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减振降噪技术在高速船舶上的应用

1 引言

随着人民生活水平的逐步提高,高速船的应用越来越广泛,特别是近年来珠三角地区全铝合金高速客船的广泛应用,极大地提高了水运市场的效率与活力。根据船舶设计理论可知,高速船追求轻量化设计,其结构一般不会有太多的富余,加上高速船本身配备的高转速大功率主机,振动和噪声问题自然就容易暴露[1]。在高速船应用的早期,人们还没有特别在意船的结构振动和噪声问题,但随着生活质量的提高,这些问题逐步引起乘客、船员和客运企业的重视,特别是对高速客船的乘坐环境提出了更为严格的要求。因此,如何在高速船上均衡第应用减振降噪技术正成为造船公司关注的热点。

2 高速船减振降噪技术

高速船的噪声源一般分为三类:机械噪声、推进器噪声、水(气)动力噪声。

(1)机械噪声:主要有主机、辅机、风机、泵、空调机组及其相关部件运行时产生的噪声;

(2)推进器噪声:主要是喷水推进器流道内的高速水流声和螺旋桨空泡噪声、谐鸣声;

SU型发展年夏季,欧亚地区中高纬环流表现为一个宽深槽的结构,巴尔喀什湖到贝加尔湖地区为一负距平区,贝加尔湖到鄂霍次克海地区为一负距平大值区,中国上空呈“西高东低”的环流形势,我国北方处于槽底部,副高偏弱偏东,我国大陆均为负距平(图8a),东亚夏季风偏弱。受相对活跃的冷空气影响,内蒙古到华北地区多雨;受副高偏东和东亚夏季风总体偏弱的影响,南海到西北太平洋有一个气旋式水汽通量距平环流,来自低纬地区的暖湿水汽向我国大陆输送不足,我国南方只有东南沿海地区存在水汽辐合(图8c)。我国夏季降水呈现“三明治”型分布特征,新疆东部、西 藏、黄河到长江之间的广阔区域降水显著偏少。

(3)水动力噪声:主要是高速水流不规则起伏时,作用于船体所产生的拍击振动噪声[2]

在防排水设计过程中,很容易受到行车荷载、渗透、填充材料失效的问题影响,进而导致出现引排水效果下降的问题;路面工程受到渗透影响的关键在于:沥青表面的毛细孔受到积水侵入,则会导致路面使用性能下降。例如,当积水渗透到路面层结构后,会导致地基材料性能受到影响,同时路面的承载力会降低,此时会引起错台、开裂等病害问题的发生。而在行车荷载方面,若高速公路中的积水不能及时的排出,则会形成一层水膜层,水膜层会直接影响到路面的抗滑能力,且在车辆荷载的影响下,沥青路面会产生毛细管收缩的可能,此时会加快水的渗透效果,导致路面强度下降[1]。

(4)气动力噪声:航速30 kn及以上的高速船,由于其上层建筑的结构外形原因,高速前行时会自然产生类似尖叫的风鸣音。

目标干燥质量计算方法:预设含水饱和度分别为0、20%、40%、60%、80%、100%,则m=S0(ms-md)+md;式中,m为目标干燥质量;S0为预设含水饱和度;ms为饱和水煤样的质量。

减振降噪技术的核心:首先是识别振动源和噪声源;然后是研究其产生原因以及特性;再从船舶舱室的总体布置、结构设计着手,分别针对源头、传播途径和终端采取相应的控制措施。

声音来源于振动,要消除噪音在于消除振动。但振动往往无法达到完全消除的效果,故隔音降噪工程一般是从减少振动开始,结合隔音、吸音技术,通过三方面综合作用来实现。

2.1 阻尼材料

阻尼材料能有效控制结构振动和噪声,其原理是利用材料本身的粘弹特性,将振动引起的机械能转化为热能,逐渐散失在空气中,达到减振降噪的目的。

2)当市场需求减小(NH(q)

阻尼材料在机器处所和舱室均可使用,通过刮涂、喷涂的施工方法,将材料敷设在船体结构表面,改变结构的固有频率、减少结构的吻合和共振效应,达到较好的减振降噪效果。

将资产管理和预算管理进行有机结合,需要对财政管理流程进行规范,进行具体实施过程中,相关单位进行财政预算管理,需要充分应用先进预算软件,相应预算管理范围内,针对增量资产支出计划纳入到其中,进行财政预算编制工作期间,需结合本单位实际情况,对其作出科学合理的评估,对预算编制进行大力完善。与此同时,在进行具体预算过程中,单位需要对增量资产预算进行科学审批,对资产进行科学合理的配置,从而保障资金配置具有较高科学性与有效性。

船用阻尼材料主要有片状型材、阻尼钢板和涂料三种类型[3]

1.2.3.2 实验内容 共进行为期13周的体育舞蹈课程实验,实验过程中教学的组合动作为中国体育舞蹈联合会技术等级教材中华尔兹、探戈、伦巴、恰恰铜牌和银牌动作[16](表3)。

(1)片状型材:目前已经很少使用,原因是其对底材的处理工艺较为复杂,若遇上形式复杂的结构和曲度较大的部位,往往难以施工。

(2)阻尼钢板:是近年来的主要使用类型。阻尼钢板为复合型材料,由一层粘弹性材料和一定厚度的间断小片钢板(或铝板)敷在船体板内表面,形成金属-阻尼-金属结构,阻尼效果好。额外敷设的钢板(或铝板)厚度,需要通过模拟计算或使用经验来选定。其缺点是需要额外增加钢板(或铝板),导致减振方案的整体重量较大,影响高速船航速性能,使用前要考虑整船的航速性能储备。

(3)阻尼涂料:是近来年使用较多的一种新型阻尼材料,其材料本身制造工艺简单,现场施工作业方便,减振降噪性能优秀。该材料只需在基体的表面上喷涂、滚刷或抹涂,干燥后即可形成抗紫外线、防水、不易开裂及可燃性极低的固化层,能有效地吸收和消散振动能量,从而达到减振的目的。阻尼涂料无需金属板配合使用,整体方案重量轻,非常适合高速船。

众所周知,城市水资源的提供以及对污水的处理都属于市政给排水工程范畴,因此,在市政给排水工程中使用节能方法具有重要意义。市政给排水系统的组成形式和排水系统的运行形式都由市政给排水的设计决定,在科学合理的设计中,可以将节能方法所起到的节能效果尽可能地呈现出来。在城市基础建设中,给排水系统是一个关键环节,不仅与城市的健康发展息息相关,还对水资源的使用具有不同的意义。

2.2 隔振技术

隔振技术,是指在振源与其他设备或结构设施之间安装带有一定弹性的装置或组合材料,使得两者之间的连接由刚性转变为弹性,从而阻隔或减少振动传递,达到减振降噪的目的。对于高速船而言,振动源主要有主机、发电机组、空调压缩机组、进排气风机和管系等。

2.3 隔音技术

隔音是指采取一定的措施,把噪音隔绝在其传播途中。当声波遇到匀质障碍物(如装饰板、橡胶板、结构板等)时,由于材料阻抗特性发生变化,一部分被障碍物吸收,大部分声音被障碍物反射回去,最终只有一小部分声音能透过障碍物辐射到另一空间去。隔音技术在高速船降噪方案当中发挥着相当重要的作用。

2.4 吸音技术

具有吸音功能的材料能够吸收和消耗声音能量。吸音材料内部结构一般是众多均匀或不均匀的孔隙,声波进入材料后在孔隙之间来回反射,使相当一部分声音能量转化为热能并散失在空气中[1]。吸音材料在日常生活中较为常见,由于高速船需要考虑整船重量控制,往往把吸音材料结合防火隔热材料一起考虑。

2.5 优化上建外形结构

对于空气引起的气动力噪声,解决办法是优化上层建筑结构造型,使风流不易形成气穴,让高速气流均匀后移,从而避免产生空气风鸣。

3 减振降噪产品发展现状

(1)阻尼涂料

当前最主流的阻尼涂料是水基型阻尼涂料,它是由快干型水基弹性阻尼复合物和粘合剂组成,能有效地吸收和消散振动能量,并减少基板的吻合效应和共振效应。

水基型阻尼涂料的最大特点是轻量、无毒,室内室外均可适用,并具有卓越的防火特性,符合国际防火标准;阻尼涂料施工简单,只需在基体的表面上喷涂、滚刷或抹涂。干燥后,可形成抗紫外线、防水、不易开裂及可燃性极低的固化层。

水基型阻尼涂料的密度约为1.6 g/cm3。判断该材料声学性能的主要参数为复合损耗因子,损耗因子主要的影响因素是温度和频率。

(2)吸音棉及吸音无纺布

高速船在考虑吸音棉的时候,往往与防火结构材料结合使用。目前常用的吸音棉主要有岩棉、陶瓷棉、复合型矿物棉,容重一般是24~150 kg/m3,实际应用时可根据防火等级和吸音棉的隔音性能综合考虑。一般来说,容重24 kg/m3、厚度100 mm的吸音棉,吸声系数(NRC)可达0.95、隔声等级(STC)可达48 dB。

吸音无纺布常见于带吸音功能的天花板,如图1所示。

图1 吸音无纺布天花板

(3)隔音垫

隔音垫是一种重量较大、但性能较好的隔音材料,能有效减少噪声的传播,可用于船舶机械舱室和船员舱室降噪。市场上的隔音垫密度一般在2~10 kg/m2,这种重而薄的材料能很好地吸收和隔离通过墙壁、天花板、地板的噪声,达到非常理想的隔音效果。但对于储备浮力不多的高速船型,需要谨慎核算空船重量后再决定是否采用。

显示屏主要的工呢过是针对存储的各项信息进行显示,并且提供实时的信息动态,比如车辆的运行状态、车辆遇到的故障类型以及处理状况。显示屏还要针对一些数据开展存储,司机进行车辆的状态了解就是利用显示屏进行的。1型和2型的模拟输入输出机箱又被称为RIOM箱,这二者的区别在于内部的板卡配置,同类型的板卡硬件是相同的。

(4)减振消音连接件

减振消音连接件种类很多,常见的有弹性机脚、排烟管软接头、波纹管等。对于高速船而言,此类产品应该尽量采用,能起到事半功倍的效果。比如:排烟管穿舱时采用波纹管,并使用弹性吊架,不仅能显著降低振动传递,还能延长设备使用寿命;小型船舶还可以将上建建筑与主船体实施弹性连接。

风道噪音往往容易被忽略,尤其是通往机械处所的通风道。比如:机舱噪音以及机舱抽风机噪音非常容易通过风道传递到舱外,最终导致与风道结构相邻舱室噪音值升高。此时,安装方便、结构简单的风管消音器就能发挥出关键工作。根据测试,正确使用风管消音器,噪音值能降低7~28 dB左右。

(5)浮动/阻尼地板

小儿腹泻是儿科高发疾病,如果不及时的进行治疗,就会导致患儿的病情迁延,引起营养不良症状,无法正常生长发育[4]。腹泻对小儿的危害性非常大 [5]。小儿患者的消化系统功能不完善,肠道内受到各种病菌的侵害引起了患儿的发病,导致肠道内菌群失调引起腹泻。该疾病影响了水和食物的消化吸收,肠液渗透压上升,导致了渗透性腹泻;产毒性细菌感染会对肠粘膜溶质运转造成影响,导致分泌性腹泻。不同原因引起的腹泻,其生理变化特征存在差异性,小儿腹泻疾病都有一个共通之处,肠道内环境被破坏,菌群失调。

无论是浮动地板还是阻尼地板,其最终目的及作用是通过隔开振动来减少传递至甲板面的噪音。

浮动地板主要通过岩棉、橡胶垫等材料均布在甲板敷料与甲板结构之间,形成缓冲或中空层,以隔离或降低振动能量的传递,从而实现减振效果。

桂州百姓谈起秀容月明,都恨得咬牙切齿,说他们本来打算命都不要了,也要守住桂州,谁知秀容月明这卖国贼,竟把桂州拱手送给了胡人。

阻尼地板材料质轻、粘弹性好,常用于甲板主层或附层结构的减震,且可粘合不同的地板材料,施工方便,特别适用于调平不平整的表面。将阻尼地板材料安装在两个刚性甲板面之间,能起到很好的减振效果,减少甲板与下方结构的振动噪音、脚步声以及撞击声传播。阻尼地板对于空传噪声和室内活动声音的隔声等级(STC)可达48 dB。

4 减振降噪在高速船上的应用案例

2017年,我司承接的“新时代”号高速豪华交通船,由于船东对噪音提出了比一般高速客船更高的要求,我们针对性地做了一套综合减振降噪方案,最终实测达到了较好的效果。

不同运动员有不同的个性,有求稳型的,个性稳重,有进攻型的,个性张扬。因此我们要找到能够发挥自己特长又能够限制住对手的战术。

(1)船舶基本情况

总长40.8 m、总宽8.7 m、沿海航区、全铝合金结构、喷水推进、设计航速28 kn、主机满负荷时的转速2 450 r/mis。各舱室划分布置见图2。

图2 “新时代”号舱室划分图

(2)噪音要求

总之,在英美治安法庭模式下,立法设置了两套体系完全独立和明显区别的程序,即小额程序与普通程序,[5]前者简便、快捷、非正式、强调本人参与不依赖律师,成本低廉,能够快速解决小额纷争,但却蕴含着高度风险性和事后审查的困难;后者程序复杂、时间冗长、技术性强、依赖律师、成本高昂,但具有程序的安定性和结果的可预测性。两套系统以及两种程序的区分度极为显著,当事人可以根据自己的情势理性决定是否选择小额程序。

在满载100%MCR的航速下,测量的噪音平均值不得超过表1值。

表1 “新时代”号与普通船舶的噪音要求对比

驾驶室 62 dB(a) 65 dB(a)乘客处所(上甲板) 66 dB(a) 70 dB(a)乘客处所(主甲板) 68 dB(a) 75 dB(a)机舱 110+/-3 dB(a) 110+/-3 dB(a)

(3)减振降噪方案

由于本船对乘客处所的噪音要求均在70分贝以下,加之机舱与主甲板客舱存在将近4 m的交叉区域,机械处所的振动与噪音极容易传递到主甲板直至上甲板,故需要采取综合性的减振降噪方案,如表2所列。

表2 减振降噪材料分布

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(4)实测结果

根据实船航行试验,经采取各项措施后噪音测量结果良好,各项指标均满足设计要求,如表3所列。

表3 实船噪音对比

dB(A)序号 测量场所 主机转速2 365(90%MCR)未做隔音的高速客渡船(90%MCR)1 工作舱 67.4 68.7 80 2 主甲板客舱尾 68.9 69.6 75 3 主甲板客舱首 61.1 62.8 75 4 上甲板客舱尾 62.7 63.5 70 5 上甲板客舱首 55.3 56.0 70 6 驾驶室 56.9 57.5 65主机转速2 450(100%MCR)

5 结语

高速船减振降噪是一项综合性工程,涉及船舶各个专业。当前可采用的措施各式各样,需要在重量和降噪效果上加以权衡。随着新材料的研发和减振降噪技术以及配套产品的快速发展,高速船的舒适性也将得到进一步的提高。

参考文献

[1] 邱斌. 高速船全频段舱室噪声预报与控制方法的研究 [D]. 武汉理工大学,2010.

[2] 郦茜. 高速船噪声预报与控制的方法研究 [D]. 武汉理工大学,2010.

[3] 张平. 船舶减振降噪措施简析 [J]. 江苏船舶,2010.

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