某高速風(fēng)電運(yùn)維船的減振降噪方案

黃天星 劉廣 張丹

摘? ? 要：高速風(fēng)電運(yùn)維船的振動(dòng)和噪聲控制是船舶設(shè)計(jì)中的一道難題。本文以某高速風(fēng)電運(yùn)維船為例，基于其特點(diǎn)，從噪聲源控制、傳播路徑控制和目標(biāo)艙室控制等方面開展減振、降噪設(shè)計(jì)。本文簡(jiǎn)要介紹其減振、降噪方案，并經(jīng)實(shí)船試驗(yàn)測(cè)量，其結(jié)果滿足預(yù)定要求。

關(guān)鍵詞：振動(dòng)；噪聲；高速船；減振降噪

中圖分類號(hào)：U667.7? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Vibration and Noise Reduction Scheme of a High

Speed Wind Farm Service Vessel

HUANG Tianxing1，? LIU Guang2，? ZHANG Dan1，2

（ 1. Guangzhou Marine Engineering Corporation， Guangzhou 510250;? ?2. Harbin Engineering University， Harbin 150001 ）

Abstract： The vibration and noise control of high-speed windfarm service ships is one difficult problem in ship design. In this paper， based on the characteristics of a high-speed windfarm service ship， the design of vibration and noise reduction is carried out from the aspects of noise source control， propagation path control and target cabin control. This paper introduces briefly the vibration & noise reduction schemes， and the results comply with the set requirements through the test measurements of real ships.

Key words： vibration; noise; high-speed ship; vibration and noise reduction

1? ? ?前言

隨著人類生活水平的提高，人們對(duì)船上舒適性的要求越來越高，改善船員的船上生活環(huán)境往往是船東關(guān)注的一個(gè)重點(diǎn)。然而，高速風(fēng)電運(yùn)維船設(shè)計(jì)的重點(diǎn)之一是重量控制，為此，往往要求其結(jié)構(gòu)輕量化，常見的解決方案是船體結(jié)構(gòu)采用比重輕的鋁合金材料，但其剛度較差。此外，高速雙體風(fēng)電運(yùn)維船往往需要配備大功率高速柴油主機(jī)，以滿足高航速需求。上述是引起船體振動(dòng)、噪聲大的隱患因素，為此，解決高速風(fēng)電運(yùn)維船的振動(dòng)和噪聲問題將是設(shè)計(jì)的難點(diǎn)之一。本文以某高速風(fēng)電運(yùn)維船為例，簡(jiǎn)要介紹其振動(dòng)和噪聲控制設(shè)計(jì)。

2? ? 本船簡(jiǎn)介

2.1? ?主要參數(shù)

本高速雙體風(fēng)電運(yùn)維船航行于近海航區(qū)，目標(biāo)作業(yè)海區(qū)為福建、廣東海域，亦可兼顧其他中國(guó)近海海域。

本船為雙體、雙機(jī)、雙槳、雙舵的排水型高速船。主船體和上層建筑均采用鋁合金。本船主要參數(shù)如下：

船長(zhǎng)? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 26.20 m

船寬? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 9.20 m

航速? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 26 kn

主機(jī)功率? ? ? ? ? ?2臺(tái)x1 342 kW

發(fā)電機(jī)組? ? ? ? ? ?2臺(tái)x 64 kW

2.2? ?噪聲指標(biāo)要求

船東現(xiàn)有一型同類船舶，其客艙噪聲85 dBA，駕駛室75 dBA，噪音值超過標(biāo)準(zhǔn)要求，舒適性較差。按船東要求，本船的噪聲指標(biāo)應(yīng)滿足《GB 5979-1986 海洋船舶噪音級(jí)規(guī)定》的相關(guān)要求，且在設(shè)計(jì)吃水狀態(tài)下，兩臺(tái)主機(jī)以85%的額定功率運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，噪聲值需要滿足以下的指標(biāo)要求，詳見表1。

3? ? 減振降噪常用方法

船舶的減振降噪技術(shù)和方法多種多樣，總體上可以歸納為在源頭、傳播路徑和目標(biāo)點(diǎn)控制振動(dòng)和噪聲。

3.1? ?源頭控制

源頭振動(dòng)噪聲控制。對(duì)動(dòng)力設(shè)備（振動(dòng)噪聲源）如主機(jī)、發(fā)電機(jī)組、主要泵組、風(fēng)機(jī)和空調(diào)等進(jìn)行振動(dòng)和噪聲隔離，一般采用隔振裝置、基座阻尼處理、消音器、隔聲罩或艙室隔音處理等方法。這些技術(shù)均非常成熟，在各類民船和軍用船舶上大量使用，可有效降低動(dòng)力設(shè)備的振動(dòng)和噪聲傳遞。

3.2? ?傳播路徑控制

振動(dòng)噪聲的傳播路徑控制。總體分艙布置設(shè)計(jì)、艙室隔離或結(jié)構(gòu)分離設(shè)計(jì)等。在總體設(shè)計(jì)時(shí)需考慮在總體布置和艙室劃分上對(duì)振動(dòng)和噪聲進(jìn)行隔離。例如，機(jī)艙、煙囪等振源艙室與目標(biāo)艙室進(jìn)行遠(yuǎn)離錯(cuò)開，延長(zhǎng)傳播路徑的長(zhǎng)度；或在振源艙室與目標(biāo)艙室中增加艙室兼作隔離艙，以及將煙囪與上建生活區(qū)進(jìn)行結(jié)構(gòu)分離等措施。對(duì)設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)上優(yōu)化，保證局部結(jié)構(gòu)優(yōu)化和結(jié)構(gòu)連續(xù)性，也可削減設(shè)計(jì)不足造成的振動(dòng)噪聲傳遞。在生產(chǎn)設(shè)計(jì)中對(duì)穿艙電纜和管路，可以采取補(bǔ)強(qiáng)措施，盡量避免電纜、管路的貫穿對(duì)船體結(jié)構(gòu)的破壞[1]。

3.3? ?目標(biāo)控制

目標(biāo)控制。主要控制動(dòng)力設(shè)備工作所輻射的結(jié)構(gòu)噪聲和空氣噪聲傳遞至目標(biāo)點(diǎn)后產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲。目標(biāo)點(diǎn)振動(dòng)噪聲的控制手段主要有阻尼處理、浮動(dòng)地板鋪設(shè)和隔聲絕緣覆蓋，同時(shí)選用隔聲門、隔聲窗使艙室形成密閉艙室，并注意密封，防止漏聲以達(dá)到較好的艙室噪聲控制效果。主要措施：

1）敷設(shè)阻尼材料

阻尼材料多種多樣。主要有阻尼涂料、阻尼板材、阻尼膏、復(fù)合阻尼鋼板等類型。船舶中應(yīng)用最廣泛的是阻尼涂料，其減振降噪原理是將振動(dòng)系統(tǒng)中由于外界作用或系統(tǒng)本身固有的原因引起的部分振動(dòng)由振動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能消耗，從而降低振動(dòng)系統(tǒng)的振動(dòng)和產(chǎn)生的噪聲峰值。其分為自由阻尼和約束阻尼兩種形式，如圖1所示。

2）敷設(shè)浮動(dòng)地板

浮動(dòng)地板型甲板富有彈性，具有良好的抗振動(dòng)、隔聲、隔熱等特性。

浮動(dòng)地板均為多層結(jié)構(gòu)，不同的廠家具有不同的組成型式。通常，其主要由以下幾部分組成，如圖2所示。

（1）船體甲板上的絕緣材料。一般根據(jù)防火要求和隔聲要求采用巖棉板或陶瓷棉板，如有防火要求或隔聲要求較高，可采用20～50 mm以上的陶瓷棉板，如無防火要求或隔聲要求不高，可采用20～30 mm的巖棉材料板；

（2）防水材料。在絕緣材料上敷設(shè)防水薄膜；

（3）甲板敷料。根據(jù)防火要求在防水薄膜敷設(shè)耐火甲板敷料或輕型敷料，敷料中應(yīng)有鋼筋網(wǎng)板提高敷料剛度。

在浮動(dòng)地板敷設(shè)以后，可根據(jù)不同處所的裝修要求敷設(shè)PVC地板或橡膠地板等鋪材。

3）敷設(shè)隔聲絕緣

隔熱隔聲材料是依靠其松軟組織中的氣泡形成一個(gè)個(gè)微小的空腔結(jié)構(gòu)，通過空腔結(jié)構(gòu)產(chǎn)生隔熱隔聲的作用，一般采用密度小以及氣泡小而密的材料。船上采用的玻璃棉、陶瓷棉和巖棉都能作為隔聲絕緣材料。

4）采用隔聲門窗

目前常用的隔聲窗為鋁合金雙層中空玻璃隔聲窗，隔聲窗配置的雙層玻璃之間為中空，并抽真空，從而起到隔聲作用，且在有溫度變化時(shí)不會(huì)影響玻璃的透視效果。玻璃與窗框連接處有裝鑲墊圈和密封墊圈，以阻隔聲音的傳播。

室外風(fēng)雨密門采用帶觀察窗的快開式鋁質(zhì)風(fēng)雨密門，門背上填充填料函，以提高隔聲效果。

4? ? 減振降噪控制方案

4.1? ?振源減振方案

經(jīng)分析，本船主要振動(dòng)和噪聲源來自主機(jī)、發(fā)電機(jī)組、螺旋槳和艙室風(fēng)機(jī)等。主機(jī)、發(fā)電機(jī)組、風(fēng)機(jī)、排氣管路和消音器的振動(dòng)均會(huì)引起船舶振動(dòng)，增加噪聲峰值，為此需配置匹配的彈性減振基礎(chǔ)。

對(duì)主機(jī)、發(fā)電機(jī)組采用單層減振墊裝置，風(fēng)機(jī)采用橡膠墊圈隔振，機(jī)艙區(qū)主要管路，如排氣管路、通風(fēng)管路、消音器，采用彈性吊架進(jìn)行隔振。

1）主機(jī)

主機(jī)出廠時(shí)自帶公共底座和單層減振墊裝置。

由于機(jī)艙空間的限制和設(shè)備布置原因，本船難以采用雙層隔振裝置或浮筏裝置。因此，主機(jī)僅安裝單層隔振，同時(shí)主機(jī)與齒輪箱之間的高彈也采用單層隔振墊。

單層隔振裝置通過一組隔振器將動(dòng)力設(shè)備支撐在船體基座結(jié)構(gòu)上，利用隔振器的彈性使傳遞到基座上的動(dòng)態(tài)激勵(lì)力小于設(shè)備激勵(lì)力。單層隔振裝置的主要缺點(diǎn)是中高頻隔振效果較差，能量損耗一般在20 dB左右，主要用于隔振要求不高的設(shè)備[2]。而本船要求主機(jī)隔振墊隔振效果為：加速度總振級(jí)（10 Hz-10 kHz）≥30 dB。為進(jìn)一步減少振動(dòng)，在機(jī)艙主機(jī)座和發(fā)電機(jī)座及基座外延兩檔范圍內(nèi)涂敷阻尼材料?；诒敬瑢?duì)重量比較敏感。經(jīng)綜合考慮，采用水基型阻尼涂料，由快干型水基彈性阻尼復(fù)合物和粘合劑組成，能有效地吸收和消散振動(dòng)能量，并減少基板的吻合效應(yīng)和共振效應(yīng)[3]。

2）發(fā)電機(jī)組

發(fā)電機(jī)組型號(hào)為康明斯CCFJ50J，出廠時(shí)同樣自帶公共底座和單層減振墊裝置。

3）風(fēng)機(jī)

本船每片體機(jī)艙各配備一臺(tái)27 000 m3/h的軸流風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)在工作時(shí)將產(chǎn)生較大的振動(dòng)和空氣噪聲，且風(fēng)機(jī)靠近生活區(qū)。因此，需對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行減振降噪處理。主要措施是采用橡膠墊圈減振，同時(shí)風(fēng)機(jī)室與甲板室生活區(qū)進(jìn)行結(jié)構(gòu)物理隔離。

4）螺旋槳

螺旋槳高速旋轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)帶動(dòng)水流沖擊船舶尾部，引起振動(dòng)和噪聲。由于本船為高速鋁合金船，其振動(dòng)和噪聲問題需在螺旋槳布置階段特別考慮，根據(jù)規(guī)范要求其螺旋槳葉梢與船底尾部的間隙為不小于0.16 D，本船實(shí)際取0.22 D。

4.2? ?艙室降噪方案

對(duì)振動(dòng)噪聲源艙室和目標(biāo)艙室進(jìn)行隔聲處理。噪聲的治理主要通過在艙室內(nèi)壁鋪設(shè)隔聲材料、阻尼材料和浮動(dòng)地板。

噪音振動(dòng)會(huì)通過甲板傳遞到目標(biāo)艙室或目標(biāo)區(qū)域，因此需要對(duì)傳遞路徑上的甲板或者地板進(jìn)行處理。主要方法是設(shè)置浮動(dòng)地板（由阻尼層、絕緣層、防水層、鋼板層、敷料層組成）。阻尼和絕緣層可以吸收大量的振動(dòng)及噪聲，鋼板及阻尼層可以在保證減震的前提下增強(qiáng)絕緣層的抗壓強(qiáng)度，敷料層可以找平地面并在其上敷設(shè)PVC地板等地面材料，潮濕區(qū)域可增加防水層以保護(hù)底部絕緣。浮動(dòng)地板具有良好防火、減振、吸音效果，可以有效地衰減振動(dòng)、噪聲的傳遞。

1）鋪設(shè)阻尼材料

在客艙與機(jī)艙相鄰的甲板上，以及船員間、衛(wèi)生間、配膳間甲板和通風(fēng)室圍壁上鋪設(shè)阻尼材料，阻尼損耗因子為0.25，以減少結(jié)構(gòu)振動(dòng)引起的噪聲。

2）鋪設(shè)浮動(dòng)地板

根據(jù)船東對(duì)生活區(qū)各艙室的噪聲指標(biāo)要求，在客艙、船員間和配膳間地板上鋪設(shè)浮動(dòng)地板。該浮動(dòng)地板由阻尼層、絕緣層、防水層、敷料層組成[4]。浮動(dòng)地板中采用50 mm的陶瓷棉板（容重150 kg/m3）作為減振降噪的主要材料，隔聲系數(shù)大于50 dB。

3）鋪設(shè)隔聲絕緣

按照法規(guī)要求，機(jī)艙作為較大失火危險(xiǎn)處所，應(yīng)采用60? min結(jié)構(gòu)防火的阻火分隔材料對(duì)機(jī)艙（包括煙囪、進(jìn)風(fēng)結(jié)構(gòu)和出風(fēng)結(jié)構(gòu)）進(jìn)行包覆和圍蔽，阻火分隔材料（防火材料）亦具有良好的隔聲能力，可削弱機(jī)艙向外噪聲傳遞。阻火分隔材料采用50 mm厚度的覆鋁箔防火毯（容重70 kg/m3）。

根據(jù)法規(guī)要求，客艙需采用 60 min 結(jié)構(gòu)防火的阻火分隔材料進(jìn)行包覆。本船甲板室外圍壁也需要敷設(shè)隔熱絕緣，采用 50 mm 厚度的玻璃棉（容重為 24 kg/m3）。

4）隔聲門窗應(yīng)用

除了對(duì)目標(biāo)艙室進(jìn)行噪聲與振動(dòng)的防護(hù)外，還需要對(duì)各艙室和區(qū)域進(jìn)行噪聲分隔設(shè)計(jì)，包括對(duì)進(jìn)出機(jī)艙的通道布設(shè)隔聲門，客艙、船員間、配膳間和駕駛室等目標(biāo)艙室采用隔聲門進(jìn)行分隔，以減（下轉(zhuǎn)第頁(yè)）（上接第頁(yè)）

少噪聲傳遞。

該型船航速高，室外風(fēng)速產(chǎn)生較大噪音，因此還需要安裝隔聲門窗以降低室內(nèi)噪聲。本船上建玻璃均采用隔聲玻璃，生活區(qū)的室外門采用帶觀察窗的快開式鋁質(zhì)風(fēng)雨密門，門背上填充填料函，以提高隔聲效果。

4.3? ?驗(yàn)證

本船實(shí)施以上減振降噪方案后，實(shí)船的噪聲測(cè)試結(jié)果和噪聲指標(biāo)均滿足相關(guān)要求，其測(cè)試記錄如表2所示。

由于條件有限，本船未對(duì)目標(biāo)艙室的振動(dòng)進(jìn)行測(cè)量。但經(jīng)過船東使用意見反饋，本船與其原有船相比，其振動(dòng)噪音感受有明顯改善。

5? ? ?結(jié)束語(yǔ)

通過對(duì)某高速風(fēng)電運(yùn)維船噪聲源頭艙室進(jìn)行減振和隔聲設(shè)計(jì)，并對(duì)其傳播路徑進(jìn)行控制，對(duì)目標(biāo)艙室進(jìn)行艙室隔離設(shè)計(jì)，在重量控制的前提下，獲得了良好的減振降噪效果。

參考文獻(xiàn)

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[3] 謝光能.減振降噪技術(shù)在高速船舶上的應(yīng)用[J].廣東造船，2019（02）.

[4] 陳寅.某潛水支持船項(xiàng)目減振降噪主要措施[J].中國(guó)水運(yùn)，2020 （01）.

作者簡(jiǎn)介：黃天星（1984- ），男，高級(jí)工程師。從事海洋工程總體舾裝設(shè)計(jì)工作。

劉? 廣（1998- ），男，助理工程師。主要從事船舶總體設(shè)計(jì)工作。

收稿日期： 2023-01-03