船舶機艙噪聲控制

來源：《艦船科學技術》2003.5.船舶機艙噪聲控制摘要：隨著船舶朝大型、高速方向發(fā)展，其機艙內推進主機和柴油發(fā)電機組的噪聲問題越來越嚴重。本文對機艙內噪聲的綜合治理方法，如對推進主機進行隔振、安裝進排氣消聲器；對柴油發(fā)電機組安裝進排氣消聲器、使用隔聲罩；在機艙內粘貼吸聲材料以降低混響噪聲等作了介紹。通過綜合治理，可使機艙內噪聲降低40dB以上，甲板上噪聲降低26dB以上，取得了很好的控制效果。關鍵詞：噪聲控制；推進主機；柴油發(fā)電機組；機艙0引言隨著船舶朝大型化、高速化、復雜化方向發(fā)展，它所配備的推進主機以及發(fā)電機組也朝著高轉速、高強度、大功率方向發(fā)展。因此，其振動和噪聲問題越來越嚴重，人們對其振動和噪聲控制也更為關心和重視。由于船舶的推進動力以及發(fā)電機組都布置在狹小的機艙內，機艙內的兩大噪聲源：推進主機（通常為柴油機）噪聲和發(fā)電機組（通常為柴油發(fā)電機組）噪聲，使機艙內的工作環(huán)境十分惡劣，再加上船員在機艙內的工作時間較長，因此，這種強噪聲不僅嚴重影響船員的工作效率，損害了他們的身心健康，還嚴重污染周圍環(huán)境，影響旅客的正常工作和休息，所以有必要對機艙內的噪聲進行控制。機艙內的噪聲是由推進主機噪聲和柴油發(fā)電機組的噪聲混合而成，其中，推進主機的主要噪聲源有：空氣動力性噪聲和機械噪聲141?？諝鈩恿π栽肼曋饕ㄟM、排氣噪聲、風扇噪聲和燃燒噪聲。這部分噪聲直接向發(fā)動機周圍的空氣中輻射。排氣噪聲是指氣缸內高溫高壓廢氣隨排氣田間斷開閉周期性地噴射到排氣管內而產生高速脈動氣流，對于非增壓柴油機，它是柴油機的最大噪聲源，其中又以廢氣通過氣閥時產生的渦流噪聲最強，其頻譜特性是以低頻為主的寬頻帶噪聲；而對于帶增壓器的高增壓柴油機，增壓器吸氣時產生的氣流脈動基頻噪聲及其各次諧波噪聲與進氣管口空氣的強烈渦流噪聲疊加，從而產生強烈的高頻進氣噪聲，其噪聲聲壓級甚至比排氣噪聲還大。風扇噪聲是由旋轉的葉片周期性地打擊空氣質點，引起空氣的壓力脈動產生噪聲。燃燒噪聲是指，由于氣缸內燃燒所形成的壓力振動通過缸蓋、活塞連桿、曲軸、機體向外輻射的噪聲，這種噪聲主要集中于柴油機燃燒的急燃期和緩燃期。機械噪聲是指，由于空氣壓力及機件的慣性作用，使相對運動的零件之間產生撞擊和振動而激發(fā)的噪聲，它主要包括活塞的撞擊噪聲、齒輪機構噪聲、配氣機材噪聲、高壓油泵噪聲、軸承噪聲、不平衡慣性力引起的機體振動和噪聲等。而柴油發(fā)電機組的噪聲主要由柴油機噪聲和發(fā)電機噪聲混合而成，其中，柴油機的噪聲源與推進主機的噪聲源基本相同，特點也類似；發(fā)電機的噪聲源主要是機械噪聲和電磁噪聲，這些噪聲是由發(fā)電機的電磁力、軸承、轉子的機械不平衡性，電刷和換向器之間的摩擦、電刷和滑環(huán)之間的摩擦等所產生。另外冷卻空氣在電機內部還會形成湍流噪聲。1機艙噪聲的測量及其特點現以某船為例，其推進主機為2臺6L20/27柴油機，額定功率為600kw，額定轉速為1000r/min；其柴油發(fā)電機組（3臺，其中1臺備用）中柴油機為化TBD234V6,額定功率為186kW，額定轉速為1500r/min；發(fā)電機為1FC6286—4SA4S，額定功率為150kW。首先，對推進主機的噪聲進行測量，可得額定轉速下倍頻程各中心頻率處的噪聲聲壓級A）,如圖1所示。其次，對柴油發(fā)電機組的噪聲進行測量，所得額定轉速下倍頻程各中心頻率處的噪聲級如圖2所示。由圖1可知，柴油機的排氣噪聲高達109.8dB,且呈明顯的低頻特性，聲能量集中在31.5-5MHZ的頻率范圍內，其中主要頻率為31.5Hz和63Hz（理論上主要頻率為f=50Hz），而進氣噪聲高達112.9dB,且呈明顯的高頻特性，聲能量主要集中在1?16kHz范圍內；由圖2可知，柴油發(fā)電機組的排氣噪聲為103.7dB,其主要頻率為63Hz和125Hz（理論上主要頻率為f=Hz）；而進氣噪聲為99dB，其主要頻率為500Hz?16kHz。總的說來，推進主機的噪聲遠大于柴油發(fā)電機組的噪聲，因此，它是整個船舶最大的噪聲源。另外，推進主機強烈的機械振動可通過機艙底部傳播到整個船舶，從而產生嚴重的低頻輻射噪聲；同時柴油發(fā)電機組的進排氣噪聲以及機械噪聲也不能忽視。由于機艙內低頻、中頻和高頻噪聲都有，特別是推進主機和柴油發(fā)電機組同時工作時還存在強烈的混響噪聲，再加上機艙空間狹小，因此噪聲治理難度很大。針對這種情況，我們重點對幾個主要噪聲源進行控制：推進主機的進排氣噪聲、燃燒噪聲和機械噪聲；柴油發(fā)電機組的進排氣噪聲和電磁噪聲等。因此只能采用綜合治理的方法：對推進主機進行隔振，安裝進料卜氣消聲器；對柴油發(fā)電機組安裝進排氣消聲器，使用隔聲罩；在機艙內部粘貼吸聲材料以降低混響噪聲。1）隔振由于推進主機是安裝在機艙的底部，其基礎缺乏減振、隔振措施，故推進主機運行時，其振動通過基礎傳聲，導致低頻噪聲的產生，盡管其聲壓級并不太高，但聲波傳播速度快而衰減較慢，且具有較強的穿透能力，因此危害較大。由于隔離振動源是消除振動和噪聲最常用、最有效的措施，故我們在安裝推進主機時，把推進主機的底盤用彈性減振器與機艙底部相連，并且放置一個既有一定剛度又有一定阻尼的減振器，這樣可以大大減少機組的機械振動所產生的低頻噪聲，同時可以大大緩解低頻振動所引起的結構疲勞和破壞。（2）安裝進、排氣消聲器由于進排氣噪聲是推進主機的兩個最大的噪聲輻射源，因此，抑制進排氣噪聲最簡單且最有效的方法就是在進氣管和排氣管上分別安裝進氣消聲器和排氣消聲器。由于進氣噪聲里寬頻帶，高頻段比較突出，故選擇的消聲裝置應以降低高頻噪聲為主，同時兼顧中低頻噪聲的控制，因此，我們選用多級復合式消聲裝置，即在金屬穿孔板內填纖維性吸聲材料的片式阻抗消聲結構的基礎上，設置幾個空腔作為膨脹室，用來消除中低頻噪聲，實際選用的是5LFS型片式消聲器，它可減低進氣噪聲達36dB以上。由于排氣噪聲聲壓級高，排氣速度高，因此，所選用的消聲器既要大大降低排氣速度，但又不能使排氣壓力降低過大，即要把握以下原則；第一，盡量降低排氣通道中各部件的氣流速度，因為推進主機的排氣速度在70m／s左右，這樣高的速度會使消聲器內壓力損失急劇增加，產生的再生噪聲也會使消聲器失效；第二，盡量減小排氣通道中直角彎頭的次數，并擴大排氣管截面。經實驗證明，有效降低摩擦壓力損失和局部壓力損失的關鍵是增加排氣通道截面，使其中的氣流速度減小，雖然減少直角彎頭的次數也可降低壓力損失，但效果不如減小流速好。根據需要我們選擇了T701—6型阻抗復合式消聲器（在抗性消聲器后再接阻性消聲器），外型尺寸為18mmX1400mX900mlm,經測量排氣噪聲（排氣管出口0.5m處）可減少33dB以上。3柴油發(fā)電機組的噪聲控制（1） 安裝進、排氣消聲器選擇內襯玻璃棉的管式阻性消聲器作為進氣消聲器，可以降低進氣噪聲18dB；而選擇膨脹系數為砌m=16的雙節(jié)內接式的擴張式（抗性）消聲器，可降低排氣噪聲22dB以上。（2） 使用隔聲罩為了降低柴油發(fā)電機組運行時所傳播的噪聲，可以使用隔聲罩或在機組表面粘貼約束阻尼。在機艙通風條件允許的情況下，可以用隔聲罩把整個機組（除進排氣管以及其它散熱部件）隔離開來；若通風條件不是很好，可以在局部進行粘貼，并且盡可能多貼，特別是要在薄壁結構處貼，因為在薄壁結構處貼的降噪效果要遠好于厚壁結構。我們所設計的隔聲罩，內附泡沫鋁（因為泡沫鋁的吸聲頻帶寬，吸聲效果好），外用硬塑料包裝，其吸聲系數與中心頻率的關系如表1所示。由表1可知，吸聲系數的平均值為0.4047。由吸聲理論計算可知用進種吸聲材料比不采用任何吸聲措施可以降低13.1dB,而經實際測量可知，使用隔聲罩以后，距離柴油機中點lm處的噪聲降低了12dB。但是在用隔聲罩或粘貼約束阻尼時應注意：機組的進氣問題要合理解決，要確保進氣量充足；不要造成回流，以保證機組功率不受影響。表15363125O25500聲數吸M800000112006001-聲數吸系4機艙內混響聲的控制由于機艙內混響聲十分嚴重，特別是多臺機組（包括推進主機和柴油發(fā)電機組）同時工作時尤其如此，因此有必要在機艙內粘貼吸聲材料。我們采用鋁合金微穿孔板材料，因為微穿孔板吸聲結構具有可觀的吸聲系數和吸聲頻率范圍，并且具有清潔、無污染、不受環(huán)境限制（可以在高溫、高濕以及有氣流沖擊和腐蝕等條件下使用）等優(yōu)點。通過對機艙多處粘貼吸聲材料，可以使混響聲大大降低。經測量，安裝了吸聲材料以后，機艙內的噪聲也可以降低18dB以上。但是粘貼吸聲材料也為機組散熱以及進排氣等帶來一定的不便之處。由于對柴油發(fā)電機組使用了隔聲罩或粘貼了約束阻尼，在機艙內粘貼了吸聲材料，因此必須解決好機艙散熱、降低機艙溫度等問題，我們采取的措施是自然遇風輔以強制通風。機組散熱除了由發(fā)電機自身的風機直接向外排風外，另行使用導風罩，加大排氣窗，在機艙壁面上開設進、出風口。進風采用4臺6A低噪聲軸流風扇；出風日位置分別對著推進主機和柴油發(fā)電機組上的風扇，并安裝導風箱，將推進主機和柴油發(fā)電機組的散熱導出室外，同時在出風口外安裝排風消聲道，消聲道兩側為消聲百葉窗，使氣流通暢，這時機艙內的熱量可以加軸流風扇強制通風解決，這樣可以大大降低機艙內的溫度。經過采取一系列的降噪措施及其它輔助措施后，機艙內的噪聲大大降低，而其溫度只比控制前升高10°C左右，推進主機和柴油發(fā)電機組的功率損失都在3%以下，總的說來