最新吸声降噪技术在船舶设备噪声控制中的应用

吸声降噪技术在船舶设备噪声控制中的应

用

吸声降噪技术在船舶设备噪声控制中的应用

摘要：随着船舶朝大型、高速方向发展,其机舱内推进主机和柴油发电机组的噪声问题越来越严重。本文阐述了吸声降噪技术的原理，分析了船舶机舱噪声的主要来源。就如何把吸声降噪技术运用到船舶设备的噪声控制中给出了一定的建议。

关键词：柴油机噪声吸声降噪船舶机舱噪声控制

0 引言

随着船舶朝大型化、高速化、复杂化方向发展，它所配备的推进主机以及发电机组也朝着高转速、高强度、大功率方向发展。因此，其振动和噪声问题越来越严重，人们对其振动和噪声控制也更为关心和重视。由于船舶的推进动力以及发电机组都布置在狭小的机舱内，机舱内的两大噪声源：推进主机(通常为柴油机)噪声和发电机组(通常为柴油发电机组)噪声，使机舱内的工作环境十分恶劣，再加上船员在机舱内的工作时间较长,因此,这种强噪声不仅严重影响船员的工作效率，损害了他们的身心健康,还严重污染周围环境,影响旅客的正常工作和休息，所以有必要对机舱内的噪声进行控制。

船用设备在工作时产生的噪声，影响了船上的生活和工作环境，也成为海洋环境污染之一。在船舶设计过程中，声振环境的设计是非常重要的一个环节。船舶机舱是船舶噪声的主要来源，距离其很近的船舶机舱控制室也成为人们工作环境最恶劣的地方之一。因此，对船舶机舱进行控制和维护是对船舶噪声控制最直接的方式。船舶噪声分为机械噪声、螺旋桨噪声和水动力噪声。机舱内的噪声是由推进主机噪声和柴油发电机组的噪声混合而成。船舶机舱控制

室的噪声主要体现为以波动形式传播的机械能，并且通过船舱、子板等这些第二噪声源以空气噪声的方式辐射出来。鉴于此，其降噪方式可以从以下方面着手：从声辐射的角度，一方面，通过在目标舱室内铺设玻璃棉等吸声材料使得辐射空气噪声得到有效吸收，从而减少噪声的二次传播；另一方面，可以在噪声源舱室和目标室间安装双层墙或多层墙以起到隔声效果；从振动噪声的角度，可在主噪声源和噪声的主要传播路径上增加增加弹性结构以调节激振频率与系统固有频率比，从而起到减振降噪的效果。本文仅对吸声材料对机舱降噪的作用做一个分析评估。

1 吸声技术原理

在舱室内布置吸声材料和吸声结构来降低室内噪声的工艺措施称为吸声处理。一般来说，吸声处理只能降低反射声的影响，对直达声是无能为力的，故吸声处理是不会降低直达声。所以吸声技术的降噪效果是有限的，一般不超过9dB。吸声机理：声波在媒质中传播时，由其引起的质点振动速度各处均不相同，存在着速度和梯度，使相邻质点间产生相互作用的摩擦力和黏滞阻力，阻碍质点运动，并通过摩擦和黏滞阻力做功将声能转化为热能。同时，由于声波传播时媒质质点疏密程度各处也不同，所以媒质温度各处也不同，存在温度梯度，而使相邻质点间产生了热量传递，使声能不断转化为热能耗散掉。这便是吸声材料或吸声结构的主要吸声机理。吸声材料或吸声结构被广泛的应用于噪声控制设计中。他的主要作用有：缩短和调整室内混响时间，消除回声以改善室内的听闻条件；降低室内的噪声级；作为管道衬垫或消声器件的原材料，以降低通风系统或以管道传播的噪声；在轻质隔声结构内和隔声罩内表面作为辅助材料，以提高构件的隔声量等。

图1 吸声原理

吸声结构主要分为穿孔板吸声结构、薄板共振吸声结构、微穿孔板吸声结构和各类空间吸声体。穿孔板吸声结构利用的是亥姆霍兹效应，即孔颈中的气体分子被声波激发产生振动，由于摩擦和阻尼作用而达到吸声作用。薄板共振吸声结构包括薄板吸声结构和帷幕吸声结构等，它们是利用薄板、薄膜及其板后的空腔在声波作用下发生共振时，板内空气层因振动而出现摩擦损耗吸收掉声能，在共振频率处达到最大的声吸收。微穿孔板吸声结构则是在穿孔板吸声结构的基础上发展起来的一种新型吸声结构，它也是利用微孔中空气的粘滞阻力消耗入射声能，在较宽的频带范围内具有较高的吸声性能。

2 柴油机舱降噪控制

2.1 在机组表面粘贴约束阻尼材料

为了降低柴油机运行时所传播的噪声,可以使用隔声罩或在机组表面粘贴约束阻尼。在机舱通风条件允许、机组的温度升高可以得到控制的条件下，可以用-隔声罩把整个机组(除进排气管以及其它散热部件)隔离开来；若通风条件不是很好、使用隔声罩时机组的温度升高较多，则应该选择在机组局部进行粘贴。我们根据实际情况以及试验测量后决定采用在机组表面局部粘贴约束阻尼材料，而且在粘贴时尽量把握两条原则：一是尽可能多贴:二是尽可能在薄壁结构处贴。这是因为在机组表面贴得越多,阻尼材料所吸收的能量越多,降噪效果就越好；而在薄壁结构处粘贴阻尼材料的降噪效果又远好于在厚壁结构处贴,这是因为厚壁结构处能量的辐射少,而薄壁结构处正相反。由于吸声材料的好坏直接决定降噪效果,因此在多次试验之后,决定采用的阻尼材料是泡沫铝。

吸声性能不稳定，吸声系数使用前需实泡沫泡

矿渣吸声砖、膨胀珍珠岩吸声砖、陶土吸颗

软质木纤维板、矿棉吸声砖、岩棉吸声板、纤维材

吸声性能好，不燃、耐腐蚀，易断成碎吸声性能好，保温隔热，耐潮，但松散无机有机

纤

强度高、防水、不燃、耐腐蚀吸声型泡沫玻璃

微孔不贯通，使用少加气混凝土其他测聚氨酯泡沫塑料、尿醛泡沫塑料塑料沫

材

料质轻、不燃、保温、隔热。珍珠岩吸声装饰板板材多用于砌筑界面较大的消声装置。声砖砌块粒

材

料

装配式加工，多用于室内吸声。玻璃吸声板、木丝板、甘蔗板等料制品

末，污染环境施工扎手。矿渣棉：散棉、矿棉毡纤维易污染环境或难以加工成制品。玻璃纤维：中粗棉、超细棉、玻璃棉毡纤维材料

防火、防潮性能差，原料来源广，便宜。植物纤维：麻绒、海草、椰子丝价格昂贵，使用较少。动物纤维：毛毡纤维

材料

维

材

料使用情况常用材料实例主要种类

图2 吸声材料对比

此我们采取最简单而又最有效的抑制进排气噪声的方法:在进气管和排气管上分别安装进气消声器和排气消声器。由于进气噪声呈宽频带,中高频段比较突出,故选择的消声装置应以降低高频噪声为主,同时兼顾中低频噪声的控制,因此最好选用多级复合式消声装置,即在金属穿孔板内填纤维性吸声材料的片式阻抗消声结构的基础上，设置几个空腔作为膨胀室，用来消除中低频噪声，实际选用的片式消声器，它可减低进气噪声达36dB 以上。而针对排气噪声声压级高、排气速度高的特点,在选用排气消声器时要注意消声器能否柴油机中点lm 处的噪声降低了12dB,但是粘贴约束阻尼(或用隔声罩)要注意由其带来的负面影响:要合理解决柴油机的进气问题,确保进气量充足,不要造成回流,以保证机组功率不受影响;要确保不使机组的温度过高而影响机组的正常正作。

2.2在机舱内粘贴吸声材料

由于机舱内混响声比较严重,因此有必要在机舱内粘贴吸声材料，我们采用铝合金微穿孔板材料，因为微穿孔板吸声结构具有可观的吸声系数和吸声频率范围，并且具有清洁、无污染、不受环境限制(可以在高温、高湿以及有气流冲击和腐蚀等条件下使用)等优点。通过在机舱内大量的粘贴吸声材料，可以大大

降低混响噪声，经测量,仅仅安装吸声材料以后,机舱内的噪声就可以降低10dB 以上。但是粘贴吸声材料后对机舱内柴油机和柴油发电机组的散热以及进气等带来一定的不便之处。由于在机组表面粘贴了约束阻尼材料，又在机舱内粘贴了吸声材料，因此必须解决好机组和机舱散热、降低机组和机舱温度的问题,我们采取的措施是自然通风辅以强制通风。机组散热除了自然排风外，另行使用导风罩，加大排气窗,在机舱壁面上开设进、出风口。进风采用两台6A低噪声轴流风扇；出风口位置对着柴油机上的风扇,并安装导风箱，将柴油机的散热导出室外，同时在出风口外安装排风消声道，消声道两侧为消声百叶窗,使气流通畅，这时机组的热量可以加轴流风扇强制通风解决。这样机舱内的温度可以大大降低,经过采用一系列的通风降温措施后,机舱内的温度只比未采取任何降噪减振措施前升高8℃左右,因此可以说这种综合控制技术的效果很好。

3 结论

船舶机舱控制室同时存在空气噪声源和结构噪声源，结构噪声为主要噪声输入。铺设吸声材料对降低船舶机舱控制室的空气噪声有一定效果，但在降低总噪声等级上作用有限。铺设吸声材料后，由于降低了舱室内的混响声，噪声等级随之降低。但同时，噪声各成分彼此间的传播仍然是独立的，对总噪声等级的贡献没有改变。总的说来，在机舱铺设吸声材料对于机舱的降噪有一定的效果，但是若要取得更好的效果，还应和其他措施一起，例如设置双层墙和安装弹性支座等。

参考论文

[1] 王凤良船舶机械噪声控制 2003

[2] 杨西阳等船舶机舱控制室噪声级控制方法比较 2012

[3] 王术新等船舶机舱噪声控制 2003

[4] 王术新船用柴油机的噪声控制技术 2002