歐禮堅 朱遠臻

摘 ? ?要：為了提高船舶工作環(huán)境噪聲舒適度，采用統(tǒng)計能量法對船舶工作環(huán)境噪聲進行預報，并對噪聲治理措施進行分析，提出噪聲治理的優(yōu)化設計建議。統(tǒng)計能量法預報值與實測值誤差不大于3dB，達到了工程精度要求，基于統(tǒng)計能量法的船舶艙室噪聲預報是可行的。在設計階段，對船舶工作環(huán)境噪聲進行預報，對提高船舶的噪聲舒適度是十分有效的。噪聲預報和噪聲治理方法及有關結論可供船舶減振降噪設計參考。

關鍵詞：工作環(huán)境，噪聲預報，噪聲控制

中圖分類號：U661.31 ??? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A

Abstract： In order to improve the noise comfort of ship working environment， the method of statistical energy analysis（SEA） is applied to predict the noise， the measures of noise control are analyzed， and the optimal design suggestions for noise control are put forward. If the deviation between the predicted value by SEA and the actually measured data is not more than 3dB， which satisfies the requirements of the engineering precision， and the noise prediction of the ship cabin based on SEA is feasible. In the design stage， it is very effective to predict the noise of ship working environment to improve the noise comfort of ship. Noise prediction and noise control methods and related conclusions provide a reference for the design of ship vibration and noise reduction.

Key words： Working environment; Noise prediction; Noise control

1 ? ? 前言

國際海事組織（IMO）海上安全委員會（MSC）第90次會議批準了《船上噪聲等級規(guī)則》修訂草案，對1 600 ?GT適用的船型、船舶不同區(qū)域的噪聲限值、艙壁和甲板隔聲指數、噪聲的測量儀器和測量方法等進行了修訂，對船舶的降噪性能提出了更高要求。修訂案已經生效執(zhí)行，對國際航行船舶的降噪性能也提出了更高要求，對造船業(yè)產生重大影響[1]。

此外，中國船級社《內河綠色船舶規(guī)范（以下簡稱“綠色規(guī)范”）》已于2018年1月1日生效。規(guī)范適用于申請中國船級社 “綠色船舶”附加標志和第2 章所列其他單項附加標志的中國境內內河和特定航線江海直達自航船舶以及境外內河自航船舶。規(guī)范旨在倡導發(fā)展和應用綠色技術，促進造船業(yè)、相關制造業(yè)和航運業(yè)產業(yè)結構優(yōu)化升級，促進航運企業(yè)對新建船舶和現有船舶采取具有成本效益的技術和管理措施，提高運輸船舶營運的綠色度，在安全的前提下實現船舶的高效、綠色、舒適的目標。

綠色規(guī)范對綠色船舶提出了具體的工作環(huán)境的量化指標。特別是對各類艙室噪聲性能提出了更高要求。據統(tǒng)計，在已建造好的船舶上安裝聲學器材的代價約為設計中預先采取措施所需費用的3倍左右。在設計階段對艙室噪聲進行預報，使噪聲水平滿足任務書和相應標準的要求是很有必要的。在設計階段對艙室噪聲治理提出合理化的改進措施對縮短生產周期，降低成本，提高船舶安全性、舒適性有著非常重要的作用。

在船舶設計階段，針對船舶工作環(huán)境噪聲提出一些治理意見和建議，對降低船舶工作環(huán)境，提高船舶的噪聲舒適度是十分有效的。

2 ? ?內河法規(guī)和規(guī)范的噪聲要求

《內河船舶法定檢驗技術規(guī)則》（以下簡稱“法規(guī)”）要求船員艙和客艙應盡可能減少噪聲。航行時間為4h 及超過4 h 的客船船員艙和客艙的噪聲一般不應超過78 dB（A）。航程小于4 h 的客船船員艙和客艙的噪聲一般不應超過80 dB（A）。10.9.1.2要求駕駛室的最大噪聲一般不應超過75 dB（A），使之能在室內通話，并與外部進行無線電通信。

綠色規(guī)范中，對于申請船舶舒適性（噪聲舒適度1、2、3）附加標志客船乘客處所允許的最大噪聲量級見表1。

3 ? ? 某綜合指揮船工作環(huán)境噪聲治理分析

3.1 ? 船舶主要參數和要素

某綜合指揮船（以下稱“本船”）為單底、單甲板、縱骨架式結構;雙機雙槳雙舵，柴油機動力驅動的折角型高速船。主船體采用CCSA/B級鋼制造;上層建筑采用玻璃纖維增強塑料制造。該船外觀威武，布置合理，裝修豪華，技術先進，主要用于內河執(zhí)法、公務接待等?？偛贾脠D見圖1、效果圖見圖2。

總長33.88 m、水線長33.73 m、兩柱間長31.10 m、型寬6.60 m、型深2.40 m、設計吃水1.28 m、排水量114.38 t、額度乘客50人、航速約16 kn，航行于內河A級航區(qū)。

主船體設7道水密橫艙壁，分隔成8個水密艙室。自尾至首依次為：舵機艙、機艙、儲物艙、設備艙、1號空艙、2號空艙、雜物艙和首尖艙。

3.2 ?噪聲治理主要措施分析

3.2.1主要聲源與減振降噪措施

（1）本船主機2臺;型號：D13C2-A MP（瑞典 VOLVO）; ?型式：直列6缸、四沖程、直噴、增壓中冷;額度功率/轉速：662 kW/2 300 r/min;帶彈性機腳、帶消聲器。主機與船體間的連接為彈性安裝，減振降噪。消聲器可以降低主機的排氣噪聲，并使高溫廢氣能安全有效地排出。在排氣系統(tǒng)中加上消聲器，可使排氣噪聲降低20～30 dB（A）。

（2）齒輪箱 2臺;型號：ZF550-1（德國ZF）;功能：減速、離合、換向、承受推力;減速比：3.042：1;控制方式：電控;減速比正倒車相同，齒輪箱與主機飛輪通過高彈性聯軸器連接。高彈性聯軸器能夠補償主機彈性支承引起的軸向、徑向和角向位移，衰減主機通過軸系傳出船外和螺旋槳傳入船內的結構噪音。

（3）發(fā)電機組 2臺（1用1備）;型號：50EF0ZDJ （美國科勒）;型式：4缸4沖程、水冷、柴油、無刷交流發(fā)電機;額度發(fā)電功率/電壓：50 kW/400 V/50 Hz;額定轉速：1 500 r/min;帶隔音罩。隔音罩可以隔絕機器設備向外輻射的噪聲，有效地阻隔噪聲的外傳，減少噪音對環(huán)境的影響，是在聲源處控制噪聲的有效措施。

（4）軸流風機2臺;型號：CDZ-60-4/電壓：AC380V/功率：2.2 kW/流量15 000 m3/h;設在機艙尾部頂部的出風口處。軸流風機具有低噪聲的優(yōu)點。

（5）螺旋槳：2只;直徑1 060 mm、螺距1 032 mm、盤面比1.18、葉型：B型、后傾角3度、槳葉數：5。采用較多槳葉數的螺旋槳，可以有效降低船體表面力及螺旋槳聲輻射水平，有利于降低艙室減振與降噪。

3.2.2艙室隔聲、吸聲處理

在機艙前壁、機艙棚圍壁及天花設置 50 mm隔音板+25 mm（甲板）或38 mm（圍壁）鋁箔包覆防火陶瓷棉板，采用沖孔熱鍍鋅板或鋁板保護。在客艙及駕駛室圍壁，上甲板露天部分天花、頂棚天花均設置50 mm隔音棉。

本船的主要聲源基本上集中在機艙內，因此，對機艙的艙壁、圍壁和天花采用隔聲處理，減少噪聲穿透到相鄰艙室。此外，客艙及駕駛室的圍壁和天花采用隔聲處理，可以減少外界噪聲穿透進入艙室。

3.3 ? 噪聲治理優(yōu)化設計建議

機艙屬于船舶的主要聲源艙室，為了阻斷機艙空氣聲向外輻射和向其它艙室輻射，提高機艙橫艙壁、舷側板架和甲板板架的隔聲量是十分重要的。隔聲量又稱透聲損失，把具有門、窗和其它開口的板架稱為組合板架，組合板架的平均透射系數 ? ?為：

本船機艙前端設有2個進風口，機艙尾部頂部設有2個出風口。機艙尾部頂部設有2個出風口，尺寸為φ600 mm;機艙前端設有2個進風口，尺寸為700400 mm。機艙甲板4個進出風口的總面積為1.13 m3，占機艙區(qū)域主甲板面積的2.84%。4個風口均沒有經過消聲處理。

根據估算，機艙區(qū)域甲板板架隔聲、吸聲處理后，其平均隔聲量 ? ?大約為40 dB（A）。由于進出風口不做消聲處理，具有進、出風口的組合甲板板架則的平均透射系數 ? 為0.003 87，平均隔聲量 ? ?為24 dB（A）。進、處風口導致平均隔聲量減少了16 dB（A），隔聲量顯著下降。

3.4 ? 優(yōu)化設計方案艙室噪聲預報結果

運用全頻振動噪聲仿真分析軟件VAOne進行建模計算分析。首先，采用 ANSYS 建立幾何模型，將幾何模型劃分為有限元網格;其次，在 VAOne 里導入網格，生成 SEA 模型（見圖3），定義各種材料的屬性及各種加筋板，將它們賦予給對應的子系統(tǒng);最后，定義各類設備的空氣噪聲和結構噪聲，輸入或約束到對應子系統(tǒng)。

建立好SEA模型后，進行噪聲預報時，需要設置一些參數，像內損耗因子、耦合損耗因子和噪聲源激勵等。內損耗因子是指單位頻率單位時間內損耗的能力與平均存儲的能力的比值。主要包括三個部分：因摩擦形成的內損耗因子、因振動向環(huán)境進行聲輻射的阻尼形成的內損耗因子、因邊界連接阻尼形成的內損耗因子。這三個部分是互相獨立的，可以線性疊加得到總內損耗因子。耦合損耗因子是指兩個系統(tǒng)振動時能量流的關系，表征被直接激勵的子系統(tǒng)的能量傳到被間接激勵的子系統(tǒng)的量。

根據預報結果，經過消聲處理后，機艙進風口附近主甲板處噪聲水平為80 db（A），下降了3db（A）;機艙出風口附近主甲板處噪聲水平為83 db（A），下降了7 db（A）。因此，為了降低機艙進、出風口聲輻射水平，建議對其進行消聲處理。此外，建議會議室、乘員艙、駕駛室及貴賓艙兩側移窗應提高密封性，避免出現聲短路現象，主要艙室噪聲量級云圖見圖4。

在艙室的門和窗關閉情況下，主要艙室的噪聲預報結果如表2所示。

3.5 ?預報值與實船測試結果對比分析

2019年4月22日，在主機額定轉速2 300 r/min時，100%功率，平均航速19.6 kn，主要艙室的噪聲測試結果如表3。

根據測試結果，噪聲量級雖然滿足《法規(guī)》要求，但是距離綠色船舶的要求還有較大的差距。實船測試值與統(tǒng)計能量法預報值比較，預報誤差在3 dB（A）以內，滿足了工程應用的精度要求，統(tǒng)計能量法預報艙室噪聲是可行的。實船試航見圖5。

4 ? ?結語與展望

本船為用于內河執(zhí)法和公務接待的公務船，對減振降噪要求較高，設計方案選取采用彈性安裝方式的低噪聲主機和帶隔聲罩的發(fā)電機組，并對機艙進行有效隔聲和吸聲處理，對降低艙室噪聲是十分有效的，主要艙室的噪聲水平滿足《法規(guī)》的要求。

統(tǒng)計能量法預報艙室噪聲的精度可滿足工程要求。在設計階段采用統(tǒng)計能量法進行艙室噪聲預報，并提出噪聲治理優(yōu)化設計方案，可以有效降低船舶艙室噪聲，提高船舶噪聲舒適度，增加船舶的綠色度。

參考文獻

[1]中國船級社. 船舶及產品噪聲控制與檢測指南[S]. 2013.

[2]邱斌，吳衛(wèi)國，劉愷.高速船全頻段艙室噪聲仿真預報[J].中國艦船? ? ? 研究.2011，6（6）： 49-53.

[3]李峰，姜效瑜，李元元.豪華游艇的噪聲與振動控制[J].噪聲與振動? ? ? 控制.2005（2）： 18-20.

[4]徐偉.游艇艙室中高頻噪聲預報與控制研究[J].中國水運. 2015， 15 （11）：?? ? ? 8-10.

[5]王充，劉月琴，陳超核.100ft豪華游艇典型艙室噪聲預報與控制[J].? ? ?船海工程.2016， 45（1）： 26-31.

[6]范明偉，祝玉梅，陳雯，等.船舶典型艙段全頻段空氣噪聲預報[J].船? ? ? 海工程. 2015， 44（3）： 6-10.

[7]馮博.船舶上層建筑艙室噪聲預報及控制技術研究[D].哈爾濱工業(yè)大? ? ? 學.2017.

[8]劉錕，潘溜溜，徐智言.油船居住艙室噪聲預報分析[J]. 噪聲與振動? ? ?控制. 2016， 36（5）： 94-98.

[9]張桂臣，車馳東，楊勇，等.船舶振動與噪聲“源-路徑-接受點”[J].? ? ?中國航海. 2014（03）： 108-111.

[10]歐禮堅，紀傳鵬，李帆，徐海汐.經驗法和統(tǒng)計能量法預報游艇艙室? ? ? 噪聲的對比分析[J].廣東造船. 2017（5）： 37-41.