船舶机械噪声的有效控制探究

2021-11-27徐志斌

中国科技纵横 2021年15期

关键词：噪声控制噪音柴油机

徐志斌

（中国船舶集团武昌船舶重工集团有限公司，湖北武汉 430060）

0.引言

船舶机械噪声严重影响人们的生活，污染人们的生活环境。随着社会经济、科技的发展，人们的生活水平会提高，但对环境的影响会越来越大。随着人们环保意识的提高和增强，对船舶机械噪声进行有效控制十分有必要。

1.船舶机械噪音的含义

船舶进入快速发展阶段,主要是在工业革命后,因工业革命后，蒸汽机开始进入人类社会,进一步加快了工业革命的进程,世界贸易的持续扩张及经济的发展，促进了航海业的进步。1970年前后，随着航海业的发展，西方国家认识到噪声控制的重要性，开始了这一领域的研究及指标建设。船舶在运行中不可避免地会产生噪声，这主要是因其组织结构复杂，涉及多个零件设备，它们在高速运行时相互摩擦，产生噪音。大多数船只在海面或河面行驶，它们会与海平面和各种风浪摩擦，而且船体将与波浪接触，产生不同频率和强度的噪音。噪音音调是可控的，一些隔振降噪装置可有效降低船舶运行噪声。这些噪音不仅会对船员造成心理伤害，还会影响船舶的组织结构和寿命，这是减少船舶噪音的一个重要原因。

2.船舶机械噪声类别

（1）动力装置噪音。其主要来自主机、柴油发电机组、齿轮箱、辅助排气管等的碰撞，是船舶最大的噪声源。噪声强度决定了柴油机的噪声等级，包括排气、空气系统动力等出现的噪声，由运动部件的冲击和主机的不平衡振动引起的机械噪声。（2）增压器气流噪声。增压器汽油产生的噪声会增加涡轮增压器废气与压气机叶片间的相对速度，导致叶片周围产生较大的涡流，在剧烈振动下会产生明显噪声。其因空气振动引起，必须采取措施确保空气振动期间增压器噪声的有效控制。（3）柴油机的燃料噪声。在控制柴油机燃油噪声时，明确其原因。柴油机燃油喷入气缸后，缸内压力迅速上升，压力波动大，火焰从中心向周围蔓延，形成稳定的燃烧噪声场。柴油机在高负荷工况下的低噪声由多种因素造成，但由于缸套间的隔离性，噪声等级不高。当弹压力波在缸套上传播时，钢套振动产生频繁噪声，这种噪声属于机械噪声。（4）金属碰撞和摩擦噪音。柴油机配气结构间、气阀与阀座间、喷油器针阀体之间可能会出现各种部件，这些部件一旦碰撞与摩擦，就会产生高频噪声，基本属于高频领域。当气阀间隙增大或凸轮形状磨损增加时，噪声等级扩大，甚至达到新的高度。（5）螺旋桨噪声。其主要包括旋转、空化噪声，前者是螺旋桨在非均匀流场中工作时产生的干扰力及螺旋桨机械不平衡引起的大范围躁动声音。一旦螺旋桨出现明显空化，水下噪声变动与螺旋桨受力值密切相关。一旦后者空化，会形成较杂的噪声。空化噪声是与桨叶片形状和面积等有关的连续噪声，需确保涡流频率与标准转速下桨叶固有频率一致，才能产生共鸣。（6）水动力噪声。其因高速区海底不规则运动引起的船体振动，激发船体局部振动，使噪声辐射向周围扩散。在此期间，船下附着空气使集中湍流中的压力值发生显著新变化，辐射噪声逐渐增大。

3.船舶机械噪声的危害

噪音会造成许多危害，比如，噪音会在一定程度上影响乘客，损害他们的耳部，以及其中枢神经系统、心脑血管等。长期暴露在这种噪音中会引起幻听。许多实验表明，噪音会降低工作效率，若在噪声环境中休息会影响睡眠，降低睡眠质量，形成恶性循环。从船舶本身来看，衔接不良会引起一定的振动和噪声，不仅会给乘客带来不良体验，还会损坏船舶器具，缩短其使用寿命。因此，应特别注重船舶安全隐患，避免不必要的经济损失。

4.船舶机械噪声控制原则

船舶机械噪声控制应遵循几点原则：（1）科学性原则。采用科学优化方式，对噪声产生机理及声源特性进行详细分析研究，以确定噪声的类型，并提出有针对性的控制措施。（2）先进性原则。这一原则体现在船舶机械的噪音控制上，主要是通过先进的控制措施，尽可能通过引进先进技术，以确保良好的现实性及可行性。一些降噪措施表面虽效果良好，但在实际应用中效果并不佳。（3）经济性原则。采用低成本、高效率的科学控制方案，确保噪声控制方案符合船舶机械设计的实际要求。噪声控制的目的不是将噪声降至最低，而是根据实际情况使其符合相关规范标准。对于船舶机械噪声控制的实际工作，有必要了解其综合声源特性，分析研究船舶机械噪声的传播路径，确定实际降噪量，设计一系列降噪方案，根据实际情况选择最佳工作方案，并科学评价降噪工程成效。

5.船舶机械噪声控制措施

5.1 降低柴油机的噪声

（1）采用轮增压系统。柴油机的噪声由进排气门的开关引起，合理使用轮增压系统能有效降低噪声。（2）选择合理的安装位置。柴油机在船体上的安装位置较为重要，若柴油机安装不平衡，就会产生结构性振动。（3）加弹性基座。目前，柴油机噪声一般采用加弹性基座，弹性基座通常设于舱柜顶和柴油机座之间，以确保噪声降低到15dB～20dB的合理值，以便更好地保证柴油机的噪声输出。（4）隔离震动。可采用隔振适当覆盖气管，用6mm聚氯丁橡胶将气管法兰粘贴到气管上，使噪音降至6dB。在主气管上安装消声器，以控制柴油机噪声，达到降噪目的[1]。

5.2 发动机噪声控制

船舶工业的快速发展有利于机械设备配置的不断完善和发动机功率的不断提高。发动机运行中的气动噪声及结构振动噪声引起了广泛关注。在船舶机械设备噪声控制中，社会对噪声的容忍度进一步降低，希望相关企业采取有效措施，将噪声降至最低，发动机是机械设备的噪声源。为了实现合理的噪声控制，有必要分析发动机与机架的连接，合理设计减振块刚度，通过减少发动机运行振动次数来降低噪声频率，该措施还可合理控制驾驶区的振动次数，保证机械设备的正常运行，相应的防护罩可采用耐热材料制成，发动机应采取适当的密封措施，有效屏蔽噪声，以减少辐射范围。由于机械设备排气噪声较大，为了减少排气噪声对周围环境的辐射度，优化排气噪声通道，必须在合理位置安装性能良好的消音装置。由于排气管位置固定，气流在高压下易产生瞬时脉动和大量噪声。为了抑制这种噪音，必须保证排气管的光滑性[2]。

5.3 驾驶室噪音控制

船舶机械大多都有驾驶室，工作人员需在此空间内控制整个机器。因此，必须合理控制驾驶室内噪声，保护工作人员身心健康，使其更加注重工作，确保整个运行的安全。为此，必须科学设计结构，驾驶室安装需运用吸声和音材料，严格使用底板、操作杆、玻璃，确保与外界有一个安全隔离，任何小空洞都会将声音传递至驾驶室内。驾驶舱地面经常出现裂缝，此时需用高弹性隔音材料密封，最好在驾驶舱门板区域嵌入软材料，以确保玻璃和衬垫间的紧密连接。此外，为避免振动噪音影响，最好在驾驶室与车架间安装减震器。在提高驾驶室设计水平时，应充分考虑板件尺寸和质量影响。在实际安装过程中，板件叠加处刚度应满足要求，以避免二次振源[3]。

5.4 传动系统的噪声控制

传动系统是船舶不可缺少的组成部分，实际运行中产生的噪声小，但影响却很大。船舶传动系统产生机械噪声的原因在于变速齿轮的噪声及传动轴转动产生的振动噪声。设计人员应注重相关机械噪声的有效控制，可通过以下方式实现。首先，在选择传动系统变速器时，设计者应尽可能使用工作噪音低的变速器。其次，在连接发动机、变速箱、减速器、底盘时，设计师应尽量选择灵性连接，避免相关器件过度振动。最后，应特别注重控制传动系统传动轴的平衡，以避免扭转振动引起的大噪声问题。