40米級測量船排氣減噪的可行性改造研究

胥祺 王春歡

摘 ?要：在40米級測量船航行試驗過程中，現場勘驗發現甲板上煙囪附近排氣噪聲異常。針對上述情況，進行原因分析并研究可行性改造方案，進而根據節選的最佳方案實施改造論證。改造效果達到設計要求，改造方案可作為相關方面的參考。

關鍵詞：測量船;排氣噪聲;改造;設計要求

0 引 言

海事測繪是航海保障的重要組成部分，東海航海保障中心海事測繪中心是負責華東沿海港口航道圖測繪工作的專業隊伍，其現有的主力船型40米級測量船使用年限較長，船舶適航等級偏低，船舶性能及配套設施已難以滿足海事測繪工作的快速反應及專業化、精細化要求。為提高海事測繪的快速反應能力，改善現有的老舊船舶隊伍現狀，推動沿海和近海海域測繪發展，交通運輸部批復新建40米級測量船。

為更好地滿足本船的測量功能需求，使本船的噪聲滿足聲學設備的技術要求，以及為船上人員提供一個舒適的工作生活環境，本船的振動噪聲需要嚴格控制，在設計初期采取船體結構優化設計、船體線型及螺旋優化設計、對空氣噪聲的控制、對動力設備采取振動隔離等相應措施。

40米級測量船的主要參數：

總 ? ?長 ～45.0 m

垂線間長 41.20 m

型 ? ?寬 9.50 m

型 ? ?深 3.80 m

設計吃水 ～2.90 m

設計航速 12.5 kn

定 ? ?員 18人

主要艙室最大噪聲限值：

駕駛兼測量室 ? 65～70 dB（A）

餐廳 65～70 dB（A）

機艙監控室75～80 dB（A）

居住艙室65 dB（A）

機艙 110 dB（A）

1 航行試驗發現的問題

新建40米級測量在完成傾斜試驗、系泊試驗后，開展航行試驗。對全船振動噪聲檢測，結果見表1、表2。

全船整體振動噪聲性能良好的基礎，勘驗卻發現甲板上煙囪附近排氣噪聲異常。航行試驗結束后船舶建造單位、設計單位、監理單位及施工單位會議總結討論，并重點就煙囪附近排氣噪聲異常進行原因分析、研討。

2 排氣噪聲異常的分析

對于甲板上煙囪附近排氣噪聲異常狀況，首先要針對性地找到噪聲異常聲源。為了避免其他設備聲源干擾，相關工作在船廠碼頭實施，并委托711所振動噪聲方面的專家進行實測、分析。如下：

（1）為了精準測量，在煙囪周圍選取兩點為噪聲測點，分別是艏樓甲板層的中間平行于煙囪、救生艇甲板的左側煙囪后，見圖1。

（2）對鍋爐及2臺發電機設備分別運行測試，排氣噪聲明顯正常，且實測數據滿足設計要求。

（3）對主機分別進行兩種工況的噪聲測試，第一種為：主機開1臺，1 800 rpm，脫排;第二種為：主機開2臺，1 800 rpm，脫排。數據如圖2所示。

結果分析：1/3倍頻程測試結果表明，煙囪周圍的排氣峰值主要集中在低頻80 Hz和100 Hz 2個中心頻率段。

針對上述結果分析，研究設計三種改造方案。如下：

方案一：拆除之前安裝好的主機排氣消音器，重新匹配、布局相適應的復合型消音器。

方案二：根據干涉式消音器消音原理，加裝自主發聲裝置。借助于相干聲波相互抵消作用，來達到消減噪聲的目的。

方案三：根據共振腔消音器消音原理，針對特定的低頻點，在原有的排氣消音基礎上計算、設計改造，給排氣管道增加一定阻力，也使原消音器的消音功能得到更進一步的充分發揮。

3 可行性改造方案論證

考慮工程進度、建造經費的問題，經舶建造單位、設計單位、監理單位、施工單位及消音器供應廠商會議協商后，選用方案三改造實施。

具體根據共振腔消音器消音原理，針對特定的低頻點90Hz，在原有的排氣消音基礎上實施改造。在排氣管尾部設計一共振結構（見圖3），部分縮減其通道直徑（縮減后的通道直徑為DN220），通道外部共振腔設計DN450，腔體長度500 mm。另將改排氣口為短半徑直角彎切斜口面，既部分增加阻力，又不致使排氣造成阻滯，同時有較好的防雨作用。

（1）根據共振消聲器設計公式計算，

共振消音量：

（2）排氣口為短半徑直角彎切斜口面，達到部分阻性消聲效果，按照711所專家及消音器供應廠商技術員經驗預估，預計消減3 dB（A）。

綜合以上兩處改造，預計可以消減音量10 dB（A）。

為了驗證降噪方案的可行性，對單臺主機排氣煙囪進行改造，改造過程現場見圖4。噪聲試點示意圖如圖1所示。同樣進行兩種工況的噪聲測試，第一種工況為：主機開1臺，1 800 rpm，脫排，該主機對應的排煙煙囪已進行了改造;第二種工況為：主機開2臺，1 800 rpm，脫排。數據見圖5。

結果分析：1/3倍頻程測試結果表明，單機工況下的低頻80 Hz和100 Hz聲壓峰值比雙機工況下的明顯降低。按上述降噪方案改造具有很大的可行性。

后續，對另一臺主機排氣煙囪進行改造，改造過程現場如圖6所示。噪聲試點如圖1所示。同樣進行兩種工況的噪聲測試，第一種工況為：主機開1臺，1 800 rpm，脫排;第二種工況為：主機開2臺，1 800 rpm，脫排。數據見圖7。

4 結果對比（表3）

通過三次結果對比（見表3），在單機工況下，中間平行于煙囪的聲壓級總值最大降低11.9 dB（A）;左側煙囪后的聲壓級總值最大降低11.6 dB（A）。在雙機工況下，中間平行于煙囪的聲壓級總值最大降低9.7 dB（A）;左側煙囪后的聲壓級總值最大降低9.7 dB（A），消減聲量達到設計要求。

改造后，開敞區低頻段噪聲和總值明顯降低，雙機開啟后中間平行于煙囪72.1 dB（A），左側煙囪后74.3 dB（A），數值滿足《船上噪聲等級規則》中可接受的最大聲壓級75 dB（A）。

5 結 語

通過本次改造，有效地降低排氣噪聲，滿足了聲學設備的測量環境需求，改善了船員的工作生活舒適度。此次設計改造是在原有的消音器基礎上進行，對原船體結構和設備沒有影響，操作性強，投資少，效果明顯，為后續船舶的建造提供一個優化方案。

參考文獻

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[3] MSC.337（91）船上噪聲等級規則[S].北京：中國船級社，（2013）通函第44號.

作者簡介：

胥祺，（E-mail）304261569@qq.com

王春歡，（E-mail）1749402662@qq.com