船舶机舱噪声控制

来源：《舰船科学技术》2003.5.船舶机舱噪声控制摘要：随着船舶朝大型、高速方向发展，其机舱内推进主机和柴油发电机组的噪声问题越来越严重。本文对机舱内噪声的综合治理方法，如对推进主机进行隔振、安装进排气消声器；对柴油发电机组安装进排气消声器、使用隔声罩；在机舱内粘贴吸声材料以降低混响噪声等作了介绍。通过综合治理，可使机舱内噪声降低40dB以上，甲板上噪声降低26dB以上，取得了很好的控制效果。关键词：噪声控制；推进主机；柴油发电机组；机舱0引言随着船舶朝大型化、高速化、复杂化方向发展，它所配备的推进主机以及发电机组也朝着高转速、高强度、大功率方向发展。因此，其振动和噪声问题越来越严重，人们对其振动和噪声控制也更为关心和重视。由于船舶的推进动力以及发电机组都布置在狭小的机舱内，机舱内的两大噪声源：推进主机（通常为柴油机）噪声和发电机组（通常为柴油发电机组）噪声，使机舱内的工作环境十分恶劣，再加上船员在机舱内的工作时间较长，因此，这种强噪声不仅严重影响船员的工作效率，损害了他们的身心健康，还严重污染周围环境，影响旅客的正常工作和休息，所以有必要对机舱内的噪声进行控制。机舱内的噪声是由推进主机噪声和柴油发电机组的噪声混合而成，其中，推进主机的主要噪声源有：空气动力性噪声和机械噪声141。空气动力性噪声主要包括进、排气噪声、风扇噪声和燃烧噪声。这部分噪声直接向发动机周围的空气中辐射。排气噪声是指气缸内高温高压废气随排气田间断开闭周期性地喷射到排气管内而产生高速脉动气流，对于非增压柴油机，它是柴油机的最大噪声源，其中又以废气通过气阀时产生的涡流噪声最强，其频谱特性是以低频为主的宽频带噪声；而对于带增压器的高增压柴油机，增压器吸气时产生的气流脉动基频噪声及其各次谐波噪声与进气管口空气的强烈涡流噪声叠加，从而产生强烈的高频进气噪声，其噪声声压级甚至比排气噪声还大。风扇噪声是由旋转的叶片周期性地打击空气质点，引起空气的压力脉动产生噪声。燃烧噪声是指，由于气缸内燃烧所形成的压力振动通过缸盖、活塞连杆、曲轴、机体向外辐射的噪声，这种噪声主要集中于柴油机燃烧的急燃期和缓燃期。机械噪声是指，由于空气压力及机件的惯性作用，使相对运动的零件之间产生撞击和振动而激发的噪声，它主要包括活塞的撞击噪声、齿轮机构噪声、配气机材噪声、高压油泵噪声、轴承噪声、不平衡惯性力引起的机体振动和噪声等。而柴油发电机组的噪声主要由柴油机噪声和发电机噪声混合而成，其中，柴油机的噪声源与推进主机的噪声源基本相同，特点也类似；发电机的噪声源主要是机械噪声和电磁噪声，这些噪声是由发电机的电磁力、轴承、转子的机械不平衡性，电刷和换向器之间的摩擦、电刷和滑环之间的摩擦等所产生。另外冷却空气在电机内部还会形成湍流噪声。1机舱噪声的测量及其特点现以某船为例，其推进主机为2台6L20/27柴油机，额定功率为600kw，额定转速为1000r/min；其柴油发电机组（3台，其中1台备用）中柴油机为化TBD234V6,额定功率为186kW，额定转速为1500r/min；发电机为1FC6286—4SA4S，额定功率为150kW。首先，对推进主机的噪声进行测量，可得额定转速下倍频程各中心频率处的噪声声压级A）,如图1所示。其次，对柴油发电机组的噪声进行测量，所得额定转速下倍频程各中心频率处的噪声级如图2所示。由图1可知，柴油机的排气噪声高达109.8dB,且呈明显的低频特性，声能量集中在31.5-5MHZ的频率范围内，其中主要频率为31.5Hz和63Hz（理论上主要频率为f=50Hz），而进气噪声高达112.9dB,且呈明显的高频特性，声能量主要集中在1〜16kHz范围内；由图2可知，柴油发电机组的排气噪声为103.7dB,其主要频率为63Hz和125Hz（理论上主要频率为f=Hz）；而进气噪声为99dB，其主要频率为500Hz〜16kHz。总的说来，推进主机的噪声远大于柴油发电机组的噪声，因此，它是整个船舶最大的噪声源。另外，推进主机强烈的机械振动可通过机舱底部传播到整个船舶，从而产生严重的低频辐射噪声；同时柴油发电机组的进排气噪声以及机械噪声也不能忽视。由于机舱内低频、中频和高频噪声都有，特别是推进主机和柴油发电机组同时工作时还存在强烈的混响噪声，再加上机舱空间狭小，因此噪声治理难度很大。针对这种情况，我们重点对几个主要噪声源进行控制：推进主机的进排气噪声、燃烧噪声和机械噪声；柴油发电机组的进排气噪声和电磁噪声等。因此只能采用综合治理的方法：对推进主机进行隔振，安装进料卜气消声器；对柴油发电机组安装进排气消声器，使用隔声罩；在机舱内部粘贴吸声材料以降低混响噪声。1）隔振由于推进主机是安装在机舱的底部，其基础缺乏减振、隔振措施，故推进主机运行时，其振动通过基础传声，导致低频噪声的产生，尽管其声压级并不太高，但声波传播速度快而衰减较慢，且具有较强的穿透能力，因此危害较大。由于隔离振动源是消除振动和噪声最常用、最有效的措施，故我们在安装推进主机时，把推进主机的底盘用弹性减振器与机舱底部相连，并且放置一个既有一定刚度又有一定阻尼的减振器，这样可以大大减少机组的机械振动所产生的低频噪声，同时可以大大缓解低频振动所引起的结构疲劳和破坏。（2）安装进、排气消声器由于进排气噪声是推进主机的两个最大的噪声辐射源，因此，抑制进排气噪声最简单且最有效的方法就是在进气管和排气管上分别安装进气消声器和排气消声器。由于进气噪声里宽频带，高频段比较突出，故选择的消声装置应以降低高频噪声为主，同时兼顾中低频噪声的控制，因此，我们选用多级复合式消声装置，即在金属穿孔板内填纤维性吸声材料的片式阻抗消声结构的基础上，设置几个空腔作为膨胀室，用来消除中低频噪声，实际选用的是5LFS型片式消声器，它可减低进气噪声达36dB以上。由于排气噪声声压级高，排气速度高，因此，所选用的消声器既要大大降低排气速度，但又不能使排气压力降低过大，即要把握以下原则；第一，尽量降低排气通道中各部件的气流速度，因为推进主机的排气速度在70m／s左右，这样高的速度会使消声器内压力损失急剧增加，产生的再生噪声也会使消声器失效；第二，尽量减小排气通道中直角弯头的次数，并扩大排气管截面。经实验证明，有效降低摩擦压力损失和局部压力损失的关键是增加排气通道截面，使其中的气流速度减小，虽然减少直角弯头的次数也可降低压力损失，但效果不如减小流速好。根据需要我们选择了T701—6型阻抗复合式消声器（在抗性消声器后再接阻性消声器），外型尺寸为18mmX1400mX900mlm,经测量排气噪声（排气管出口0.5m处）可减少33dB以上。3柴油发电机组的噪声控制（1） 安装进、排气消声器选择内衬玻璃棉的管式阻性消声器作为进气消声器，可以降低进气噪声18dB；而选择膨胀系数为砌m=16的双节内接式的扩张式（抗性）消声器，可降低排气噪声22dB以上。（2） 使用隔声罩为了降低柴油发电机组运行时所传播的噪声，可以使用隔声罩或在机组表面粘贴约束阻尼。在机舱通风条件允许的情况下，可以用隔声罩把整个机组（除进排气管以及其它散热部件）隔离开来；若通风条件不是很好，可以在局部进行粘贴，并且尽可能多贴，特别是要在薄壁结构处贴，因为在薄壁结构处贴的降噪效果要远好于厚壁结构。我们所设计的隔声罩，内附泡沫铝（因为泡沫铝的吸声频带宽，吸声效果好），外用硬塑料包装，其吸声系数与中心频率的关系如表1所示。由表1可知，吸声系数的平均值为0.4047。由吸声理论计算可知用进种吸声材料比不采用任何吸声措施可以降低13.1dB,而经实际测量可知，使用隔声罩以后，距离柴油机中点lm处的噪声降低了12dB。但是在用隔声罩或粘贴约束阻尼时应注意：机组的进气问题要合理解决，要确保进气量充足；不要造成回流，以保证机组功率不受影响。表15363125O25500声数吸M800000112006001-声数吸系4机舱内混响声的控制由于机舱内混响声十分严重，特别是多台机组（包括推进主机和柴油发电机组）同时工作时尤其如此，因此有必要在机舱内粘贴吸声材料。我们采用铝合金微穿孔板材料，因为微穿孔板吸声结构具有可观的吸声系数和吸声频率范围，并且具有清洁、无污染、不受环境限制（可以在高温、高湿以及有气流冲击和腐蚀等条件下使用）等优点。通过对机舱多处粘贴吸声材料，可以使混响声大大降低。经测量，安装了吸声材料以后，机舱内的噪声也可以降低18dB以上。但是粘贴吸声材料也为机组散热以及进排气等带来一定的不便之处。由于对柴油发电机组使用了隔声罩或粘贴了约束阻尼，在机舱内粘贴了吸声材料，因此必须解决好机舱散热、降低机舱温度等问题，我们采取的措施是自然遇风辅以强制通风。机组散热除了由发电机自身的风机直接向外排风外，另行使用导风罩，加大排气窗，在机舱壁面上开设进、出风口。进风采用4台6A低噪声轴流风扇；出风日位置分别对着推进主机和柴油发电机组上的风扇，并安装导风箱，将推进主机和柴油发电机组的散热导出室外，同时在出风口外安装排风消声道，消声道两侧为消声百叶窗，使气流通畅，这时机舱内的热量可以加轴流风扇强制通风解决，这样可以大大降低机舱内的温度。经过采取一系列的降噪措施及其它辅助措施后，机舱内的噪声大大降低，而其温度只比控制前升高10°C左右，推进主机和柴油发电机组的功率损失都在3%以下，总的说来