297000dwt超大型油船噪声源分析及控制

2013-09-27叶红源

船舶与海洋工程 2013年2期

叶红源

（江南造船（集团）有限责任公司，上海 201913）

0 引言

噪声影响人的休息、交流、心理，更影响人的身体健康。船舶是一个有限的空间，船舶航行周期较长，船员生活在高噪声的环境中，对身心影响很大。在超大型油船（VLCC）项目启动之初，把噪声控制列入重点项目，并取得了一定成效。为方便分析，选择了成熟船型 76000dwt散货船作为比较对象，来作分析。

1 船舶噪声的主要来源

1.1 动力装置

1.1.1 空气动力噪声

1) 由主机进气空气流动产生的噪声。由于各缸的进气存在间断性和不均匀性，在进气管中会出现空气动力噪声并向四周传播，形成空气动力噪声场；

2) 排气噪声。主要有排气压力脉动噪声、气流通过气阀等处发生的涡流声、由于边界层气流扰动发生的噪声和排气出口喷流噪声。在多缸柴油机排气噪声的频谱分析中，低频处有一明显的噪声峰值，即低频噪声；

3) 来自增压器气流的噪声。在废气涡轮增压器中的空气与压气机叶片之间的相对速度很大，在叶片附近会出现大量涡流，在形成强烈而尖厉的空气动力噪声的同时，激励叶片振动而发出噪声。

1.1.2 柴油机燃烧噪声

燃油喷入缸内发火燃烧的初期，缸内压力上升速度非常快，形成很高的压力波动，由火焰中心向四周传播，形成燃烧噪声场[1]。

1.1.3 金属撞击和摩擦噪声

柴油机配气机构之间、气阀和阀座之间、高压油泵的滚轮和柱塞之间、喷油器的针阀和针阀体之间、活塞裙部和缸套之间等许多地方都会产生金属撞击和摩擦噪声。

1.1.4 液压冲击噪声

液压泵（例如齿轮式滑油泵）运行时，其中液体的压力有明显的周期性变化，从而产生液压冲击噪声。柴油机高压油管内的油压变化幅度非常大，产生液压冲击噪声。

1.2 辅助机械

辅助机械包括各种舱室机械如水泵、油泵、风机、锅炉等，甲板机械如货物装卸设备、锚绞设备以及各种挖泥机等工作机构等。锅炉噪声主要在燃烧室附近较明显，自然通风时空气卷入火焰及可燃物小团粒随机爆裂；人工通风时通风机是主要的噪声源。液压系统的噪声，可来自液体动力引起的冲击力、脉动、气穴声和机械振动及管道、油箱的共鸣声等。空调通风系统也是船舶舱室主要噪声源之一。对于VLCC，货油泵及泵舱风机运行时产生的噪声不可忽视。

1.3 螺旋桨

螺旋桨噪声的强度较主辅机噪声的强度要弱，影响范围也主要局限于艉部舱室。其噪声性质可分为两种：一种是低频噪声，由桨叶和流体相互作用的流体动力效应及水流冲击艉柱而引起；另一种是“空泡”引起的叶片振动而产生的高频噪声。

1.4 船体振动

船体振动的噪声是由主辅机及螺旋桨的扰动和各种机械及波浪的冲击引起的振动而产生。船体周期性的变形使壳板之间产生摩擦声，并使船体结构发出各种倾轧声等。

2 297000dwt超大型油船噪声源的分布

297000dwt VLCC的总布置与散货船相比，在货舱与机舱之间增加了一泵舱，在泵舱顶部有2台大型风机，影响居住舱室噪声主要因素如螺旋桨、主机、发电机/风机都布置在船舶尾部，具体见图1。

图1 VLCC纵剖面

机舱内主机、发电机等主要设备是产生船舶噪声的重要因素，另一重要因素是菌形风帽的位置（风机通过菌形风帽进风或抽风噪声主要通过它发出），其分布见图2。

图2 菌形风帽位置

从图中可以看出，从上甲板到C甲板都有风机的菌形风帽存在，整个上层建筑处在风机的包围之中，其中影响最大的应该是机舱风机及泵舱风机，这些风机的主要技术指标见表1。

表1 风机主要技术指标

3 实测噪声值对比及分析

综上分析，VLCC的噪声值似乎应该比散货船的大，但从实测数据来看，并非如此，除了机舱、厨房、驾驶室两翼的噪声值大外，居住舱室的噪声总体水平比散货船要低，见表3及表4。

表3 297000dwt VLCC的噪声实测值

续表3

表4 76000dwt散货船的噪声实测值

从表3及表4中可以看出，76000dwt散货船所有测量处所的噪声值都满足IMO的推荐值，但297000dwt VLCC在驾驶室两翼远超IMO推荐值，厨房的噪声也超出了IMO推荐值。从整个测量的数据比较看，在机舱VLCC的噪声值比散货船要高一点，但在居住舱室，VLCC的噪声值明显优于散货船。

4 噪声产生原因[2]

4.1 驾驶室两翼噪声超标的原因及对策

驾驶室两翼的噪声主要来自烟囱内的排气管及C甲板的风机风帽。在整个试航过程中，尖利的啸叫声从烟囱传出，经分析，声音是从废气锅炉的排气管发出，但原因不明，仅发现主机废气量与温度同废气锅炉不匹配，经过和主机厂及锅炉厂讨论，始终没有一个明确的结论，只能修改废气锅炉，在内部增加导流板，目前效果良好，后续船测得数据为68dB，达到了要求。驾驶室噪声也有明显下降。虽然驾驶室两翼噪声超标很多，但在驾驶室内却没超标，原因主要有两点：一是选用焊接式窗，玻璃厚度为15mm；二是选用了气密移门，隔音效果较一般移门要好得多。

4.2 厨房噪声超标的原因

噪声测量一般在晚上进行，厨房风机处于关闭状态，本船测量时应船东要求，测量是在风机开启状态下测得，本船的厨房有1台抽风机 (风量：4500m3/h，噪声值：83dB)，1台送风机（风量：2000m3/h，噪声值：85dB），外加风量为1800m3/h的新风空调机，虽然抽风机、送风机及新风空调机都装在厨房间外，但当三台设备同时运行时，风口空气流动产生的噪声还是很明显的，测量的数据超标是难免的。

4.3 居住舱噪声低的原因

VLCC船员舱室的噪声值基本都在50dB以下，主要原因有以下几点：

1) 结构强度。本船上层建筑A甲板采用9mm的钢板，其余甲板为8mm的钢板，前、后壁的钢板厚度为12mm，两侧围壁的钢板厚度为8mm，最小的扶强材规格为L100mm×63mm×8mm，与机舱直接相邻的上甲板厚度为14mm，横梁为FB150mm×12.5mm，纵桁为HP160mm×12mm。而与此对应的76000dwt散货船上甲板厚度为11mm，其余甲板及围壁厚度基本在7mm，最大扶强材规格为L140mm×90mm×8mm。VLCC的强结构，有效地阻止了振动及噪声的传递。

2) 绝缘敷设。除了正常的绝缘敷设，与散货船相比，在整个上层建筑前壁及3.5m范围内敷设的是A60绝缘，材料密度为170kg/m3的陶瓷棉，厚度为2×20mm，交叉敷设，避免缝隙出现；而散货船在四周敷设的是隔热绝缘，材料密度100kg/m3的岩棉，厚度为50mm，虽然要厚一点，但为单层，很容易产生缝隙，且陶瓷棉的隔音效果远大于岩棉。因为A60绝缘的存在，有效阻隔了泵舱风机及货舱泵对房间噪声的影响。另外，在穿过舱室的结构风道上都敷设了绝缘，尽量把噪声隔绝。

3) 窗的不同。除了A甲板两扇用于逃生的窗为开式窗，其余窗均为焊接式固定窗，在面向货舱区的前壁及侧壁3.5m范围内安装的是A60级防火窗，A60防火窗有三层玻璃，中间还夹有防火液，隔音效果非普通窗可比；而76000dwt散货船是螺栓式窗，一半是固定式，一半是可开式，与普通焊接式固定窗相比，隔音效果要差一点。

4) 甲板敷料。一般在上甲板与机舱相邻的地方敷设隔音效果好的厚度为50mm的浮动甲板敷料，其余甲板为10mm厚的普通敷料，上甲板常规有梁拱，为保证地板水平，房间内用甲板敷料填平，敷料厚度的增加，隔音效果也增加[3]。VLCC不仅上甲板有梁拱，其余每层甲板都有梁拱，上面几层甲板的平均敷料厚度为40mm，有如此厚的敷料，隔音效果好也就不足为奇。