董秋蘇

（中國船舶電站設(shè)備有限公司，上海 200129）

狹小艙室內(nèi)柴油發(fā)電機(jī)組噪聲測量及評定

董秋蘇

（中國船舶電站設(shè)備有限公司，上海 200129）

船用柴油發(fā)電機(jī)組在船上進(jìn)行噪聲測試可以參考相應(yīng)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，但如果要對船上狹小艙室內(nèi)已經(jīng)安裝的柴油發(fā)電機(jī)組進(jìn)行噪聲測試，就無法完全按照標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范來進(jìn)行。文章介紹了如何在狹小艙室內(nèi)對柴油發(fā)電機(jī)組的噪聲進(jìn)行有效的測量和評定的方法，進(jìn)行了實船應(yīng)用測量，測量結(jié)果取得了第三方驗證?？勺鳛榇习l(fā)電機(jī)組或主機(jī)噪聲測試的方法，具有一定的參考意義。

柴油發(fā)電機(jī)組；噪聲；測量

0 引言

船用柴油發(fā)電機(jī)組的噪聲測試在 GB/T 13032-2010《船用柴油發(fā)電機(jī)組》標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)規(guī)定為型式試驗項目，未列入出廠試驗項目，因此制造廠家在批量進(jìn)行機(jī)組成套時并不需要單獨進(jìn)行機(jī)組的空氣噪聲測定。然而噪聲的要求在船級社規(guī)范（如CCS）內(nèi)被列入船舶舒適性的指標(biāo)，對于船員工作機(jī)艙非連續(xù)值守的最大噪聲量級要求為110 dB(A)，作為船上噪聲源最高的設(shè)備之一，柴油發(fā)電機(jī)組的噪聲非常受船員關(guān)注。雖然噪聲測試不作為系泊試驗的項目，但也會因為船艙空間狹小及感覺的不同而會有船員提出進(jìn)行噪聲測試的需求。

對于柴油發(fā)電機(jī)組的空氣噪聲測試，在 GJB 1988-94《艦船用柴油發(fā)電機(jī)組及控制系統(tǒng)通用規(guī)范》和GB/T 13032-2010《船用柴油發(fā)電機(jī)組》都有簡單規(guī)定，對于轉(zhuǎn)速低于/等于1 000 r/min的機(jī)組，噪聲不大于105 dB；對于轉(zhuǎn)速高于1 000 r/min的機(jī)組，噪聲不大于110 dB[1-2]。兩者規(guī)定的測試方法基本相同，都需要在GB/T 1859-2000《往復(fù)式內(nèi)燃機(jī) 輻射的空氣噪聲測量 工程法及簡易法》中規(guī)定的試驗室內(nèi)進(jìn)行，只適合在機(jī)組上船前的適合場地進(jìn)行，這明顯不適用于船上柴油發(fā)電機(jī)組的噪聲測試。GB/T 9911-2009《船用柴油機(jī)輻射的空氣噪聲測量方法》也同樣只適用于柴油機(jī)臺架試驗時的測量。

對于已經(jīng)安裝在船上的設(shè)備，CCS規(guī)定可按GB/T 4595-2000《船上噪聲測量》來進(jìn)行，GJB 4058-2000《艦船設(shè)備噪聲、振動測量方法》同樣也可適用于船上測量。然而GB/T 4595-2000只簡單規(guī)定了測試流程等，并沒有詳細(xì)規(guī)定測試的方法。GJB 4058-2000對測試方法有具體規(guī)定，這些測試方法對于空間位置較大的柴油發(fā)電機(jī)組來說是可行的，但對于處于應(yīng)急機(jī)艙等狹小艙室的柴油發(fā)電機(jī)組來說無法進(jìn)行有效的測量。

如果按照GB/T 9911-2009關(guān)于測試環(huán)境的鑒定，通過絕對比較測試法、混響時間測試法或吸聲量估算法[3]來對環(huán)境進(jìn)行修正的話，需要花費大量的人力和物力，而且結(jié)果不一定符合標(biāo)準(zhǔn)要求。另外如果請第三方機(jī)構(gòu)進(jìn)行檢測，則需要增加不菲的費用和較長時間。為了尋找一種簡便優(yōu)化又能適合在狹小空間進(jìn)行噪聲測試的方法和手段，本文結(jié)合實船測量，對狹小艙室的柴油發(fā)電機(jī)組噪聲測量及評定進(jìn)行了研究。

1 艙室內(nèi)噪聲測試的方法

發(fā)電機(jī)組的噪聲就是發(fā)電機(jī)組發(fā)出的各種噪聲的總和，包括發(fā)動機(jī)和發(fā)電機(jī)的表面噪聲、進(jìn)氣噪聲、排氣噪聲、發(fā)動機(jī)冷卻系統(tǒng)和發(fā)電機(jī)風(fēng)扇噪聲以及由連接處和底架發(fā)出的噪聲等[4]。

某船上的一臺360 kW應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組在船廠進(jìn)行系泊試驗，船廠反映甲板上機(jī)組噪聲較大，測量結(jié)果達(dá)到112 dB(A)。經(jīng)和某柴油機(jī)研究所一同實船勘驗，該應(yīng)急艙室空間較小，機(jī)組安裝后，一側(cè)位置離艙壁僅30 cm不到，同時艙頂?shù)綑C(jī)組機(jī)體頂端的距離也只有50 cm不到，見圖1。該艙室不符合標(biāo)準(zhǔn)要求的測試環(huán)境，如進(jìn)行環(huán)境修正的話，工作量很大。根據(jù)規(guī)范要求，測量距離為離主機(jī)和產(chǎn)生特有噪聲的任何機(jī)器或設(shè)備約1 m距離處進(jìn)行噪聲測量[5]。但是在該船上，發(fā)現(xiàn)船廠在進(jìn)行相關(guān)測試時，測試距離遠(yuǎn)小于1 m，且測點布置方法不對，測點正對機(jī)組排風(fēng)口，因此得出的數(shù)據(jù)沒有參考價值。

為此，在征得船廠同意的情況下，根據(jù)規(guī)范要求，對測試方法和程序進(jìn)行解析，尋找簡易可行的測試手段，來滿足實際工程需求。

1.1 測點的確定

按照標(biāo)準(zhǔn)要求的測試方法和程序，應(yīng)如下進(jìn)行發(fā)電機(jī)組的噪聲測試：測量點的高度與氣缸頭齊平，距離機(jī)組本體距離為1 m，特別是柴油機(jī)增壓器和發(fā)電機(jī)排風(fēng)口等處。測點應(yīng)均勻分布在測量表面上。根據(jù)基準(zhǔn)體的大小和噪聲輻射的空間均勻性，確定測點位置和數(shù)量。圖2為基準(zhǔn)體長度大于4 m小于/等于15 m時的測點位置分布，其中，“●”表示基本測點，“○”表示附加測點[6]。

然而由于艙室狹小，機(jī)組側(cè)面和頂面離艙壁和艙頂?shù)木嚯x均不滿1 m，如果減少測量距離，則離艙壁較近的測點會受到反射干擾，換算所得的1 m聲場的測量結(jié)果也會有較大偏差。

柴油發(fā)電機(jī)組的噪聲主要源自柴油機(jī)運動部件的機(jī)械噪聲和排氣噪聲，噪聲輻射的指向性較均勻，機(jī)組對稱側(cè)的噪聲初步測定值均小于 1 dB，按照GJB 4058的規(guī)定，可以適當(dāng)減少測試點數(shù)，靠近艙壁處的3個測試點的值可以由外側(cè)對稱的3個測試點來反映。同時由于機(jī)組中心上方的測點附近沒有主要噪聲源，所以選擇圖3的1#、5#、6#、7#、8#這5點作為機(jī)組噪聲的基本測點。

另外，由于測點1處為柴油機(jī)出風(fēng)口軸線中心，為避免出風(fēng)渦流產(chǎn)生的附加噪聲，因此測點1位置選擇在排氣口軸線的水平面內(nèi)，與排氣口軸線成45°的方向，與排氣口的距離為1 m，見圖4[7]。

1.2 測量儀器的選定

測量儀器使用GB/T 3785中規(guī)定的II型或II型以上的聲級計或準(zhǔn)確度相當(dāng)?shù)钠渌暭売嫛Ｓ寐龣n測量（或積分時間t>8 s，至少平均3次）。聲級計或其他測量儀器與傳聲器之間最好使用延伸電纜或延伸桿，傳聲器與聲源之間不應(yīng)有障礙物。本次測試選用的聲級計為BK 4189A型電容式傳聲計。

1.3 測量時需要注意的事項

1）測量時，測點處空氣流速應(yīng)低于5 m/s，當(dāng)空氣流速大于1 m/s時，傳聲器上應(yīng)加防風(fēng)罩[7]。

2）環(huán)境條件會對測頭帶來不利影響，可以通過選擇測頭和/或確定測頭的適當(dāng)位置來避免該干擾的影響，例如較強(qiáng)的電場或磁場、被測發(fā)電機(jī)組上的空氣運動及過高或過低的溫度；測頭應(yīng)當(dāng)以正確角度對準(zhǔn)測量平面[4]。

3）測量過程中，人員的存在會對測量結(jié)果產(chǎn)生影響，為減少這種影響，測頭最好固定安裝。測量人員與測頭的距離應(yīng)保持不小于1.5 m[4]。

2 噪聲數(shù)值的計算和評定

2.1 關(guān)于背景噪聲的修正問題

由于柴油機(jī)運行時本體噪聲較大，一般比環(huán)境噪聲要大很多。實測柴油機(jī)運轉(zhuǎn)時各測點聲壓級大約在106 dB左右，而環(huán)境噪聲一般在60 dB～70 dB左右，兩者差值超過10 dB以上，按GB/T1859和GB/T9911背景噪聲修正值規(guī)定，聲源運轉(zhuǎn)時測得的聲壓級與背景噪聲聲壓級之差大于10 dB，修正值K1=0。

2.2 噪聲測量結(jié)果的計算

按照規(guī)范要求，在柴油發(fā)電機(jī)組整定于額定轉(zhuǎn)速、額定負(fù)載后，分別測定其在50%額定負(fù)載、100%額定負(fù)載和空載下的噪聲，對圖2每個測點應(yīng)重復(fù)測量3次，每次測量結(jié)果之差應(yīng)不大于2 dB。

根據(jù)該機(jī)組實際布置情況，測量 1#、5#、6#、7#、8#這5點的噪聲值，實測數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 船上各測試點的實際測量值

測得的聲壓級LP應(yīng)在測量面上進(jìn)行平均，表面聲壓級的計算公式為[8]：

計算所得額定負(fù)載下的機(jī)組表面平均聲壓級為107.07 dB(A)。

需要注意的是，測試結(jié)果是測試表面各點的聲壓級計權(quán)之后計算的結(jié)果，而不是單點測試所得的結(jié)果，這兩者存在差異。

2.3 測量結(jié)果的評定

按照上述測試計算方法，背景噪聲干擾可以忽略不計，機(jī)組靠艙壁側(cè)的三個測點也可不計入測量范圍，艙內(nèi)反射噪聲也忽略不計，實際測得的噪聲即為柴油發(fā)電機(jī)組的噪聲。

柴油發(fā)電機(jī)組在氣缸側(cè)、增壓器側(cè)和出風(fēng)口是最大噪聲產(chǎn)生源，相對來說發(fā)電機(jī)背部和側(cè)面出風(fēng)側(cè)噪聲較低。

根據(jù)GB/T 13032和GJB 1988的規(guī)定，柴油機(jī)轉(zhuǎn)速高于1 000 r/min時，空氣噪聲A計權(quán)聲壓級應(yīng)不大于110 dB，該船實測結(jié)果為107.07 dB，滿足規(guī)范要求，噪聲測試結(jié)果合格。

2.4 與第三方評測機(jī)構(gòu)的測試對比

船廠邀請第三方評測機(jī)構(gòu)（某大學(xué)）上船測試，采用吸聲量估算法對測試環(huán)境條件進(jìn)行了繁瑣的修正，并最終給出了噪聲測試評價報告，其結(jié)果為額定負(fù)載下機(jī)組表面平均聲壓級為107.1 dB(A)，當(dāng)然船廠也為第三方機(jī)構(gòu)支付了不少檢測費用。上述測試結(jié)果與第三方的結(jié)果進(jìn)行了數(shù)據(jù)對比，二者的測試結(jié)果基本一致。圖5為第三方評測機(jī)構(gòu)出具的報告。

3 結(jié)論

柴油發(fā)電機(jī)組的噪聲測試實際上是一門十分復(fù)雜的測量工程，特別是已安裝在不具備實驗室測試環(huán)境的狹小機(jī)艙內(nèi)的機(jī)組，如果需要精準(zhǔn)地測得實際噪聲，非常困難，且成本較高。

本文介紹的這種簡化測試方法基本可以滿足規(guī)范測試要求，能夠客觀地評價安裝在狹小機(jī)艙等惡劣測量環(huán)境下的柴油發(fā)電機(jī)組的噪聲水平。本方法相對簡單易行，在不增加成本，且測試人員不經(jīng)特殊培訓(xùn)的情況下，均能完成操作，并能達(dá)到測試的目的。必要時，方便測試人員在艙室環(huán)境內(nèi)對機(jī)組噪聲進(jìn)行測試。

[1]中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局, 中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會.船用柴油發(fā)電機(jī)組: GB/T 13032-2010[S].2010.

[2]國防科學(xué)技術(shù)工業(yè)委員會.艦船用柴油發(fā)電機(jī)組及控制系統(tǒng)通用規(guī)范: GJB 1988-94[S].1994.

[3]中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局, 中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會.船用柴油機(jī)輻射的空氣噪聲測量方法: GB/T 9911-2009[S].2009.

[4]中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動的交流發(fā)電機(jī)組 第10部分: 噪聲的測量(包面法): GB/T 2820.10-2002[S].2002.

[5]國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局.船上噪聲測量: GB/T 4595-2000[S].2000.

[6]國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局.往復(fù)式內(nèi)燃機(jī) 輻射的空氣噪聲測量 工程法及簡易法: GB/T 1859-2000[S].2000.

[7]國防科學(xué)技術(shù)工業(yè)委員會.艦船設(shè)備噪聲、振動測量方法: GJB 4058-2000[S].2000.

[8]高品賢.振動、沖擊及噪聲測試技術(shù)(第二版)[M].成都: 西南交通大學(xué)出版社, 2010.

Noise Measurement and Evaluation of Diesel Generator Set in Narrow Cabin

DONG Qiusu
(China Ship Power Station Co., Ltd., Shanghai 200129, China)

The noise testing of marine diesel generator set on board can be referred to relative rules and standards.But for the marine diesel generator set already installed in narrow cabin, it cannot be tested according to the standards and rules exactly.The article introduces the valid measurement and evaluation method for noise testing of diesel generator set in narrow cabin.The method is used on actual ship and verified with the third party.The method can be used for noise testing of marine diesel generator set or diesel engine, which has some reference.

diesel generator set; noise; measurement

TK427

A

10.14141/j.31-1981.2017.04.012

董秋蘇（1964—），女，高級工程師，研究方向：技術(shù)設(shè)計。