謝明，趙秀鳳

（1.中國人民解放軍9 1 4 4 7部隊(duì)；2.中國人民解放軍9 1 3 1 5部隊(duì)，遼寧 大連 1 1 6 0 4 1）

船用柴油機(jī)噪聲控制技術(shù)的思路分析

謝明1，趙秀鳳2

（1.中國人民解放軍9 1 4 4 7部隊(duì)；2.中國人民解放軍9 1 3 1 5部隊(duì)，遼寧 大連 1 1 6 0 4 1）

船用柴油機(jī)的振動(dòng)狀況需要引起關(guān)注，原因在于振動(dòng)噪聲對舒適度影響較高。結(jié)合聲源、進(jìn)排氣、噪聲設(shè)計(jì)等方面全面分析，充分提高船用柴油機(jī)噪聲控制十分必要。本文針對船用柴油機(jī)的噪聲現(xiàn)狀、研究方向、噪聲控制方法等進(jìn)行了全面分析。

船用柴油機(jī)；噪聲控制技術(shù)；分析

柴油機(jī)具有熱效率高、功率高、體積小的優(yōu)勢，在現(xiàn)代工業(yè)中應(yīng)用較為廣泛。同時(shí)柴油機(jī)的維護(hù)保養(yǎng)較為便捷，操作控制方便，可促進(jìn)船舶行業(yè)的發(fā)展?，F(xiàn)代船舶正朝著大型化、綜合化方向發(fā)展，因此，加強(qiáng)大功率柴油機(jī)中振動(dòng)噪聲的有效管理、控制預(yù)防十分必要。

1 船用柴油機(jī)噪聲的理論分析

（1）空氣動(dòng)力性噪聲。柴油機(jī)空氣動(dòng)力性噪聲主要包括進(jìn)、排氣噪聲、渦輪增壓器中的空氣與廢氣脈動(dòng)噪聲。而排氣噪聲產(chǎn)生的原因是柴油機(jī)氣門出現(xiàn)縫隙后，其中的廢氣便以脈沖的形式從縫隙中沖出,從而形成能量很高、頻譜復(fù)雜的噪聲。一般情況下，其組成包括：排氣門周而復(fù)始的開關(guān)引起的噪聲、氣流通過管道、閥門引起的渦流噪聲、排氣管中的廢氣與空氣產(chǎn)生的渦流噪聲。隨著渦輪增壓器轉(zhuǎn)速的加快，噪聲會逐漸增大。借助渦輪增壓體系可實(shí)現(xiàn)噪聲的有效控制，可充分化解衰減廢氣脈沖引起的環(huán)境污染，原因在于定壓增壓系統(tǒng)的排氣總管可起到消音效果。（2）燃燒噪聲。燃燒噪聲一般是氣缸內(nèi)部的壓力快速變化，引起動(dòng)載荷、沖擊振動(dòng)，進(jìn)而引起活塞、曲軸等位置發(fā)出噪聲。燃燒噪聲一般可借助氣缸的頻率譜線表示，對最高壓力影響較大，是低頻成分的主要決定原因。經(jīng)實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果表明：燃燒噪聲一般是5 0 0 k Hz以上的中頻、高頻噪聲，為此，加強(qiáng)對壓力升高率的有效控制，可充分實(shí)現(xiàn)噪聲控制。加強(qiáng)對燃燒系統(tǒng)的控制，能夠最大限度的降低柴油機(jī)噪聲的產(chǎn)生，對合理控制噪聲具有重要的意義。（3）機(jī)械噪聲。機(jī)械噪聲一般為設(shè)備零部件之間撞擊引起的振動(dòng)。包括活塞敲擊、齒輪和曲柄結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)撞擊等。其中活塞敲擊振動(dòng)是燃燒過程中無法避免的狀況，發(fā)生在上止點(diǎn)附近。敲擊強(qiáng)度與氣缸內(nèi)最高燃燒壓力和活塞與氣缸間隙有關(guān)。

2 噪聲測量技術(shù)分析

首先，需要區(qū)分噪聲源，實(shí)際應(yīng)用中，需要分別運(yùn)轉(zhuǎn)進(jìn)行噪聲來源的分析，逐一排查對應(yīng)部件后進(jìn)行噪聲等級的評定。燃燒噪聲、機(jī)械噪聲的分辨難度較高，可借助相關(guān)規(guī)定進(jìn)行處理。美國、日本等高校在2 0世紀(jì)6 0年代已經(jīng)開始對噪聲測量及其控制方法的深入研究，研究出了先進(jìn)的噪聲識別方法及其預(yù)報(bào)方法，開發(fā)了先進(jìn)的噪聲控制技術(shù)。借助某船用推進(jìn)功能的柴油機(jī)進(jìn)行噪聲測量分析，其型號為6 L 2 0/2 7柴油機(jī),額定功率為6 0 0 k W，圖1為對應(yīng)測點(diǎn)布置簡圖，先進(jìn)行排氣噪聲測量，再測量聲壓級。由圖2可知，該項(xiàng)目的測量中，排氣噪聲高達(dá)1 0 9.8 d B，屬低頻噪聲，聲能集中在3 1.5～5 0 0 Hz范圍內(nèi)。進(jìn)氣噪聲比排氣噪聲更大，且呈明顯的中高頻特性。通過分別對風(fēng)扇、機(jī)械和燃燒噪聲等測量可知進(jìn)排氣噪聲是柴油機(jī)最大的噪聲源。其次，需要確定表面的輻射噪聲，其中包括很多分析方法，目前常用的有以下三種，包括鉛板覆蓋法、振動(dòng)測量法和聲通道法。第三，明確空間噪聲測量要求與測量方式，通過分析得知柴油機(jī)內(nèi)零部件與空氣波動(dòng)容易產(chǎn)生空間噪聲，通過“‘C I MA C’推薦的對于測量往復(fù)式柴油發(fā)動(dòng)機(jī)整體噪聲”進(jìn)行噪聲級的測量，并根據(jù)數(shù)值表示噪聲的聲壓級。通過測量柴油機(jī)周圍的點(diǎn)所計(jì)算出的平均聲級能夠得出聲強(qiáng)的平均值，而其測量位置根據(jù)柴油機(jī)體積決定，選擇三個(gè)不同位置，大約距柴油機(jī)1 m的位置。

圖1 測點(diǎn)布置簡圖

圖2 柴油機(jī)進(jìn)排氣噪聲圖

3 噪聲控制方法分析

（1）聲源處的處理方法分析。第一，氣體動(dòng)力噪聲的控制分析。從進(jìn)排氣的角度出發(fā)，對噪聲進(jìn)行相應(yīng)的處理控制，管道的設(shè)計(jì)中，盡量避免轉(zhuǎn)彎角度過大，保證內(nèi)壁光滑性，此外，現(xiàn)代船只應(yīng)用中，消音器的應(yīng)用較為廣泛。傳統(tǒng)的無源消音器主要包括三種：抗式、阻式、阻抗復(fù)合?？故较羝鲀?nèi)部沒有吸聲材料，借助對內(nèi)部結(jié)構(gòu)合理設(shè)計(jì)、分支管設(shè)計(jì)使得對應(yīng)阻抗可發(fā)生明顯變動(dòng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)聲源反射、聲能的合理消耗，達(dá)到消聲的效果。具有構(gòu)造簡單、溫度使用范圍廣、抗腐蝕效果好的優(yōu)點(diǎn)，但是缺點(diǎn)為高頻失效狀況較為多發(fā)。阻式消音器借助內(nèi)部吸音材質(zhì)的處理，增加了聲阻，繼而對氣流的噪聲能量可充分轉(zhuǎn)化。包括管式消聲器、氣流消音器等。具有消聲效果好、流體阻力低的優(yōu)勢。阻抗復(fù)合式綜合上述兩種方法進(jìn)行處理，借助吸聲材料、擴(kuò)張室共同實(shí)現(xiàn)了良好的消聲處理效果。需要引起注意的是，消音器的設(shè)計(jì)中需要保證頻率范圍的適合性、可行性、合理性。根據(jù)相關(guān)噪聲法律法規(guī)進(jìn)行能量控制處理，保證對應(yīng)消聲器的尺寸位置具有合理性，同時(shí)兼顧成本控制的方向分析。第二，燃燒噪聲控制。主要方法：供油量的合理分配、降低噴油提前角度、縮短預(yù)熱燃燒期間的噴油量，降低內(nèi)部混合氣總量的負(fù)面影響。第三，機(jī)械噪聲的控制。針對活塞敲擊的噪聲，需要充分加強(qiáng)燃燒效果、降低活塞空隙，保證對應(yīng)助推力的便宜效果良好等。針對齒輪噪聲，一般需要控制其彈性、剛度、誤差，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)良好的噪聲控制。（2）噪聲傳播途徑的有效控制管理分析?？刂撇裼涂臻g噪聲的傳播方式有以下幾種：優(yōu)化柴油機(jī)表面輻射特性、結(jié)構(gòu)特性；加強(qiáng)對柴油機(jī)的剛度進(jìn)行提升處理，保證對應(yīng)蓋板、附件的位置合理，借助隔震安裝、阻尼材料實(shí)現(xiàn)良好的控制管理。第一，空間噪聲的有效控制。根據(jù)船用柴油機(jī)的型號進(jìn)行空間噪聲等級分析后，進(jìn)而對增壓器進(jìn)行處理?，F(xiàn)代船只應(yīng)用中，造船廠的要求、功率不斷變化，對應(yīng)噪聲影響相應(yīng)發(fā)生變化。功率、效率越高，空間噪聲危害越大。噪聲級不同主要原因是增壓機(jī)的輻射效果差別較大，增壓器效率高對應(yīng)聲級較高。此外，機(jī)艙回想會導(dǎo)致測量噪聲比實(shí)際偏高。由于空間噪聲的來源除了柴油機(jī)，還包括其他設(shè)備、回聲的負(fù)面影響，為此，充分進(jìn)行噪聲級的嚴(yán)格處理控制，避免環(huán)境破壞十分必要。對已經(jīng)應(yīng)用的柴油機(jī)進(jìn)行降噪處理難度十分大，為此，從計(jì)量角度出發(fā)，對噪聲源的空間變化、傳播控制進(jìn)行管控，對該位置現(xiàn)有噪聲等級影響十分薄弱。第二，結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的空間噪聲激勵(lì)效應(yīng)。結(jié)構(gòu)噪聲激勵(lì)一般是振動(dòng)能量的傳遞導(dǎo)致，經(jīng)柴油機(jī)到機(jī)座進(jìn)而引起艙底振動(dòng)，然后向外傳遞到對應(yīng)其他結(jié)構(gòu)，整體噪聲污染不容忽視。振動(dòng)引起的機(jī)座、船體表面間傳播相應(yīng)能量，通過振動(dòng)速度實(shí)現(xiàn)控制測量。振動(dòng)速度級(d B)：L v=2 0 l g(v/v 0)，其中v 0為參考基準(zhǔn)速度。另一方面，二沖程柴油機(jī)的振動(dòng)速度級較四沖程的低1 5 d b，為此，后者一般需要進(jìn)行隔震器的安裝處理，在機(jī)座、艙柜頂之間進(jìn)行相應(yīng)隔震器的安裝，保證噪聲等級的有效控制預(yù)防。結(jié)構(gòu)噪聲可降低1 5～2 0 d B，與剛性底座的二沖程裝置振動(dòng)噪聲大體一致。

4 結(jié)語

柴油機(jī)噪聲控制較為關(guān)鍵，為了實(shí)現(xiàn)良好的社會應(yīng)用、功能性能實(shí)現(xiàn)，需要從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、前期處理中進(jìn)行全面合理的分析控制，保證對應(yīng)強(qiáng)迫振動(dòng)的效果、噪聲模擬效果，對應(yīng)結(jié)構(gòu)預(yù)測結(jié)果的精確度充分提升，進(jìn)而有針對性的對零部件進(jìn)行改善處理。結(jié)合柴油燃燒過程對噪聲指標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化處理。此外，加強(qiáng)新材料、新設(shè)計(jì)的廣泛應(yīng)用，如消音器材料的研發(fā)中，日本借助樹脂對整體結(jié)構(gòu)消聲處理進(jìn)行了提升，與傳統(tǒng)鋼制材料相比，消聲量提升了5～8 d B，且功率損失狀況下降、整體重量下降，應(yīng)用前景較為廣闊。

柴油機(jī)振動(dòng)噪聲的控制需要加強(qiáng)零部件剛度、阻力系數(shù)、連接形式、載荷等部分的細(xì)節(jié)研發(fā)，借助反復(fù)驗(yàn)證、交叉分析、計(jì)算模擬等方法，針對整體協(xié)調(diào)性、匹配程度等進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，保證設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中，不同結(jié)構(gòu)、性能均可充分實(shí)現(xiàn)對應(yīng)預(yù)期效果。

[1]景國輝，沈建平.船用柴油機(jī)振動(dòng)噪聲控制技術(shù)研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].柴油機(jī)，2 0 1 5,3 7(0 4):1~5+1 0.

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