王可江

(大連遼南船廠，遼寧大連116023)

0 引言

船舶是一個浮動的復(fù)雜的水上結(jié)構(gòu)物，其在航行過程中受到多種類型激振力的疊加作用，具有非常復(fù)雜的振動形式［1］。到目前為止，在設(shè)計(jì)階段對船舶結(jié)構(gòu)進(jìn)行振動和噪聲預(yù)報(bào)的建模計(jì)算尚不能完全的掌握船舶的振動噪聲特征，因此實(shí)船航行振動噪聲測試就顯得尤為重要。在實(shí)際的船舶航行測量中，主要分為主船體的總體振動測量、局部艙室結(jié)構(gòu)的振動噪聲測量。結(jié)構(gòu)振動是指在船體總體結(jié)構(gòu)或局部結(jié)構(gòu)的振動，考核結(jié)構(gòu)承載安全性;艙室振動主要考核人員生活和居住的舒適性。振動位移、速度、加速度幅值及頻率是衡量振動程度的主要參數(shù)，一般可以選用瞬時值、峰值、平均值和有效值等來衡量。結(jié)構(gòu)振動與艙室振動有各自相應(yīng)的衡量準(zhǔn)則。

實(shí)船振動測量可以檢驗(yàn)減振降噪設(shè)計(jì)的效果，以驗(yàn)證數(shù)值計(jì)算的正確性，不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)資料，提高設(shè)計(jì)水平;可以通過測量結(jié)果與振動噪聲標(biāo)準(zhǔn)的比較，來衡量船舶的振動水平;還可以更進(jìn)一步地對出現(xiàn)有害振動的船舶進(jìn)行診斷、尋找及分析振動原因，從而制訂減振措施，進(jìn)行結(jié)構(gòu)修改。船舶振動診斷通常包括激勵源的調(diào)查、測試與分析，振動范圍與性質(zhì)的分析及振動部位的模態(tài)分析等。通過以上綜合分析，可以對實(shí)船的航行振動水平做出全面的系統(tǒng)的評價。

1主要量度

“海洋石油610號”船兩柱間長為69．6 m，船寬為14．8 m，型深為 6．9 m，吃水為 4．6 m，服務(wù)航速為14．5 kn。該船選用4臺8N21A-EN主機(jī)，額定轉(zhuǎn)速為900 r/min，額定功率為1 324 kW，螺旋槳為4葉定速調(diào)距槳。該船總布置圖如圖1所示。

本文對“海洋石油610號”進(jìn)行了船舶航行總體結(jié)構(gòu)振動、局部結(jié)構(gòu)振動和艙室噪聲的測試。將采集到的振動噪聲信號進(jìn)行處理分析，與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，對該船的結(jié)構(gòu)振動和艙室噪聲量級作出評估。

2 船舶振動與噪聲測量評價標(biāo)準(zhǔn)

為了避免振動噪聲對結(jié)構(gòu)、設(shè)備及人員舒適性的危害，制定船舶振動測量標(biāo)準(zhǔn)的重要性日益為各國所重視。振動標(biāo)準(zhǔn)提供船舶振動程度的評價，由于船舶運(yùn)行環(huán)境和振動頻率存在差異，評價的定義和方法也不同。國際標(biāo)準(zhǔn)化委員會、國家標(biāo)準(zhǔn)和船級社關(guān)于振動與噪聲評價部分標(biāo)準(zhǔn)見表1。

2．1 船長小于100 m商船振動綜合評價基準(zhǔn)

該船技術(shù)規(guī)格書確定船舶振動評價依據(jù)《船長小于100 m商船振動綜合評價基準(zhǔn)(GB/T 7452．2-1996)》，其規(guī)定為海上與內(nèi)河船體和上層建筑中正常工作和居住場所的振動評價基準(zhǔn)。此標(biāo)準(zhǔn)適用于垂線間長大于或等于30 m至小于100 m之間的柴油機(jī)驅(qū)動商船振動評價基準(zhǔn)，其振動頻率范圍為1 ～100 Hz。

振動測量按《船體振動測量(GB/T 7453-1996)》規(guī)定方法測量，60 m的船舶一般可只評價垂向振動響應(yīng)的最大單一頻率分量。

圖1 “海洋石油610號”船總布置示意圖

表1 振動與噪聲評價部分標(biāo)準(zhǔn)

2．2 海洋船舶噪聲級規(guī)定

海洋船舶噪聲級規(guī)定(GB 5979-86)為遠(yuǎn)洋和沿海各類客貨船舶規(guī)定了艙室噪聲級的最大限制值，并為船舶的設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)和使用部門提供了對噪聲的評價依據(jù)。

常用場所各艙室噪聲級的最大限制值Leq應(yīng)滿足表2規(guī)定。船長(指兩柱間長)小于70 m的船舶，如某些艙室不能滿足要求時，僅對機(jī)艙區(qū)的工作間及起居區(qū)各場所，允許放寬5 dB。Leq的定義為:

式中:T為測量時間;Pa(t)為A計(jì)權(quán)測量聲壓;P0為20×10-6Pa(參考聲壓值)。

關(guān)于測量方法及噪聲評價，船上噪聲測量應(yīng)符合《船上噪聲測量(GB4595)》的規(guī)定，測量評價以A聲級為評價依據(jù)。

3 實(shí)船振動噪聲測量結(jié)果評價

3．1 測量狀態(tài)與測量儀器

進(jìn)行振動噪聲測量時，海況不應(yīng)該對測量有較大影響，測量水域水深應(yīng)該大于2．5倍測量船舶吃水。測量時船舶處于正常吃水狀態(tài)，螺旋槳保持全部浸沒在水線下，船舶應(yīng)該保持直線航行，舵角控制在小于2°以內(nèi)，各槳軸轉(zhuǎn)速基本保持一致且穩(wěn)定。

根據(jù)船舶艙室噪聲衡準(zhǔn)，艙室噪聲指工作區(qū)域和生活區(qū)域的等效連續(xù)A計(jì)權(quán)聲壓級。艙室噪聲測量在每個艙室的中央、高于甲板1．2 m處的位置進(jìn)行測量，取測量的平均測定值確定噪聲量級。斷續(xù)的聲音和噪聲不應(yīng)包括在內(nèi)，避免受到來自于不相關(guān)的噪聲的影響，所有艙室的門窗應(yīng)關(guān)閉。

表2 常用場所各艙室噪聲級的最大限制值

振動測量包括結(jié)構(gòu)振動和艙室振動。根據(jù)振動衡準(zhǔn)要求，結(jié)構(gòu)振動是指船體總體或局部典型部位，艙室振動測點(diǎn)應(yīng)考慮艙室人員生活與工作狀態(tài)。

振動和噪聲測量儀器都應(yīng)該經(jīng)過授權(quán)檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)檢驗(yàn)，在使用有效期內(nèi)。

3．2 艙室噪聲測量與評價

艙室噪聲測量結(jié)果顯示，除第一首樓甲板上三付/水手長室，噪聲超過標(biāo)準(zhǔn)允許值1dB，其他艙室和機(jī)艙等工作與生活處噪聲量級均滿足《海洋船舶噪聲級規(guī)定(GB 5979-86)》給出的可接受要求。

3．3 艙室振動測量與評價

根據(jù)GB/T 7452．2-1996的要求，振動衡量是1～100 Hz范圍內(nèi)最大單峰值，測量使用的儀器應(yīng)該能夠顯示記錄測量點(diǎn)的頻譜。

所有生活和工作艙室振動測量結(jié)果顯示均滿足《船長小于100 m商船振動綜合評價基準(zhǔn)(GB/T 7452．2-1996)》規(guī)定的振動輕微量級要求，振動達(dá)到優(yōu)良等級。

3．4 結(jié)構(gòu)振動測量評價

在不同推力負(fù)荷下，航行狀態(tài)下主船體(船體梁)、上層建筑總體、桅桿總體，主機(jī)、軸帶發(fā)電機(jī)及主推力軸承等振動測量點(diǎn)及方向見表3。船舶總體振動測量采用多通道信號采集分析系統(tǒng)。測量時考慮到降低振動信號非平穩(wěn)隨機(jī)過程影響，測量數(shù)據(jù)采集樣本數(shù)為16次進(jìn)行平均。

不同主機(jī)工況對應(yīng)表3各個測點(diǎn)的測量結(jié)果。按美國船級社(ABS)對結(jié)構(gòu)振動評價顯示，都滿足振動可以接受的范圍。

試驗(yàn)狀態(tài)下，“海洋石油610號”工作船航行振動測量顯示，主船體、上層建筑和桅桿沒有出現(xiàn)共振現(xiàn)象，除桅桿外所有測點(diǎn)振動沒有超過3 mm/s，振動響應(yīng)量級輕微，達(dá)到優(yōu)良等級。

4 結(jié)語

根據(jù)上述測試分析結(jié)果，“海洋石油610號”工作船在航行過程中沒有產(chǎn)生共振現(xiàn)象，也沒有產(chǎn)生劇烈的有害振動。振動噪聲量級均滿足規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求。因此，認(rèn)為該船在振動噪聲方面表現(xiàn)良好。

本文結(jié)合“海洋石油610號”工作船交船時海上航行振動噪聲試驗(yàn)，從船廠角度描述了船體結(jié)構(gòu)振動和艙室噪聲的測量檢驗(yàn)過程，具體應(yīng)該注意以下幾點(diǎn):

(1)衡量標(biāo)準(zhǔn):根據(jù)建造船技術(shù)規(guī)格書振動噪聲章節(jié)約定的振動和噪聲標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，不同船只大小及入不同船籍都要相應(yīng)考慮。

(2)測量儀器:需要根據(jù)衡量標(biāo)準(zhǔn)來選擇，也就是能夠測量衡量標(biāo)準(zhǔn)相應(yīng)的振動量和噪聲量。本文振動是速度的單峰值和噪聲的A聲級。

(3)測量內(nèi)容及評價方式:測量工況和位置是根據(jù)衡量標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的。噪聲主要是艙室，振動包括生活區(qū)和工作區(qū)舒適性，這兩者都是從人員環(huán)境考慮的，衡準(zhǔn)也是由ISO、IMO或政府頒布的相應(yīng)法規(guī)。另一方面考慮結(jié)構(gòu)的安全性，典型結(jié)構(gòu)振動也是需要測量評價的。由于涉及船舶使用的安全，往往是有些船級社會給出建議性意見。

［1］ 中國船級社．船上振動控制指南［M］．北京:人民交通出版社，2000．