40米级测量船排气减噪的可行性改造研究

2021-07-29胥祺王春欢

航海 2021年3期

胥祺王春欢

摘要：在40米级测量船航行试验过程中，现场勘验发现甲板上烟囱附近排气噪声异常。针对上述情况，进行原因分析并研究可行性改造方案，进而根据节选的最佳方案实施改造论证。改造效果达到设计要求，改造方案可作为相关方面的参考。

关键词：测量船;排气噪声;改造;设计要求

0 引言

海事测绘是航海保障的重要组成部分，东海航海保障中心海事测绘中心是负责华东沿海港口航道图测绘工作的专业队伍，其现有的主力船型40米级测量船使用年限较长，船舶适航等级偏低，船舶性能及配套设施已难以满足海事测绘工作的快速反应及专业化、精细化要求。为提高海事测绘的快速反应能力，改善现有的老旧船舶队伍现状，推动沿海和近海海域测绘发展，交通运输部批复新建40米级测量船。

为更好地满足本船的测量功能需求，使本船的噪声满足声学设备的技术要求，以及为船上人员提供一个舒适的工作生活环境，本船的振动噪声需要严格控制，在设计初期采取船体结构优化设计、船体线型及螺旋优化设计、对空气噪声的控制、对动力设备采取振动隔离等相应措施。

40米级测量船的主要参数：

总长～45.0 m

垂线间长 41.20 m

型宽 9.50 m

型深 3.80 m

设计吃水～2.90 m

设计航速 12.5 kn

定员 18人

主要舱室最大噪声限值：

驾驶兼测量室 65～70 dB（A）

餐厅 65～70 dB（A）

机舱监控室75～80 dB（A）

居住舱室65 dB（A）

机舱 110 dB（A）

1 航行试验发现的问题

新建40米级测量在完成倾斜试验、系泊试验后，开展航行试验。对全船振动噪声检测，结果见表1、表2。

全船整体振动噪声性能良好的基础，勘验却发现甲板上烟囱附近排气噪声异常。航行试验结束后船舶建造单位、设计单位、监理单位及施工单位会议总结讨论，并重点就烟囱附近排气噪声异常进行原因分析、研讨。

2 排气噪声异常的分析

对于甲板上烟囱附近排气噪声异常状况，首先要针对性地找到噪声异常声源。为了避免其他设备声源干扰，相关工作在船厂码头实施，并委托711所振动噪声方面的专家进行实测、分析。如下：

（1）为了精准测量，在烟囱周围选取两点为噪声测点，分别是艏楼甲板层的中间平行于烟囱、救生艇甲板的左侧烟囱后，见图1。

（2）对锅炉及2台发电机设备分别运行测试，排气噪声明显正常，且实测数据满足设计要求。

（3）对主机分别进行两种工况的噪声测试，第一种为：主机开1台，1 800 rpm，脱排;第二种为：主机开2台，1 800 rpm，脱排。数据如图2所示。

结果分析：1/3倍频程测试结果表明，烟囱周围的排气峰值主要集中在低频80 Hz和100 Hz 2个中心频率段。

针对上述结果分析，研究设计三种改造方案。如下：

方案一：拆除之前安装好的主机排气消音器，重新匹配、布局相适应的复合型消音器。

方案二：根据干涉式消音器消音原理，加装自主发声装置。借助于相干声波相互抵消作用，来达到消减噪声的目的。

方案三：根据共振腔消音器消音原理，针对特定的低频点，在原有的排气消音基础上计算、设计改造，给排气管道增加一定阻力，也使原消音器的消音功能得到更进一步的充分发挥。

3 可行性改造方案论证

考虑工程进度、建造经费的问题，经舶建造单位、设计单位、监理单位、施工单位及消音器供应厂商会议协商后，选用方案三改造实施。

具体根据共振腔消音器消音原理，针对特定的低频点90Hz，在原有的排气消音基础上实施改造。在排气管尾部设计一共振结构（见图3），部分缩减其通道直径（缩减后的通道直径为DN220），通道外部共振腔设计DN450，腔体长度500 mm。另将改排气口为短半径直角弯切斜口面，既部分增加阻力，又不致使排气造成阻滞，同时有较好的防雨作用。

（1）根据共振消声器设计公式计算，

共振消音量：

（2）排气口为短半径直角弯切斜口面，达到部分阻性消声效果，按照711所专家及消音器供应厂商技术员经验预估，预计消减3 dB（A）。

综合以上两处改造，预计可以消减音量10 dB（A）。

为了验证降噪方案的可行性，对单台主机排气烟囱进行改造，改造过程现场见图4。噪声试点示意图如图1所示。同样进行两种工况的噪声测试，第一种工况为：主机开1台，1 800 rpm，脱排，该主机对应的排烟烟囱已进行了改造;第二种工况为：主机开2台，1 800 rpm，脱排。数据见图5。

结果分析：1/3倍频程测试结果表明，单机工况下的低频80 Hz和100 Hz声压峰值比双机工况下的明显降低。按上述降噪方案改造具有很大的可行性。

后续，对另一台主机排气烟囱进行改造，改造过程现场如图6所示。噪声试点如图1所示。同样进行两种工况的噪聲测试，第一种工况为：主机开1台，1 800 rpm，脱排;第二种工况为：主机开2台，1 800 rpm，脱排。数据见图7。

4 结果对比（表3）

通过三次结果对比（见表3），在单机工况下，中间平行于烟囱的声压级总值最大降低11.9 dB（A）;左侧烟囱后的声压级总值最大降低11.6 dB（A）。在双机工况下，中间平行于烟囱的声压级总值最大降低9.7 dB（A）;左侧烟囱后的声压级总值最大降低9.7 dB（A），消减声量达到设计要求。

改造后，开敞区低频段噪声和总值明显降低，双机开启后中间平行于烟囱72.1 dB（A），左侧烟囱后74.3 dB（A），数值满足《船上噪声等级规则》中可接受的最大声压级75 dB（A）。

5 结语

通过本次改造，有效地降低排气噪声，满足了声学设备的测量环境需求，改善了船员的工作生活舒适度。此次设计改造是在原有的消音器基础上进行，对原船体结构和设备没有影响，操作性强，投资少，效果明显，为后续船舶的建造提供一个优化方案。