惠 宁，高 鹏，庞福振，沈志恒, 马邦勇

(1.海洋石油工程股份有限公司，天津 300451；2.哈尔滨工程大学，黑龙江 哈尔滨 150001)

海洋平台主机房门对生活楼的噪声影响

惠 宁1，高 鹏1，庞福振2，沈志恒1, 马邦勇1

(1.海洋石油工程股份有限公司，天津 300451；2.哈尔滨工程大学，黑龙江 哈尔滨 150001)

基于统计能量法(SEA)开展了主机房门朝向及启闭对海洋平台生活楼噪声影响的定量研究，给出了主机房房门不同开启方式时生活楼房间噪声分布；在此基础上，开展了主机房房门朝向的优化设计及使用的合理建议。研究表明，开启侧门较之于开启对门，主机房设备噪声对生活楼的影响较小，从平台噪声控制角度出发，应尽量避免主机房房门朝向生活楼区域，宜将其设置在主机房背向生活楼区域。

海洋平台；噪声；统计能量法；主机房

0 引 言

海洋平台是海洋油气勘探、开发的主要工具。平台上布置的原油主机、压缩机、空调等机械设备产生的大量噪声是影响工作人员身心健康的重要隐患，并影响平台施工作业的正常进行[1-3]。近年来，随着人们对船舶及海洋平台噪声环境安全的日益重视，国际海事组织(IMO)要求新船和现有船舶必须执行MSC.337(91)中规定的噪声标准，一些欧盟国家甚至在该标准的基础上再降低5 dB。因此，开展海洋平台结构振动噪声分析及声学优化设计具有十分重要的意义。

在该领域，王宪成等[4]结合某型军用船艇机舱实际结构建立机舱物理及数学模型，运用表面速度振动测量法确定了发动机的输入升功率，将机舱噪声预测值与实验值进行了对比分析，对比发现预测曲线和实验曲线吻合很好。于大鹏[5]对4种船舶上层建筑布置形式进行了振动噪声分析，讨论了船舶结构噪声源和空气噪声源的传播路径，指出比较合理的船舶上层建筑的布置方案。杨德庆等[6]在进行浮式生产储卸油装置(FPSO)高频舱室噪声预报时，详细给出了FPSO中高频预报的流程及船舶舱室噪声预报模型的简化方法。

主机房作为海洋平台运作的中枢，其内部安装有主机、滑油分机、污油泵等大功率设备，这些设备的噪声直接对海洋平台整体噪声环境产生重大影响。开展主机房优化设计研究，对于保障平台正常运作以及施工人员的人身安全具有重要意义。为此，本文对某海洋平台主机房房门布置对生活楼内噪声的影响进行研究。

1 统计能量法基本原理

统计能量分析方法(SEA)从统计的观点出发，以能量为基本变量，重点研究稳态振动时的平均振动能量。SEA将复杂系统划分为不同的模态群，并从统计意义上把大系统分解成若干个便于分析的可贮存能量的独立子系统，以每个子系统的能量为基本参数，建立各子系统之间的能量平衡关系，以此来预测系统的声振环境[7-9]。

假设将一复杂的机械结构(声学系统)划分为N个独立子系统，创建成如图1所示的SEA模型。

图1 统计能量分析子系统Fig.1 Sketch map of energy flow for subsystems of SEA

2 海洋平台噪声预报模型的建立

2.1 海洋平台结构模型简介

如图2所示，某海洋平台布有两个主机房，主机房紧挨中控室、公共区及生活楼布置，主机房内布有原油主机、空压机、分油机等高噪声源设备。每个主机房各有两个房门：一个侧向生活楼，一个朝向生活楼。对于主机房房门的开启方式对海洋平台噪声的影响通常没有定量的把握，特别是侧门a和对门b对于生活楼的影响。为了给平台作业人员提供良好的工作环境，本文重点分析了房门开启方式对平台生活楼噪声的影响。

图2 海洋平台结构布置示意图Fig.2 General layout of offshore platform

2.2 平台噪声SEA预报模型的建立

选取生活楼所在主甲板为研究对象，建立噪声预报的SEA模型(见图3)。平台结构由板壳子系统离散，房间内部及公共区空气由声腔子系统离散。为保障平台SEA预报模型宽频分析的有效性，需保障各子系统在分析频带的模态数大于等于4，为此，本模型对各子系统的划分尺寸进行了控制，使其在频率f≥20 Hz时即可满足模态密度的要求。模型SEA子系统共计360个，其中板壳子系统244个，声腔子系统116个。

图3 海洋平台结构噪声预报SEA模型Fig.3 SEA model of offshore platform for noise prediction

2.3 载荷及工况设置

2.3.1载荷设置

为准确评价噪声分布，还考虑了主甲板上其他设备(如柴油吊机)振动及空气噪声载荷的影响。载荷信息及设置如表1和图4所示。

表1 声源载荷表

图4 平台结构激励载荷Fig.4 Exciting force exerted on offshore platform

2.3.2工况设置

分析设计4种计算工况,如表2所示。为直观评价主机房房门朝向对生活楼房间噪声的影响，本文在公共区、生活区等典型部位设置了考核点。

3 主机房房门开启方式对平台噪声的影响

3.1 不同工况下平台噪声特性分析

通过计算，得到了不同工况下平台总体噪声分布情况以及考核点噪声分布情况，如图5所示。

表2 计算工况表

图5 不同工况下平台噪声分布情况Fig.5 General distributions of noise level under different cases

由图5可以看出，在水平方向上，主机房噪声最大，公共区噪声随远离主机房逐渐减小，生活楼噪声最小且随距主机房距离增大而减小。在竖直方向上，整体噪声分布呈现出由下自上递减的现象，距离甲板和主机房越近，噪声值越大。

对于工况1和2，主机房对门附近公共区的噪声值明显高于侧门附近的公共区域；对于工况3，侧门附近公共区的噪声值明显高于对门附近的公共区域；而对于工况4，紧邻主机房的公共区域的噪声分布却没有明显差异。造成该噪声分布情况的主要原因是原油主机等高振动及高声功率设备布置于主机房内部，从而使得主机房成为影响平台整体噪声环境的主导因素；开门将导致声学防护在该方向上的弱化，使得靠近房门的公共区噪声值大于紧邻主机房的其余公共区。

3.2 主机房房门朝向优化设计

通过计算，在不同工况下，生活楼典型房间的噪声值如表3所示。

表3生活楼典型房间噪声值

Table 3 Noise level of typical rooms on living quarter dBA

由表3数据可看出，生活楼远离主机房一侧的房间的噪声值比正对主机房的房间均低，且距离主机房门越近，噪声值越大。不同工况下，房门开启方式对生活楼噪声的影响存在如下关系：开对门≈全开>开侧门≈全闭。对于生活楼3-1房间，主机房门开对门与开侧门相比出现了5.9 dB的噪声差值。这说明主机房对生活楼的噪声影响主要是通过其正对的墙壁，侧壁则影响很小。

从噪声控制角度出发，在海洋平台设计初期，应尽量避免主机房房门朝向生活楼，宜将其布置在侧向/背向生活楼区域；在生产实际中，则应尽量减少对门的开启，选择走侧门，并应加强主机房正对生活楼的围壁的声学防护，在传播过程中削弱噪声直接声辐射对生活楼的影响。

4 结 语

本文基于统计能量法分析了4种工况下主机房房门开启方式对生活楼噪声的影响，并在此基础上开展了主机房房门位置的优化设计。通过分析得到如下主要结论：

(1) 各工况下平台噪声分布规律大致相同，主机房噪声最大，周围公共区噪声也相对较大，生活楼噪声最小。距离主机房越近，平台噪声越高；距离主机房越远，噪声水平越低。

(2) 主机房设备对生活楼噪声的影响存在如下关系：开对门≈全开>开侧门≈全闭。从适居性角度出发，应将对门位置改到远离生活楼的背面，或尽量减少对门的开启，选择走侧门，并应加强主机房正对生活楼的墙壁的声学防护，在传播过程中削弱噪声辐射对生活楼的影响。

[1] 姜聪聪.基于SEA法的自升式平台生活楼舱室噪声研究[D].大连:大连理工大学，2012:37-46.

[2] 于双，李峰，王旭永，等.93米多功能海洋平台供应船的噪声与振动研究[J].噪声与振动控制，2006,26(4)：76.

[3] 张艳春,惠宁,沈志恒. 海洋平台上噪声分析方法[J].噪声与振动控制，2012，32(2)：171.

[4] 王宪成, 张晶，张更云. 基于统计能量分析法的船艇机舱噪声建模计算[J]. 兵工学报, 2007, 28(11):1367.

[5] 于大鹏. 应用统计能量法分析方法预报船舶舱室噪声[D]. 大连：大连理工大学，2007:22-37.

[6] 杨德庆, 戴浪涛. 浮式生产储油船振动噪声混合数值预报[J]. 海洋工程, 2006, 24(1):1.

[7] 王佐民.统计能量分析的原理及应用[J]. 声学技术, 1987, 6(4): 24.

[8] 姚德源,王其政.统计能量分析原理及其应用[M].北京:北京理工大学出版社, 1995：9-16.

[9] 孙丽萍.能量有限元法研究及其应用[D]. 哈尔滨：哈尔滨工程大学，2004:9-11.

RelationBetweenNoiseLevelinLivingQuarterandDoorArrangementofMainEngineRoomonOffshorePlatform

HUI Ning1, GAO Peng1, PANG Fu-zhen2, SHEN Zhi-heng1, MA Bang-yong1

(1. Offshore Oil Engineering Co., Ltd., Tianjin 300451, China; 2. Harbin Engineering University, Harbin, Heilongjiang 150001, China)

Based on the statistical energy analysis (SEA), we quantitatively study the noise level in living quarter on offshore platform influenced by closure or open of main engine room doors, and provide the detailed noise level arrangement under different cases. Furthermore, we also optimize the door arrangement and give the right usage philosophy. According to the calculation results, it is found that front door has more influence than side door. To provide a better working environment, the doors at main engine room should be arranged at the side away from the living quarter.

offshore platform; noise; statistical energy analysis; main engine room

2016-03-06

惠宁(1986—)，男，硕士，主要从事海洋工程机械设计和全频域噪声分析方面的研究。

TE991.8

A

2095-7297(2016)02-0140-05