船舶舱室噪声总体综合控制技术

刘美周丽平

武汉船舶设计研究院湖北省武汉市430064

摘要：由动力装置引起的机械噪声是影响船舶舒适度、船舶电子设备可靠性、船员工作环境的最主要噪声源，也是船舶水下辐射噪声的主要噪声源之一。随着船舶动力装置向高功率密度方向发展，船舶的噪声级越来越高，简单的振动噪声处理已难以满足其噪声和振动限值的要求。

关键词：船舶舱室；噪声总体；综合控制；技术

引言

舱室空气噪声大小是衡量船舶居住性的一个重要指标，也是衡量造船水平的标准。在我国随着经济建设不断发展，生活质量不断提高，相关部门对舒适性要求越来越重视。因此要控制船舶舱室的空气噪声，必须从总体顶层的高度，进行总体声学优化设计，提出声源振动和噪声要求，并结合控制噪声传递途径，才能事半而功倍，以最高的效费比达到最优的效果。

1.船舶低噪声设计方法

1.1总体思路

船舶低噪声设计的原则是：源头控制、传递途径控制、目标场控制。因此，首先需要进行全船的振动噪声源分析、目标场分析，明确全船所有振动噪声源，分析每一个声源的特性、安装位置、振动噪声的水平。同时，也必须明确有振动噪声指标要求的目标场。

船舶低噪声设计必须与船舶设计、建造和试验三个阶段紧密结合。其中，设计阶段的主要任务是总体指标、指标分解、布置、结构、设备选型、设备振动噪声指标确定、全船噪声指标控制及平衡等；建造阶段的主要任务是确保结构建造中的声学特性要求、装船设备的振动噪声指标验收、设计中减振降噪技术措施的落实、基座减振处理、舱室降噪施工、管路减振降噪施工、局部减振降噪指标的试验、减振降噪整改等；试验阶段的主要任务是完成船舶低噪声设计指标的验收、后续船舶低噪声改进设计建议等。技术难点在于低噪声船舶指标制定、船舶振动噪声评估和控制，当船舶低噪声指标和控制方案确定后，就可以制定全船振动噪声控制大纲，并向船东提交。论文将重点阐述低噪声船舶指标制定、船舶振动噪声评估、动力装置振动噪声控制和舱室噪声治理等方法。

1.2船舶振动噪声评估方法

船舶振动噪声评估包括：全船模态计算、振动响应计算、舱室噪声计算，并从振动噪声方面对船体结构设计提出改进措施，为船体结构设计和全船振动噪声控制提供依据。目前，国内外最常用的船舶振动噪声评估方法主要是基于数值计算的有限元法、边界元法和统计能量法。在建立动力装置及船体结构详细模型的基础上，采用数值计算方法进行机械噪声预报和减振降噪措施性能评估，具有较高的准确性。

1.3动力装置振动噪声控制方法

根据振动和噪声源分析，针对不同振级和噪声级的设备，需要采取不同的减振降噪措施，该措施主要包括两方面内容，一是总体的布置位置，在设备布置时需要充分考虑振动噪声源与目标场的距离和中间隔离物的布置，充分利用结构和物理隔断的优势，减少振动和噪声能量的传递；二是对振动噪声指标较高、且在现有布置位置条件下不能满足要求的设备，采取必要的减振降噪措施。在隔振装置方面，有单层、双层或多层隔振装置，有各式各样的浮筏减振装置；在噪声控制方面，可以采用隔声罩和进、排气消声器，如柴油机进排气消声器，风机进气消声器；随着动力装置的模块化发展，柴油机和电站等动力装置可采用箱装体技术；管路进出口间加挠性接管，隔离振动噪声传递。该工作的前提条件是需要对现有位置布置的设备传递特性进行必要的评估，不能仅仅基于设备本身的振动噪声指标的高低和绝对值的大小。

2.船舶舱室噪声总体综合控制技术

舱室空气噪声从总体设计时进行顶层考虑是最有效的措施，可以从根源上减少舱室的空气噪声，例如从总体设计时考虑舱室的优化布置、设计合理的线型减少振动以及选用噪声较低的设备等，不需要耗费太多的总体资源，同时经济性好。但是任何一种技术都无法完全消除舱室的空气噪声，总体顶层设计也是如此，在顶层设计无法解决的情况下，还需结合一些常规的技术措施，如隔振、阻尼、消声等技术手段。

2.1船舶总布置优化

居住区优先布置相对安静甲板，并且居住区与噪声级最强的机舱、轴系区域分开，如图1所示；由于空间等不可避免因素，导致居住区靠近声源舱室的，可以在声源舱室与住舱之间设置储物间、隔离间、通道等，如图2住舱和声源舱的布置所示。

2.2船型及结构设计优化

①船型设计

在船型设计中，应考虑船舶在航行中流体激励船体结构产生的振动较小，例如采用全折角线型，前倾首、方尾、单层连续甲板，首部具有反向龙骨设计坡度，使水下流场均匀，水下振动影响较小。

②结构设计

在结构设计时，使船体总振动固有频率（主要为一、二阶频率）与干扰力频率（螺旋桨产生的一阶和叶频激振力）错开，以避免引起共振。在螺旋桨作用区进行合理的结构设计，对该区域的板、板格和板架的尺寸进行优选，以减小尾部振动，从而降低总振动相应，并保证其具有足够的频率储备。

2.3声源设备选型

（1）选用低噪声机电设备

在设备选型时，选用低噪声设备或对设备提出明确的振动噪声控制要求，尽量选用低噪声设备，从源头上予以控制，达到事半功倍的效果。

（2）选用低噪声推进器螺旋桨

采用低噪声推进器，降低脉动压力，以减小螺旋桨激起的船体振动；

3.船舶舱室噪声总体综合控制方案

根据以上舱室空气噪声源以及传递途径的分析，可以发现舱室空气噪声是所有声源和传递途径的综合作用效果，在对其进行控制时需要从总体顶层设计进行考虑，结合常规控制技术手段，提出舱室噪声的最优控制方案。并且整个流程都要精细考虑，任何一个环节没控制好，都会造成舱室空气噪声达不到预期效果，超过相关标准要求。舱室空气噪声方案的确定，当然是围绕船舶舱室空气噪声指标进行展开，前期分析需要掌握本船的声学指标要求以及声源特性、传递途径特性，在充分了解本船的控制目标以及声学状态的基础上，考虑经济性以及总体资源等限制条件，合理选用总体设计控制技术以及常规控制手段，提出船舶舱室噪声的总体综合控制技术。在选用的过程中，利用理论估算、经验公式以及仿真技术手段，对控制效果进行预估判断，在满足指标要求的情况下，方案确定，如不满足指标要求，对控制技术措施进行调整，重新迭代，直到达到控制目标要求。

4.结束语

对船舶噪声源以及传递途径的分析，总结了船舶舱室空气噪声的来源和特点，总体设计控制技术以及常规控制手段，并对每种技术手段进行了详细阐述，结合总体资源以及经济性条件，围绕控制目标形成了船舶舱室噪声控制的总体综合控制技术方案。该技术方案可以指导船舶舱室噪声的设计，从而提高船舶的居住性条件以及工作效率。

参考文献：

[1]陈越澎，谭林森．船舶舱室噪声控制技术综述［J］.武汉造船，2016，105（6）：34－39．

[2]温华兵，毛南敏，赵勇．新型航政艇舱室的综合减振降噪设计及效果分析［J］．噪声与振动控制，2006（5）：58－61．