[科普中国]-船舶噪声

类型船舶动力机械噪声

1、主机噪声

常用的主机是柴油机，其次是燃汽轮机。以核装置作为动力设备的船舶还比较少。柴油机主要是由于气动、机械两方面产生的噪声。燃烧过程中气体在气缸中产生声驻波，声压起伏通过换气过程等直接辐射并通过气缸壁以结构声形式传播和辐射。燃烧过程中冲击波激励的机械振动通过活塞、连杆、曲柄轴传到柴油机构架上，并由曲轴箱、壳体等向外辐射声能。低速柴油机（转速低于每分钟 200转）的噪声主要是从柴油机的上表面、增压器和换气系统附近向外辐射的，其频率主要随机器的转速和燃烧周期而定。低速柴油机噪声频谱如图1 低速柴油机噪声频谱所示。中速柴油机（转速每分钟300～750转）的噪声通常高于低速柴油机。主要噪声级出现在中频段，这是燃烧过程压力增长速率大的缘故。阀门盖、检修门、曲轴箱侧壁等处最响。低频段的扩展与气缸中最大压力有关，而高频段的噪声则是由气缸中压力脉动引起的，这种机器的增压器系统产生高频段噪声。中速柴油机噪声频谱如图2 中速柴油机噪声频谱所示。高速柴油机（转速每分钟超过800转）的低频段噪声级较低。这种机器具有高的燃烧压力和急剧燃烧的特点，所以机器的转动部件、摆动部件和阀门机构等发出强噪声。高速柴油机噪声频谱如图3 高速柴油机噪声频谱所示。齿轮啮合的噪声频率决定于齿数乘转速。电机槽极的噪声频率决定于轴速乘上定子极数。燃汽轮机的噪声频率决定于轴转速乘上叶片数。泵在工作时，管路中由于压力脉动产生流体动力噪声。各种机械在工作时除直接向周围辐射噪声外，还通过各自的基座将机器的振动传递给船壳，引起船壳的构架和壳板振动。这些结构振动形成结构声，在船体中传播并向周围媒质（空气、水）辐射噪声（见噪声辐射）。在核动力船，推进系统的主减速箱是机械噪声的主要来源。

2、螺旋桨噪声

主要有旋转噪声和空化噪声（当桨叶表面的水分子压力降低到水的汽化压力以下时，产生汽泡，汽泡上升后破裂）。旋转噪声是螺旋桨在不均匀流场中工作引起干扰力（其频率主要决定于桨轴转速乘桨叶数，常称为叶频）和螺旋桨的机械不平衡引起的干扰力（其频率为桨轴转速，常称为轴频）所产生的噪声。螺旋桨出现空化现象以后，船舶水下噪声主要决定于螺旋桨噪声。出现空化时的航速称为临界航速。空化噪声具有连续谱的特征，空化噪声特性与桨叶片形状、桨叶面积、叶距分布等因素有关。在一定转速下，随着螺旋桨叶片旋转产生的涡旋的频率与桨叶固有频率相近时，产生桨鸣。

3、水动力噪声

主要是由于高速海流的不规则起伏作用于船体，激起船体的局部振动并向周围媒质（空气、水）辐射的噪声。此外，还有船下附着的空气泡撞击声呐导流罩，湍流中变化的压力引起壳板振动所辐射的噪声（声呐导流罩内的噪声一部分就是因此产生的）等等。

船舶辅助机械噪声辅助机械一般功率较小，噪声的强度相对说来也较低。但是，如果泵和风机等设备安装在临近驾驶室或客舱附近而不采取防噪措施，也容易造成严重的噪声干扰。

船舶噪声的传播途径 主要有三种：①动力或辅助机械设备直接向空气中辐射噪声，这种噪声称为空气声；②机械的振动能量沿固体结构传播到船体各部位，然后再向外辐射噪声，这种噪声称为结构声；③水下噪声是船的壳体振动或螺旋桨的扰动等向水下辐射的噪声。

船舶噪声标准和降噪措施为了保证船舶的安全行驶和使旅客得到安静的休息，船舶噪声的控制标准一般规定：无人值班的机舱不高于A声级110分贝，有人值班的机舱主机操纵处不高于A声级90分贝，驾驶室不高于A声级65分贝，客舱内不高于A声级60～65分贝。

降低各种噪声源的噪声级，对机器进行隔振，是控制船舶噪声的主要措施。如对主机、辅机等设备安装隔振器（其共振频率不应超过机器基频的1/6）,改善机器的静力和动力平衡。机器的进气口、排气口都应加装消声器，机器上安装有吸声衬里的隔声罩，各种管路接头应尽可能采用挠性联接，在振动的板壳上采用阻尼处理。螺旋桨和船后壳之间的间隙要适当，以减小激励船壳的力。加装螺旋桨导管可降低螺旋桨的振动和噪声，还可提高桨效，设计（理论计算及模型实验）时就应考虑船后体的形状，以改善伴流，尽量避免出现螺旋桨的空化现象。为减小螺旋桨的水下噪声还可选用高内耗、高强度材料来制作螺旋桨，例如可采用高阻尼合金。还可对桨叶进行必要的加工，使涡旋振荡频率与桨叶固有频率错开，以消除桨鸣。

噪声试验进行船舶噪声试验的目的是测量船舶各主要舱室和部位的噪声级值，检查其是否符合设计规定的舱室噪声限值，为限制船舶噪声提供实测数据。

1．试验注意事项

(1)一般风力不超过4级，海浪不超过3级，流速平缓，不能影响噪声的测量；

(2)人员、施工、雨、水深等环境条件所引起的噪声，应不致对被测舱室的噪声级有所影响；

(3)船舶处于满载或压载状态；

(4)主机运行于85%额定转速；

(5)正常航行中所必需各种辅机、其他连续使用的机器均正常运转；空调和通风设备处于正常工作状态；对于间断使用的机器(如每班工作不超过0.5小时)应停止工作；

(6)关闭声源、舱室的门窗(对航行中长期敞开的门窗除外)。

2．测点的布置

(1)舱室噪声测点一般应布置在被测舱室中央，每一个舱室至少一个测点，舱室较大时，测点可增加，但两相邻测点问距不小于2米，也不大于7米，驾驶室一般布置3个测点。

(2)机舱内的测点布置在主机操纵处、船员主要工作部位和强噪声部位。在强噪声部位测量时，测点距噪声源外壳为1米，在狭窄地方至少为0.5米。

(3)测试前应对所测舱室及其测点位置按顺序进行标位。测量时，每个测点至少持续5秒，将所测噪声值记录在相应序号的记录表内。1

噪声控制所谓噪声控制是采取相应技术措施控制噪声源的发生、输出传播和接收．以得到人们所要求的声学环境。船舶噪声控制包括二三个方面：一是声源噪声的控制；二是传递途径的噪声控制；三是接收器噪声防护设备的使用。

1)声源控制是噪声控制中最根本和最有效的手段

使用噪声小的主机辅机和螺旋桨，并且合理地安置噪声源．使其向船舶传播较少的声音和振动能量。现在大部分船舶都是以柴油机作为主机和发电机的原动机．如使进排气通道避免急剧转弯和加装消音器等，可以降低主辅柴油机进排气的噪声；还有合理组织供油，减小喷油提前角，缩短预燃期或在预燃期内减少喷油量，缩短着火延迟期和减少滞燃期内形成的可燃混合气数量等等。这些都可以减少柴油机燃烧的噪声。螺旋桨使用半流均匀和低叶梢速度的设计方法，以减少螺旋桨产生的噪声。合理进行船舶舱室的布置，将机器或整个机舱与船上其他部分隔绝开来，并增加噪声在结构中的传输损耗，控制共振幅度，使之传到居住舱室和其他办公舱室的噪声很小，如改进机器的动平衡隔离声源的振动部分、使用阻尼材料、改进润滑或改变共振频率破坏共振等。

2)传递途径中的噪声控制最常用的方法

传递途径中对噪声的控制措施主要有吸声、隔声、隔振等．这些可以起到事后补救的作用。吸声主要是在舱室天花板和四壁表面敷设吸声材料和吸声结构，或所在室内空问悬挂吸声体，这样会使室内的反射声大大减弱。隔声是将噪声源或需要安静的场所与外界环境有效地隔离。在船舶噪声控制中，对空气噪声，采用刚性和不吸声的钢板和铝板等做成隔声壁，为提高隔声效果，可采用双层壁，还可采用隔声罩和隔声室等措施。隔振就是在机械设备与安装基础之间引入一个隔振装置，以改变机械设备与基础之间的运动关系。对于振动设备，安装单层或
双层弹性支承的减振器进行隔振是唯一能减少振动传递和结构噪声的一个有效措施。

3)接收器噪声防护设备提供的被动保护也是重要手段

对在机器多而人少(如机舱)的舱室中，降低机器噪声不现实或不经济的情况下，噪声防护设备给受噪声污染者提供的被动保护就显得更实际重要些。尤其在目前，对大型主机采取的声振控制措施尚不完善，需要对船员采取保护措施防止听力受害，如船员可以带上护耳器(耳罩或耳塞)、防声头盔在隔声间(如机舱集控室)内值班丁作，就可以减少噪声的伤害，得到一个较好的工作环境。2

特点船上的柴油机、汽轮机、锅炉、齿轮、鼓风机、泵、通风机、压缩机和螺旋桨等，各种运转着的机械设备和装置系统内流动着的流体工质，因振动、撞击和气流扰动等成为船舶噪声源，其中主机、辅机和螺旋桨是三个主要噪声源。船舶噪声按发生场所分为动力装置噪声、结构激振噪声、辅助机械噪声、螺旋桨噪声和船体振动噪声等。船舶噪声有噪声源多声、功率大、频谱宽和低中频为主等特点。

动力装置的噪声主要包括主机柴油发电机组、齿轮箱及主辅机的排气管产生的噪声，它是船上最强的噪声源，该噪声的强弱决定了柴油机船的噪声级，它既有进排气系统空气动力噪声，又有运动部件的撞击和主机本身不平衡而产生振动所造成的机械噪声。结构激振噪声和机器内部的激振能量经机架被传递到基座法兰(或地脚螺栓)，然后又通过船舶双层底传向船体，船体开始振动产生噪声。这些产生噪声的激振能量，源自于机器燃烧过程和活塞往复运动引发的脉冲振动，振动的能量取决于振动的振幅和频率，而且当振动处在宽频带范围内时还会辐射二次噪声。

辅助机械噪声主要包括各种舱室机械和甲板机械工作产生的噪声，这种噪声主要由锅炉燃烧通风机、通风液压系统、液压冲击和空调系统等产生。 螺旋桨噪声的强度较主辅机噪声的强度要弱，影响范围也主要限于尾部舱室，其性质可分为两种：一是低频噪声，由桨叶和流体相互作用的流体动力效应及水流冲击尾柱而引起的；另
一种是空泡引起的叶片振动而产生的高频噪声。

船体振动的噪声是由主辅机及螺旋桨的扰动和各种机械及波浪的冲击引起的振动而产生。

传递途径噪声源产生的噪声通过空气介质和船体结构两种途径传递，以空气噪声和结构噪声两种方式传播。一个噪声源既能通过噪声源直接激发空气振动，以空气噪声方式通过舱壁甲板天花板．沿着通风道，经过网孔、舱口窗、非密门等传播；也能通过噪声源处承受各种机械力的基座或各种非支撑性的撑件产生振动，以结构噪声方式传播。结构振动以弹性波形式在基座船体结构舱室的外围结构中传播，在传播中辐射空气噪声声源。舱室内的噪声几乎全由空气噪声决定；距离声源稍远的居住舱室内的噪声则全由结构噪声决定。对较大型的船舶，机舱和螺旋桨产生的结构噪声远比空气噪声对船上居住舱室的影响严重；对小型船舶，空气噪声的影响是主要的。2