船舶輪機振動噪聲控制綜述

沈世洋

【摘 要】摘要該文闡述了我國船舶輪機振動噪聲控制技術的新進展，包括雙層隔振、減振浮筏裝置、新型隔振隔沖元器件、管道隔振等隔振技術，以及隔聲翠、阻尼、消聲技術和隔聲技術等在船舶輪機噪聲控制中的應用。展望了中低速船用主機隔振、空氣彈贊和低頻隔振、主動控制技術以及先進的振動噪聲控制設計計算軟件等新技術在船舶輪機振動噪聲控制中應用前景。

【關鍵詞】船舶輪機；振動噪聲控制；綜述

1、前言

隨著國外先進技術、先進工藝和先進裝備的引進和國內(nèi)科研投入力度增大，我國的船舶輪機振動噪聲控制的整體水平有了迅速的發(fā)展和提高，其主要表現(xiàn)有：第一，概念的更新。船舶輪機振動噪聲的大小是衡量船舶性能優(yōu)劣的一個主要指標已成了造船界的共識，迄今從領導部門到設計單位，從船主到造船廠，從工程技術人員到生產(chǎn)工人都清楚地認識到船舶輪機減振降噪的重要性。第二，決策層的重視。船舶總公司和海軍領導部門狠抓艦船的減振降噪工作，在每個五年計劃中都將艦船的減振降噪列為關鍵技術研究項目。第三，隊伍的建設。我國已建立起一支規(guī)模相當可觀的船舶輪機振動噪聲控制研究隊伍，大專院校設置了振動沖擊噪聲專業(yè)，科研單位有相關的專業(yè)科室。第四，理論的提高。振動噪聲控制的理論研究水平有了很大的提高，在隔振、吸振、阻振的理論模型，隔聲、吸聲、消聲以及噪聲振動控制的理論研究都有了長足的進步，有些領域已達到或接近國際先進水平。第五，新產(chǎn)品新材料新工藝新技術的推廣應用。許多新型的隔振器材、阻尼材料、阻尼涂料以及新的隔聲、吸聲、消聲器材的研制和開發(fā)，為船舶輪機振動噪聲控制提供了強有力的物質(zhì)基礎。

2、隔振技術的發(fā)展和應用

2.1雙層隔振

雙層隔振系統(tǒng)是在單層隔振中再擂入一個彈性支承著的中間質(zhì)量。它比單層隔振系統(tǒng)的隔振降噪效果更為顯著，它能使從動力機械傳到船體的振動傳遞隔離在低頻區(qū)不少于3d5B，高頻區(qū)可達50dB。國外自60年代起開始應用到船上，國內(nèi)武漢海軍工程學院在70年代末率先開展雙層隔振理論研究。20年來，國內(nèi)關于雙層隔振系統(tǒng)設計、計算以及高阻尼的中間質(zhì)量的制作方面已經(jīng)逐步成熟，并開始實際應用。如海軍工程學院為桂林旅游船設計的柴油機雙層隔振機組取得了理想的隔振效果，船舶總公司701所、704所、7n所設計的大功率推進柴油機組、柴油發(fā)電機組雙層隔振（箱裝體）裝置已在艦船上實際動用。

2.2減振浮校裝置

減振浮筏裝置是繼雙層隔振后一個新的隔振技術。追蹤國外先進國家的海軍建設，我國自90年代起開始了減振浮筏裝置的研究。浮筏裝置是把多臺機械設備安裝在一個公共的中間質(zhì)量上（通常稱為筏架）。這可以看成是把陸上建筑物內(nèi)浮動地板移植到船上。必須指出的是，由于船舶輪機機械設備數(shù)量多、功率大，加之艙室空間窄小，隔振裝置重量尺寸受到限制，因此筏架大多為金屬結構。減振浮筏裝置與雙層隔振的主要區(qū)別在于：雙層隔振只是安裝單臺（組）設備，而減振浮筏裝置一般均裝有多種擾動力大小及頻率各不相同機械設備，因此是一個具有多個激勵源的雙層隔振系統(tǒng)。筏架尺寸較大，不宜再視作剛體簡化，需要考慮筏架結

構的彈性對隔振效果的影響。因此，在理論建模、設計計算、筏架設計、工藝制造等一系列間題上有較大難度。經(jīng)過國內(nèi)多家單位多年的研究，現(xiàn)已在建模理論、筏架設計、系統(tǒng)計算方面都取得了很多的進展，而且在實船上獲得了應用。如海洋調(diào)查船“中遠?！睂?臺柴油發(fā)電機組安裝有一個6x4m筏架上，陸上調(diào)試時振級落差達40dB以上，船上實測為36dB以上；漓江豪華游艇的2臺柴油發(fā)電機組也應用了一浮筏技術，獲得了振級落差達40dB以上的理想隔振效果。這一技術目前正應用到新一代艦艇的輔機設備的隔振設計上。

2.3中低速船用主機隔振

中低速柴油機（轉速在350～500r/min），特別是船用主機的隔振，要求彈性支承的固有頻率設計得很低，這一方面在技術上實現(xiàn)有難度，另外與船舶在惡劣海情下的航行穩(wěn)定性有矛盾，所以較長時間來一直沒有得到解決。但自80年代中期以來，國外對一些客輪進行改裝，對中速大功率柴油主機采用了隔振裝置，將隔振技術推廣到了萬匹柴油機。歸納國外的技術和實船應用，主要有以下四個方面經(jīng)驗：一是采用柴油機電力推進裝置或可調(diào)螺距槳，使主機保持等速運轉或在一個較小范圍內(nèi)變動，避免了因惰速時要求固有頻率低的難題；二是采用現(xiàn)場平衡技術，減小柴油機一次或低次不平衡傾覆力矩，抑制惰速運轉時的過大振幅，三是采用很柔軟的彈性支承系統(tǒng)，如8L58/64柴油機是某豪華客輪的主機，轉速400r/min，相應的一次擾動頻率只有6.7Hz。

2.4空氣彈簧和低頻隔振

根據(jù)國外資料表明，空氣彈簧已應用于艦船輪機設備的低頻隔振?？諝鈴椈筛粽衿骶哂蓄l率低（固有頻率可低于2Hz以下），承載能力大，動態(tài)位移大等特點。目前，空氣彈簧隔振器在船舶輪機低頻隔振中主要應用于：

輔機及發(fā)電機組；艙室、隔聲浮筏基礎或浮動地板，如船員艙、軍官與士兵艙和一些特殊艙室；電子通訊導航設備及武器裝備隔振系統(tǒng)。

國內(nèi)科研設計單位對空氣彈簧隔振器在艦船輪機設備隔振上的應用表現(xiàn)出很大的興趣，并已開始前期準備工作。

2.5沖擊隔離

對于艦艇輪機設備，國內(nèi)自90年代起陸續(xù)開始對隔振裝置進行沖擊校核計算。自馬島海戰(zhàn)以后，西方諸國對海軍艦艇沖擊標準已有數(shù)次大幅度地更改，隨之而來的不僅是對現(xiàn)役艦艇內(nèi)所有機電設備、各種管道系統(tǒng)及其連接件的抗沖性能重新予以評估，而且對大量機電設備的隔振與抗沖元件進行了更新。這一勢態(tài)促進了我國輪機界沖擊隔離和沖擊計算方面的研究和發(fā)展。目前，我國在輪機設備單層、雙層和浮筏隔振系統(tǒng)，參照德國海軍沖擊標準BVo43/73的沖擊設計計算方法和程序，已實際應用到國內(nèi)最新設計和制造的艦船輪機設備的抗沖擊設計中。

3、噪聲控制

根據(jù)俄羅斯艦艇聲學設計和噪聲控制的觀點，認為主要有三項關鍵技術：

機械噪聲。通過浮筏技術、阻尼技術及隔聲、吸聲、消聲等方法降低機械噪聲，以及聲源降噪，即研制各種低噪聲的機械設備。螺旋槳噪聲。選用低噪聲推進器，如俄羅斯K級636型艇采用7葉大側斜螺旋槳。它可適應艇尾伴流場，推遲空化現(xiàn)象，提高臨界轉速，減少脈動壓力，相比一般螺旋槳可降低噪聲達1d5B。據(jù)資料報導，一種最新型的噴水推進器有更好的降噪效果。水動力噪聲，即水聲防護。目前應用較多的技術是在船體外粘貼塊狀消聲瓦和海豚皮狀消聲蒙皮，涂刷外部抗聲納阻尼涂層和艇體之間隔聲涂層。自80年代中期開始，我國對消聲瓦和阻尼涂料進行專題研究，消聲瓦已在艦艇上試用，阻尼涂料則在軍船和民船上得到應用。

4、結束語

上面闡述的艦船輪機振動噪聲控制方法都是被動方法，屬無源控制。目前，正在開展的理論研究和試驗研究的都是主動控制技術，即有源控制。盡管還有很長的一段路要走，但總將會應用到造船界來。如國內(nèi)目前正在研究的用液壓筒作為作動器的雙層隔振主動控制系統(tǒng)、自適應噪聲主動控制都是由船舶總公司立題的研究項目，其目的是通過不間斷努力將其應用到船舶輪機的減振降噪上來。

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（作者單位：啟東中遠海運海洋工程有限公司）