科考船機械設(shè)備減振降噪措施的應(yīng)用

周啟學(xué)，毛奇志2，任晉宇

(1.武漢交通職業(yè)學(xué)院 船舶與航運學(xué)院，武漢 430065；2.中國船舶重工集團公司第七○一研究所，武漢 430064)

隨著世界各國越來越重視海上資源開發(fā)、海洋經(jīng)濟發(fā)展及海洋生態(tài)環(huán)境的保護，用于調(diào)查和研究海洋的科考船，近年來得到長足的發(fā)展?？瓶即b載有大量聲吶測量和數(shù)據(jù)采集設(shè)備，有科研人員居住，對其減振降噪要求較高，一般均具有CCS振動舒適性和噪聲舒適性附加標(biāo)志。文中從船舶減振降噪措施的實船應(yīng)用角度，結(jié)合目標(biāo)船實際情況，針對對振動影響較大的設(shè)備，從減振方案確立、減振數(shù)據(jù)預(yù)估到實船檢驗，介紹減振降噪措施在科考船的應(yīng)用。

1 目標(biāo)船簡介

目標(biāo)船是一艘4 500 t級的綜合物探調(diào)查船，其主要任務(wù)是用于無限航區(qū)的地震采集作業(yè)并兼顧地質(zhì)調(diào)查作業(yè)，具有CCS噪聲舒適性2級COMF(NOISE 2)和振動舒適性2級COMF(VIB2)附加標(biāo)志[1]。主要參數(shù)見表1。

表1 船體主要參數(shù)

目標(biāo)船為電力推進船舶，其主電站由4臺主柴油發(fā)電機機組和1臺停泊柴油發(fā)電機機組組成，主推進系統(tǒng)設(shè)有2套電力推進的可調(diào)槳槳軸系統(tǒng)。此外還設(shè)有首、尾隧道式側(cè)推裝置，具有DP1動力定位的能力。為實現(xiàn)地震測量，船上設(shè)有3套震源空壓機，2用1備。

2 噪聲源及減振目標(biāo)分析

目標(biāo)船噪聲源繁多，噪聲強度大，頻譜成分復(fù)雜，主要噪聲源包含機械噪聲、螺旋槳噪聲及水動力噪聲等。

機械設(shè)備多由運動部件組成，是產(chǎn)生振動和噪音的最主要原因[2]。目標(biāo)船機械噪聲源主要包括：布置在發(fā)電機艙下層的4臺主柴油發(fā)電機組、1臺停泊柴油發(fā)電機組、大功率海水泵、啟動空壓機及艇甲板的機艙風(fēng)機；布置在推進電機艙的推進電機、推進齒輪箱；布置在震源空壓機艙的3臺震源空壓機組。設(shè)備振動噪聲指標(biāo)見表2。

表2 主要機械設(shè)備振動噪聲指標(biāo)

參照中國船級社COMF(VIB2)要求，發(fā)電機艙、推進電機艙、震源空壓機艙的振動目標(biāo)值均要求不大于6 mm/s(振動量級(1～80 Hz))?？煽紤]對噪聲指標(biāo)大的設(shè)備采用衰減量大的隔振措施，其他設(shè)備相應(yīng)適度考慮。

3 減振降噪措施

目前船上機械設(shè)備的隔振措施主要有阻尼隔振、單層隔振、雙層隔振和浮筏隔振等[3]。

3.1 阻尼隔振

為對比無阻尼基座、僅縱向腹板敷設(shè)約束阻尼基座及在縱向、橫向、內(nèi)底均敷設(shè)約束阻尼基座效果，實驗室試驗對比見圖1。

圖1 阻尼減振效果

由圖1可見，敷設(shè)阻尼的基座在中高頻段能減低等效加速度級10～20 dB。

3.2 單層隔振裝置

單層隔振裝置通過一組隔振器將動力設(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態(tài)激勵力小于設(shè)備激勵力[7]。單層隔振裝置的主要缺點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。

3.3 雙層隔振裝置

雙層隔振裝置的隔振性能要明顯優(yōu)于單層隔振裝置，特別是在高頻段，雙層隔振效果要比單層隔振高出10～20 dB[8]。實驗表明，在條件允許的前提下，適當(dāng)增加中間質(zhì)量體質(zhì)量，可以有效提高隔振效果[9]。

雙層隔振裝置主要用于發(fā)電機組、通風(fēng)機組、泵類等。

3.4 浮筏隔振裝置

浮筏隔振裝置可以集中布置設(shè)備，有效利用空間，其中間質(zhì)量具有很大的機械阻抗，有利于提高隔振效果。實驗證明，浮筏隔振可以使艦艇的機械輻射噪聲減小20～40 dB，見圖2。

圖2 浮筏隔振效果

4 目標(biāo)船減振降噪措施

4.1 齒輪箱、推進電機

目標(biāo)船有2套主推進裝置，每套由變頻電機通過高彈聯(lián)軸節(jié)、齒輪箱、軸系驅(qū)動可調(diào)螺距螺旋槳。由于推進動力系統(tǒng)有嚴(yán)格的對中要求，所以與推進軸直接連接的齒輪箱采用與船體基座剛性安裝，齒輪箱與推進電機采用高彈聯(lián)軸節(jié)彈性連接并傳遞轉(zhuǎn)矩。由表2知，推進電機振動量級比柴油機低，通常采用剛性安裝。為降低推進系統(tǒng)沿船體結(jié)構(gòu)的振動傳遞，對齒輪箱和推進電機基座采取約束阻尼處理。

和主干同時生長。雙干整枝時，植株根系發(fā)育較好，長勢強，且可以節(jié)省用苗量，每畝2000～2500株，但果實發(fā)育速度較慢，早期產(chǎn)量和總產(chǎn)量均不及單桿整枝，適用于土壤肥力較高、秧苗短缺或中晚熟品種栽培。改良單干整枝除保留主干外，在第1果穗下方留一條側(cè)枝，待其著生1～2個花序后即摘心。其優(yōu)點是可以提高早期產(chǎn)量，一些自封頂類型的植株主干封頂后，果穗數(shù)受到限制，常采用此方法整枝可有效增加果穗數(shù)，利于提高產(chǎn)量。

通過圖1阻尼減振效果曲線分析對比，結(jié)合科考船的高需求，推進電機及齒輪箱基座采用縱向、橫向、內(nèi)底均敷設(shè)阻尼，并加螺栓固定，見圖3。

圖3 推進電機、齒輪箱約束阻尼安裝示意

4.2 主柴油發(fā)電機組

船上設(shè)有4臺主柴油發(fā)電機組，機組功率1 710 kW。由表2可知，發(fā)電機組振動加速度級指標(biāo)為148～150 dB，是船上振動最大的設(shè)備之一，需要大幅度減振。4臺機組并排布置在機艙底艙，有條件實現(xiàn)浮筏隔振。

4臺主柴油發(fā)電機組的浮筏隔振有2種方案可供選擇：2臺機組浮筏隔振和4臺機組浮筏隔振。

如果4臺柴油發(fā)電機組采用1個浮筏隔振裝置，浮筏中間質(zhì)量較大，能產(chǎn)生較大的機械阻抗，有利于提高隔振效果。但是浮筏面積較大，占用大部分機艙底艙面積，妨礙機艙底艙管系敷設(shè)。

實船上左右2臺發(fā)電機組各安裝在1個浮筏上，共設(shè)置2個浮筏，2個浮筏之間留出空間敷設(shè)管路。中間管路無需繞道兩舷邊敷設(shè)，既滿足機艙布置的需要，又盡可能減小發(fā)電機組運行時產(chǎn)生的輻射噪聲和自噪聲，在500 Hz～10 kHz頻率段預(yù)計可以取得近40 dB振動衰減，其彈性安裝和浮筏三維模型圖見圖4、5。

圖4 2臺發(fā)電機組浮筏隔振安裝

圖5 浮筏隔振三維模型

4.3 停泊柴油發(fā)電機組

船上有1臺停泊柴油發(fā)電機組，機組功率為760 kW，振動加速度級指標(biāo)與主柴油發(fā)電機組相同，也需要大幅度減振。停泊柴油發(fā)電機組布置在機艙右前方，其左邊布置有中央冷卻系統(tǒng)設(shè)備及大直徑管路，所以隔振設(shè)施不宜過大，以免影響機艙布置。選擇停泊柴油發(fā)電機組采用雙層隔振，預(yù)計可以取得約30 dB振動衰減，其彈性安裝見圖6，雙層隔振三維模型見圖7。

圖6 停泊發(fā)電機組雙層隔振安裝

圖7 停泊柴油發(fā)電機組雙層隔振三維模型

4.4 振源空壓機

該船配3臺振源空壓機，能產(chǎn)生13.8 MPa高壓空氣，每臺空壓機由多個螺桿式壓縮機和活塞式壓縮機組成。振源空壓機振動加速度級指標(biāo)為140 dB，比柴油發(fā)電機組稍低，也是船上振動較大的設(shè)備。

3臺振源空壓機并排布置在空壓機艙，空壓機艙較發(fā)電機艙的動力設(shè)備少許多，疊加振動因素減少。如果采用3臺浮筏隔振，也會帶來船上管系敷設(shè)的困難。綜合各種因素，選擇采用單臺雙層隔振，預(yù)計可取得35 dB以上的振動衰減，其彈性安裝及隔振效果預(yù)估見圖8，雙層隔振三維模型見圖9。

圖8 振源空壓機組雙層隔振示意及隔振效果預(yù)估

圖9 振源空壓機組雙層隔振三維模型

4.5 重要輔助設(shè)備

設(shè)置若干輔助設(shè)備浮筏隔振模塊，將布置相對集中的水泵、啟動空壓機集成在一起，預(yù)計可以取得35 dB隔振效果[10-11]，其彈性安裝見圖10。

圖10 輔助設(shè)備浮筏隔振安裝

將其他水泵分別采取浮筏/雙層隔振措施，預(yù)計可以取得35 dB以上的振動衰減，其彈性安裝見圖11。

圖11 水泵隔振安裝

對于質(zhì)量較小、振級較低的一般性輔助設(shè)備采取單層隔振的減振措施，預(yù)計可以取得15 dB以上的振動衰減。

通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)機均采取單層隔振措施，預(yù)計可取得15～20 dB以上的振動衰減，其彈性安裝見圖12。

圖12 風(fēng)機隔振安裝

5 實船測試結(jié)果

部分艙室振動測試結(jié)果見表3。

表3 部分艙室振動測量值 mm/s

6 結(jié)論

振源艙室的振動測量值均遠小于標(biāo)準(zhǔn)值，有效降低了機械噪聲源和水動力噪聲源。

測試結(jié)果表明，緊鄰主、輔機艙的部分艙室的空氣噪聲中，仍有較大比例為設(shè)備振動傳遞導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)聲輻射。經(jīng)濟航行工況下，發(fā)電機組、空壓機等大型振源設(shè)備有半數(shù)處于關(guān)閉狀態(tài)，因此，各艙室振動源引起的結(jié)構(gòu)聲輻射大幅降低，聲源設(shè)備如風(fēng)機、空調(diào)等產(chǎn)生的流致噪聲成為艙室空氣噪聲的主要組成部分，需要嚴(yán)格控制。