吳善躍(92957部隊, 浙江 舟山 316000)

某船起居艙室典型噪聲問題分析

吳善躍
(92957部隊, 浙江 舟山 316000)

文章針對某船起居艙室噪聲污染致使人員睡眠困難問題，采用儀器設(shè)備開展艙室噪聲測量，了解起居艙室噪聲污染狀況，并分析噪聲污染問題產(chǎn)生原因，并就該船起居艙室噪聲控制提出了改進建議。

船舶；噪聲污染;起居艙室

隨著人們對船舶舒適性要求的提高，船舶起居艙室的噪聲控制越來越受到重視。以民用船舶為例，國內(nèi)外主要船級社對新建民用船舶均明確規(guī)定了起居艙室噪聲控制指標，并在船舶申請入級過程中實施監(jiān)控[1-2]。對于軍用艦船而言，起居艙室噪聲控制對于確保艦員正常休息、持續(xù)保持戰(zhàn)斗力具有重要意義，因而在一些技術(shù)標準文件中也明確規(guī)定了類似的噪聲控制指標[3]。然而，由于系統(tǒng)龐大且復雜，加上艦員艙室數(shù)量眾多，軍用艦船起居艙室布置和噪聲控制難度明顯大于一般民船，所遇到的噪聲問題會更多。

某船為軍用輔船，艦員反映個別起居艙室由于噪聲污染問題而導致睡眠困難。為了推動后續(xù)船起居艙室噪聲控制水平提高，本文擬以該船為主要研究對象，利用儀器設(shè)備對主要艙室噪聲進行測量，系統(tǒng)分析噪聲污染問題產(chǎn)生的原因，并從噪聲控制原理角度提出改進建議。

1 起居艙室噪聲級測量

1.1測量依據(jù)與方法

國內(nèi)外船級社規(guī)范和行業(yè)技術(shù)標準通常用A計權(quán)網(wǎng)絡評估船舶艙室噪聲級，一般規(guī)定船舶起居艙室噪聲級不超過60 dB(A)，并要求：對于分貝值超過60 dB(A)的艙室，還應進行倍頻程分析[1-3]。按照這一通常規(guī)定，本文擬采用日本理音NA-28精密噪聲分析儀對全船主要起居艙室進行噪聲測量。該儀器符合IEC 61672—2002標準中的1級要求，不僅能進行多種計權(quán)噪聲級測量，還能進行噪聲頻譜分析，較好滿足船舶艙室噪聲測量要求。

由于船舶起居艙室噪聲大小一般與動力機械運行工況有關(guān)，全船艙室噪聲測量應選擇在預定工況下進行。本文擬在常用的經(jīng)濟航速工況和停車工況下開展測量，測量時關(guān)閉門和舷窗，并禁止各種可能會影響測量結(jié)果的臨時性噪聲。測量過程中，傳聲器置于室內(nèi)中央齊胸高位置，同時注意：①避開通風系統(tǒng)氣流；②傳聲器應離大塊表面(艙壁、天花板)0.5 m以上；③在記錄讀數(shù)時，測量時間至少為5 s。為了分析噪聲級超標艙室的噪聲來源，在測量噪聲級的同時還測量噪聲頻譜。

1.2噪聲級測量結(jié)果

該船起居艙室主要分為3大區(qū)域：A區(qū)為艏樓01、02、03甲板，B區(qū)為艉樓01、02、03甲板，C區(qū)為艉部1甲板、2甲板。對以上區(qū)域43個主要起居艙室進行經(jīng)濟航速工況下A計權(quán)噪聲級測量，結(jié)果如下：24個艙室噪聲級在60 dB(A)以下，8個艙室處于60～65 dB(A)，8個艙室處于65～70 dB(A)，3個艙室在70 dB(A)以上。將以上結(jié)果按艙室分布進行統(tǒng)計分析，具有如下特點：①A區(qū)除A210室達到60.5 dB(A)外，其余艙室均處于60 dB(A)以下；②B區(qū)除B236室達到68.9 dB(A)外,03、02甲板起居艙室基本處于60 dB(A)以下，而01甲板起居艙室噪聲級相對高于03、02甲板，基本處于60 dB(A)左右；③C區(qū)艙室噪聲級較高，所有起居艙室均超過60 dB(A)，且普遍超過65 dB(A)，并有3個艙室超過70 dB(A)。

根據(jù)現(xiàn)場勘查，C區(qū)艙室噪聲級較高，這主要是因為艙室正處于機艙上方。為了評估機艙主機運行對C區(qū)艙室影響，在主機停車情況下測量C區(qū)艙室噪聲，結(jié)果如下：C區(qū)艙室在主機停車情況下基本小于60 dB(A)，經(jīng)濟航速與停車工況下的噪聲級差值最小為6.4 dB(A)，最大為19.9 dB(A)，表明主機運行對該區(qū)域艙室噪聲有較大影響。

對于以上測量結(jié)果需要補充說明的是：A區(qū)A218室、A213室噪聲級雖低于60 dB(A)，但居住在相關(guān)艙室的艦員反映仍能聽到異常噪聲而不能正常睡眠。

2 典型艙室噪聲問題分析

針對以上起居艙室噪聲級超標和艦員反映的異常噪聲問題進行噪聲頻譜分析，了解艙室噪聲主要成分，并現(xiàn)場勘查起居艙室鄰近部位噪聲源。通過數(shù)據(jù)分析和現(xiàn)場勘查，發(fā)現(xiàn)多種原因?qū)е缕鹁优撌以肼暢瑯嘶虍惓！?/p>

2.1主機運行導致C區(qū)起居艙室噪聲超標

主機運行對C區(qū)艙室噪聲級有較大影響。為了了解其中的影響成分，對C區(qū)艙室噪聲進行噪聲頻譜分析。C153室是經(jīng)濟航速下噪聲級最高艙室(71.8 dB(A))，主機停車時噪聲級僅為51.9 dB(A)，其噪聲頻譜如圖1所示。由圖1可知，相比停機工況，經(jīng)濟航速下各頻帶噪聲級均有不同程度增加；中心頻率63 Hz頻帶噪聲級增加最為明顯，該頻帶噪聲級為68.6 dB(A)，相比停車時增加了36.3 dB(A)。

圖1 C153艙室不同工況下噪聲頻譜圖

由于在對該艙室進行噪聲測量時能直觀感受到地板存在明顯振動，為了進一步分析振動與艙室噪聲的關(guān)系，采用振動測試儀測量地板振動。圖2為C153室地板振動頻譜圖，由圖2知，55.8 Hz振動分量最為突出，振動頻譜特征與噪聲頻譜相對應。綜合圖1和圖2特征，該起居艙室噪聲主要來源于下層機艙傳遞的結(jié)構(gòu)噪聲，該結(jié)構(gòu)噪聲頻率分布較廣，而中心頻率125 Hz頻帶是噪聲主要突出成分。調(diào)查C區(qū)其它起居艙室，其噪聲頻譜特征與C153室類似。

圖2 C153艙室地板振動頻譜圖

對機艙頂部進行了現(xiàn)場勘查，未發(fā)現(xiàn)鄰近起居艙室部位布置有隔聲裝置或隔聲設(shè)施，這說明設(shè)計人員在設(shè)計階段未考慮任何結(jié)構(gòu)噪聲隔離措施。

2.2排風機安裝不當導致鄰近艙室噪聲異常

A區(qū)A218艙室艦員反映艙室存在異常噪聲影響睡眠。然而，該艙室噪聲并不高，僅為53.7 dB(A)。進一步分析噪聲噪聲頻譜(詳見圖3)，發(fā)現(xiàn)存在異常，中心頻率50 Hz倍頻帶噪聲級最為突出，達到51.1 dB(A)，而次高頻帶中心頻率為800 Hz，其噪聲級僅為45.8 dB(A)。該艙室配有衛(wèi)生間，在衛(wèi)生間內(nèi)噪聲級達到62.3 dB(A)，其噪聲頻譜如圖4所示,中心頻率50 Hz倍頻帶噪聲級最為突出，達到61.1 dB(A)，而次高頻帶中心頻率為800 Hz，其噪聲級僅為49.3 dB(A)。

圖3 A218艙室噪聲頻譜圖

圖4 A218艙室衛(wèi)生間噪聲頻譜圖

在衛(wèi)生間測量噪聲時，能直觀感受到地板存在明顯振動。采用振動測試儀器測量地板振動，其時域波形和頻譜如圖5和圖6所示，時域波形為正弦波，頻譜主要為50 Hz振動分量。由此可知，該艙室主要噪聲源來自衛(wèi)生間地板。該起居艙室衛(wèi)生間下方為蓄電池室，進入該室勘查，發(fā)現(xiàn)有一排風機和管道剛性懸掛在頂部鋼板中央。測量排風機軸承和基座振動，其時域波形和頻譜特征與圖5和圖6類似，且基座振動較大。

圖5 A218艙室衛(wèi)生間地板振動時域波形圖

圖6 A218艙室衛(wèi)生間地板振動頻譜圖

由此可知，A218艙室噪聲問題與蓄電池室排風機安裝不當有較大關(guān)系，頂層鋼板具有明顯彈性，排風機自身的轉(zhuǎn)子不平衡力極易激勵鋼板振動，進而激發(fā)上層艙室空氣噪聲，導致噪聲異常。為避免這一問題出現(xiàn)，排風機應安裝在剛性較強的構(gòu)件部位。

2.3排風機未隔振導致鄰近艙室噪聲超標

B236艙室艦員反映艙室能聽到刺耳聲音，導致睡眠困難。該艙室噪聲級為68.9 dB(A)，明顯高于同層其它艙室(其它艙室一般為60.0 dB(A)以下)，其噪聲頻譜如圖7所示，由圖7可知，中心頻率1 000 Hz倍頻帶噪聲級最大，達到67.7 dB(A)。懷疑噪聲來源于鄰近部位機電設(shè)備，后在艦員協(xié)助下排查到該艙室底下01甲板儲物間排風機是重點懷疑對象，采用通斷法可進一步確認其為噪聲來源。測量該風機電機基座振動，加速度頻譜圖中900～1 400 Hz內(nèi)多個頻率點振動分量幅值較大(見圖8)，該特征與圖7噪聲倍頻譜中心頻率1 000 Hz倍頻帶噪聲級最大相對應。

圖7 B236艙室噪聲頻譜圖

現(xiàn)場觀察儲物間排風機安裝方式，發(fā)現(xiàn)該排風機雖是懸掛安裝在儲物間頂部剛性梁上，但其安裝方式未采取任何隔振措施，而是采用了剛性連接。剛性安裝方式會將排風機產(chǎn)生的振動不加衰減地傳遞到鋼梁上，進而傳遞到鄰近艙室。傳統(tǒng)的被動隔振方式對于中高頻振動具有較好的隔離效果。如果儲物間排風機采用橡膠隔振器或鋼絲隔振器進行隔振，圖8頻譜中900～1 400 Hz的振動會被有效隔離。

圖8 儲物間排氣風機基座振動加速度頻譜圖

2.4空調(diào)器室設(shè)備工作導致鄰近艙室噪聲異常

A210、A213兩室噪聲級實際并不高，分別為60.5 dB(A)、56.4 dB(A)，但艦員反映艙室聲音不適，地板有一定振動感。圖9和圖10是兩艙室噪聲頻譜圖，由圖9、圖10可知，兩艙室特征基本相同，中心頻率50 Hz頻帶噪聲級明顯大于其它頻帶。兩住艙底層為空調(diào)器室，中央布置有2臺帶隔聲罩空調(diào)器風機，而頂部有空調(diào)風機管路和抽風機。由此可知，兩艙室噪聲主要來源于空調(diào)器室風機運轉(zhuǎn)產(chǎn)生的動不平衡振動激勵起的結(jié)構(gòu)噪聲。

圖9 A210室噪聲頻譜圖

圖10 A213室噪聲頻譜圖

2.5艙室通風對起居艙室噪聲影響

該船各起居艙室設(shè)有空調(diào)進風口，進風口為風量可調(diào)式。由于空調(diào)進風帶來的流體噪聲對艙室噪聲具有一定的影響，需要評估這一影響。為此，在主機停車情況下，選擇某一起居艙室測量進風全關(guān)閉和全打開2種不同狀態(tài)下噪聲。其中，進風全關(guān)閉時噪聲為44.5 dB(A)，進風全打開時噪聲為62.4 dB(A)，其噪聲頻譜見圖11，由圖11可知，空調(diào)進風對艙室聲壓影響的頻率為50～8 000 Hz頻帶，其中以1 250～5 000 Hz最為明顯。

圖11 不同進風調(diào)節(jié)下起居艙室噪聲頻譜圖

3 改進噪聲控制建議

3.1適當調(diào)整艙室布局

C區(qū)起居艙室有較大部分處于機艙上方，受動力機械激發(fā)的中低頻結(jié)構(gòu)噪聲影響較大。盡管采用結(jié)構(gòu)噪聲隔離措施可以在一定程度上減少噪聲級，但成本花費較大而收到的效果有限。相比較而言，經(jīng)濟和有效的做法是調(diào)整艙室布局，盡可能避免將起居艙室布置到機艙上方或鄰近。調(diào)查全船艙室情況，有相當一部分非起居艙室受機艙結(jié)構(gòu)噪聲影響較小，而自身噪聲級要求又相對寬松(噪聲級不超過70 dB(A))。因此，對于該船而言，通過調(diào)整艙室布局而改善部分起居艙室噪聲污染是可以實現(xiàn)的。當然，對于個別無法避免動力機械結(jié)構(gòu)噪聲影響起居艙室，只能采用結(jié)構(gòu)噪聲隔離措施。例如，艙室各壁面采用內(nèi)襯層，具體包括：地板采用浮筑地板，頂部采用天花板襯層，艙壁采用內(nèi)墻。

3.2正確安裝鄰近起居艙室的風機

鑒于風機是導致艙室噪聲異常的主要噪聲源，應高度重視鄰近起居艙室風機安裝，避免風機的結(jié)構(gòu)噪聲向起居艙室傳遞。具體包括以下幾方面。

1)在條件允許情況下，風機應盡可能避免布置在起居艙室鄰近部位。

2)若風機及管路不得不布置在鄰近艙室部位，應注意將其安裝在剛性基礎(chǔ)上，避免風機運行直接激勵基礎(chǔ)振動產(chǎn)生結(jié)構(gòu)噪聲。

3)風機應選擇低噪聲風機，并在風機固定基礎(chǔ)上安裝隔振裝置，隔離風機傳遞的結(jié)構(gòu)噪聲。

3.3合理設(shè)計和安裝通風管路

為了進一步改善起居艙室噪聲控制水平，應高度重視通風管路設(shè)計和安裝。具體包括以下幾方面。

1)通風管道與通風機的聯(lián)接應采用撓性聯(lián)接，避免風機管道傳遞通風機結(jié)構(gòu)噪聲。

2)通風管道布置應避免急轉(zhuǎn)彎和直角分支，避免管道受流體脈動壓力激勵而產(chǎn)生振動噪聲。

3)通風管道應盡可能固定在剛性基礎(chǔ)上，并采用彈性支承方式即隔振。

4)通向起居艙室的出風口上應安裝好消聲器。

3.4加強機電設(shè)備和減振降噪裝置日常維護保養(yǎng)

機電設(shè)備運行狀態(tài)不良或故障損壞會引發(fā)噪聲，如滾動軸承潤滑不良或出現(xiàn)異常故障時，往往會發(fā)出令人不適的中高頻噪聲。因此，從噪聲源控制角度考慮，必須加強機電設(shè)備日常維護保養(yǎng)，確保設(shè)備不會因故障或保養(yǎng)不當而產(chǎn)生異常噪聲。此外，從噪聲源隔離的角度，也應重視減振降噪裝置的維護。目前，許多艦員對各類減振降噪裝置的功能和作用不熟悉，缺乏必要的維護保養(yǎng)知識，致使裝置的作用無法得到發(fā)揮，設(shè)備的噪聲不能被有效隔離。

4 結(jié)束語

通過現(xiàn)場噪聲測量，該船有相當一部分起居艙室噪聲級超標，個別艙室噪聲級雖未超標但存在生理不適的噪聲污染。經(jīng)噪聲頻譜分析和實地噪聲源勘查，布局不合理致使動力機械噪聲源過近是導致該船起居艙室噪聲級超標的主要原因，而通風系統(tǒng)安裝不合理、未采取必要的隔振措施以及設(shè)備維護保養(yǎng)不佳則造成個別起居艙室出現(xiàn)噪聲級超標或存在生理不適噪聲污染。

該船起居艙室存在的噪聲污染問題具有典型性。設(shè)計人員應按照噪聲源與起居艙室距離盡可能大的基本原則，積極改進全船起居艙室布置，并根據(jù)減振降噪基本技術(shù)要求強化通風系統(tǒng)安裝。對于艦員而言，應加強機電設(shè)備和減振降噪裝置維護保養(yǎng)，避免使用中出現(xiàn)異常噪聲及傳遞。

[1] 陳小劍. 艦船噪聲控制技術(shù)[M]. 上海：上海交通大學出版社, 2013.

[2] J.W.E.彼得森，J.Fr.斯托姆. 船舶噪聲控制[M]. 北京：國防工業(yè)出版社, 1990.

[3] 施引, 朱石堅, 何琳. 船舶動力機械噪聲及其控制[M]. 北京：國防工業(yè)出版社, 1990.

It is reported that some sailors cann' t sleep well in accommodation spaces for noise，to evaluate the condition of noise pollution and search for its source,the noise for the accommodation spaces is tested and analyzed.According to the result,the methods for reducing noise pollution are proposed.

ship;noise pollution;accommodation spaces

U672

10.13352/j.issn.1001-8328.2015.05.006

吳善躍(1976-)，男，浙江慶元人，高級工程師，博士，主要從事船舶設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測和振動噪聲控制工作。

2015-05-25