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船舶的噪声与振动控制

北极星环境监测网  来源:《科学与技术》  作者:张洪政  2019/9/17 16:53:54  我要投稿  

北极星环境监测网讯:摘要:船舶运行期间,需要借助于螺旋桨、主机、推进系统等动力机械与风机、泵等辅助机械装置才可产生运行动力正常行驶,但是这些机械工作时发出的噪声及振动较大,船体长时间受到这些装置工作的影响,有着较高的风险发生船体结构破坏问题,而且船员在此种工作环境下工作容易出现身体健康问题,所以船舶噪声和振动控制处理非常重要,本文对船舶的噪声与振动控制进行了研究。

1振动源与噪声源分析

船舶结构中的主机、柴油机、主推进及主螺旋桨等装置是造成船舶振动源(噪声源)的主要因素,分析多因素与振动源(噪声源)之间的相关性,发现柴油机、螺旋桨装置为重要的影响因素,其中柴油机运转期间可以为船舶提供运行动力,会产生修复力矩、惯性力等振动(噪声)干扰力,而螺旋桨则可以在工作中产生轴承力、叶频干扰力等影响振动振幅大小的激振力。分析船舶发出的噪声可知主要包括三类:空气动力、电磁、机械噪声,划分依据为发出噪声的声源,还可以依照船舶上噪声发出的具体位置,将噪声划分为船体振动、结构激振、螺旋桨噪声等多类。研究船舶振动源、噪声源期间,需要对船舶作以局部结构模态分析,从而可让研究人员充分掌握船舶结构阻尼、振型及频率等参数,进而依据参数明确船舶出现振动及噪声期间,是否同时出现谐振现象,并且通过参数还可以对船舶频率、振型的正确性进行测试,从而可结合多项分析结果来预测船舶振动源位置。

2船舶的噪声与振动控制

2.1流程

分析船舶振动及噪声期间,首先需要对结构振动、声场进行局部分析,内容涉及船舶结构频率、振型,船舶结构敏感点响应值,可选择船舶上的甲板、驾驶室、机舱、控制室以及船员作为重点分析区域与对象,具体分析时需要先明确模型边界,之后对振动源和噪声源参数进行完整收集,从而可以参考参数构建仿真模型、划分网格、荷载施加、提取计算结果等流程的分析。其次进行结构振动及声场整体分析,即研究人员可以先整理分析局部分析结构,之后便可从整个船舶角度出发,进行整船的声场计算。同时,在对船舶噪声与振动进行控制分析时,需要加强电子技术使用,并通过对噪声与振动控制电子元件的合理设置,获取相应的信息,进而在计算机三维空间中进行有效分析,为船舶噪声与振动问题的科学控制提供参考信息,优化船舶应用过程中的安全性能。除此之外,为了实现对船舶低频声能的有效吸收,则需要考虑共振吸声结构的合理设置,进而为船舶性能的不断优化提供支持,增强其噪声与振动控制效果。

2.2船舶海上试验

对于船舶作以海上航行试验,可以具体分析得出船舶噪声及振动运动情况,以便找出可进行噪声振动控制设计的主要方向。

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试验期间主要完成两个方面的测试工作,包括船舶局部振动试验、船舱内部室内空气噪声试验,试验期间需要严格依照“DNVRulesforclassificationofships”标准、IMOResolutionA.468XⅡ标准(评价空气噪声)、IS06954标准(评价船体局部振动)进行各个环节的试验;还需要准备精密声级计、动态数据分析仪进行数据分析,辅助试验完成。试验期间主要分为Transit、DP两种工况,便可得出局部振动数据、船舱内空气噪声参数。研究期间选择广州市的某一港口停靠船舶为研究对象,将其驶向海上后可开始试验,该艘船长度为150米,型深与型宽分别为13米、25米,结构组成中的螺旋桨、主机、辅机为发出噪声与振动的振动源(噪声源),每个装置的数量分别为2台,试验过程中船舶的吃水深度分别为5.4米(船尾)、5.1米(船首),试验地点选择在甲板上的三个房间、控制室、餐厅。试验使用的模型为SEA模型,该模型属于当前模拟船舶噪声及振动问题的常用模型,应用时可以借助于边界元分析、有限元方法及统计能量分析三种方法共同进行船舶问题的试验模拟,重点分析输入功率、模态密度及内损耗因子等内容。同时需要依据试验模型分析船舶载荷,由于模型提供的载荷方法较多,结合本文研究船舶的具体情况,选择定义功率、定义约束法进行分析,借助于以上方法可以对船舶施加载荷,进而通过激励频率的增加,可预测出船舶噪声振动发生情况。得出试验结果后,分析船体局部振动试验结果可以了解到在不同工况下,在轻微振动区域内进行各个测点的数据测试工作,得出的局部振动参数结果较好,而船舱室内空气噪声,在处于Transit工况下,测得数据相差不大,可显示当前舱内空气噪声的实际数据,分析这些数据表示在该工况下舱内空气噪声较小,在另一个工况下,发现在工况右向状态下,对比不同测试点发出的声音分贝,可知存在部分位置的噪声超过60分贝的情况,主要集中在船舶甲板的房间、餐厅位置,分析这些地方分贝过高的主要原因,可知是由于船舶航行期间,海水流速因素、甲板结构设计因素等所致,因此控制船舶噪声振动期间,可以从水流情况、甲板设计方向作以有效设计,确保后续设计的船舶可以规避相关影响因素的干扰,降低航行期间发出的噪声大小与振动幅度,以此给船舶上的船员构建一个良好的工作环境。具体设 计时可结合目前一些常用的船舶隔噪声、隔振设计方法,在船体结构之上进行地板弹性、壁板三者的连接设计,从而可让船体在工作时对于振动、噪声情况进行合理降低控制,避免振动噪声过大情况出现;还可对导致噪声出现的船舶舱内缝隙与孔洞、隔声材料吸声量差、隔声构件阻尼及质量不达标、隔声构件密封性能不良等影响因素予以综合考量,从而选择质量性能优良的隔声构件进行船体室内装修,便可保证船舶行驶过程中出现的噪声振动较小,除了常规应用的隔声构件外,还可采用减振效果较好的阻尼合金材料制成的腹板材料、附加阻尼材料进行船舶减振设计。本文研究数据受到一些因素影响(参数测量期间仪器位置移动、材料参数选择不当、模型过于简化、载荷施加误差、未对可能造成船舶噪声与振动的舾装部件进行试验分析等),导致数据存在一定的误差,需要研究人员在后续的海上试验研究中合理规避相关因素,从而保证船舶噪声与振动问题被有效的控制。

3结束语

船舶噪声和振动对于船体结构质量、船员身体健康有着严重的不良影响,由于该问题的发生与船舶结构设计有紧密联系,所以要求设计人员对于船舶发出噪声、振动的具体情况有详细了解,继而可以在后续的船舶设计工作中从噪声与振动发生的原因入手,有效做好船舶结构设计工作,确保优化设计建造而成的船舶能够为我国船舶事业、海洋事业的长远稳健发展提供更多帮助。


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