船用帶隔聲罩空壓機(jī)組浮筏隔振系統(tǒng)設(shè)計(jì)與隔聲性能分析

鄒祥依，毛洪偉，李寶鋼

(1.國家深海基地管理中心 船舶部，山東 青島 260000；2.上海海事大學(xué) 商船學(xué)院，上海 200135)

0 引言

船舶設(shè)備的振動(dòng)與噪聲一直是一個(gè)難以解決的問題。隨著科技水平的提高，對(duì)船舶設(shè)備的隔振性能和隔聲性能提出了更高的要求。船舶設(shè)備的振動(dòng)與噪聲控制技術(shù)已經(jīng)成為了船舶工程領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)[1]。在現(xiàn)代聲學(xué)研究中，運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)值計(jì)算相結(jié)合的方法來優(yōu)化隔聲技術(shù)是實(shí)現(xiàn)輻射噪聲控制的重要研究方向。通常運(yùn)用有限元軟件來描述運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)振動(dòng)響應(yīng)，然后提取設(shè)備表面振動(dòng)響應(yīng)作為邊界條件建立邊界元輻射聲場(chǎng)模型，從而求解動(dòng)力設(shè)備低中頻域的一些聲學(xué)參數(shù)[2]。時(shí)勝國等[3]比較了水下噪聲聲輻射方面的各種研究方法。曹貽鵬[4]利用有限元法和邊界元法相結(jié)合建立聲振耦合方程同時(shí)計(jì)算結(jié)構(gòu)表面振動(dòng)和聲輻射，這種方法的優(yōu)點(diǎn)在于能夠同時(shí)解決表面振動(dòng)和聲輻射問題，能夠適應(yīng)于復(fù)雜結(jié)構(gòu)。崔淑梅[5]也利用Ansys 和Sysnoise 相結(jié)合的方法模擬計(jì)算永磁直流電機(jī)的聲壓頻響特性，并通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行對(duì)比研究，最大相對(duì)誤差為85%，滿足工程設(shè)計(jì)精度要求。有限元和邊界元相結(jié)合的方法既利用了有限元較容易建立模型，得到振動(dòng)特性的優(yōu)點(diǎn)，又發(fā)揮了邊界元可以快速得到聲響特性的優(yōu)勢(shì)，加快了計(jì)算速度，更好進(jìn)行系統(tǒng)隔聲特性的優(yōu)化。

浮筏隔振系統(tǒng)起源于20 世紀(jì)50 年代，是由多個(gè)動(dòng)力設(shè)備通過上層隔振器安裝在中間浮筏上再通過下層隔振器整體安裝在基礎(chǔ)上而構(gòu)成的一個(gè)多機(jī)組、多激勵(lì)的復(fù)雜隔振系統(tǒng)。張樹楨等[6–8]詳細(xì)介紹了浮筏隔振系統(tǒng)各部分的組成與建模處理，并運(yùn)用有限元法和功率流法對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行隔振性能分析。方媛媛等[9]對(duì)船舶輔機(jī)浮筏隔振裝置簡化進(jìn)行理論分析，結(jié)果與軟件仿真對(duì)比后為浮筏隔振系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。帶隔聲罩空壓機(jī)組浮筏隔振系統(tǒng)是將空壓機(jī)組和管系整體放置于隔聲罩中，浮筏隔振裝置降低振動(dòng)和固體傳聲，隔聲罩降低空氣傳聲，能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)振動(dòng)與噪聲控制。畢風(fēng)榮等[10]采用實(shí)驗(yàn)手段研究了小型柴油發(fā)電機(jī)組的噪聲源和噪聲特性，對(duì)不同頻率范圍的噪聲提出了具體可行的隔聲罩結(jié)構(gòu)優(yōu)化措施，降低發(fā)電機(jī)組噪聲。孫洪軍等[11]設(shè)計(jì)了空壓機(jī)組隔聲罩并滿足使用要求。本文采用有限元邊界元相結(jié)合的方法，分析帶隔聲罩空壓機(jī)組浮筏隔振系統(tǒng)的聲輻射和隔聲量，輔以實(shí)驗(yàn)測(cè)量，以驗(yàn)證仿真方法的準(zhǔn)確性，達(dá)到噪聲控制的目的。

1 帶隔聲罩空壓機(jī)組浮筏隔振系統(tǒng)聲場(chǎng)模型的建立

1.1 邊界元模型的建立

通過Ansys 對(duì)系統(tǒng)的有限元模型進(jìn)行振動(dòng)諧響應(yīng)分析，然后提取帶隔聲罩空壓機(jī)組浮筏隔振系統(tǒng)有限元模型的表面網(wǎng)格作為聲學(xué)邊界元模型。

1.1.1 有限元模型建立

空壓機(jī)型號(hào)WP135，功率26 kW，轉(zhuǎn)速970 r/min；壓縮機(jī)凈重400 kg，外形尺寸640 mm×763 mm×1 187 mm（長×寬×高）；電機(jī)為Y200L-6-H 型，凈重300kg，整體機(jī)組外形尺寸為1 465 mm×840 mm×1 370 mm（長×寬×高）；整體機(jī)組凈重1 000 kg。空氣壓縮機(jī)整體體積0.265 m3。中間筏體是由1 cm 鋼板焊接而成對(duì)稱的平板架式，尺寸為2.6 m×1.8 m×0.2 m，質(zhì)量964 kg。彈性基礎(chǔ)也是由1 cm 鋼板焊接而成對(duì)稱的平板架式，尺寸為2.6 m×1.8 m×0.1 m。隔聲罩是3 mm 鋼板和47 mm阻尼材料組成的尺寸為2.6 m×1.8 m×1.6 m 的雙層結(jié)構(gòu)，整體質(zhì)量為440 kg[12]。整個(gè)系統(tǒng)采用Solid45 單元進(jìn)行，隔聲罩上的內(nèi)部加筋、維修門和孔洞忽略，內(nèi)部管系選用X，Y，Z等3 個(gè)方向Combin14 單元進(jìn)行建模，剛度為338 000 N/m。空壓機(jī)組通過6 個(gè)ZTG-400 型橡膠隔振器與中間筏體相連，浮筏通過6 個(gè)JSD-1 250型橡膠隔振器與彈性基礎(chǔ)相連，選擇Combin14 單元進(jìn)行隔振器建模[13]，隔振器仿真參數(shù)如表1 所示。圖1和圖2 為帶隔聲罩空壓機(jī)組浮筏隔振系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)圖和模型圖。

表1 隔振器仿真參數(shù)Tab.1 Parameters of vibration isolator simulation

圖1 系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)圖Fig.1 System basic structure

圖2 系統(tǒng)有限元模型圖Fig.2 System finite element model

1.1.2 空壓機(jī)組擾動(dòng)力計(jì)算

1）電機(jī)擾動(dòng)力

空壓機(jī)電機(jī)額定轉(zhuǎn)速為970 r/min，《動(dòng)力機(jī)器基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》[14]規(guī)定，750 r/min <動(dòng)力機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)速度<1 000 r/min 時(shí)的擾動(dòng)力計(jì)算公式為：

式中：Px為橫向機(jī)械擾動(dòng)力；Wg為 機(jī)械轉(zhuǎn)子自重，一般機(jī)械轉(zhuǎn)子重量是整個(gè)機(jī)械重量的40%；Py為縱向機(jī)械擾動(dòng)力。

2）空壓機(jī)擾動(dòng)力計(jì)算

一階不平衡離心力通常是1%的不平衡回轉(zhuǎn)質(zhì)量，即

式中：mj為缸內(nèi)不平衡回轉(zhuǎn)質(zhì)量；w2為角速度；R為曲柄半徑。

一階氣缸爆發(fā)壓力可引起空壓機(jī)做垂向振動(dòng)[15]，即

式中：Pa為缸內(nèi)最大爆發(fā)壓力；A為氣缸的截面積；f為擾動(dòng)頻率。

1.1.3 邊界元模型建立

通過Ansys 對(duì)系統(tǒng)的有限元模型進(jìn)行振動(dòng)諧響應(yīng)分析，計(jì)算出系統(tǒng)結(jié)構(gòu)各節(jié)點(diǎn)振動(dòng)響應(yīng)，這些數(shù)據(jù)以能夠?qū)隠MS Virtual.Lab Acoustics 的*.rst 的結(jié)果文件保存，導(dǎo)入的時(shí)候要注意單位的統(tǒng)一[16]。圖3 為邊界元模型。

圖3 帶隔聲罩空壓機(jī)組浮筏隔振系統(tǒng)聲學(xué)邊界元模型Fig.3 System acoustic boundary element model

該方法的優(yōu)點(diǎn)是能夠直接利用已有有限元模型單元和節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)信息，只需要提取結(jié)構(gòu)網(wǎng)格中的面網(wǎng)格就行，不需要重新劃分網(wǎng)格，并且有限元諧響應(yīng)計(jì)算得到的節(jié)點(diǎn)位移、速度、加速度等可直接映射到聲學(xué)邊界元模型網(wǎng)格上。缺點(diǎn)就是網(wǎng)格比較細(xì)，對(duì)計(jì)算機(jī)性能要求比較高。

1.2 聲場(chǎng)模型的建立

在流體材料和流體屬性設(shè)置中，設(shè)定系統(tǒng)結(jié)構(gòu)外部流場(chǎng)為空氣，相應(yīng)的聲速為340 m/s，密度1 kg/m3。在聲學(xué)邊界元網(wǎng)格表面施加有限元分析得到的位移載荷，分析頻率為0～1 000 Hz，步長為20 Hz，形成一個(gè)符合ISO 聲功率測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)的聲場(chǎng)模型，這個(gè)模型能在LMS Virtual.Lab Acoustics 中自動(dòng)生成，近似球面半徑為4 m，如圖4 所示。

圖4 帶隔聲罩空壓機(jī)組浮筏隔振系統(tǒng)聲場(chǎng)模型Fig.4 System sound field model

2 帶隔聲罩空壓機(jī)組浮筏隔振系統(tǒng)輻射聲場(chǎng)結(jié)果分析

根據(jù)有限元軟件Ansys 求出的帶隔聲罩空壓機(jī)組浮筏隔振系統(tǒng)諧響應(yīng)分析結(jié)果，將節(jié)點(diǎn)的振動(dòng)位移量與聲場(chǎng)邊界元對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行映射。使用的映射算法為Maximum Distance 算法，它以目標(biāo)網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)為圓心的一個(gè)圓半徑值，半徑為20 mm，圓內(nèi)的原始網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)能夠影響目標(biāo)節(jié)點(diǎn)。運(yùn)用邊界元的方法計(jì)算出帶隔聲罩空壓機(jī)組浮筏隔振系統(tǒng)的外場(chǎng)聲輻射，進(jìn)而能夠獲得各項(xiàng)聲學(xué)參數(shù)[17–19]。

2.1 聲場(chǎng)聲功率級(jí)

聲功率級(jí)采用對(duì)數(shù)來度量聲功率，公式如下：

式中，W0為基準(zhǔn)聲功率，數(shù)值為10?12W。

圖5 為帶隔聲罩壓機(jī)組浮筏隔振系統(tǒng)輻射聲場(chǎng)聲功率級(jí)頻譜圖。整個(gè)帶隔聲罩壓機(jī)組浮筏隔振系統(tǒng)輻射聲場(chǎng)聲功率級(jí)平均為66.2 dB，聲功率級(jí)隨著頻率的增加而增加。在0～100 Hz 時(shí)，聲功率級(jí)比較低，在65 dB 以下；在100～600 Hz 時(shí)，整體聲功率級(jí)基本呈均勻分布，變化不大；在600～1 000 Hz 時(shí)，聲功率級(jí)顯著變大，最高可以達(dá)到92.75 dB。

帶隔聲罩壓機(jī)組浮筏隔振系統(tǒng)輻射聲場(chǎng)A 計(jì)權(quán)聲功率級(jí)頻譜如圖6 所示。對(duì)比圖5 和圖6 可以發(fā)現(xiàn)，不計(jì)權(quán)聲功率級(jí)和A 計(jì)權(quán)聲功率級(jí)的變化趨勢(shì)基本一致，這說明帶隔聲罩壓機(jī)組浮筏隔振系統(tǒng)產(chǎn)生的噪聲是一種對(duì)人耳比較敏感的噪聲。

圖5 聲功率級(jí)頻譜圖Fig.5 Sound power level spectrum

圖6 A 計(jì)權(quán)聲功率級(jí)頻譜圖Fig.6 A weighted sound power level spectrum

2.2 輻射聲場(chǎng)聲壓分布

可以根據(jù)輻射聲場(chǎng)中的聲壓級(jí)云圖找出不同頻率下的聲壓分布情況。0～1 000 Hz 頻率范圍內(nèi)有6 個(gè)聲功率級(jí)較大的典型頻率，分別為100 Hz，480 Hz，740 Hz，840 Hz，920 Hz，960 Hz，可以得到相應(yīng)的的聲壓級(jí)分布。

圖7 為帶隔聲罩壓機(jī)組浮筏隔振系統(tǒng)典型輻射聲場(chǎng)聲壓級(jí)分布云圖。可以看出，在一定區(qū)域內(nèi)聲壓級(jí)相差很大，能夠比較明顯看出系統(tǒng)結(jié)構(gòu)噪聲源，并且隨著頻率的增加，在小范圍內(nèi)的聲壓也變得相差很大。在低頻區(qū)域時(shí)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的噪聲主要是局部噪聲，并且聲壓級(jí)對(duì)稱分布。隨著頻率的增加，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的噪聲呈現(xiàn)疊加混合趨勢(shì)，小范圍內(nèi)聲壓差別較大。

圖7 輻射聲場(chǎng)聲壓級(jí)分布云圖Fig.7 Cloud diagram of sound pressure level distribution

2.3 場(chǎng)典型測(cè)點(diǎn)聲壓級(jí)

為了準(zhǔn)確描述帶隔聲罩空壓機(jī)組浮筏隔振系統(tǒng)輻射聲場(chǎng)聲壓級(jí)情況，在整個(gè)輻射聲場(chǎng)中設(shè)定典型位置觀測(cè)點(diǎn)，對(duì)這些典型位置觀測(cè)點(diǎn)的聲壓級(jí)進(jìn)行分析，可以得到整個(gè)頻率范圍內(nèi)帶隔聲罩空壓機(jī)組浮筏隔振系統(tǒng)輻射聲場(chǎng)的變化規(guī)律?？偣策x取6 個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，分別為位于輻射聲場(chǎng)的前（靠近空壓機(jī)電機(jī)一側(cè)）、后（靠近空壓機(jī)壓縮機(jī)一側(cè)）、左、右、上、下。

2.3.1 輻射聲場(chǎng)前觀測(cè)點(diǎn)的聲壓級(jí)頻率響應(yīng)

圖8 為輻射聲場(chǎng)前觀測(cè)點(diǎn)的聲壓級(jí)頻譜。隨著頻率的升高，前觀測(cè)點(diǎn)的聲壓級(jí)響應(yīng)成升高趨勢(shì)，700～1 000 Hz 的頻率范圍內(nèi)觀測(cè)點(diǎn)的聲壓級(jí)顯著增高，前觀測(cè)點(diǎn)聲壓級(jí)響應(yīng)最大值為75.31 dB，平均聲壓級(jí)為41.1 dB。

圖8 輻射聲場(chǎng)前觀測(cè)點(diǎn)的聲壓級(jí)頻譜圖Fig.8 Sound pressure level of front point

2.3.2 輻射聲場(chǎng)后觀測(cè)點(diǎn)的聲壓級(jí)頻率響應(yīng)

圖9 為輻射聲場(chǎng)后觀測(cè)點(diǎn)的聲壓級(jí)頻譜圖。隨著頻率的升高，后觀測(cè)點(diǎn)的聲壓級(jí)響應(yīng)也成升高趨勢(shì)，后觀測(cè)點(diǎn)聲壓級(jí)響應(yīng)最大值為73.93 dB，平均聲壓級(jí)為40.7 dB，并且?guī)Ц袈曊挚諌簷C(jī)組浮筏隔振系統(tǒng)前面的噪聲要大于后面的噪聲。

圖9 輻射聲場(chǎng)后觀測(cè)點(diǎn)的聲壓級(jí)頻率響應(yīng)Fig.9 Sound pressure level of back point

2.3.3 輻射聲場(chǎng)左觀測(cè)點(diǎn)的聲壓級(jí)頻率響應(yīng)

“我們有一個(gè)同學(xué)是熊……熊老的孫子，就我這些天老上他們家……學(xué)習(xí)的那個(gè)?！贝藭r(shí)，我已經(jīng)意識(shí)到熊老肯定不簡單。要知道，在科學(xué)院混上“老”字可不容易，那是只有華羅庚之類的人才能享用的。

圖10 為輻射聲場(chǎng)左觀測(cè)點(diǎn)的聲壓級(jí)頻譜圖。隨著頻率的升高，左觀測(cè)點(diǎn)的聲壓級(jí)響應(yīng)成升高趨勢(shì)，左觀測(cè)點(diǎn)聲壓級(jí)響應(yīng)最大值為71.37 dB，平均聲壓級(jí)為42.3 dB。

圖10 輻射聲場(chǎng)左觀測(cè)點(diǎn)的聲壓級(jí)頻譜圖Fig.10 Sound pressure level of left point

2.3.4 輻射聲場(chǎng)右觀測(cè)點(diǎn)的聲壓級(jí)頻率響應(yīng)

圖11 為輻射聲場(chǎng)右觀測(cè)點(diǎn)的聲壓級(jí)頻譜圖。隨著頻率的升高，右觀測(cè)點(diǎn)的聲壓級(jí)響應(yīng)成升高趨勢(shì)，左觀測(cè)點(diǎn)聲壓級(jí)響應(yīng)最大值為70.34 dB，平均聲壓級(jí)為43.2 dB，并且?guī)Ц袈曊挚諌簷C(jī)組浮筏隔振系統(tǒng)右面的噪聲要大于左面的噪聲。

圖11 輻射聲場(chǎng)右觀測(cè)點(diǎn)的聲壓級(jí)頻譜圖Fig.11 Sound pressure level of right point

2.3.5 輻射聲場(chǎng)上觀測(cè)點(diǎn)的聲壓級(jí)頻率響應(yīng)

圖12 為輻射聲場(chǎng)上觀測(cè)點(diǎn)的聲壓級(jí)頻譜圖。隨著頻率的升高，上觀測(cè)點(diǎn)的聲壓級(jí)響應(yīng)成升高趨勢(shì)，左觀測(cè)點(diǎn)聲壓級(jí)響應(yīng)最大值為75.13 dB，平均聲壓級(jí)為47.73 dB。

圖12 輻射聲場(chǎng)上觀測(cè)點(diǎn)的聲壓級(jí)頻譜圖Fig.12 Sound pressure level of up point

2.3.6 輻射聲場(chǎng)下觀測(cè)點(diǎn)的聲壓級(jí)頻率響應(yīng)

圖13 為輻射聲場(chǎng)下觀測(cè)點(diǎn)的聲壓級(jí)頻譜。右觀測(cè)點(diǎn)的聲壓級(jí)響應(yīng)隨著頻率的增加而升高，左觀測(cè)點(diǎn)聲壓級(jí)響應(yīng)最大值為74.03 dB，平均聲壓級(jí)為42.99 dB，并且?guī)Ц袈曊挚諌簷C(jī)組浮筏隔振系統(tǒng)上面的噪聲要大于下面的噪聲。

圖13 輻射聲場(chǎng)下觀測(cè)點(diǎn)的聲壓級(jí)頻譜Fig.13 Sound pressure level of down point

2.4 隔聲罩對(duì)空壓機(jī)組浮筏隔振系統(tǒng)輻射聲場(chǎng)的影響

圖14 空壓機(jī)組浮筏隔振系統(tǒng)聲學(xué)邊界元模型圖Fig.14 Acoustic boundary element model

定義系統(tǒng)結(jié)構(gòu)外部流體是空氣。將有限元諧響應(yīng)結(jié)果與邊界元模型進(jìn)行映射，在聲學(xué)邊界元網(wǎng)格表面施加位移載荷，分析頻率為0～1 000 Hz，步長為20 Hz，形成一個(gè)符合ISO 聲功率測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)的聲場(chǎng)模型，這個(gè)模型能在LMS Virtual.Lab Acoustics 中自動(dòng)生成，近似球面半徑為4 m，如圖15 所示。

圖15 空壓機(jī)組浮筏隔振系統(tǒng)聲場(chǎng)模型圖Fig.15 System sound field model

運(yùn)用邊界元的方法計(jì)算出空壓機(jī)組浮筏隔振系統(tǒng)的外場(chǎng)聲輻射，進(jìn)而能夠獲得各項(xiàng)聲學(xué)參數(shù)。圖16 為隔聲罩影響下空壓機(jī)組浮筏隔振系統(tǒng)聲壓級(jí)頻譜圖。圖17 為隔聲罩結(jié)構(gòu)的插入損失曲線圖。從圖中可以看出：安裝隔聲罩結(jié)構(gòu)后，聲壓級(jí)在整個(gè)頻率范圍內(nèi)都有不同程度的下降，0～100 Hz 范圍內(nèi)隔聲罩隔聲效果較差，最低為1.19 dB，這可能是引起了結(jié)構(gòu)的共振，振動(dòng)噪聲變大；100～800 Hz 范圍內(nèi)隔聲罩隔聲效果較好，最高可達(dá)40.77 dB?？傮w來講，隔聲罩結(jié)構(gòu)能夠使空壓機(jī)組浮筏隔振系統(tǒng)隔聲效果變好，平均能有18.22 dB 的隔聲效果。所以在中間浮筏上面加裝隔聲罩能夠有效地隔離空壓機(jī)組的噪聲，極大降低機(jī)艙內(nèi)的空氣噪聲。

圖16 空壓機(jī)組浮筏隔振系統(tǒng)聲壓級(jí)頻譜圖Fig.16 Sound pressure level spectrum

圖17 隔聲罩結(jié)構(gòu)的插入損失曲線圖Fig.17 Insert loss curve

2.5 帶隔聲罩空壓機(jī)組浮筏隔振系統(tǒng)輻射噪聲測(cè)量

噪聲測(cè)量中，以GB/T 3767-1996 《聲壓法測(cè)定噪聲源反射面上方近似自由場(chǎng)的工程法》為測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)[20]，以距帶隔聲罩空壓機(jī)組浮筏隔振系統(tǒng)中心上前后左右4 m 處布置5 個(gè)測(cè)點(diǎn)。機(jī)組在970 r/min 轉(zhuǎn)速下運(yùn)行。測(cè)試儀器是4189 型傳聲計(jì)、3050-A-060 型信號(hào)采集分析系統(tǒng)等。測(cè)量設(shè)備外圍聲壓級(jí)，測(cè)試頻率范圍為1/3 倍頻程0 Hz～1 kHz[21]。

圖18 為帶隔聲罩空壓機(jī)組浮筏隔振系統(tǒng)輻射噪聲測(cè)量聲功率圖。整個(gè)系統(tǒng)輻射噪聲實(shí)測(cè)指標(biāo)與仿真計(jì)算值基本相符，誤差約3.25 dB，與實(shí)測(cè)相比誤差約為4.62%，滿足技術(shù)指標(biāo)要求，驗(yàn)證了此方法計(jì)算動(dòng)力裝置輻射噪聲的準(zhǔn)確性。部分構(gòu)件漏聲會(huì)產(chǎn)生上述誤差，還有仿真計(jì)算時(shí)，沒有充分考慮空壓機(jī)組進(jìn)排氣管的氣動(dòng)噪聲問題。

圖18 系統(tǒng)輻射噪聲測(cè)量聲功率圖Fig.18 Sound power diagram of system radiated noise measurement

3 帶隔聲罩空壓機(jī)組浮筏隔振系統(tǒng)隔聲性能優(yōu)化

3.1 隔聲罩鋼板厚度對(duì)隔聲性能的影響

為了提高帶隔聲罩空壓機(jī)組浮筏隔振系統(tǒng)的隔聲性能，提出3 種隔聲罩設(shè)計(jì)方案。現(xiàn)將隔聲罩鋼板厚度分別改為2 mm，3 mm 和5 mm，內(nèi)壁吸聲材料厚度不變，對(duì)帶隔聲罩空壓機(jī)組浮筏隔振系統(tǒng)隔聲性能進(jìn)行優(yōu)化，運(yùn)用的方法是前面使用的有限元和邊界元相結(jié)合的方法。

圖19 為隔聲罩鋼板厚度對(duì)帶隔聲罩空壓機(jī)組浮筏隔振系統(tǒng)隔聲性能影響圖。從圖中可以看出增加隔聲罩鋼板厚度能夠減小帶隔聲罩空壓機(jī)組浮筏隔振系統(tǒng)聲場(chǎng)聲功率級(jí)，提高系統(tǒng)的隔聲性能。采用2 mm 厚隔聲罩鋼板的系統(tǒng)外聲場(chǎng)聲功率級(jí)平均為71.5 dB，采用3 mm 厚隔聲罩鋼板的系統(tǒng)聲場(chǎng)聲功率級(jí)平均為66.2 dB，采用5 mm 厚隔聲罩鋼板的系統(tǒng)聲場(chǎng)聲功率級(jí)平均為64.7 dB。

圖19 隔聲罩鋼板厚度對(duì)系統(tǒng)隔聲性能影響圖Fig.19 Steel plate thickness influence

3.2 隔聲罩材料對(duì)隔聲性能的影響

為了進(jìn)一步提高帶隔聲罩空壓機(jī)組浮筏隔振系統(tǒng)的隔聲性能，提出3 種不同材料的隔聲罩設(shè)計(jì)方案。將隔聲罩材料分別換為鋼板、鋁板和膠合板，隔聲罩的尺寸和厚度均為3 mm，內(nèi)壁吸聲材料材質(zhì)、厚度也相同，對(duì)帶隔聲罩空壓機(jī)組浮筏隔振系統(tǒng)隔聲性能進(jìn)行優(yōu)化，運(yùn)用的方法也是前面使用的有限元和邊界元相結(jié)合的方法。表2 為不同隔聲罩材料的特性表。

表2 不同隔聲罩材料的特性Tab.2 Characteristics of different sound insulation cover materials

圖20 為采用同樣方法計(jì)算的不同隔聲罩材料對(duì)系統(tǒng)隔聲效果的影響。鋼板材質(zhì)的隔聲罩隔聲效果要優(yōu)于鋁板和膠合板材質(zhì)，采用鋼板材質(zhì)的隔聲罩的系統(tǒng)外聲場(chǎng)聲功率級(jí)平均為66.2 dB，采用鋁板材質(zhì)的隔聲罩的系統(tǒng)聲場(chǎng)聲功率級(jí)平均為69.0 dB，采用膠合板材質(zhì)的隔聲罩的系統(tǒng)聲場(chǎng)聲功率級(jí)平均為71.9 dB。這是因?yàn)楦袈曊值母袈曁匦砸话憧偸琴|(zhì)量控制型，無論是改變鋼板厚度還是選用密度較大的金屬材料都能增加隔聲罩重量，進(jìn)而能夠提高隔聲效果。

圖20 隔聲罩材料對(duì)系統(tǒng)隔聲性能影響圖Fig.20 Material science influence

4 結(jié)語

本文采用有限元和邊界元相結(jié)合的方法，建立船用帶隔聲罩空壓機(jī)組浮筏隔振系統(tǒng)聲場(chǎng)模型。以結(jié)構(gòu)振動(dòng)、聲輻射理論為基礎(chǔ)，從聲輻射聲壓級(jí)、聲功率的角度出發(fā)，通過典型頻率和典型測(cè)點(diǎn)研究帶隔聲罩空壓機(jī)組浮筏隔振系統(tǒng)的聲輻射。主要結(jié)論如下：

1）設(shè)計(jì)的系統(tǒng)平均聲功率級(jí)為66.2 dB，隔聲效果較好；系統(tǒng)上面區(qū)域輻射噪聲最大，最大為75.13 dB，可以通過增加隔聲罩上表面吸聲材料厚度來控制上面區(qū)域噪聲。

2）隔聲罩結(jié)構(gòu)能夠使空壓機(jī)組浮筏隔振系統(tǒng)隔聲效果變好，相對(duì)于不加隔聲罩的空壓機(jī)組浮筏隔振系統(tǒng)能提高18.22 dB 的隔聲效果，所以在中間浮筏上面加裝隔聲罩能夠有效地隔離空壓機(jī)組的噪聲，極大地降低機(jī)艙內(nèi)的空氣噪聲。

3）通過改變隔聲罩鋼板厚度和隔聲罩材料對(duì)帶隔聲罩空壓機(jī)組浮筏隔振系統(tǒng)隔聲性能進(jìn)行優(yōu)化，隨著隔聲罩鋼板厚度的增加，帶隔聲罩空壓機(jī)組浮筏隔振系統(tǒng)隔聲性能變好，并且鋼板材料的隔聲罩隔聲效果要優(yōu)于鋁板和膠合板材質(zhì)的隔聲罩隔聲效果。