貨船空調(diào)噪聲的來源及控制

肖海忠 任世貴

（上海船舶研究設(shè)計(jì)院，上海 201203）

0 前言

噪聲，是指各種不同頻率的聲音無規(guī)律的組合?？刂圃肼暱梢詣?chuàng)造良好的室內(nèi)外聲學(xué)環(huán)境，防止對(duì)聽覺造成損傷，危害人的健康。

船用空調(diào)是為貨船的居住區(qū)域提供新鮮和溫度適宜空氣的，其性能的優(yōu)劣直接關(guān)系到船員的生存居住空間的舒適度。如果其送風(fēng)產(chǎn)生較大噪聲，會(huì)直接影響船員的日常工作和生活。如何控制空調(diào)噪聲，顯得尤為重要。

在新的IMO《船上噪聲等級(jí)規(guī)則》要求中，艙室的噪聲要求也已經(jīng)大大提高，見表1。為了滿足最新的噪聲要求，必須對(duì)每一個(gè)噪聲源進(jìn)行有效地控制?？照{(diào)作為艙室的主要供風(fēng)源，對(duì)其噪聲的控制意義重大。

1 貨船空調(diào)噪聲來源

貨船空調(diào)系統(tǒng)與陸用空調(diào)不同，其工作環(huán)境不同，所以有其特殊性。大致來說，貨船空調(diào)噪聲源主要包括背景噪聲、空調(diào)自身的設(shè)備噪聲、風(fēng)管傳播噪聲和室內(nèi)末端設(shè)備噪聲。

1）背景噪聲。主要指貨船空調(diào)由于所處環(huán)境噪聲而引起的噪聲。由于貨船空間布置的限制，空調(diào)機(jī)間往往和機(jī)艙等機(jī)器處所直接相鄰，機(jī)器處所內(nèi)的噪聲會(huì)直接穿過艙壁傳到空調(diào)機(jī)間，因此會(huì)造成較大的背景噪聲。這些噪聲包括：

（1）主機(jī)、發(fā)電機(jī)組運(yùn)行時(shí)候的噪聲，如進(jìn)氣和排氣噪聲，各種機(jī)構(gòu)的撞擊和摩擦噪聲；

（2）機(jī)艙內(nèi)各種輔助機(jī)械（如水泵、油泵、風(fēng)機(jī)、鍋爐等）也會(huì)發(fā)出較大噪聲。部分機(jī)艙噪聲超過110 dB，如此大的環(huán)境噪聲給空調(diào)帶來了較大影響。

2）空調(diào)機(jī)本身的設(shè)備。如空調(diào)所用的風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)等運(yùn)行時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生噪聲。這些噪聲也會(huì)隨著空調(diào)送風(fēng)一起傳遞到居住艙室。

3）風(fēng)管傳播噪聲。主要包括管道內(nèi)氣流湍流噪聲以及由于氣流而引起管道振動(dòng)噪聲、閥門節(jié)流噪聲等。風(fēng)道管件如直管、彎頭、三通等局部阻力構(gòu)件在輸送空調(diào)風(fēng)的過程中將會(huì)產(chǎn)生氣流噪聲，尤其風(fēng)速過高，引起的氣流噪聲越大。這些噪聲通過空調(diào)末端或直接輻射到服務(wù)區(qū)。如果風(fēng)管設(shè)計(jì)不合理，氣流在流動(dòng)中，更可能會(huì)使風(fēng)管產(chǎn)生共振，從而產(chǎn)生低頻噪聲。

4）室內(nèi)末端設(shè)備噪聲。主要包括艙室末端布風(fēng)器的送風(fēng)噪聲和艙室回風(fēng)格柵的噪聲。這種噪聲主要是由于氣流湍流產(chǎn)生的，以高頻噪聲為主。

2 貨船空調(diào)噪聲控制

根據(jù)貨船空調(diào)噪聲的來源，采取適當(dāng)?shù)拇胧?，可以有效地降低居住區(qū)域的空調(diào)噪聲，對(duì)于提高船員居住的舒適度，有重要的意義。

2.1 背景噪聲控制

為保證貨船盡量多裝載貨物，必須壓縮機(jī)艙和居住區(qū)域的空間。為了有效利用空間，集裝箱船、散貨船等貨船的空調(diào)機(jī)間與機(jī)艙相鄰。但是機(jī)艙處所包括貨船動(dòng)力裝置及發(fā)電機(jī)、機(jī)艙風(fēng)機(jī)等設(shè)備會(huì)產(chǎn)生大量噪聲。

以大型低速柴油機(jī)為主機(jī)的機(jī)艙里，噪聲主要是空氣噪聲。以中速柴油機(jī)為主機(jī)的機(jī)艙，其噪聲由強(qiáng)度相當(dāng)?shù)目諝庠肼暫徒Y(jié)構(gòu)噪聲混成。以高速柴油機(jī)為主機(jī)的機(jī)艙里，則主要是結(jié)構(gòu)噪聲。

為減小機(jī)艙的背景噪聲對(duì)空調(diào)的影響，主要還是要減小機(jī)艙本身的噪聲。減小機(jī)艙本身的噪聲主要采用以下辦法：

1）對(duì)主機(jī)、發(fā)電機(jī)組、風(fēng)機(jī)的進(jìn)排氣口增加消聲器。

2）主機(jī)的支撐主要有剛性橫撐和彈性橫撐。主機(jī)的結(jié)構(gòu)噪聲通過彈性橫撐來減噪。圖1為主機(jī)安裝采用彈性橫撐示意圖。

圖1 主機(jī)安裝采用彈性橫撐示意圖

3）振動(dòng)的設(shè)備均應(yīng)設(shè)置減振設(shè)施。

4）對(duì)于空調(diào)與機(jī)艙的限界面上，設(shè)置吸聲板［2］。

這樣可將機(jī)艙對(duì)空調(diào)的環(huán)境噪聲的影響減小至可以接受的范圍。

2.2 空調(diào)機(jī)室噪聲控制

空調(diào)系統(tǒng)中，送風(fēng)機(jī)形式基本為離心式風(fēng)機(jī)，其噪聲與其功率、使用狀況有關(guān)。此外，風(fēng)機(jī)的工作點(diǎn)對(duì)風(fēng)機(jī)的噪聲影響很大。

因此，在選擇空調(diào)送風(fēng)機(jī)的時(shí)候，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

1）風(fēng)機(jī)優(yōu)先選用后傾式離心風(fēng)機(jī)，因?yàn)楹髢A風(fēng)機(jī)的噪聲一般比前傾式風(fēng)機(jī)低。當(dāng)然，最有效的辦法是通過CFD模擬計(jì)算，確定空調(diào)風(fēng)機(jī)的壓頭，盡可能地減小空調(diào)風(fēng)機(jī)的壓頭，噪聲可以得到有效控制［3］。

2）對(duì)于定風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)，風(fēng)機(jī)工作點(diǎn)選擇在風(fēng)機(jī)最高效率點(diǎn)附近；對(duì)于變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)，風(fēng)機(jī)的工作區(qū)域選定在風(fēng)機(jī)最高效率曲線附近；因?yàn)轱L(fēng)機(jī)工作點(diǎn)選擇在風(fēng)機(jī)最高效率點(diǎn)附近或在風(fēng)機(jī)最高效率曲線附近時(shí)，其節(jié)能性最好，噪聲也最低。

3）風(fēng)機(jī)的進(jìn)出口采用軟連接以降低風(fēng)機(jī)空氣動(dòng)力性噪聲。

4）由于風(fēng)機(jī)振動(dòng)通過結(jié)構(gòu)傳播途徑會(huì)對(duì)空調(diào)艙室產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲綜合效應(yīng)，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)對(duì)風(fēng)機(jī)的采取隔振措施。

控制空調(diào)和制冷設(shè)備的噪聲，還必須同時(shí)控制由空調(diào)和制冷設(shè)備振動(dòng)傳播的噪聲，才能使空調(diào)機(jī)艙達(dá)到預(yù)定的允許噪聲控制標(biāo)準(zhǔn)。通常通過降低振動(dòng)源的振動(dòng)和增加振動(dòng)傳遞的阻尼來實(shí)現(xiàn)。

雖然在振源處控制振動(dòng)是最有效的辦法，但在很多工程中無法實(shí)現(xiàn)。而在振動(dòng)傳播途徑上控制振動(dòng)比較容易實(shí)現(xiàn)，常用的辦法是引入彈性減振元件以降低振動(dòng)傳遞率，比如彈簧隔振器或者橡膠墊。彈簧隔振器或者橡膠墊可以增加振動(dòng)傳播途徑的阻尼，以吸收振動(dòng)傳播的能量。彈性減振元件可以在振動(dòng)傳播途徑上的任何一處加入，但在振源處或者附近引入是最有效的。圖2為船用橡膠彈簧隔振器。

圖2 船用橡膠彈簧隔振器

2.3 管道噪聲控制

根據(jù)聲波的傳播特點(diǎn)，當(dāng)聲波的波長遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于管道當(dāng)量直徑時(shí)，噪聲在風(fēng)道內(nèi)的衰減較少，故可考慮增大管徑，使噪聲通過管道的衰減增大。

管道的消聲主要以安裝消聲器為主。為了控制風(fēng)機(jī)等空調(diào)設(shè)備的噪聲通過通風(fēng)管道傳入到空調(diào)服務(wù)區(qū)以及風(fēng)道內(nèi)氣流噪聲，通常需要在通風(fēng)管道內(nèi)安裝消聲器來降低噪聲聲壓級(jí)。

消聲器是一種既可以使氣流順利通過又能有效降低噪聲的設(shè)備，或者說，消聲器是一種具有吸聲內(nèi)襯或特殊結(jié)構(gòu)形式能有效降低噪聲的氣流管道。消聲器消聲性能因風(fēng)速的增大而顯著下降，有時(shí)候甚至出現(xiàn)消聲量為負(fù)值的現(xiàn)象，主要的原因是氣流的再生噪聲。

消聲器的型式很多，主要有阻性和抗性、阻抗復(fù)合型等。這些消聲器都是比較成熟的產(chǎn)品。實(shí)踐證明，具有較好的消聲效果。圖3為阻性消聲器示意圖。

圖3 阻性消聲器示意圖

噪聲主要通過風(fēng)管傳播，對(duì)于消聲器后風(fēng)管的再生噪聲，消聲器作用不大。如將消聲器設(shè)置在遠(yuǎn)離機(jī)房的地方，則一部分噪聲會(huì)從消聲器與機(jī)房之間的風(fēng)管滲入房間，雖然外保溫有一定的隔聲作用，但仍有噪聲傳遞。

至于空調(diào)機(jī)房內(nèi)的噪聲，則可能通過回風(fēng)管進(jìn)入房間，所以消聲器最合適的設(shè)置位置是管道穿機(jī)房處。

此外，為減小空調(diào)管道的噪聲，可以采用雙層螺旋減音風(fēng)管。雙層螺旋減音風(fēng)管的外壁為鍍鋅薄鋼板，中間為巖棉，內(nèi)壁為多孔鍍鋅薄鋼板，本身具有一定的吸音功能，可以有效地減小空調(diào)風(fēng)道中的噪聲。

空調(diào)風(fēng)管設(shè)計(jì)時(shí)，也需做特殊考慮，如：風(fēng)管設(shè)計(jì)風(fēng)速控制在一定范圍內(nèi)，以減小空氣渦流產(chǎn)生的噪聲：一般干管內(nèi)風(fēng)速控制在10 m/s以內(nèi)，支管風(fēng)速不高于6 m/s，送風(fēng)口風(fēng)速控制在5 m/s內(nèi)；在管路布置時(shí)人為地增加風(fēng)管走向變化以便合理利用噪聲的自然衰減；各支路風(fēng)管的設(shè)計(jì)風(fēng)量盡量達(dá)到自然平衡；風(fēng)管彎頭與彎頭的間距不宜過小，避免渦流嚴(yán)重。

2.4 室內(nèi)末端設(shè)備噪聲控制

對(duì)于空調(diào)送風(fēng)的末端，也應(yīng)考慮采取一定措施。主要措施包括：

1）布風(fēng)器末端安裝消聲風(fēng)口或消聲外殼，這種方式減噪效果比較明顯。但安裝需要一定的層高，布置相對(duì)困難。

2）當(dāng)同一系統(tǒng)的不同房間噪聲要求不同時(shí)，風(fēng)管按照噪聲要求由低到高的順序進(jìn)行布置，有特殊消聲要求的房間加設(shè)支管消聲器。

3）風(fēng)量分配時(shí)，送風(fēng)量與回風(fēng)量應(yīng)盡量接近平衡，避免室內(nèi)外形成明顯的壓力差。

4）在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)布風(fēng)器的總壓力損失和噪聲設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)選擇適當(dāng)?shù)牟硷L(fēng)器。同時(shí)盡量減小回風(fēng)口的風(fēng)速，降低回風(fēng)格柵的噪聲。

施工時(shí)，也需要保證一定的精度和質(zhì)量，以保證空調(diào)送風(fēng)平穩(wěn)送出。

3 結(jié)語

如今，任何對(duì)船員身體和生活造成傷害的源頭都應(yīng)得到重視?？照{(diào)送風(fēng)作為船員航行的重要系統(tǒng)，其噪聲控制不可忽視。通過對(duì)噪聲來源的控制，可以采取各種技術(shù)手段來減小噪聲，從而為船員創(chuàng)造溫暖舒適的工作和生活環(huán)境。隨著科技的進(jìn)步，新的降低噪聲的技術(shù)會(huì)產(chǎn)生，比如新的高科技降噪材料出現(xiàn)，為進(jìn)一步降低噪聲提供了可能性。