某高速風電運維船的減振降噪方案

黃天星 劉廣 張丹

摘? ? 要：高速風電運維船的振動和噪聲控制是船舶設計中的一道難題。本文以某高速風電運維船為例，基于其特點，從噪聲源控制、傳播路徑控制和目標艙室控制等方面開展減振、降噪設計。本文簡要介紹其減振、降噪方案，并經實船試驗測量，其結果滿足預定要求。

關鍵詞：振動；噪聲；高速船；減振降噪

中圖分類號：U667.7? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A

Vibration and Noise Reduction Scheme of a High

Speed Wind Farm Service Vessel

HUANG Tianxing1，? LIU Guang2，? ZHANG Dan1，2

（ 1. Guangzhou Marine Engineering Corporation， Guangzhou 510250;? ?2. Harbin Engineering University， Harbin 150001 ）

Abstract： The vibration and noise control of high-speed windfarm service ships is one difficult problem in ship design. In this paper， based on the characteristics of a high-speed windfarm service ship， the design of vibration and noise reduction is carried out from the aspects of noise source control， propagation path control and target cabin control. This paper introduces briefly the vibration & noise reduction schemes， and the results comply with the set requirements through the test measurements of real ships.

Key words： vibration; noise; high-speed ship; vibration and noise reduction

1? ? ?前言

隨著人類生活水平的提高，人們對船上舒適性的要求越來越高，改善船員的船上生活環境往往是船東關注的一個重點。然而，高速風電運維船設計的重點之一是重量控制，為此，往往要求其結構輕量化，常見的解決方案是船體結構采用比重輕的鋁合金材料，但其剛度較差。此外，高速雙體風電運維船往往需要配備大功率高速柴油主機，以滿足高航速需求。上述是引起船體振動、噪聲大的隱患因素，為此，解決高速風電運維船的振動和噪聲問題將是設計的難點之一。本文以某高速風電運維船為例，簡要介紹其振動和噪聲控制設計。

2? ? 本船簡介

2.1? ?主要參數

本高速雙體風電運維船航行于近海航區，目標作業海區為福建、廣東海域，亦可兼顧其他中國近海海域。

本船為雙體、雙機、雙槳、雙舵的排水型高速船。主船體和上層建筑均采用鋁合金。本船主要參數如下：

船長? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 26.20 m

船寬? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 9.20 m

航速? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 26 kn

主機功率? ? ? ? ? ?2臺x1 342 kW

發電機組? ? ? ? ? ?2臺x 64 kW

2.2? ?噪聲指標要求

船東現有一型同類船舶，其客艙噪聲85 dBA，駕駛室75 dBA，噪音值超過標準要求，舒適性較差。按船東要求，本船的噪聲指標應滿足《GB 5979-1986 海洋船舶噪音級規定》的相關要求，且在設計吃水狀態下，兩臺主機以85%的額定功率運轉時，噪聲值需要滿足以下的指標要求，詳見表1。

3? ? 減振降噪常用方法

船舶的減振降噪技術和方法多種多樣，總體上可以歸納為在源頭、傳播路徑和目標點控制振動和噪聲。

3.1? ?源頭控制

源頭振動噪聲控制。對動力設備（振動噪聲源）如主機、發電機組、主要泵組、風機和空調等進行振動和噪聲隔離，一般采用隔振裝置、基座阻尼處理、消音器、隔聲罩或艙室隔音處理等方法。這些技術均非常成熟，在各類民船和軍用船舶上大量使用，可有效降低動力設備的振動和噪聲傳遞。

3.2? ?傳播路徑控制

振動噪聲的傳播路徑控制?？傮w分艙布置設計、艙室隔離或結構分離設計等。在總體設計時需考慮在總體布置和艙室劃分上對振動和噪聲進行隔離。例如，機艙、煙囪等振源艙室與目標艙室進行遠離錯開，延長傳播路徑的長度；或在振源艙室與目標艙室中增加艙室兼作隔離艙，以及將煙囪與上建生活區進行結構分離等措施。對設計和結構上優化，保證局部結構優化和結構連續性，也可削減設計不足造成的振動噪聲傳遞。在生產設計中對穿艙電纜和管路，可以采取補強措施，盡量避免電纜、管路的貫穿對船體結構的破壞[1]。

3.3? ?目標控制

目標控制。主要控制動力設備工作所輻射的結構噪聲和空氣噪聲傳遞至目標點后產生振動和噪聲。目標點振動噪聲的控制手段主要有阻尼處理、浮動地板鋪設和隔聲絕緣覆蓋，同時選用隔聲門、隔聲窗使艙室形成密閉艙室，并注意密封，防止漏聲以達到較好的艙室噪聲控制效果。主要措施：

1）敷設阻尼材料

阻尼材料多種多樣。主要有阻尼涂料、阻尼板材、阻尼膏、復合阻尼鋼板等類型。船舶中應用最廣泛的是阻尼涂料，其減振降噪原理是將振動系統中由于外界作用或系統本身固有的原因引起的部分振動由振動能轉化為熱能消耗，從而降低振動系統的振動和產生的噪聲峰值。其分為自由阻尼和約束阻尼兩種形式，如圖1所示。

2）敷設浮動地板

浮動地板型甲板富有彈性，具有良好的抗振動、隔聲、隔熱等特性。

浮動地板均為多層結構，不同的廠家具有不同的組成型式。通常，其主要由以下幾部分組成，如圖2所示。

（1）船體甲板上的絕緣材料。一般根據防火要求和隔聲要求采用巖棉板或陶瓷棉板，如有防火要求或隔聲要求較高，可采用20～50 mm以上的陶瓷棉板，如無防火要求或隔聲要求不高，可采用20～30 mm的巖棉材料板；

（2）防水材料。在絕緣材料上敷設防水薄膜；

（3）甲板敷料。根據防火要求在防水薄膜敷設耐火甲板敷料或輕型敷料，敷料中應有鋼筋網板提高敷料剛度。

在浮動地板敷設以后，可根據不同處所的裝修要求敷設PVC地板或橡膠地板等鋪材。

3）敷設隔聲絕緣

隔熱隔聲材料是依靠其松軟組織中的氣泡形成一個個微小的空腔結構，通過空腔結構產生隔熱隔聲的作用，一般采用密度小以及氣泡小而密的材料。船上采用的玻璃棉、陶瓷棉和巖棉都能作為隔聲絕緣材料。

4）采用隔聲門窗

目前常用的隔聲窗為鋁合金雙層中空玻璃隔聲窗，隔聲窗配置的雙層玻璃之間為中空，并抽真空，從而起到隔聲作用，且在有溫度變化時不會影響玻璃的透視效果。玻璃與窗框連接處有裝鑲墊圈和密封墊圈，以阻隔聲音的傳播。

室外風雨密門采用帶觀察窗的快開式鋁質風雨密門，門背上填充填料函，以提高隔聲效果。

4? ? 減振降噪控制方案

4.1? ?振源減振方案

經分析，本船主要振動和噪聲源來自主機、發電機組、螺旋槳和艙室風機等。主機、發電機組、風機、排氣管路和消音器的振動均會引起船舶振動，增加噪聲峰值，為此需配置匹配的彈性減振基礎。

對主機、發電機組采用單層減振墊裝置，風機采用橡膠墊圈隔振，機艙區主要管路，如排氣管路、通風管路、消音器，采用彈性吊架進行隔振。

1）主機

主機出廠時自帶公共底座和單層減振墊裝置。

由于機艙空間的限制和設備布置原因，本船難以采用雙層隔振裝置或浮筏裝置。因此，主機僅安裝單層隔振，同時主機與齒輪箱之間的高彈也采用單層隔振墊。

單層隔振裝置通過一組隔振器將動力設備支撐在船體基座結構上，利用隔振器的彈性使傳遞到基座上的動態激勵力小于設備激勵力。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備[2]。而本船要求主機隔振墊隔振效果為：加速度總振級（10 Hz-10 kHz）≥30 dB。為進一步減少振動，在機艙主機座和發電機座及基座外延兩檔范圍內涂敷阻尼材料。基于本船對重量比較敏感。經綜合考慮，采用水基型阻尼涂料，由快干型水基彈性阻尼復合物和粘合劑組成，能有效地吸收和消散振動能量，并減少基板的吻合效應和共振效應[3]。

2）發電機組

發電機組型號為康明斯CCFJ50J，出廠時同樣自帶公共底座和單層減振墊裝置。

3）風機

本船每片體機艙各配備一臺27 000 m3/h的軸流風機，風機在工作時將產生較大的振動和空氣噪聲，且風機靠近生活區。因此，需對風機進行減振降噪處理。主要措施是采用橡膠墊圈減振，同時風機室與甲板室生活區進行結構物理隔離。

4）螺旋槳

螺旋槳高速旋轉時會帶動水流沖擊船舶尾部，引起振動和噪聲。由于本船為高速鋁合金船，其振動和噪聲問題需在螺旋槳布置階段特別考慮，根據規范要求其螺旋槳葉梢與船底尾部的間隙為不小于0.16 D，本船實際取0.22 D。

4.2? ?艙室降噪方案

對振動噪聲源艙室和目標艙室進行隔聲處理。噪聲的治理主要通過在艙室內壁鋪設隔聲材料、阻尼材料和浮動地板。

噪音振動會通過甲板傳遞到目標艙室或目標區域，因此需要對傳遞路徑上的甲板或者地板進行處理。主要方法是設置浮動地板（由阻尼層、絕緣層、防水層、鋼板層、敷料層組成）。阻尼和絕緣層可以吸收大量的振動及噪聲，鋼板及阻尼層可以在保證減震的前提下增強絕緣層的抗壓強度，敷料層可以找平地面并在其上敷設PVC地板等地面材料，潮濕區域可增加防水層以保護底部絕緣。浮動地板具有良好防火、減振、吸音效果，可以有效地衰減振動、噪聲的傳遞。

1）鋪設阻尼材料

在客艙與機艙相鄰的甲板上，以及船員間、衛生間、配膳間甲板和通風室圍壁上鋪設阻尼材料，阻尼損耗因子為0.25，以減少結構振動引起的噪聲。

2）鋪設浮動地板

根據船東對生活區各艙室的噪聲指標要求，在客艙、船員間和配膳間地板上鋪設浮動地板。該浮動地板由阻尼層、絕緣層、防水層、敷料層組成[4]。浮動地板中采用50 mm的陶瓷棉板（容重150 kg/m3）作為減振降噪的主要材料，隔聲系數大于50 dB。

3）鋪設隔聲絕緣

按照法規要求，機艙作為較大失火危險處所，應采用60? min結構防火的阻火分隔材料對機艙（包括煙囪、進風結構和出風結構）進行包覆和圍蔽，阻火分隔材料（防火材料）亦具有良好的隔聲能力，可削弱機艙向外噪聲傳遞。阻火分隔材料采用50 mm厚度的覆鋁箔防火毯（容重70 kg/m3）。

根據法規要求，客艙需采用 60 min 結構防火的阻火分隔材料進行包覆。本船甲板室外圍壁也需要敷設隔熱絕緣，采用 50 mm 厚度的玻璃棉（容重為 24 kg/m3）。

4）隔聲門窗應用

除了對目標艙室進行噪聲與振動的防護外，還需要對各艙室和區域進行噪聲分隔設計，包括對進出機艙的通道布設隔聲門，客艙、船員間、配膳間和駕駛室等目標艙室采用隔聲門進行分隔，以減（下轉第頁）（上接第頁）

少噪聲傳遞。

該型船航速高，室外風速產生較大噪音，因此還需要安裝隔聲門窗以降低室內噪聲。本船上建玻璃均采用隔聲玻璃，生活區的室外門采用帶觀察窗的快開式鋁質風雨密門，門背上填充填料函，以提高隔聲效果。

4.3? ?驗證

本船實施以上減振降噪方案后，實船的噪聲測試結果和噪聲指標均滿足相關要求，其測試記錄如表2所示。

由于條件有限，本船未對目標艙室的振動進行測量。但經過船東使用意見反饋，本船與其原有船相比，其振動噪音感受有明顯改善。

5? ? ?結束語

通過對某高速風電運維船噪聲源頭艙室進行減振和隔聲設計，并對其傳播路徑進行控制，對目標艙室進行艙室隔離設計，在重量控制的前提下，獲得了良好的減振降噪效果。

參考文獻

[1] 孔憲才.淺談減振降噪技術在“科學”輪上的集中應用[J].航海技術，?2016（06）.

[2] 周啟學.科考船機械設備減振降噪措施的應用[J].船海工程，2019 （04）.

[3] 謝光能.減振降噪技術在高速船舶上的應用[J].廣東造船，2019（02）.

[4] 陳寅.某潛水支持船項目減振降噪主要措施[J].中國水運，2020 （01）.

作者簡介：黃天星（1984- ），男，高級工程師。從事海洋工程總體舾裝設計工作。

劉? 廣（1998- ），男，助理工程師。主要從事船舶總體設計工作。

收稿日期： 2023-01-03