[科普中國(guó)]-船舶噪聲

類型船舶動(dòng)力機(jī)械噪聲

1、主機(jī)噪聲

常用的主機(jī)是柴油機(jī)，其次是燃汽輪機(jī)。以核裝置作為動(dòng)力設(shè)備的船舶還比較少。柴油機(jī)主要是由于氣動(dòng)、機(jī)械兩方面產(chǎn)生的噪聲。燃燒過(guò)程中氣體在氣缸中產(chǎn)生聲駐波，聲壓起伏通過(guò)換氣過(guò)程等直接輻射并通過(guò)氣缸壁以結(jié)構(gòu)聲形式傳播和輻射。燃燒過(guò)程中沖擊波激勵(lì)的機(jī)械振動(dòng)通過(guò)活塞、連桿、曲柄軸傳到柴油機(jī)構(gòu)架上，并由曲軸箱、殼體等向外輻射聲能。低速柴油機(jī)（轉(zhuǎn)速低于每分鐘 200轉(zhuǎn)）的噪聲主要是從柴油機(jī)的上表面、增壓器和換氣系統(tǒng)附近向外輻射的，其頻率主要隨機(jī)器的轉(zhuǎn)速和燃燒周期而定。低速柴油機(jī)噪聲頻譜如圖1 低速柴油機(jī)噪聲頻譜所示。中速柴油機(jī)（轉(zhuǎn)速每分鐘300～750轉(zhuǎn)）的噪聲通常高于低速柴油機(jī)。主要噪聲級(jí)出現(xiàn)在中頻段，這是燃燒過(guò)程壓力增長(zhǎng)速率大的緣故。閥門蓋、檢修門、曲軸箱側(cè)壁等處最響。低頻段的擴(kuò)展與氣缸中最大壓力有關(guān)，而高頻段的噪聲則是由氣缸中壓力脈動(dòng)引起的，這種機(jī)器的增壓器系統(tǒng)產(chǎn)生高頻段噪聲。中速柴油機(jī)噪聲頻譜如圖2 中速柴油機(jī)噪聲頻譜所示。高速柴油機(jī)（轉(zhuǎn)速每分鐘超過(guò)800轉(zhuǎn)）的低頻段噪聲級(jí)較低。這種機(jī)器具有高的燃燒壓力和急劇燃燒的特點(diǎn)，所以機(jī)器的轉(zhuǎn)動(dòng)部件、擺動(dòng)部件和閥門機(jī)構(gòu)等發(fā)出強(qiáng)噪聲。高速柴油機(jī)噪聲頻譜如圖3 高速柴油機(jī)噪聲頻譜所示。齒輪嚙合的噪聲頻率決定于齒數(shù)乘轉(zhuǎn)速。電機(jī)槽極的噪聲頻率決定于軸速乘上定子極數(shù)。燃汽輪機(jī)的噪聲頻率決定于軸轉(zhuǎn)速乘上葉片數(shù)。泵在工作時(shí)，管路中由于壓力脈動(dòng)產(chǎn)生流體動(dòng)力噪聲。各種機(jī)械在工作時(shí)除直接向周圍輻射噪聲外，還通過(guò)各自的基座將機(jī)器的振動(dòng)傳遞給船殼，引起船殼的構(gòu)架和殼板振動(dòng)。這些結(jié)構(gòu)振動(dòng)形成結(jié)構(gòu)聲，在船體中傳播并向周圍媒質(zhì)（空氣、水）輻射噪聲（見(jiàn)噪聲輻射）。在核動(dòng)力船，推進(jìn)系統(tǒng)的主減速箱是機(jī)械噪聲的主要來(lái)源。

2、螺旋槳噪聲

主要有旋轉(zhuǎn)噪聲和空化噪聲（當(dāng)槳葉表面的水分子壓力降低到水的汽化壓力以下時(shí)，產(chǎn)生汽泡，汽泡上升后破裂）。旋轉(zhuǎn)噪聲是螺旋槳在不均勻流場(chǎng)中工作引起干擾力（其頻率主要決定于槳軸轉(zhuǎn)速乘槳葉數(shù)，常稱為葉頻）和螺旋槳的機(jī)械不平衡引起的干擾力（其頻率為槳軸轉(zhuǎn)速，常稱為軸頻）所產(chǎn)生的噪聲。螺旋槳出現(xiàn)空化現(xiàn)象以后，船舶水下噪聲主要決定于螺旋槳噪聲。出現(xiàn)空化時(shí)的航速稱為臨界航速。空化噪聲具有連續(xù)譜的特征，空化噪聲特性與槳葉片形狀、槳葉面積、葉距分布等因素有關(guān)。在一定轉(zhuǎn)速下，隨著螺旋槳葉片旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的渦旋的頻率與槳葉固有頻率相近時(shí)，產(chǎn)生槳鳴。

3、水動(dòng)力噪聲

主要是由于高速海流的不規(guī)則起伏作用于船體，激起船體的局部振動(dòng)并向周圍媒質(zhì)（空氣、水）輻射的噪聲。此外，還有船下附著的空氣泡撞擊聲吶導(dǎo)流罩，湍流中變化的壓力引起殼板振動(dòng)所輻射的噪聲（聲吶導(dǎo)流罩內(nèi)的噪聲一部分就是因此產(chǎn)生的）等等。

船舶輔助機(jī)械噪聲輔助機(jī)械一般功率較小，噪聲的強(qiáng)度相對(duì)說(shuō)來(lái)也較低。但是，如果泵和風(fēng)機(jī)等設(shè)備安裝在臨近駕駛室或客艙附近而不采取防噪措施，也容易造成嚴(yán)重的噪聲干擾。

船舶噪聲的傳播途徑 主要有三種：①動(dòng)力或輔助機(jī)械設(shè)備直接向空氣中輻射噪聲，這種噪聲稱為空氣聲；②機(jī)械的振動(dòng)能量沿固體結(jié)構(gòu)傳播到船體各部位，然后再向外輻射噪聲，這種噪聲稱為結(jié)構(gòu)聲；③水下噪聲是船的殼體振動(dòng)或螺旋槳的擾動(dòng)等向水下輻射的噪聲。

船舶噪聲標(biāo)準(zhǔn)和降噪措施為了保證船舶的安全行駛和使旅客得到安靜的休息，船舶噪聲的控制標(biāo)準(zhǔn)一般規(guī)定：無(wú)人值班的機(jī)艙不高于A聲級(jí)110分貝，有人值班的機(jī)艙主機(jī)操縱處不高于A聲級(jí)90分貝，駕駛室不高于A聲級(jí)65分貝，客艙內(nèi)不高于A聲級(jí)60～65分貝。

降低各種噪聲源的噪聲級(jí)，對(duì)機(jī)器進(jìn)行隔振，是控制船舶噪聲的主要措施。如對(duì)主機(jī)、輔機(jī)等設(shè)備安裝隔振器（其共振頻率不應(yīng)超過(guò)機(jī)器基頻的1/6）,改善機(jī)器的靜力和動(dòng)力平衡。機(jī)器的進(jìn)氣口、排氣口都應(yīng)加裝消聲器，機(jī)器上安裝有吸聲襯里的隔聲罩，各種管路接頭應(yīng)盡可能采用撓性聯(lián)接，在振動(dòng)的板殼上采用阻尼處理。螺旋槳和船后殼之間的間隙要適當(dāng)，以減小激勵(lì)船殼的力。加裝螺旋槳導(dǎo)管可降低螺旋槳的振動(dòng)和噪聲，還可提高槳效，設(shè)計(jì)（理論計(jì)算及模型實(shí)驗(yàn)）時(shí)就應(yīng)考慮船后體的形狀，以改善伴流，盡量避免出現(xiàn)螺旋槳的空化現(xiàn)象。為減小螺旋槳的水下噪聲還可選用高內(nèi)耗、高強(qiáng)度材料來(lái)制作螺旋槳，例如可采用高阻尼合金。還可對(duì)槳葉進(jìn)行必要的加工，使渦旋振蕩頻率與槳葉固有頻率錯(cuò)開(kāi)，以消除槳鳴。

噪聲試驗(yàn)進(jìn)行船舶噪聲試驗(yàn)的目的是測(cè)量船舶各主要艙室和部位的噪聲級(jí)值，檢查其是否符合設(shè)計(jì)規(guī)定的艙室噪聲限值，為限制船舶噪聲提供實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。

1．試驗(yàn)注意事項(xiàng)

(1)一般風(fēng)力不超過(guò)4級(jí)，海浪不超過(guò)3級(jí)，流速平緩，不能影響噪聲的測(cè)量；

(2)人員、施工、雨、水深等環(huán)境條件所引起的噪聲，應(yīng)不致對(duì)被測(cè)艙室的噪聲級(jí)有所影響；

(3)船舶處于滿載或壓載狀態(tài)；

(4)主機(jī)運(yùn)行于85%額定轉(zhuǎn)速；

(5)正常航行中所必需各種輔機(jī)、其他連續(xù)使用的機(jī)器均正常運(yùn)轉(zhuǎn)；空調(diào)和通風(fēng)設(shè)備處于正常工作狀態(tài)；對(duì)于間斷使用的機(jī)器(如每班工作不超過(guò)0.5小時(shí))應(yīng)停止工作；

(6)關(guān)閉聲源、艙室的門窗(對(duì)航行中長(zhǎng)期敞開(kāi)的門窗除外)。

2．測(cè)點(diǎn)的布置

(1)艙室噪聲測(cè)點(diǎn)一般應(yīng)布置在被測(cè)艙室中央，每一個(gè)艙室至少一個(gè)測(cè)點(diǎn)，艙室較大時(shí)，測(cè)點(diǎn)可增加，但兩相鄰測(cè)點(diǎn)問(wèn)距不小于2米，也不大于7米，駕駛室一般布置3個(gè)測(cè)點(diǎn)。

(2)機(jī)艙內(nèi)的測(cè)點(diǎn)布置在主機(jī)操縱處、船員主要工作部位和強(qiáng)噪聲部位。在強(qiáng)噪聲部位測(cè)量時(shí)，測(cè)點(diǎn)距噪聲源外殼為1米，在狹窄地方至少為0.5米。

(3)測(cè)試前應(yīng)對(duì)所測(cè)艙室及其測(cè)點(diǎn)位置按順序進(jìn)行標(biāo)位。測(cè)量時(shí)，每個(gè)測(cè)點(diǎn)至少持續(xù)5秒，將所測(cè)噪聲值記錄在相應(yīng)序號(hào)的記錄表內(nèi)。1

噪聲控制所謂噪聲控制是采取相應(yīng)技術(shù)措施控制噪聲源的發(fā)生、輸出傳播和接收．以得到人們所要求的聲學(xué)環(huán)境。船舶噪聲控制包括二三個(gè)方面：一是聲源噪聲的控制；二是傳遞途徑的噪聲控制；三是接收器噪聲防護(hù)設(shè)備的使用。

1)聲源控制是噪聲控制中最根本和最有效的手段

使用噪聲小的主機(jī)輔機(jī)和螺旋槳，并且合理地安置噪聲源．使其向船舶傳播較少的聲音和振動(dòng)能量?，F(xiàn)在大部分船舶都是以柴油機(jī)作為主機(jī)和發(fā)電機(jī)的原動(dòng)機(jī)．如使進(jìn)排氣通道避免急劇轉(zhuǎn)彎和加裝消音器等，可以降低主輔柴油機(jī)進(jìn)排氣的噪聲；還有合理組織供油，減小噴油提前角，縮短預(yù)燃期或在預(yù)燃期內(nèi)減少噴油量，縮短著火延遲期和減少滯燃期內(nèi)形成的可燃混合氣數(shù)量等等。這些都可以減少柴油機(jī)燃燒的噪聲。螺旋槳使用半流均勻和低葉梢速度的設(shè)計(jì)方法，以減少螺旋槳產(chǎn)生的噪聲。合理進(jìn)行船舶艙室的布置，將機(jī)器或整個(gè)機(jī)艙與船上其他部分隔絕開(kāi)來(lái)，并增加噪聲在結(jié)構(gòu)中的傳輸損耗，控制共振幅度，使之傳到居住艙室和其他辦公艙室的噪聲很小，如改進(jìn)機(jī)器的動(dòng)平衡隔離聲源的振動(dòng)部分、使用阻尼材料、改進(jìn)潤(rùn)滑或改變共振頻率破壞共振等。

2)傳遞途徑中的噪聲控制最常用的方法

傳遞途徑中對(duì)噪聲的控制措施主要有吸聲、隔聲、隔振等．這些可以起到事后補(bǔ)救的作用。吸聲主要是在艙室天花板和四壁表面敷設(shè)吸聲材料和吸聲結(jié)構(gòu)，或所在室內(nèi)空問(wèn)懸掛吸聲體，這樣會(huì)使室內(nèi)的反射聲大大減弱。隔聲是將噪聲源或需要安靜的場(chǎng)所與外界環(huán)境有效地隔離。在船舶噪聲控制中，對(duì)空氣噪聲，采用剛性和不吸聲的鋼板和鋁板等做成隔聲壁，為提高隔聲效果，可采用雙層壁，還可采用隔聲罩和隔聲室等措施。隔振就是在機(jī)械設(shè)備與安裝基礎(chǔ)之間引入一個(gè)隔振裝置，以改變機(jī)械設(shè)備與基礎(chǔ)之間的運(yùn)動(dòng)關(guān)系。對(duì)于振動(dòng)設(shè)備，安裝單層或
雙層彈性支承的減振器進(jìn)行隔振是唯一能減少振動(dòng)傳遞和結(jié)構(gòu)噪聲的一個(gè)有效措施。

3)接收器噪聲防護(hù)設(shè)備提供的被動(dòng)保護(hù)也是重要手段

對(duì)在機(jī)器多而人少(如機(jī)艙)的艙室中，降低機(jī)器噪聲不現(xiàn)實(shí)或不經(jīng)濟(jì)的情況下，噪聲防護(hù)設(shè)備給受噪聲污染者提供的被動(dòng)保護(hù)就顯得更實(shí)際重要些。尤其在目前，對(duì)大型主機(jī)采取的聲振控制措施尚不完善，需要對(duì)船員采取保護(hù)措施防止聽(tīng)力受害，如船員可以帶上護(hù)耳器(耳罩或耳塞)、防聲頭盔在隔聲間(如機(jī)艙集控室)內(nèi)值班丁作，就可以減少噪聲的傷害，得到一個(gè)較好的工作環(huán)境。2

特點(diǎn)船上的柴油機(jī)、汽輪機(jī)、鍋爐、齒輪、鼓風(fēng)機(jī)、泵、通風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)和螺旋槳等，各種運(yùn)轉(zhuǎn)著的機(jī)械設(shè)備和裝置系統(tǒng)內(nèi)流動(dòng)著的流體工質(zhì)，因振動(dòng)、撞擊和氣流擾動(dòng)等成為船舶噪聲源，其中主機(jī)、輔機(jī)和螺旋槳是三個(gè)主要噪聲源。船舶噪聲按發(fā)生場(chǎng)所分為動(dòng)力裝置噪聲、結(jié)構(gòu)激振噪聲、輔助機(jī)械噪聲、螺旋槳噪聲和船體振動(dòng)噪聲等。船舶噪聲有噪聲源多聲、功率大、頻譜寬和低中頻為主等特點(diǎn)。

動(dòng)力裝置的噪聲主要包括主機(jī)柴油發(fā)電機(jī)組、齒輪箱及主輔機(jī)的排氣管產(chǎn)生的噪聲，它是船上最強(qiáng)的噪聲源，該噪聲的強(qiáng)弱決定了柴油機(jī)船的噪聲級(jí)，它既有進(jìn)排氣系統(tǒng)空氣動(dòng)力噪聲，又有運(yùn)動(dòng)部件的撞擊和主機(jī)本身不平衡而產(chǎn)生振動(dòng)所造成的機(jī)械噪聲。結(jié)構(gòu)激振噪聲和機(jī)器內(nèi)部的激振能量經(jīng)機(jī)架被傳遞到基座法蘭(或地腳螺栓)，然后又通過(guò)船舶雙層底傳向船體，船體開(kāi)始振動(dòng)產(chǎn)生噪聲。這些產(chǎn)生噪聲的激振能量，源自于機(jī)器燃燒過(guò)程和活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)引發(fā)的脈沖振動(dòng)，振動(dòng)的能量取決于振動(dòng)的振幅和頻率，而且當(dāng)振動(dòng)處在寬頻帶范圍內(nèi)時(shí)還會(huì)輻射二次噪聲。

輔助機(jī)械噪聲主要包括各種艙室機(jī)械和甲板機(jī)械工作產(chǎn)生的噪聲，這種噪聲主要由鍋爐燃燒通風(fēng)機(jī)、通風(fēng)液壓系統(tǒng)、液壓沖擊和空調(diào)系統(tǒng)等產(chǎn)生。 螺旋槳噪聲的強(qiáng)度較主輔機(jī)噪聲的強(qiáng)度要弱，影響范圍也主要限于尾部艙室，其性質(zhì)可分為兩種：一是低頻噪聲，由槳葉和流體相互作用的流體動(dòng)力效應(yīng)及水流沖擊尾柱而引起的；另
一種是空泡引起的葉片振動(dòng)而產(chǎn)生的高頻噪聲。

船體振動(dòng)的噪聲是由主輔機(jī)及螺旋槳的擾動(dòng)和各種機(jī)械及波浪的沖擊引起的振動(dòng)而產(chǎn)生。

傳遞途徑噪聲源產(chǎn)生的噪聲通過(guò)空氣介質(zhì)和船體結(jié)構(gòu)兩種途徑傳遞，以空氣噪聲和結(jié)構(gòu)噪聲兩種方式傳播。一個(gè)噪聲源既能通過(guò)噪聲源直接激發(fā)空氣振動(dòng)，以空氣噪聲方式通過(guò)艙壁甲板天花板．沿著通風(fēng)道，經(jīng)過(guò)網(wǎng)孔、艙口窗、非密門等傳播；也能通過(guò)噪聲源處承受各種機(jī)械力的基座或各種非支撐性的撐件產(chǎn)生振動(dòng)，以結(jié)構(gòu)噪聲方式傳播。結(jié)構(gòu)振動(dòng)以彈性波形式在基座船體結(jié)構(gòu)艙室的外圍結(jié)構(gòu)中傳播，在傳播中輻射空氣噪聲聲源。艙室內(nèi)的噪聲幾乎全由空氣噪聲決定；距離聲源稍遠(yuǎn)的居住艙室內(nèi)的噪聲則全由結(jié)構(gòu)噪聲決定。對(duì)較大型的船舶，機(jī)艙和螺旋槳產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)噪聲遠(yuǎn)比空氣噪聲對(duì)船上居住艙室的影響嚴(yán)重；對(duì)小型船舶，空氣噪聲的影響是主要的。2