85 m平台工作船噪声分析

张春宇，樊 红，盛玉梦

(武汉理工大学 能源与动力工程学院，武汉 430063)

85 m平台工作船噪声分析

张春宇，樊 红，盛玉梦

(武汉理工大学 能源与动力工程学院，武汉 430063)

为了研究平台工作船在不同工况、负荷下的噪声规律及分布特点，通过分析平台工作船结构与噪声的一般特点以及85 m平台工作船进行航行工况与DP(动力定位)工况下的舱室噪声测量限值，总结其噪声的产生原因；针对其DP工况下的噪声超标提出相应的控制措施。

平台工作船；噪声；舱室；工况；测试分析

近年来，随着对船员健康保护意识的增强，国际海事组织(IMO)于2012年11月30日以MSC.337(91)决议方式通过《船上噪声等级规则》(以下简称《规则》)，并经由 MSC.338(91)决议正式将该规则纳入了《国际海上人命安全公约》(SOLAS)第 II-1 章第 3-12 条，将《规则》作为强制要求，并于2014年7月1日生效实施[1-2]。平台工作船因其工作环境不同于一般船舶，在不同工况下受到多种类型的激振力的影响更为复杂。到目前为止，在设计阶段对其进行噪声预报的建模计算尚不能完全准确掌握船舶的噪声特征，因此实船噪声测试显得尤为重要。本研究选取85 m平台工作船舱室噪声测量分析能反应平台工作船舱室噪声水平，找出不同区域噪声级随发动机负荷、距离主声源远近的变化规律，分析不同工况下噪声的特点，针对严重超标的关键舱室，有针对性地提出降噪方案，既可以节约船舶建造成本，也可以为同型船的声学设计评估提供参考依据。

1 工程概况

“85 m平台工作船”垂线间长为77.75 m，船宽为22 m，型深为8 m，吃水为6.3 m，服务航速为12.5 kn。该船选用2台6L28AHX主机，额定转速为800 r/min，额定功率为2 206 kW。本研究对“85 m平台工作船”进行了船舶航行工况与DP工况下舱室噪声的测试，并在船舶停靠码头时进行了全船舱室的背景噪声测量，将采集到的噪声信号进行处理分析，与相关标准进行比较，对船舶舱室噪声量级做出评估。

2 平台工作船特点

2.1 结构特点

平台工作船一般采用前倾式船艏、巡洋舰式船艉。采用双机双桨和双舵结构，并至少配置1台艏侧推装置以满足对船舶特殊操纵性的要求，并确保在常规航行条件下，其双主推进和舵装置以及合理的电网设计布置能提供相应可靠的技术冗余，以降低部分动力设备可能出现的突发性运行故障导致船舶失控的潜在风险。驾驶室位于船艏，尾部主甲板是敞开的工作甲板。驾驶室为360°可视悬窗，驾驶室前后各设置1个操作台，控制船舶的主机、侧推及航海仪器等设备，在驾驶室的操控位置可获得对作业甲板所有区域无遮蔽的目视[3]。见图1。

2.2 噪声特点

由于平台工作船结构独特，设备较多，空间狭小，布局紧凑，工况复杂，所以，平台工作船噪声相对于一般散货船、油船等来说有其独特的特点，其对噪声的控制难度也要大于一般船舶[4]。平台工作船噪声的频谱分布范围广，噪声在中、低频段较高；噪声持续时间长，整个航行期间和DP动力定位系统工作期间都会发出高强度的噪声，不管白天和黑夜都有持续的噪声干扰。由于平台工作船居住舱室紧挨机舱、侧推舱，传递到居住舱室的噪声强度也要高于一般船舶。但也正因其艏侧推

图1 85 m平台工作船布置示意

布置于生活楼正下方这一结构特点，不可避免在其DP工况下，船舶舱室噪声极大，严重影响船员的休息与作业。如何采取措施在DP工况下降低舱室噪声以满足规范要求，也是现在船舶行业面临的一个巨大的挑战。

3 噪声实测分析

选取Larson Davis Model 831一类精密积分声级计，依据《规则》，分别对85 m平台工作船进行航行和DP工况下的噪声测试，两种工况下测量的舱室噪声值与背景噪声值差值都在10 dB(A)以上，无需进行修正[5-6]。

测量参数选取A计权连续等效声级，所选用的仪器测量前均经过专业机构的计量检定及校准，舱室和测点选取满足CCS《船舶及产品噪声控制与检测指南》要求[7]。

3.1 航行工况

分别在主机85%MCR、100%MCR下，选取机舱(5个测点)、驾驶处所(5个测点)和其他舱室(44个测点)进行了船舶舱室噪声测量，并与《规则》所规定的限值对比，测量结果见表1。

从表1总体来看，85 m平台工作船噪声测量值基本满足最新的《规则》所规定的限值要求，仅有少数舱室超过《规则》的限值，对测量点按顺序进行1～54(1～5位于机舱，6～14位于主甲板，15～25位于升高甲板，26～34位于艏楼甲板，35～41位于艇甲板，42～49位于办公甲板，50～54位于驾驶甲板)编号，分别绘制出主机85%MCR和100%MCR时噪声测量值的折线图。见图2。

由图2可见，这两个工况点下噪声分布特点类似，当主声源噪声从机舱开始传递到主甲板层时，由于主甲板层的隔声吸声措施，到达主甲板层的噪声级骤减。由于声源的不断衰减，传递到升高甲板时呈微弱递减趋势，但从艏楼甲板至驾驶甲板时，由于驾驶室电子设备电子噪声及艏楼甲板风机噪声等影响，噪声值反而呈微弱递增趋势，越到高层甲板，机舱主声源影响逐渐减弱，到艏楼甲板时影响已经非常微弱；高层甲板舱室噪声主要受通风设备及电子设备电磁噪声影响。

表1 航行工况下平台工作船主要舱室噪声强度 dB(A)

图2 航行工况噪声分布

下面对比100%MCR和85%MCR工况时噪声情况，分析主机负荷变化时对平台工作船噪声情况的影响。

图3 100%MCR～85%MCR差值噪声分布

由图3可以看出，从总体来说，随着主机功率从85%MCR增加到100%MCR，所传递到各舱室噪声随主机功率的增加呈增加状态，但舱室噪声值增幅不大，所有增幅在0～4 dB(A)之间。特别是自升高甲板以上，两种工况下的大部分舱室噪声相差不到1 dB(A)，由此可见舱室噪声随主机功率的增加而增加，但增幅随着距离声源的增加而降低。从局部来看，图中1～14点都是处于主甲板层或主甲板层以下，靠近机舱，受主机功率的增加，噪声值增加较大；从15～54点是处于升高甲板到驾驶甲板；随着甲板层数的增加，声源能量由于经过层层甲板结构的衰减，主机功率增加对升高甲板以上舱室噪声贡献较小，到驾驶甲板时，主机功率增加对驾驶室影响非常小，此时驾驶室噪声主要受驾驶室电子设备的电磁噪声影响。由实测情况来看，位于升高甲板层及其以上甲板层，舱室噪声受舱室布置和生活区风机及其通风装置影响较大。

3.2 DP工况

由于平台工作船经常要担负为平台供应材料、巡航守护等工作，经常作业于复杂水域且要求保持艏向恒定和保持定位功能，动力定位系统必不可少，而动力定位是通过DPS系统控制分配推进螺旋桨和艏侧推桨功率来完成定位，所以DP工况也是平台工作船非常重要且常用的工况。在此工况下，主机功率一般很低，船舶舱室噪声主要由艏侧推运转时产生，主机噪声影响其次。由于艏侧推布置于主甲板层正下方，因此，主甲板层和靠近主甲板层噪声明显大于航行工况下这部分区域噪声；靠近驾驶室甲板层，由于传递能量损失，此区域噪声主要受生活楼通风设备和电子设备电磁噪声的影响[8]。

该85 m平台工作船有两个同型号艏侧推装置，由电机驱动，电机功率均为800 kW，由主发电机组供电，与主机配合能执行DP2级动力定位；由于试航时平台工作船在侧推零螺距工况下运行时间较短，故在测量时只针对了影响最严重的主甲板上的舱室；对于侧推40%螺距工况(46%侧推总功率，满足规定功率(大于40%)的要求)进行了全船舱室的测量。

表2 零螺距工况主甲板舱室噪声强度 dB(A)

表3 40%螺距时主甲板和升高甲板舱室噪声强度 dB(A)

表4 40%螺距时升高甲板以上舱室噪声强度 dB(A)

参照《规则》处所限值，侧推零螺距工况时，主甲板上除了医务室和餐厅及娱乐室噪声量稍有超标外，其他舱室基本合格；侧推40%螺距时，主甲板层和升高甲板层大部分舱室明显超标，超出限值范围在5～8 dB(A)内；而升高甲板以上的甲板层舱室大部分合格，仅少数舱室超出限值要求，超出限值范围在1 dB(A)内。见表2～4。

为了分析DP工况下主声源～侧推装置沿船体结构的噪声传递状态，选取侧推舱(2个测点)、居住舱室(42个测点)和驾驶室(5个测点)共49个点，按顺序进行1～49(1～2位于侧推舱，3～10位于主甲板，11～21位于升高甲板，22～30位于艏楼甲板，31～37位于艇甲板，38～44位于办公甲板，45～49位于驾驶甲板)编号，绘制DP工况40%螺距时的噪声分布图，见图4。

图4 DP工况下40%螺距舱室噪声分布

总体来看，两种工况下，2台侧推全开主甲板舱室声压级比仅开1台侧推时主甲板舱室声压级要高2～5 dB(A)。距离声源(侧推装置)越近，舱室声压级越高；主甲板层舱室紧挨侧推舱，噪声水平受声源影响较大，声压级较高；随着声源穿过船体结构声能的不断衰减，升高甲板层以上舱室声压级逐渐趋于平稳，呈微弱递减趋势。从局部来看，部分舱室声压级陡增，如主甲板餐厅、主甲板娱乐室、吸烟室等。这是因为这几个舱室布置在侧推舱的正上方及附近区域，舱室声压级明显较高，说明舱室布置对舱室噪声水平影响较大。40%螺距工况下与零螺距工况下相比，噪声量明显增加，侧推螺距增加到40%时，对应工况下的主甲板层舱室声压级提高约5 dB(A)。

4 结论

1)航行工况下，全船舱室噪声基本满足《规则》限值，主要噪声源来自主辅机。

2)DP工况下，全船噪声水平明显超标，超出《规则》的限值。该工况下，平台工作船相对普通船舶而言，噪声控制难度更大，因此侧推装置作为主要的噪声源，在进行舱室噪声控制时，建议对艏侧推进行弹性减振安装，从源头进行噪声控制；同时对艏侧推选型时，在满足性能要求的情况下，尽可能选取低功率侧推装置。在前期设计时，设计人员可以结合设计要求和船东的要求，采用超静音侧推(全程式弹性双轨道系统)[9]、“盒中盒”浮动舱室降噪技术[10]和固有频率为33 Hz的浮动地板[11]等技术，从而降低船舶的噪声。

3)本文是从实测数据的角度分析平台工作船的噪声特点，如何在设计及建造过程中运用VAOne等专业的振动噪声软件对平台工作船的舱室进行噪声预报，在船舶概念设计、详细设计、生产施工各阶段对船舶进行声学评估并及时调整降噪方案，是今后平台工作船噪声控制的重点研究方向。

[1] 国际海事组织.MSC.337(91)决议[S].海上安全委员会，2012.

[2] 国际海事组织.MSC.338(91)决议[S].海上安全委员会，2012.

[3] 刘剑峰.75 m海洋平台供应船的设计[J]，船舶标准化工程师，2013，31(9)：30-33.

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[5] 陈小剑.舰船噪声控制技术[M].上海：上海交通大学出版社，2012.

[6] 陈克安.声学测量[M].北京：机械工业出版社，2010.

[7] 中国船级社.船舶及产品噪声控制与检测指南[S].北京:人民交通出版社，2013.

[8] 田 拓.海洋工程结构舱室减振技术研究[D].青岛：中国海洋大学，2012.

[9] 何建华.超静音侧推的技术特点及应用[J].中外船舶科技，2012(2):15-17.

[10] TONGJUN C. Vibro-acoustic characteristics of floating floor system: The influence of frequency-matched resonance on low frequency impact sound [J].Journal of Sound and vibration.2012，332:33-42.

[11] JEE H S，SUK Y H，WONon H J. Analysis of structure-borne noise in ship cabins using a floating floor with an inserted viscoelastic layer [J]. Mar Sci Technol，2009(14):127-135.

Noise Analysis of the 85 m Platform Support Vessel

ZHANG Chun-yu, FAN Hong, SHENG Yu-meng

(School of Energy and Power Engineering, Wuhan University of Technology, Wuhan 430063, China)

To research the law and distribution characteristics of noise in different conditions and loading for the platform support vessel, the structure and general characteristics of noise for the platform support vessel are analyzed, as well as the limitation of noise measurement in engine room of the 85 m platform support vessel under the sailing condition and DP condition. The causes of noise are investigated to set forth appropriate control measures for the excessive noise in DP condition.

platform support vessel; noise; cabin; working condition; test analysis

10.3963/j.issn.1671-7953.2015.06.016

2015-09-11

国家自然科学基金(51479154)

张春宇(1993-)，男，硕士生

U661.44

A

1671-7953(2015)06-0069-04

修回日期：2015-10-07

研究方向:振动与噪声控制

E-mail:1173521025@qq.com