某高速风电运维船的减振降噪方案

2024-05-26黄天星刘广张丹

广东造船 2024年2期

关键词：噪声振动

黄天星刘广张丹

摘要：高速风电运维船的振动和噪声控制是船舶设计中的一道难题。本文以某高速风电运维船为例，基于其特点，从噪声源控制、传播路径控制和目标舱室控制等方面开展减振、降噪设计。本文简要介绍其减振、降噪方案，并经实船试验测量，其结果满足预定要求。

关键词：振动；噪声；高速船；减振降噪

中图分类号：U667.7 文献标识码：A

Vibration and Noise Reduction Scheme of a High

Speed Wind Farm Service Vessel

HUANG Tianxing1， LIU Guang2， ZHANG Dan1，2

（ 1. Guangzhou Marine Engineering Corporation， Guangzhou 510250; 2. Harbin Engineering University， Harbin 150001 ）

Abstract： The vibration and noise control of high-speed windfarm service ships is one difficult problem in ship design. In this paper， based on the characteristics of a high-speed windfarm service ship， the design of vibration and noise reduction is carried out from the aspects of noise source control， propagation path control and target cabin control. This paper introduces briefly the vibration & noise reduction schemes， and the results comply with the set requirements through the test measurements of real ships.

Key words： vibration; noise; high-speed ship; vibration and noise reduction

1 前言

随着人类生活水平的提高，人们对船上舒适性的要求越来越高，改善船员的船上生活环境往往是船东关注的一个重点。然而，高速风电运维船设计的重点之一是重量控制，为此，往往要求其结构轻量化，常见的解决方案是船体结构采用比重轻的铝合金材料，但其刚度较差。此外，高速双体风电运维船往往需要配备大功率高速柴油主机，以满足高航速需求。上述是引起船体振动、噪声大的隐患因素，为此，解决高速风电运维船的振动和噪声问题将是设计的难点之一。本文以某高速风电运维船为例，简要介绍其振动和噪声控制设计。

2 本船简介

2.1 主要参数

本高速双体风电运维船航行于近海航区，目标作业海区为福建、广东海域，亦可兼顾其他中国近海海域。

本船为双体、双机、双桨、双舵的排水型高速船。主船体和上层建筑均采用铝合金。本船主要参数如下：

船长 26.20 m

船宽 9.20 m

航速 26 kn

主機功率 2台x1 342 kW

发电机组 2台x 64 kW

2.2 噪声指标要求

船东现有一型同类船舶，其客舱噪声85 dBA，驾驶室75 dBA，噪音值超过标准要求，舒适性较差。按船东要求，本船的噪声指标应满足《GB 5979-1986 海洋船舶噪音级规定》的相关要求，且在设计吃水状态下，两台主机以85%的额定功率运转时，噪声值需要满足以下的指标要求，详见表1。

3 减振降噪常用方法

船舶的减振降噪技术和方法多种多样，总体上可以归纳为在源头、传播路径和目标点控制振动和噪声。

3.1 源头控制

源头振动噪声控制。对动力设备（振动噪声源）如主机、发电机组、主要泵组、风机和空调等进行振动和噪声隔离，一般采用隔振装置、基座阻尼处理、消音器、隔声罩或舱室隔音处理等方法。这些技术均非常成熟，在各类民船和军用船舶上大量使用，可有效降低动力设备的振动和噪声传递。

3.2 传播路径控制

振动噪声的传播路径控制。总体分舱布置设计、舱室隔离或结构分离设计等。在总体设计时需考虑在总体布置和舱室划分上对振动和噪声进行隔离。例如，机舱、烟囱等振源舱室与目标舱室进行远离错开，延长传播路径的长度；或在振源舱室与目标舱室中增加舱室兼作隔离舱，以及将烟囱与上建生活区进行结构分离等措施。對设计和结构上优化，保证局部结构优化和结构连续性，也可削减设计不足造成的振动噪声传递。在生产设计中对穿舱电缆和管路，可以采取补强措施，尽量避免电缆、管路的贯穿对船体结构的破坏[1]。

3.3 目标控制

目标控制。主要控制动力设备工作所辐射的结构噪声和空气噪声传递至目标点后产生振动和噪声。目标点振动噪声的控制手段主要有阻尼处理、浮动地板铺设和隔声绝缘覆盖，同时选用隔声门、隔声窗使舱室形成密闭舱室，并注意密封，防止漏声以达到较好的舱室噪声控制效果。主要措施：

1）敷设阻尼材料

阻尼材料多种多样。主要有阻尼涂料、阻尼板材、阻尼膏、复合阻尼钢板等类型。船舶中应用最广泛的是阻尼涂料，其减振降噪原理是将振动系统中由于外界作用或系统本身固有的原因引起的部分振动由振动能转化为热能消耗，从而降低振动系统的振动和产生的噪声峰值。其分为自由阻尼和约束阻尼两种形式，如图1所示。

2）敷设浮动地板

浮动地板型甲板富有弹性，具有良好的抗振动、隔声、隔热等特性。

浮动地板均为多层结构，不同的厂家具有不同的组成型式。通常，其主要由以下几部分组成，如图2所示。

（1）船体甲板上的绝缘材料。一般根据防火要求和隔声要求采用岩棉板或陶瓷棉板，如有防火要求或隔声要求较高，可采用20～50 mm以上的陶瓷棉板，如无防火要求或隔声要求不高，可采用20～30 mm的岩棉材料板；

（2）防水材料。在绝缘材料上敷设防水薄膜；

（3）甲板敷料。根据防火要求在防水薄膜敷设耐火甲板敷料或轻型敷料，敷料中应有钢筋网板提高敷料刚度。

在浮动地板敷设以后，可根据不同处所的装修要求敷设PVC地板或橡胶地板等铺材。

3）敷设隔声绝缘

隔热隔声材料是依靠其松软组织中的气泡形成一个个微小的空腔结构，通过空腔结构产生隔热隔声的作用，一般采用密度小以及气泡小而密的材料。船上采用的玻璃棉、陶瓷棉和岩棉都能作为隔声绝缘材料。

4）采用隔声门窗

目前常用的隔声窗为铝合金双层中空玻璃隔声窗，隔声窗配置的双层玻璃之间为中空，并抽真空，从而起到隔声作用，且在有温度变化时不会影响玻璃的透视效果。玻璃与窗框连接处有装镶垫圈和密封垫圈，以阻隔声音的传播。

室外风雨密门采用带观察窗的快开式铝质风雨密门，门背上填充填料函，以提高隔声效果。

4 减振降噪控制方案

4.1 振源减振方案

经分析，本船主要振动和噪声源来自主机、发电机组、螺旋桨和舱室风机等。主机、发电机组、风机、排气管路和消音器的振动均会引起船舶振动，增加噪声峰值，为此需配置匹配的弹性减振基础。

对主机、发电机组采用单层减振垫装置，风机采用橡胶垫圈隔振，机舱区主要管路，如排气管路、通风管路、消音器，采用弹性吊架进行隔振。

1）主机

主机出厂时自带公共底座和单层减振垫装置。

由于机舱空间的限制和设备布置原因，本船难以采用双层隔振装置或浮筏装置。因此，主机仅安装单层隔振，同时主机与齿轮箱之间的高弹也采用单层隔振垫。

单层隔振装置通过一组隔振器将动力设备支撑在船体基座结构上，利用隔振器的弹性使传递到基座上的动态激励力小于设备激励力。单层隔振装置的主要缺点是中高频隔振效果较差，能量损耗一般在20 dB左右，主要用于隔振要求不高的设备[2]。而本船要求主机隔振垫隔振效果为：加速度总振级（10 Hz-10 kHz）≥30 dB。为进一步减少振动，在机舱主机座和发电机座及基座外延两档范围内涂敷阻尼材料。基于本船对重量比较敏感。经综合考虑，采用水基型阻尼涂料，由快干型水基弹性阻尼复合物和粘合剂组成，能有效地吸收和消散振动能量，并减少基板的吻合效应和共振效应[3]。

2）发电机组

发电机组型号为康明斯CCFJ50J，出厂时同样自带公共底座和单层减振垫装置。

3）风机

本船每片体机舱各配备一台27 000 m3/h的轴流风机，风机在工作时将产生较大的振动和空气噪声，且风机靠近生活区。因此，需对风机进行减振降噪处理。主要措施是采用橡胶垫圈减振，同时风机室与甲板室生活区进行结构物理隔离。

4）螺旋桨

螺旋桨高速旋转时会带动水流冲击船舶尾部，引起振动和噪声。由于本船为高速铝合金船，其振动和噪声问题需在螺旋桨布置阶段特别考虑，根据规范要求其螺旋桨叶梢与船底尾部的间隙为不小于0.16 D，本船实际取0.22 D。

4.2 舱室降噪方案

对振动噪声源舱室和目标舱室进行隔声处理。噪声的治理主要通过在舱室内壁铺设隔声材料、阻尼材料和浮动地板。

噪音振动会通过甲板传递到目标舱室或目标区域，因此需要对传递路径上的甲板或者地板进行处理。主要方法是设置浮动地板（由阻尼层、绝缘层、防水层、钢板层、敷料层组成）。阻尼和绝缘层可以吸收大量的振动及噪声，钢板及阻尼层可以在保证减震的前提下增强绝缘层的抗压强度，敷料层可以找平地面并在其上敷设PVC地板等地面材料，潮湿区域可增加防水层以保护底部绝缘。浮动地板具有良好防火、减振、吸音效果，可以有效地衰减振动、噪声的传递。

1）铺设阻尼材料

在客舱与机舱相邻的甲板上，以及船员间、卫生间、配膳间甲板和通风室围壁上铺设阻尼材料，阻尼损耗因子为0.25，以减少结构振动引起的噪声。

2）鋪设浮动地板

根据船东对生活区各舱室的噪声指标要求，在客舱、船员间和配膳间地板上铺设浮动地板。该浮动地板由阻尼层、绝缘层、防水层、敷料层组成[4]。浮动地板中采用50 mm的陶瓷棉板（容重150 kg/m3）作为减振降噪的主要材料，隔声系数大于50 dB。

3）铺设隔声绝缘

按照法规要求，机舱作为较大失火危险处所，应采用60 min结构防火的阻火分隔材料对机舱（包括烟囱、进风结构和出风结构）进行包覆和围蔽，阻火分隔材料（防火材料）亦具有良好的隔声能力，可削弱机舱向外噪声传递。阻火分隔材料采用50 mm厚度的覆铝箔防火毯（容重70 kg/m3）。

根据法规要求，客舱需采用 60 min 结构防火的阻火分隔材料进行包覆。本船甲板室外围壁也需要敷设隔热绝缘，采用 50 mm 厚度的玻璃棉（容重为 24 kg/m3）。

4）隔声门窗应用

除了对目标舱室进行噪声与振动的防护外，还需要对各舱室和区域进行噪声分隔设计，包括对进出机舱的通道布设隔声门，客舱、船员间、配膳间和驾驶室等目标舱室采用隔声门进行分隔，以减（下转第页）（上接第页）

少噪声传递。

该型船航速高，室外风速产生较大噪音，因此还需要安装隔声门窗以降低室内噪声。本船上建玻璃均采用隔声玻璃，生活区的室外门采用带观察窗的快开式铝质风雨密门，门背上填充填料函，以提高隔声效果。

4.3 验证