圖1所示，并要求在85dB（A）以上的工作區(qū)域設(shè)置保護措施。

在材料隔聲特性中，規(guī)則要求材料的空氣隔聲特性應(yīng)根據(jù)ISO 10140-2：2010要求，由實驗室試驗確定，并使主管機關(guān)滿意。對部分裝設(shè)有疑義的材料應(yīng)選取有代表性的位置根據(jù)ISO140-1998的要求進行船上現(xiàn)場測量。

3 實船案例分析

3.1 實船測試

某25000載重噸甲板船試航噪聲檢測時，參照《規(guī)則》中的噪聲級限值，起居甲板及以上有90%艙室噪聲超標，駕駛甲板100%噪聲超標，其典型超標艙室如表1所示。

3.2 噪聲源分析

現(xiàn)場核查了船上所用的防火門、天花板和耐火艙壁板的隔聲試驗檢測報告，并且隔聲能力是滿足《規(guī)則》和《空氣隔聲分布圖》，因此可以排除是由于采用了不合適的裝飾材料導(dǎo)致的噪聲超標。根據(jù)艏上層建筑船型的布置特點，如圖2所示，上層建筑位于艏部，機艙位于尾部，機艙棚與上建在同一位置，因此船舶主機和鍋爐的排氣管道從機艙橫跨整個貨艙區(qū)域才能夠到達出口位置。這點與大部分上層建筑位于尾部的船有明顯的不同。

由于主機排氣管從船尾要穿過大部分的船體結(jié)構(gòu)才到船首的煙囪排出，根據(jù)聲音在狹長管內(nèi)的傳播理論，當(dāng)聲音通過一段狹長管道時，聲音的自有頻率集中在管道本身的固有頻率范圍內(nèi)，會引發(fā)管道的諧振，對聲音有放大作用。排氣管內(nèi)壁的光滑程度、管徑的突變以及管路走向改變等因素都會影響到聲音的傳播，在管路內(nèi)產(chǎn)生絮亂的流場，都會引起額外噪聲的產(chǎn)生[3]。主機排氣管長度越長，使主機排氣所需背壓越高，從源頭上增大了噪音的產(chǎn)生。最后，根據(jù)船上布置，如圖2所示，駕駛室直接位于排氣管道出口下方，其余甲板上噪聲大量超標的艙室也均位于機艙棚兩側(cè)。排氣口正對貨物區(qū)域，在船舶航行時，主甲板上可以聽到明顯的噪音。因此本船上艙室噪聲超標的主要原因是由于多種因素集中而形成的。

3.3降噪處理方案

船舶噪聲的控制應(yīng)該是在全船生命周期都需要進行控制的工作，從設(shè)計階段開始，就需要考慮隔聲、減震;到主機的選型和整體布置;現(xiàn)場材料的使用及建造的精細程度;營運期間的維護保養(yǎng)，都決定了船舶噪聲的程度。

3.3.1船舶設(shè)計期間的噪聲計算

船舶噪聲的控制絕不僅僅是造船鏈尾端才開始處理的問題，應(yīng)該同船舶振動問題一樣，在船舶設(shè)計初期就加以考慮。國內(nèi)也出現(xiàn)過很多客船建造完成后噪聲過大需要返修的案例。目前已有計算機軟件能夠通過仿真算法設(shè)定不同結(jié)構(gòu)的聲學(xué)模型，以及模擬各類噪音源，實現(xiàn)對艙室噪聲的預(yù)報。如圖3所示，是對某2200TEU集裝箱船進行的噪聲預(yù)報計算[4]。

但是對于目前軟件的作用來說，還主要停留在趨勢預(yù)報，對于噪聲數(shù)值無法做到精確預(yù)報。對于國內(nèi)一些中小型設(shè)計院，還無法在設(shè)計階段就把船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計與布置和噪聲預(yù)報結(jié)合起來，對噪聲沒有具體的定量要求，航行發(fā)現(xiàn)問題后，才委托專業(yè)人士解決。但《規(guī)則》實施后，從保護船員工作生活舒適度角度出發(fā)，極易發(fā)生噪聲檢測超標的問題，因此如EEDI一樣增加前期計算預(yù)報的工作是有益的。

3.3.2主機的選用和布置

由于甲板船獨特的布置特性，決定了主機排氣管的長度相比一般尾上層建筑的船舶要長，因此更應(yīng)提前考慮到主機和排氣管的適配問題，使排氣管中保持合適的背壓。另外，采用電推方法可以完美解決船舶噪音問題，但相比柴油機推進，電推主機成本巨大，一般中小企業(yè)難以負擔(dān)。

根據(jù)聲音在空氣中的衰減理論，聲音在傳播過程中由于距離增加而引起的幾何發(fā)散衰減與聲音固有的頻率無關(guān)，從排氣管道傳遞的聲音可看作是點聲源向空氣傳遞聲音能量，可用公式（1）來描述點聲源隨傳播距離增加引起的衰減值。

通過公式換算得到聲音的距離—衰減曲線如圖4所示，可見在前10m的距離內(nèi)，聲音已衰減30%的能量，當(dāng)距離增大至100m時，聲音衰減了50%能量，可見聲音強度的減弱主要集中在聲音傳遞的前段路徑中。因此，在船舶艙室的布置方面，應(yīng)盡量使船員居住艙室布置遠離煙道，避免產(chǎn)生過大的噪聲。

3.3.3 船用消音器降噪

在主機排氣管道上加裝消音器能夠達到物理降低排氣管噪音的作用。船用消音器主要采用多級節(jié)流降壓結(jié)構(gòu)，當(dāng)高溫廢氣在消聲器內(nèi)經(jīng)過一次控流后進入降壓體經(jīng)大容積擴壓后，從而形成低壓氣體后排出，在此過程中，氣流內(nèi)能部分轉(zhuǎn)化成某種頻率的聲能，其噪聲大為削弱。在一個消聲殼體內(nèi)，集中布置2-4個消能抑聲內(nèi)膽，內(nèi)膽殼體之間可以作垂直與水平的移動以吸收排汽管道的熱膨脹，在降壓體外設(shè)計了一只雙層結(jié)構(gòu)的阻聲罩[5]。主機排氣管安裝消音器后理論上能降低25dB（A）的噪聲，現(xiàn)場安裝后也發(fā)現(xiàn)效果較好，但需注意另一問題，本身排氣管道過長已經(jīng)產(chǎn)生了較大的背壓，安裝消聲器后，消聲器與主機間的背壓進一步增大，需要考慮系統(tǒng)的承壓能力。

本船最終也采用此種方式進行了降噪處理。經(jīng)過二次試航測試后，之前超標的艙室噪聲已在限制范圍內(nèi)，如表1所示，駕駛室兩翼由于暴露在外端，接近排氣管出口，噪聲值仍然超標，參照《規(guī)則》，此處噪聲值未超過80dB（A），也是滿足在工作場所船員保護的要求的。

4 結(jié)語

振動和噪聲問題是同源的，它們的產(chǎn)生都是由于船舶航行中主機二階不平衡力矩以及螺旋槳旋轉(zhuǎn)力矩兩者激勵源的存在，可以說噪聲問題是最終的表現(xiàn)形式，振動問題則是引起噪聲問題的先決條件?！兑?guī)則》的實施從造船鏈尾端對船舶噪聲進行管控，促使船舶設(shè)計和建造等上游開始重視和尋求解決方案，有利于造船技術(shù)的提高。本文首先對《規(guī)則》進行了解讀，再從實船噪聲問題出發(fā)，結(jié)合具體船型的具體實例，對解決方案進行了選優(yōu)，為解決該類型船舶建造中碰到的噪聲問題起到了一定的參考價值。

參考文獻：

[1]張捷，鄭天祥，姜偉.新的噪聲規(guī)則對艙室布置設(shè)計的影響[J].船舶設(shè)計通訊，2019（S1）：36-45.

[2]萬忠.船舶艙室噪聲分析與降噪設(shè)計研究[D].上海交通大學(xué)，2018.

[3]朱棋鋒，石海威.70000噸半潛船艉機艙主機排氣管降阻的優(yōu)化設(shè)計[J].廣船科技，2018，38（03）：19-23.

[4]傅斌，陳景昊，韓晨建，吳衛(wèi)國.中小型集裝箱船噪聲快速預(yù)報與測試研究[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報（交通科學(xué)與工程版），2017，41（05）：811-815.

[5]何萬國，華志剛，周少偉，阮新異.船用排氣消音器聲學(xué)及氣動性能研究[J].船舶工程，2011，33（S2）：79-81.