“海洋石油610號”航行振動與噪聲測量評價

王可江

(大連遼南船廠，遼寧大連116023)

0 引言

船舶是一個浮動的復雜的水上結構物，其在航行過程中受到多種類型激振力的疊加作用，具有非常復雜的振動形式［1］。到目前為止，在設計階段對船舶結構進行振動和噪聲預報的建模計算尚不能完全的掌握船舶的振動噪聲特征，因此實船航行振動噪聲測試就顯得尤為重要。在實際的船舶航行測量中，主要分為主船體的總體振動測量、局部艙室結構的振動噪聲測量。結構振動是指在船體總體結構或局部結構的振動，考核結構承載安全性;艙室振動主要考核人員生活和居住的舒適性。振動位移、速度、加速度幅值及頻率是衡量振動程度的主要參數，一般可以選用瞬時值、峰值、平均值和有效值等來衡量。結構振動與艙室振動有各自相應的衡量準則。

實船振動測量可以檢驗減振降噪設計的效果，以驗證數值計算的正確性，不斷總結經驗資料，提高設計水平;可以通過測量結果與振動噪聲標準的比較，來衡量船舶的振動水平;還可以更進一步地對出現有害振動的船舶進行診斷、尋找及分析振動原因，從而制訂減振措施，進行結構修改。船舶振動診斷通常包括激勵源的調查、測試與分析，振動范圍與性質的分析及振動部位的模態分析等。通過以上綜合分析，可以對實船的航行振動水平做出全面的系統的評價。

1主要量度

“海洋石油610號”船兩柱間長為69．6 m，船寬為14．8 m，型深為 6．9 m，吃水為 4．6 m，服務航速為14．5 kn。該船選用4臺8N21A-EN主機，額定轉速為900 r/min，額定功率為1 324 kW，螺旋槳為4葉定速調距槳。該船總布置圖如圖1所示。

本文對“海洋石油610號”進行了船舶航行總體結構振動、局部結構振動和艙室噪聲的測試。將采集到的振動噪聲信號進行處理分析，與相關標準進行比較，對該船的結構振動和艙室噪聲量級作出評估。

2 船舶振動與噪聲測量評價標準

為了避免振動噪聲對結構、設備及人員舒適性的危害，制定船舶振動測量標準的重要性日益為各國所重視。振動標準提供船舶振動程度的評價，由于船舶運行環境和振動頻率存在差異，評價的定義和方法也不同。國際標準化委員會、國家標準和船級社關于振動與噪聲評價部分標準見表1。

2．1 船長小于100 m商船振動綜合評價基準

該船技術規格書確定船舶振動評價依據《船長小于100 m商船振動綜合評價基準(GB/T 7452．2-1996)》，其規定為海上與內河船體和上層建筑中正常工作和居住場所的振動評價基準。此標準適用于垂線間長大于或等于30 m至小于100 m之間的柴油機驅動商船振動評價基準，其振動頻率范圍為1 ～100 Hz。

振動測量按《船體振動測量(GB/T 7453-1996)》規定方法測量，60 m的船舶一般可只評價垂向振動響應的最大單一頻率分量。

圖1 “海洋石油610號”船總布置示意圖

表1 振動與噪聲評價部分標準

2．2 海洋船舶噪聲級規定

海洋船舶噪聲級規定(GB 5979-86)為遠洋和沿海各類客貨船舶規定了艙室噪聲級的最大限制值，并為船舶的設計、制造、檢驗和使用部門提供了對噪聲的評價依據。

常用場所各艙室噪聲級的最大限制值Leq應滿足表2規定。船長(指兩柱間長)小于70 m的船舶，如某些艙室不能滿足要求時，僅對機艙區的工作間及起居區各場所，允許放寬5 dB。Leq的定義為:

式中:T為測量時間;Pa(t)為A計權測量聲壓;P0為20×10-6Pa(參考聲壓值)。

關于測量方法及噪聲評價，船上噪聲測量應符合《船上噪聲測量(GB4595)》的規定，測量評價以A聲級為評價依據。

3 實船振動噪聲測量結果評價

3．1 測量狀態與測量儀器

進行振動噪聲測量時，海況不應該對測量有較大影響，測量水域水深應該大于2．5倍測量船舶吃水。測量時船舶處于正常吃水狀態，螺旋槳保持全部浸沒在水線下，船舶應該保持直線航行，舵角控制在小于2°以內，各槳軸轉速基本保持一致且穩定。

根據船舶艙室噪聲衡準，艙室噪聲指工作區域和生活區域的等效連續A計權聲壓級。艙室噪聲測量在每個艙室的中央、高于甲板1．2 m處的位置進行測量，取測量的平均測定值確定噪聲量級。斷續的聲音和噪聲不應包括在內，避免受到來自于不相關的噪聲的影響，所有艙室的門窗應關閉。

表2 常用場所各艙室噪聲級的最大限制值

振動測量包括結構振動和艙室振動。根據振動衡準要求，結構振動是指船體總體或局部典型部位，艙室振動測點應考慮艙室人員生活與工作狀態。

振動和噪聲測量儀器都應該經過授權檢驗機構檢驗，在使用有效期內。

3．2 艙室噪聲測量與評價

艙室噪聲測量結果顯示，除第一首樓甲板上三付/水手長室，噪聲超過標準允許值1dB，其他艙室和機艙等工作與生活處噪聲量級均滿足《海洋船舶噪聲級規定(GB 5979-86)》給出的可接受要求。

3．3 艙室振動測量與評價

根據GB/T 7452．2-1996的要求，振動衡量是1～100 Hz范圍內最大單峰值，測量使用的儀器應該能夠顯示記錄測量點的頻譜。

所有生活和工作艙室振動測量結果顯示均滿足《船長小于100 m商船振動綜合評價基準(GB/T 7452．2-1996)》規定的振動輕微量級要求，振動達到優良等級。

3．4 結構振動測量評價

在不同推力負荷下，航行狀態下主船體(船體梁)、上層建筑總體、桅桿總體，主機、軸帶發電機及主推力軸承等振動測量點及方向見表3。船舶總體振動測量采用多通道信號采集分析系統。測量時考慮到降低振動信號非平穩隨機過程影響，測量數據采集樣本數為16次進行平均。

不同主機工況對應表3各個測點的測量結果。按美國船級社(ABS)對結構振動評價顯示，都滿足振動可以接受的范圍。

試驗狀態下，“海洋石油610號”工作船航行振動測量顯示，主船體、上層建筑和桅桿沒有出現共振現象，除桅桿外所有測點振動沒有超過3 mm/s，振動響應量級輕微，達到優良等級。

4 結語

根據上述測試分析結果，“海洋石油610號”工作船在航行過程中沒有產生共振現象，也沒有產生劇烈的有害振動。振動噪聲量級均滿足規范標準要求。因此，認為該船在振動噪聲方面表現良好。

本文結合“海洋石油610號”工作船交船時海上航行振動噪聲試驗，從船廠角度描述了船體結構振動和艙室噪聲的測量檢驗過程，具體應該注意以下幾點:

(1)衡量標準:根據建造船技術規格書振動噪聲章節約定的振動和噪聲標準執行，不同船只大小及入不同船籍都要相應考慮。

(2)測量儀器:需要根據衡量標準來選擇，也就是能夠測量衡量標準相應的振動量和噪聲量。本文振動是速度的單峰值和噪聲的A聲級。

(3)測量內容及評價方式:測量工況和位置是根據衡量標準規定的。噪聲主要是艙室，振動包括生活區和工作區舒適性，這兩者都是從人員環境考慮的，衡準也是由ISO、IMO或政府頒布的相應法規。另一方面考慮結構的安全性，典型結構振動也是需要測量評價的。由于涉及船舶使用的安全，往往是有些船級社會給出建議性意見。

［1］ 中國船級社．船上振動控制指南［M］．北京:人民交通出版社，2000．