300 t级高速巡逻艇舱室减振降噪设计

陈顺洪+黎胜

摘 要：本文介绍了300 t级高速巡逻艇的减振降噪设计，应用基于统计能量分析方法的VAONE软件对舱室噪声进行预报，根据预报结果采取减振降噪改进措施，并通过实船噪声测量，验证了设计效果。

关键词：高速巡逻艇；舱室噪声；噪声源；噪音控制

中图分类号：X593 文献标识码：A

Design of Reducing Vibration and Noise for 300 t High-speed Patrol

CHEN Shunhong 1， LI Sheng 2

（ 1. Guangzhou Marine Engineering Corporation， Guangzhou 51250； 2. Dalian University of Technology， Dalian 116024 ）

Abstract： The design for reducing vibration and noise levels of a 300 t high-speed patrol is presented. The cabin noise levels are firstly predicted by using the software VAONE based on the statistical energy analysis method. Then the vibration and noise control solutions are determined from the numerical predication and analysis. Finally the shipboard noise is measured during a trial and the measured noise levels onboard meet the relative requirements.

Key words： High-speed patrol； Cabin noise； Noise sources； Noise control

1 引言

减振降噪是船舶设计中考虑的重要问题，舱室噪声过高不仅影响人员的工作和生活，而且还干扰命令的传递与接收，影响船舶作业能力的发挥。而中小型高速巡逻艇为了满足航速要求配置有大功率主机及高转速螺旋桨，以及为减轻重量船体结构刚度相对低速船舶弱，导致振动噪声问题尤为突出。因此中小型高速巡逻艇需要特别重视减振降噪设计工作，在设计初始阶段，就要对减振降噪问题进行顶层规划，对舱室噪声进行预报和分析，采取控制措施，从而达到控制噪音的目的。

2 船舶概况及减振降噪措施

2.1 船舶概况及噪音控制目标

300 t级高速巡逻艇总长55 m、型宽7.6 m、排水量约360 t，钢铝混合结构，单层连续甲板。主甲板以上有两层甲板室：主甲板以下从后往前分别为机舱、办案室、15-6号住室等；主甲板室从后往前分别为餐厅、风机室、5-1号住室、医疗室、会议室；二层甲板室为驾驶室。该艇采用四机四桨推进，单台主机额定功率2 240 kW，四机全速航行时航速33 kn。

該艇主机总功率大、航速高、设备多、布置紧凑，噪声控制难度大。根据规范要求及实际操作可行性，提出该艇的噪音控制目标是：在全速航行时，驾驶室不超过65 dB，住室、会议室、餐厅、办案室和医疗室不超过75 dB。

2.2 噪声源分析

船舶上噪声主要是由噪声源通过船体结构和空气介质两种途径、以空气噪声和结构噪声两种方式传播所引起的。300 t级高速巡逻艇上的结构噪声源主要有主机、柴油发电机组、传动装置和各种油、水泵工作引起的船体结构振动；空气噪声源主要有主、辅机机体辐射噪声和进排气噪声、以及机舱风机和各种油水泵运转产生的空气噪声。另外，螺旋桨脉动、波浪冲击引起的水动力激励产生的结构振动噪声也对舱室噪声有较大的影响。

根据噪声源设备的结构噪声级和空气噪声级，可初步判断其对艇噪音的影响。噪声源设备的结构噪声级和空气噪声级应由设备制造厂商提供或根据实测数据确定。在设备制造厂商没有提供或没有实测数据的情况下，可参照SNAME建议的计算公式进行估算。

300 t级高速巡逻艇的主要噪音源设备有4台主机、4台柴油发电机组、燃油输送泵、滑油泵、污油泵、舱底总用泵、消防总用泵、前后机舱风机、主甲板舱室风机、驾驶甲板舱室风机和螺旋桨。各主要噪音源设备的结构噪声级和空气噪声级结果，见表1；各主要噪音源设备的结构噪声级和空气噪声级对比，见图1和图2。

2.3 采取的减振降噪措施

减振降噪的途径主要有以下几个方面：

第一，减少噪声源的辐射能量和能量传递；

第二，采取有效措施吸收二次辐射噪声能量；

第三，阻隔和控制噪声传播途径。

通过对该艇的噪音源分析，其主要噪声源分布在机舱及其结构通风风道处、螺旋桨激振区和舱室风机区域。针对噪声源的初步分析结果，综合考虑总体技术方案要求，该艇在方案设计中就考虑了若干减振降噪措施，包括：

（1）总布置方面

对于需要噪音控制的舱室尽量布置在远离噪声源，如住室、会议室等尽量靠前布置；在主要噪声源区域与工作、生活区域之间设油水舱和其他舱室作为隔离舱，以减少振动直接传递的影响；机舱的出入口和结构通风风道均设置在住室后壁之后；主辅机的排气尽量靠后，如图3所示。

（2）结构设计方面

进行结构优化设计，在满足强度要求的同时控制船体固有频率，避免产生共振；船体结构强度在满足要求的情况下，在强噪声源处局部增加板厚和结构强度，如减少艇尾舱室跨距、适当增加骨架密度；螺旋桨上方局部板厚和构架进行有利减少水激振力的调整等。endprint

（3）设备方面

主、辅机排气管中设置有效的消音器；主机和柴油发电机组进行隔振处理：主机采用弹性基座安装，柴油发电机组采用减振器安装，其余旋转机械的机座均衬减振垫安装；选用低噪声风机，降低轴流风机的转速；对设置在生活舱室的空调提出降噪要求；所有与管路连接的设备，加设挠性接管；部分振动较大设备基座安装也采取有效的减振措施。

（4）螺旋桨方面

为了减少螺旋桨脉动压力引起的艇尾结构振动，螺旋桨采用五叶桨，叶梢与船底的间隙大于0.2倍螺旋桨直径。

（5）内装方面

舱壁和船壳板进行隔声、隔振处理；在有关舱室壁板、壳板敷设厚度不同的绝缘材料；采取微孔天花板吸声处理；部分区域采取隔音玻璃和隔音门等。

3 舱室噪声预报及改进措施

3.1 舱室噪声预报

采用统计能量分析软件VAONE对该艇进行计算分析，在分析中将船体结构的外板、甲板、平台以及舱壁、舱壁阻尼材料等用板子系统建模，舱室采用声腔子系统建模，铺板采用噪声控制处理建模。船体结构的统计能量分析模型，如图4和图5所示。

应用上述模型进行舱室噪声计算预报，各舱室的总声压级预报结果，见表2的“首次预报值”数据。

3.2 噪声控制措施及效果预估

通过预报结果可以看出，各舱室的噪声总声压级都超出限值要求，其中驾驶室、5号住室、餐厅、14/15号住室、1/2号办案室超出限制值较多。这些超限值较多的舱室都是与机舱或其它噪声源相邻近的，如5号住室紧鄰机舱风道，14/15号住室、1/2号办案室靠近机舱，餐厅则是在机舱上方。

在VAONE软件中，可根据相邻子系统对某一系统的能量贡献，找出相邻子系统中对特定舱室输入能量最多的子系统，从而找到减振降噪措施实施的主要对象。通过对多个舱室的输入能量分析，本船的主要噪声源为主机和柴油发电机组。为此，采取两方面措施：一是降低主机和柴油发电机组的噪声等级；二是在噪声传播途径上采取阻隔措施。

措施一：对柴油发电机的减振器进行优选，选取压缩量更大、垂向固有频率更小的减振器，通过计算传递效率，柴油发电机的结构噪声级可进一步减少（见表3）。

措施二：在主机基座腹板、机舱前舱壁、机舱上方餐厅区域敷设约束阻尼涂料，该材料复合损耗因子0.16 ～ 0.38，材料比重<1.5 g/cm3。

对采取以上措施后的舱室噪声进行了计算预报，各舱室噪声均有不同程度的降低（见表2的“采取措施后预报值”和“采取措施后降低值”），全部舱室的噪声级都低于噪声控制限值，满足设计要求。

4 实船测试结果及分析

该实船的约束阻尼涂料按照设计方案敷设，但柴油发电机的减振器由于设备供货原因，维持采用厂家原推荐的减振器。航行试验中对该艇舱室噪声进行了测量，典型工况的测量结果见表4，各舱室噪声基本满足设计控制要求。因柴油发电机维持厂家推荐的减振器，在软件中对该状态进行了计算预报。通过对比预报结果和实测结果发现，大部分舱室的偏差在±2dB以内，其中驾驶室、主甲板下靠前的住室有相对明显的大于软件计算预报值。其中，对驾驶室能量输入进行分析可知，通过后壁、侧壁及甲板流入其的功率占主要部分，因此初步认为是结构噪声未有效减弱导致，该情况在类似的铝合金甲板室快艇上也时有出现。对于主甲板下靠前的住室，在100%MCR（航速33 kn）工况中，可清楚听到波浪冲击船体的声音，随着速度降低冲击的声音也相对减弱。通过80%MCR（航速24.5 kn）工况的测试结果也看出，此时没有了（下转第页）（上接第页）靠前住室噪声偏大的情况。此外，从预报软件上分析，VAONE的环境边界条件就是将浸在水中的子系统与半无限域（水）相连，未考虑波浪冲击船体产生的影响，因此初步认为波浪冲击是该艇高速航行时主船体靠前的舱室的噪声测试结果偏大的原因之一。

5 结论

本文介绍了300 t级高速巡逻艇的减振降噪设计，并应用VAONE软件对舱室噪声进行模拟预报，根据预报结果采取针对性改进措施，并通过实船的测试，验证了设计指标。同时，也发现了高航速船舶，波浪对船壳的冲击也将影响相关舱室噪声水平，需在以后总布置和噪声控制中予以注意。

控制振动噪音对中小型高速艇非常重要，特别对于客船、公务船应该高度重视，否则将对艇上工作、生活、人员健康产生影响。减振降噪设计工作要从综合角度考虑，从设计源头抓起。

参考文献

[1] SNAME. Design guide for shipboard airborne noise control. Technical and

research bulletin No. 3-37， 1983.

[2] SNAME. Supplement to the Design guide for shipboard airborne noise control.

T&R 3-37 Supplement， 2001.

[3] Nilsson A. C.， Noise prediction and prevention in ships. Ship vibration

symposium， SNAME. 1978.endprint