谢明，赵秀凤

（1.中国人民解放军9 1 4 4 7部队；2.中国人民解放军9 1 3 1 5部队，辽宁 大连 1 1 6 0 4 1）

船用柴油机噪声控制技术的思路分析

谢明1，赵秀凤2

（1.中国人民解放军9 1 4 4 7部队；2.中国人民解放军9 1 3 1 5部队，辽宁 大连 1 1 6 0 4 1）

船用柴油机的振动状况需要引起关注，原因在于振动噪声对舒适度影响较高。结合声源、进排气、噪声设计等方面全面分析，充分提高船用柴油机噪声控制十分必要。本文针对船用柴油机的噪声现状、研究方向、噪声控制方法等进行了全面分析。

船用柴油机；噪声控制技术；分析

柴油机具有热效率高、功率高、体积小的优势，在现代工业中应用较为广泛。同时柴油机的维护保养较为便捷，操作控制方便，可促进船舶行业的发展。现代船舶正朝着大型化、综合化方向发展，因此，加强大功率柴油机中振动噪声的有效管理、控制预防十分必要。

1 船用柴油机噪声的理论分析

（1）空气动力性噪声。柴油机空气动力性噪声主要包括进、排气噪声、涡轮增压器中的空气与废气脉动噪声。而排气噪声产生的原因是柴油机气门出现缝隙后，其中的废气便以脉冲的形式从缝隙中冲出,从而形成能量很高、频谱复杂的噪声。一般情况下，其组成包括：排气门周而复始的开关引起的噪声、气流通过管道、阀门引起的涡流噪声、排气管中的废气与空气产生的涡流噪声。随着涡轮增压器转速的加快，噪声会逐渐增大。借助涡轮增压体系可实现噪声的有效控制，可充分化解衰减废气脉冲引起的环境污染，原因在于定压增压系统的排气总管可起到消音效果。（2）燃烧噪声。燃烧噪声一般是气缸内部的压力快速变化，引起动载荷、冲击振动，进而引起活塞、曲轴等位置发出噪声。燃烧噪声一般可借助气缸的频率谱线表示，对最高压力影响较大，是低频成分的主要决定原因。经实验分析结果表明：燃烧噪声一般是5 0 0 k Hz以上的中频、高频噪声，为此，加强对压力升高率的有效控制，可充分实现噪声控制。加强对燃烧系统的控制，能够最大限度的降低柴油机噪声的产生，对合理控制噪声具有重要的意义。（3）机械噪声。机械噪声一般为设备零部件之间撞击引起的振动。包括活塞敲击、齿轮和曲柄结构的运动撞击等。其中活塞敲击振动是燃烧过程中无法避免的状况，发生在上止点附近。敲击强度与气缸内最高燃烧压力和活塞与气缸间隙有关。

2 噪声测量技术分析

首先，需要区分噪声源，实际应用中，需要分别运转进行噪声来源的分析，逐一排查对应部件后进行噪声等级的评定。燃烧噪声、机械噪声的分辨难度较高，可借助相关规定进行处理。美国、日本等高校在2 0世纪6 0年代已经开始对噪声测量及其控制方法的深入研究，研究出了先进的噪声识别方法及其预报方法，开发了先进的噪声控制技术。借助某船用推进功能的柴油机进行噪声测量分析，其型号为6 L 2 0/2 7柴油机,额定功率为6 0 0 k W，图1为对应测点布置简图，先进行排气噪声测量，再测量声压级。由图2可知，该项目的测量中，排气噪声高达1 0 9.8 d B，属低频噪声，声能集中在3 1.5～5 0 0 Hz范围内。进气噪声比排气噪声更大，且呈明显的中高频特性。通过分别对风扇、机械和燃烧噪声等测量可知进排气噪声是柴油机最大的噪声源。其次，需要确定表面的辐射噪声，其中包括很多分析方法，目前常用的有以下三种，包括铅板覆盖法、振动测量法和声通道法。第三，明确空间噪声测量要求与测量方式，通过分析得知柴油机内零部件与空气波动容易产生空间噪声，通过“‘C I MA C’推荐的对于测量往复式柴油发动机整体噪声”进行噪声级的测量，并根据数值表示噪声的声压级。通过测量柴油机周围的点所计算出的平均声级能够得出声强的平均值，而其测量位置根据柴油机体积决定，选择三个不同位置，大约距柴油机1 m的位置。

图1 测点布置简图

图2 柴油机进排气噪声图

3 噪声控制方法分析

（1）声源处的处理方法分析。第一，气体动力噪声的控制分析。从进排气的角度出发，对噪声进行相应的处理控制，管道的设计中，尽量避免转弯角度过大，保证内壁光滑性，此外，现代船只应用中，消音器的应用较为广泛。传统的无源消音器主要包括三种：抗式、阻式、阻抗复合。抗式消音器内部没有吸声材料，借助对内部结构合理设计、分支管设计使得对应阻抗可发生明显变动，进而实现声源反射、声能的合理消耗，达到消声的效果。具有构造简单、温度使用范围广、抗腐蚀效果好的优点，但是缺点为高频失效状况较为多发。阻式消音器借助内部吸音材质的处理，增加了声阻，继而对气流的噪声能量可充分转化。包括管式消声器、气流消音器等。具有消声效果好、流体阻力低的优势。阻抗复合式综合上述两种方法进行处理，借助吸声材料、扩张室共同实现了良好的消声处理效果。需要引起注意的是，消音器的设计中需要保证频率范围的适合性、可行性、合理性。根据相关噪声法律法规进行能量控制处理，保证对应消声器的尺寸位置具有合理性，同时兼顾成本控制的方向分析。第二，燃烧噪声控制。主要方法：供油量的合理分配、降低喷油提前角度、缩短预热燃烧期间的喷油量，降低内部混合气总量的负面影响。第三，机械噪声的控制。针对活塞敲击的噪声，需要充分加强燃烧效果、降低活塞空隙，保证对应助推力的便宜效果良好等。针对齿轮噪声，一般需要控制其弹性、刚度、误差，进而实现良好的噪声控制。（2）噪声传播途径的有效控制管理分析。控制柴油空间噪声的传播方式有以下几种：优化柴油机表面辐射特性、结构特性；加强对柴油机的刚度进行提升处理，保证对应盖板、附件的位置合理，借助隔震安装、阻尼材料实现良好的控制管理。第一，空间噪声的有效控制。根据船用柴油机的型号进行空间噪声等级分析后，进而对增压器进行处理。现代船只应用中，造船厂的要求、功率不断变化，对应噪声影响相应发生变化。功率、效率越高，空间噪声危害越大。噪声级不同主要原因是增压机的辐射效果差别较大，增压器效率高对应声级较高。此外，机舱回想会导致测量噪声比实际偏高。由于空间噪声的来源除了柴油机，还包括其他设备、回声的负面影响，为此，充分进行噪声级的严格处理控制，避免环境破坏十分必要。对已经应用的柴油机进行降噪处理难度十分大，为此，从计量角度出发，对噪声源的空间变化、传播控制进行管控，对该位置现有噪声等级影响十分薄弱。第二，结构产生的空间噪声激励效应。结构噪声激励一般是振动能量的传递导致，经柴油机到机座进而引起舱底振动，然后向外传递到对应其他结构，整体噪声污染不容忽视。振动引起的机座、船体表面间传播相应能量，通过振动速度实现控制测量。振动速度级(d B)：L v=2 0 l g(v/v 0)，其中v 0为参考基准速度。另一方面，二冲程柴油机的振动速度级较四冲程的低1 5 d b，为此，后者一般需要进行隔震器的安装处理，在机座、舱柜顶之间进行相应隔震器的安装，保证噪声等级的有效控制预防。结构噪声可降低1 5～2 0 d B，与刚性底座的二冲程装置振动噪声大体一致。

4 结语

柴油机噪声控制较为关键，为了实现良好的社会应用、功能性能实现，需要从结构设计、前期处理中进行全面合理的分析控制，保证对应强迫振动的效果、噪声模拟效果，对应结构预测结果的精确度充分提升，进而有针对性的对零部件进行改善处理。结合柴油燃烧过程对噪声指标进行优化处理。此外，加强新材料、新设计的广泛应用，如消音器材料的研发中，日本借助树脂对整体结构消声处理进行了提升，与传统钢制材料相比，消声量提升了5～8 d B，且功率损失状况下降、整体重量下降，应用前景较为广阔。

柴油机振动噪声的控制需要加强零部件刚度、阻力系数、连接形式、载荷等部分的细节研发，借助反复验证、交叉分析、计算模拟等方法，针对整体协调性、匹配程度等进行优化调整，保证设计环节中，不同结构、性能均可充分实现对应预期效果。

[1]景国辉，沈建平.船用柴油机振动噪声控制技术研究现状及发展趋势[J].柴油机，2 0 1 5,3 7(0 4):1~5+1 0.

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