海上平臺噪音分析研究

楊 樹，吉慶林

（海洋石油工程股份有限公司，天津塘沽 300451）

0 引言

海洋石油平臺上布置了原油主機(jī)、壓縮機(jī)、控制閥門、空冷器、泵、柴油機(jī)、風(fēng)機(jī)、火炬、空調(diào)以及其他橇裝設(shè)備等，這些機(jī)械設(shè)備能夠產(chǎn)生大量振動與噪聲，且其振動會引起鋼性結(jié)構(gòu)物產(chǎn)生一次和二次振動噪聲，振動頻域涉及到低、中、高頻。這些噪聲是影響安全的一個重要隱患，對其作業(yè)人員的施工環(huán)境和安全造成危害，并影響平臺施工作業(yè)的正常運(yùn)行。因此，需要對平臺上的機(jī)械設(shè)備產(chǎn)生的噪聲進(jìn)行安全性分析。

目前，船舶與海洋工程結(jié)構(gòu)聲學(xué)環(huán)境的預(yù)報(bào)方法主要有工程估算法和數(shù)值計(jì)算法兩種方法。工程估算法主要是結(jié)合結(jié)構(gòu)聲輻射理論及實(shí)際結(jié)構(gòu)測試數(shù)據(jù)形成的半理論半經(jīng)驗(yàn)公式，其主要適用于相似結(jié)構(gòu)的噪聲預(yù)報(bào)；數(shù)值計(jì)算法主要包括有統(tǒng)計(jì)能量法、有限元法、邊界元法等方法，其有效性已被工程界普遍認(rèn)可。

1 分析流程

平臺噪聲預(yù)報(bào)模型的建立主要根據(jù)工程設(shè)計(jì)的圖紙資料，及本次噪聲分析的要求進(jìn)行建立。預(yù)報(bào)模型的建立需經(jīng)過平臺幾何模型建立→有限元離散→SEA模型建立等幾大步驟。

1）幾何模型的建立

幾何模型主要用于定義預(yù)報(bào)模型的幾何形狀，是預(yù)報(bào)模型建立的前提條件。其建立主要根據(jù)海洋石油平臺的結(jié)構(gòu)圖、布置圖等，建立過程涉及點(diǎn)、線、面、體的創(chuàng)建、移動、布爾操作等復(fù)雜過程，圖1給出了某海洋石油平臺的幾何模型。

建立幾何模型后，根據(jù)平臺結(jié)構(gòu)的材料、尺寸等參數(shù)，對平臺幾何離散即可得到平臺的有限元分析模型，考慮到平臺噪聲預(yù)報(bào)可能的預(yù)報(bào)工況，預(yù)報(bào)模型建立時充分考慮了門窗、組塊等局部細(xì)節(jié)要素，某海洋石油平臺有限元模型如圖2所示。

圖1 平臺噪聲預(yù)報(bào)幾何模型

圖2 平臺噪聲預(yù)報(bào)有限元模型

圖3 平臺噪聲有限元/邊界元結(jié)構(gòu)模型圖

2）噪聲預(yù)報(bào)邊界元模型的建立

得到平臺的有限元模型后，將其導(dǎo)入到VA-one軟件環(huán)境，通過建立BEM、設(shè)置激勵載荷、連接系統(tǒng)模型等方式，即可得到平臺的有限元/邊界元模型，通過將激勵載荷施加于模型，即可建立起平臺的中低頻噪聲分析模型（圖3）。

3）平臺噪聲預(yù)報(bào)SEA模型的建立

建立平臺的有限元模型后，根據(jù)平臺振動噪聲能量傳遞關(guān)系，即可確定平臺預(yù)報(bào)模型SEA子系統(tǒng)的劃分（圖4）。

圖4 平臺噪聲預(yù)報(bào)SEA模型

根據(jù)項(xiàng)目設(shè)計(jì)資料提供的舾裝材料，課題組對生活區(qū)、主機(jī)房和辦公區(qū)等艙室圍壁結(jié)構(gòu)進(jìn)行了聲學(xué)處理，即在艙室外圍壁內(nèi)側(cè)和內(nèi)部間隔表面敷設(shè)復(fù)合聲學(xué)材料，以達(dá)到吸聲、隔聲的目的。經(jīng)過聲學(xué)處理后艙室圍壁如圖5所示。

圖5 平臺辦公區(qū)艙室聲學(xué)處理

2 平臺噪聲評價(jià)指標(biāo)及衡準(zhǔn)[1-3]

主要考慮正常載荷和應(yīng)急載荷分別激勵時對平臺噪聲的影響，并符合項(xiàng)目設(shè)計(jì)規(guī)格書的要求，平臺人員生活及工作區(qū)域噪聲控制范圍如表1所示。

同時，平臺噪聲應(yīng)滿足《海上固定平臺安全規(guī)則》要求，且噪聲瞬間聲壓不得超過 140dB，即Lpeak=140dB。

表1 平臺人員生活及工作區(qū)域噪聲控制范圍

6）不同工況下平臺噪聲預(yù)報(bào)

考慮平臺常開設(shè)備與應(yīng)急設(shè)備振動及噪聲激勵載荷對平臺噪聲環(huán)境的影響，設(shè)置工況如表2所示。

表2 平臺艙室噪聲預(yù)報(bào)工況表

海洋平臺正常工況下設(shè)備中主要振動及噪聲源設(shè)備包括：防爆軸流風(fēng)機(jī)、滑油分機(jī)、漏油泵、啟動空氣壓縮機(jī)、原油主機(jī)、原油供油機(jī)等，其載荷分布如圖6所示。

圖6 正常工況下載荷分布

海洋平臺應(yīng)急工況下設(shè)備中主要振動及噪聲源設(shè)備包括：應(yīng)急機(jī)、空氣壓縮機(jī)、原油輸出泵、風(fēng)機(jī)等，其載荷分布如圖7所示。

圖7 應(yīng)急工況下載荷分布

3 結(jié)束語

本次分析忽略背景噪聲影響，以平臺整體模型為對象，分噪聲激勵載荷、振動激勵載荷、平臺設(shè)備振動+噪聲激勵載荷三種情況，分別對平臺典型區(qū)域（生活區(qū)、辦公區(qū)、主機(jī)房等）在常開設(shè)備載荷、應(yīng)急設(shè)備載荷激勵下的噪聲水平進(jìn)行了預(yù)報(bào)，完成了如下分析：1）平臺噪聲的主要激勵源；2）設(shè)備隔振措施；3）典型區(qū)域艙室噪聲的主要影響因素；4）生活區(qū)和辦公區(qū)艙室噪聲級是否滿足平臺噪聲評價(jià)指標(biāo)的要求，是否滿足設(shè)計(jì)要求；5）艙室超標(biāo)原因分析及處理方案等。

[1]中國人民解放軍總裝備部. GJB4000-2000, 艦船通用規(guī)范[S]. 2000.

[2]《船舶設(shè)計(jì)實(shí)用手冊》編輯委員會. 船舶設(shè)計(jì)實(shí)用手冊[M]. 北京: 國防工業(yè)出版社出版, 2007.

[3]中華人民共和國國家經(jīng)濟(jì)貿(mào)易委員會. 海上固定平臺安全規(guī)則[M]. 2000.