周慶云,邱立凡,郭穎釗,洪偉龍
(1.中國(guó)船舶科學(xué)研究中心船舶振動(dòng)噪聲重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇無(wú)錫214082;2.中國(guó)船級(jí)社江蘇分社,江蘇南京210011)
目前,各種形式的隔聲產(chǎn)品已廣泛應(yīng)用于船舶和海洋平臺(tái)制造行業(yè)。船舶建造對(duì)噪聲指標(biāo)要求日趨嚴(yán)格,國(guó)際海事組織(IMO)第 91屆海安會(huì)(MSC91)通過(guò)了第338號(hào)關(guān)于SOLAS修正案的決議,提出了船舶噪聲防護(hù)的新規(guī)則要求,規(guī)定了居住處所的艙壁和甲板的隔聲性能要求,2014年7月1日以后簽訂建造合同的新建船舶將強(qiáng)制執(zhí)行新的噪聲限值標(biāo)準(zhǔn),并強(qiáng)制要求進(jìn)行船用產(chǎn)品空氣聲隔聲性能檢測(cè)。
對(duì)于船舶艙室隔聲來(lái)說(shuō),船舶構(gòu)件的隔聲性能是根本,因此應(yīng)該對(duì)船舶構(gòu)件的隔聲性能有嚴(yán)格的要求,通過(guò)實(shí)驗(yàn)室的檢測(cè)來(lái)評(píng)價(jià)隔聲性能。但目前在已頒布的測(cè)量結(jié)構(gòu)隔聲性能的標(biāo)準(zhǔn)之中,只有對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的隔聲測(cè)試規(guī)范[1,3],而船舶在內(nèi)舾裝中,有的是直接將耐火材料敷設(shè)在艙壁、甲板的鋼板上,其結(jié)構(gòu)形式特殊,不能完全參照建筑結(jié)構(gòu)的規(guī)范進(jìn)行隔聲性能測(cè)試。為了對(duì)相關(guān)船用產(chǎn)品廠家提供的船舶內(nèi)舾裝材料的隔聲性能評(píng)價(jià)與產(chǎn)品定型,對(duì)船舶艙壁和甲板用耐火材料的隔聲試驗(yàn)試樣進(jìn)行了專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)和試驗(yàn)。
構(gòu)件的隔聲試驗(yàn)采用混響室-混響室法,在專(zhuān)門(mén)的隔聲室中測(cè)量。隔聲室由聲源室和接收室兩部分組成,兩室連接處為安裝被測(cè)試件的測(cè)試洞口,測(cè)試樣品安裝在聲源室側(cè)的洞口上,測(cè)試洞口最大尺寸:4 m×3 m=12 m2。
隔聲試驗(yàn)系統(tǒng)由12面體球形聲源和空氣聲測(cè)試系統(tǒng)組成。
構(gòu)件的隔聲測(cè)試依據(jù)ISO 10140-2—2010的方法進(jìn)行。通過(guò)在聲源室形成穩(wěn)定的聲場(chǎng),測(cè)量聲源室和接收室的平均聲壓級(jí),再對(duì)兩室的平均聲壓級(jí)差進(jìn)行修正得到其隔聲量。以1/3倍頻程中心頻率100~3 150 Hz范圍測(cè)試,其計(jì)算公式見(jiàn)式(1):
式中:R為隔聲量,dB;L1為聲源室的聲壓級(jí),dB;L2為接收室的聲壓級(jí),dB;S為試件面積,m2;A為接收室的吸聲量,m2,計(jì)算方法見(jiàn)式(2):
其中:T60為混響時(shí)間,s;V為接受室體積,m3。
首先,通過(guò)測(cè)量聲源室和接受室內(nèi)的平均聲壓級(jí)以及接受室的混響時(shí)間,即可由式(1)計(jì)算得出試件的隔聲量。然后根據(jù)ISO 717-1—2013,用隔聲單值評(píng)價(jià)量對(duì)1/3倍頻程測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行評(píng)價(jià),即試樣的計(jì)權(quán)隔聲指數(shù)RW。
船舶的艙壁和甲板結(jié)構(gòu)最常用的隔聲材料包括:巖棉、陶瓷棉、陶瓷纖維氈、復(fù)合氧化鋁毯等棉制品、甲板敷料。它們具有防火、吸聲或振動(dòng)阻尼作用,與鋼壁板結(jié)合后有較好的隔聲性能。由于這些材料有的在船上需要安裝在鋼艙壁或鋼甲板上使用,因此,實(shí)際應(yīng)對(duì)加上耐火材料后的艙壁構(gòu)件和甲板構(gòu)件進(jìn)行隔聲性能測(cè)試。下面對(duì)耐火棉制品材料試樣的結(jié)構(gòu)進(jìn)行介紹。
根據(jù)ISO 10140-2—2010隔聲測(cè)試標(biāo)準(zhǔn),為了評(píng)價(jià)構(gòu)件的隔聲指數(shù),將隔聲壁板結(jié)構(gòu)試件和甲板結(jié)構(gòu)試件的測(cè)試面積統(tǒng)一確定為10 m2。隔聲試驗(yàn)用的鋼艙壁或鋼甲板都按照實(shí)際船舶結(jié)構(gòu)加工,在5 mm厚鋼板上間隔600 mm焊接角鋼(L形),在鋼板的另兩邊即角鋼的正交方向焊接扁鋼,角鋼和扁鋼則分別根據(jù)鋼艙壁或鋼甲板的規(guī)格要求使用。為巖棉、陶瓷棉、陶瓷纖維氈等棉制品設(shè)計(jì)的試驗(yàn)鋼艙壁或鋼甲板如圖1所示,基板的一面為平面,另一面上焊有角鋼和扁鋼。考慮試驗(yàn)中試件的安裝和四周的密封,圖中試件尺寸略微放大,以滿(mǎn)足試件安裝后的測(cè)試面積為10 m2。
耐火棉制品試樣是將棉制品附在圖1的鋼板上,本文實(shí)際使用鋼板規(guī)格為3 980 mm×2 580 mm×4.8 mm。安裝程序是先將棉制品附在角鋼一面的鋼板上,然后在角鋼(又稱(chēng)扶強(qiáng)材)上附上棉制品,最后通過(guò)焊在鋼壁板上的碰釘壓住。
圖1 耐火材料隔聲試驗(yàn)用基板(單位:mm)
3.1.1 艙壁結(jié)構(gòu)測(cè)量結(jié)果
棉制品材料和鋼艙壁形成艙壁構(gòu)件,試件有效測(cè)試面積為10 m2。表1列出了4種艙壁構(gòu)件試樣的規(guī)格及其隔聲測(cè)量結(jié)果。表中,A60-B-03的厚度(35+35)mm+40 mm扶強(qiáng)材是指鋼板上巖棉厚度為(35+35)mm,扶強(qiáng)材(角鋼)上巖棉厚度為40 mm。其余試件在扶強(qiáng)材上棉制品的厚度與鋼板上的厚度相同。圖2~圖3給出了2個(gè)艙壁試樣的結(jié)構(gòu)圖樣。圖4~圖7給出隔聲指數(shù)頻譜結(jié)果圖,圖中三折線為ISO 717-1規(guī)定的參考值曲線。
表1 艙壁構(gòu)件隔聲測(cè)試結(jié)果
圖2 A60-B-01巖棉艙壁(單位:mm)
圖3 A60-B-03巖棉艙壁(單位:mm)
3.1.2 甲板結(jié)構(gòu)測(cè)量結(jié)果
棉制品材料和鋼甲板形成甲板構(gòu)件試件有效測(cè)試面積為10 m2。表2列出了4種甲板構(gòu)件試樣的隔聲測(cè)量結(jié)果,圖8~圖11給出隔聲指數(shù)頻譜結(jié)果圖,圖中三折線為ISO 717-1規(guī)定的參考值曲線。
圖4 A60-BR陶瓷棉艙壁隔聲量頻譜圖
圖5 A60-B-05陶瓷纖維氈艙壁隔聲量頻譜圖
圖6 A60-B-01巖棉艙壁隔聲量頻譜圖
圖7 A60-B-03巖棉艙壁隔聲量頻譜圖
表2 甲板構(gòu)件隔聲測(cè)試結(jié)果
由隔聲量頻譜圖可見(jiàn),棉制品鋼壁板試樣的隔聲量隨著頻率的增加呈上升趨勢(shì),中高頻的隔聲效果好于低頻的隔聲效果。
表1~表2的隔聲測(cè)試結(jié)果表明,對(duì)于同樣厚度的材料,陶瓷棉和陶瓷纖維氈的隔聲量要大于巖棉的隔聲量;同種棉制品材料,隨著敷設(shè)的棉制品厚度增加,隔聲量也有所增加。
圖8 A60-D-01陶瓷棉甲板隔聲量頻譜圖
圖9 A60-D-02巖棉甲板隔聲量頻譜圖
圖10 A60-D-03巖棉甲板隔聲量頻譜圖
通過(guò)對(duì)船舶艙壁和甲板用材料的隔聲性能測(cè)試和探索,已摸索出了該類(lèi)試樣測(cè)試的安裝方法,可以為國(guó)內(nèi)各船用材料廠家的空氣聲隔聲進(jìn)行檢測(cè),提升了我國(guó)船用產(chǎn)品在國(guó)際市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力。
經(jīng)過(guò)一系列的隔聲測(cè)試,了解到耐火棉制品材料與船舶鋼壁板結(jié)合起來(lái)后具有較好的隔聲性能。船舶設(shè)計(jì)單位和建造廠可根據(jù)產(chǎn)品的隔聲性能和成本綜合考慮選用,為船舶艙室噪聲控制提供了參考。
圖11 A60-D-05陶瓷纖維甲板隔聲量頻譜圖
[1] ISO 10140-2—2010,Acoustics-Laboratory measurement of sound insulation of building elements-Part2:Measurement of airborne sound insulation[S].
[2] ISO 717-1—2013,Acoustics-Rating of sound insulation in buildings and of building elements-Part1:Airborne sound insulation[S].
[3] GB/T 19889.3—2005,聲學(xué) 建筑和建筑構(gòu)件隔聲測(cè)量 第3部分:建筑構(gòu)件空氣聲隔聲的實(shí)驗(yàn)室測(cè)量[S].
[4] 馬大酋.噪聲與振動(dòng)控制工程手冊(cè)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2002.