南海某中心平臺(tái)噪聲分析及評(píng)估

楊鵬

（海洋石油工程股份有限公司，天津 300461）

南海某中心平臺(tái)上布置了燃?xì)馔钙桨l(fā)電機(jī)組、燃?xì)馔鶑?fù)發(fā)電機(jī)組、電動(dòng)壓縮機(jī)、應(yīng)急發(fā)電機(jī)、空壓機(jī)、凝析油外輸泵、柴油消防泵、造淡水機(jī)、生活污水處理裝置、泵以及分體空調(diào)等，這些設(shè)備在運(yùn)行過程中，均會(huì)出現(xiàn)大量振動(dòng)及噪聲，同時(shí)因?yàn)槭艿秸駝?dòng)影響也會(huì)導(dǎo)致鋼性結(jié)構(gòu)物出現(xiàn)一次和二次振動(dòng)噪聲，噪聲頻域較廣，包括有低頻、中頻、高頻。噪聲屬于是機(jī)械設(shè)備安全的重要隱患之一，直接危害到作業(yè)人員施工環(huán)境以及施工安全，也會(huì)對(duì)平臺(tái)施工作業(yè)進(jìn)行產(chǎn)生影響，所以需要對(duì)平臺(tái)上的機(jī)械設(shè)備產(chǎn)生的噪聲進(jìn)行安全性分析。

1 噪聲分析

南海某中心平臺(tái)噪聲分析中涉及到的技術(shù)如下。

（1）設(shè)備激勵(lì)載荷分析技術(shù)。南海某中心平臺(tái)布置有燃?xì)馔钙桨l(fā)電機(jī)組、燃?xì)鈮嚎s機(jī)、應(yīng)急發(fā)電機(jī)、空壓機(jī)、原油外輸泵、柴油消防泵、MRU、生活污水處理裝置、控制閥門、分體空調(diào)等眾多振動(dòng)噪聲源設(shè)備，一方面，部分設(shè)備振動(dòng)激勵(lì)載荷系由供應(yīng)廠商在試驗(yàn)臺(tái)架上測(cè)得，試驗(yàn)臺(tái)架振動(dòng)加速度測(cè)試結(jié)果尚未考慮到平臺(tái)結(jié)構(gòu)的彈性效應(yīng)，故應(yīng)對(duì)該部分設(shè)備的振動(dòng)激勵(lì)載荷進(jìn)行彈性修正，而該修正量需考慮平臺(tái)結(jié)構(gòu)與臺(tái)架結(jié)構(gòu)的阻抗等參數(shù)，且以設(shè)備振動(dòng)加速度級(jí)作為平臺(tái)噪聲分析的輸入量還需考慮設(shè)備的慣性因素等因素影響；另一方面，設(shè)備的空氣聲輻射激勵(lì)載荷也會(huì)隨安裝環(huán)境發(fā)生改變，設(shè)備臺(tái)架測(cè)試的聲壓級(jí)尚未考慮周圍環(huán)境對(duì)設(shè)備直接空氣聲輻射的影響。因此，如何將設(shè)備廠商提供的臺(tái)架試驗(yàn)結(jié)果轉(zhuǎn)換為平臺(tái)實(shí)際的激勵(lì)載荷，為平臺(tái)噪聲預(yù)報(bào)提供準(zhǔn)確輸入，將是南海某中心平臺(tái)噪聲分析的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)。為此，南海某中心平臺(tái)噪聲分析須具備和掌握如下技術(shù)：設(shè)備空氣噪聲激勵(lì)載荷分析技術(shù)；設(shè)備振動(dòng)激勵(lì)載荷分析技術(shù)；設(shè)備臺(tái)架試驗(yàn)向平臺(tái)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換分析技術(shù)（如圖1）。

圖1

（2）平臺(tái)噪聲預(yù)報(bào)模型簡(jiǎn)化技術(shù)。南海某中心平臺(tái)噪聲預(yù)報(bào)不僅涉及平臺(tái)整體結(jié)構(gòu)的低中高頻及全頻帶噪聲預(yù)報(bào)，還涉及主風(fēng)道及獨(dú)立房間的風(fēng)管空氣流動(dòng)噪聲分布，其噪聲分析過程中也只能實(shí)施分頻段分析，也就是采用統(tǒng)計(jì)能量法（SEA）分析高頻段噪聲，采用聲學(xué)有限元法或聲學(xué)有限元法/邊界元法等方法分析中低頻段噪聲。但由于平臺(tái)尺度相對(duì)較大、結(jié)構(gòu)也較復(fù)雜，采用有限元法/邊界元法或聲學(xué)有限元法會(huì)導(dǎo)致預(yù)報(bào)規(guī)模偏大，因此，如何對(duì)平臺(tái)、風(fēng)管模型簡(jiǎn)化適當(dāng)簡(jiǎn)化，并保障其分析精度是南海某中心平臺(tái)噪聲分析的又一難題；在中高頻段，雖然SEA法可實(shí)現(xiàn)平臺(tái)噪聲的快速預(yù)報(bào)，但如何對(duì)平臺(tái)結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理簡(jiǎn)化，劃分適當(dāng)子系統(tǒng)，并對(duì)平臺(tái)結(jié)構(gòu)損耗因子等參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)估計(jì)，是南海某中心平臺(tái)中高頻噪聲預(yù)報(bào)的又一關(guān)鍵技術(shù)。

（3）風(fēng)管噪聲分析技術(shù)。南海某中心平臺(tái)噪聲預(yù)報(bào)涉及平臺(tái)組塊及生活樓主風(fēng)道及獨(dú)立房間（至多3個(gè)房間）的噪聲分析，還需考慮風(fēng)管空氣湍流運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的風(fēng)管振動(dòng)噪聲及設(shè)備布置對(duì)房間噪聲分布的影響，而風(fēng)管噪聲分析不僅涉及聲固耦合分析，還涉及流固耦合計(jì)算。因此，其噪聲分析不僅涉及平臺(tái)艙室噪聲的全頻帶建模分析，還涉及風(fēng)管的高中低頻噪聲分析，這就給平臺(tái)組塊及生活樓主風(fēng)道及獨(dú)立房間（至多3個(gè)房間）的噪聲分析帶來以下了困難：一方面，風(fēng)管噪聲分析的低頻段可能涉及聲學(xué)有限元法/邊界元法（或聲學(xué)有限元法、邊界元法）的應(yīng)用，使其計(jì)算規(guī)模相對(duì)較大，導(dǎo)致計(jì)算困難；另一方面，風(fēng)管模型的建模及修改通常十分復(fù)雜，如何保障在規(guī)定時(shí)間完成預(yù)報(bào)并及時(shí)修改模型，滿足平臺(tái)減振降噪措施是南海某中心平臺(tái)噪聲分析的又一難點(diǎn)。

（4）平臺(tái)噪聲快速評(píng)估方法。此次南海某中心平臺(tái)噪聲預(yù)報(bào)涉及低頻、中頻、高頻全頻帶噪聲預(yù)報(bào)，其噪聲分析理論上可通過聲學(xué)有限元法/邊界元法（或聲學(xué)有限元法、邊界元法）、SEA法進(jìn)行預(yù)報(bào)，但由于南海某中心平臺(tái)結(jié)構(gòu)尺度相對(duì)較大、結(jié)構(gòu)也較復(fù)雜，基于模態(tài)疊加理論采用聲學(xué)有限元法/邊界元法（或聲學(xué)有限元法、邊界元法）等可能導(dǎo)致南海某中心平臺(tái)中低頻噪聲預(yù)報(bào)規(guī)模巨大，導(dǎo)致分析的困難，并可能對(duì)預(yù)報(bào)進(jìn)度產(chǎn)生影響；此外，由于設(shè)計(jì)過程中涉及對(duì)模型的修改，如何保障在規(guī)定時(shí)間完成預(yù)報(bào)并及時(shí)修改模型，滿足平臺(tái)減振降噪措施評(píng)估的快速性及有效性是南海某中心平臺(tái)噪聲分析的難點(diǎn)。

2 噪聲評(píng)估

針對(duì)本次南海某中心平臺(tái)噪聲分析工作的難點(diǎn)，建構(gòu)南海某中心平臺(tái)噪聲分析模型。

（1）南海某中心平臺(tái)噪聲分析模型的建立?？紤]到本次噪聲分析及涉平臺(tái)整體結(jié)構(gòu)的全頻帶噪聲分析，也涉及上部組件及生活樓主風(fēng)道的獨(dú)立房間（至多3個(gè)房間）局部噪聲分析，為保障甲方能盡快掌握平臺(tái)噪聲分析技術(shù)，本次噪聲分析擬主要由VAone完成；但考慮到VAone軟件幾何建模能力相對(duì)較弱，擬采用通用Ansys軟件先完成DPP平臺(tái)的幾何建模工作。

①根據(jù)南海某中心平臺(tái)的設(shè)計(jì)圖紙（結(jié)構(gòu)圖、總布置圖、細(xì)裝圖等），結(jié)合本次分析考慮的主要噪聲分析目的及主要噪聲源分布，確定平臺(tái)整體建模范圍及相應(yīng)的模型簡(jiǎn)化方法，上部組件及生活樓主風(fēng)道的獨(dú)立房間局部建模范圍及模型簡(jiǎn)化方法。

②按設(shè)計(jì)圖紙及確定范圍，在Ansys軟件中完成南海某中心平臺(tái)整體結(jié)構(gòu)的幾何建模，并對(duì)平臺(tái)上部組件及生活樓主風(fēng)道的獨(dú)立房間及風(fēng)管進(jìn)行詳細(xì)建模，為VAone中平臺(tái)整體預(yù)報(bào)模型及上部組件及生活樓主風(fēng)道的獨(dú)立房間局部噪聲預(yù)報(bào)模型建立提供建模依據(jù)。

③在Ansys軟件中對(duì)平臺(tái)結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元網(wǎng)格劃分，并寫出cdb文件，為VAone全頻帶噪聲分析模型、上部組件及生活樓主風(fēng)道的獨(dú)立房間局部建立提供模型文件。

④將cdb文件導(dǎo)入VAone軟件，分別將其劃分為有限元模型與SEA模型，建立南海某中心平臺(tái)整體噪聲預(yù)報(bào)模型和上部組件及生活樓主風(fēng)道的獨(dú)立房間局部噪聲分析模型。

（2）主要振源及噪聲源設(shè)備激勵(lì)載荷的確定?？紤]到平臺(tái)布置有燃?xì)馔钙桨l(fā)電機(jī)組、燃?xì)鈮嚎s機(jī)、應(yīng)急發(fā)電機(jī)、空壓機(jī)、原油外輸泵、柴油消防泵、MRU、生活污水處理裝置、控制閥門、泵等眾多振動(dòng)噪聲源設(shè)備，不同設(shè)備振動(dòng)和直接空氣噪聲激勵(lì)荷載具有差異，并且通常情況下是設(shè)備生產(chǎn)廠家在臺(tái)架試驗(yàn)中檢測(cè)得出備激勵(lì)載荷，想要在平臺(tái)噪聲分析中應(yīng)用這一載荷，需要對(duì)其實(shí)施激勵(lì)載荷轉(zhuǎn)換。為此可采取如下措施。

①根據(jù)平臺(tái)作業(yè)工況要求，確定平臺(tái)作業(yè)主要開啟的振源設(shè)備。

②根據(jù)設(shè)備廠家提供的設(shè)備振動(dòng)及噪聲頻譜資料，平臺(tái)結(jié)構(gòu)阻抗、安裝方式（彈性安裝/剛性安裝），確定設(shè)備對(duì)平臺(tái)的主要激勵(lì)載荷。

（3）平臺(tái)噪聲安全性初步評(píng)估。依照正常操作和應(yīng)急操作等不同需求，平臺(tái)噪聲分析過程中可以依照分析頻段和SEA模型子系統(tǒng)劃分情況，將噪聲頻段暫時(shí)分為兩種，分別為：中高頻噪聲分析模型和中低頻噪聲預(yù)報(bào)模型。結(jié)合已建立的平臺(tái)整體噪聲分析模型、上部組件及生活樓主風(fēng)道的獨(dú)立房間局部噪聲分析模型及設(shè)備激勵(lì)載荷，開展平臺(tái)噪聲安全性初步評(píng)估，考察平臺(tái)噪聲的薄弱環(huán)節(jié)。具體措施如下。

①依照正常操作和應(yīng)急操作等不同需求，平臺(tái)噪聲分析過程中可以依照分析頻段和SEA模型子系統(tǒng)劃分情況，將平臺(tái)整體噪聲分析模型及上部組件及生活樓主風(fēng)道的獨(dú)立房間局部噪聲分析模型按頻段暫時(shí)分為中高頻噪聲分析模型和中低頻噪聲預(yù)報(bào)模型兩種。

②采用統(tǒng)計(jì)能量法（SEA）分析高頻段噪聲，采用聲學(xué)有限元法或聲學(xué)有限元法/邊界元法等方法分析中低頻段噪聲。

③結(jié)合中低頻噪聲以及中高頻噪聲分析結(jié)果，也就能夠獲取平臺(tái)全頻帶噪聲分析及上部組件及生活樓主風(fēng)道的獨(dú)立房間局部噪聲分析結(jié)果；④將預(yù)報(bào)結(jié)果與BD—SPC—GEN—MA—1002及《海上固定平臺(tái)安全規(guī)則》要求進(jìn)行對(duì)比，判斷平臺(tái)整體噪聲及上部組件及生活樓主風(fēng)道的獨(dú)立房間局部噪聲是否滿足要求。

3 結(jié)語

通過對(duì)南海某中心平臺(tái)上各個(gè)設(shè)備噪聲的分析，提出相應(yīng)的改進(jìn)建議。

（1）如果平臺(tái)噪聲無法滿足噪聲限制要求，首先需要實(shí)施單機(jī)工況噪聲分析，以能夠?qū)ζ脚_(tái)上的噪聲主導(dǎo)傳遞分量以及主導(dǎo)傳遞途徑確定出來。

（2）結(jié)合平臺(tái)使用及經(jīng)濟(jì)性等要求，提出平臺(tái)可能的減振降噪措施，并進(jìn)行DPP平臺(tái)噪聲優(yōu)化分析。

在上述分析基礎(chǔ)上，給出平臺(tái)噪聲最優(yōu)減振降噪方案。