沈世洋

【摘 要】摘要該文闡述了我國船舶輪機(jī)振動噪聲控制技術(shù)的新進(jìn)展，包括雙層隔振、減振浮筏裝置、新型隔振隔沖元器件、管道隔振等隔振技術(shù)，以及隔聲翠、阻尼、消聲技術(shù)和隔聲技術(shù)等在船舶輪機(jī)噪聲控制中的應(yīng)用。展望了中低速船用主機(jī)隔振、空氣彈贊和低頻隔振、主動控制技術(shù)以及先進(jìn)的振動噪聲控制設(shè)計(jì)計(jì)算軟件等新技術(shù)在船舶輪機(jī)振動噪聲控制中應(yīng)用前景。

【關(guān)鍵詞】船舶輪機(jī)；振動噪聲控制；綜述

1、前言

隨著國外先進(jìn)技術(shù)、先進(jìn)工藝和先進(jìn)裝備的引進(jìn)和國內(nèi)科研投入力度增大，我國的船舶輪機(jī)振動噪聲控制的整體水平有了迅速的發(fā)展和提高，其主要表現(xiàn)有：第一，概念的更新。船舶輪機(jī)振動噪聲的大小是衡量船舶性能優(yōu)劣的一個主要指標(biāo)已成了造船界的共識，迄今從領(lǐng)導(dǎo)部門到設(shè)計(jì)單位，從船主到造船廠，從工程技術(shù)人員到生產(chǎn)工人都清楚地認(rèn)識到船舶輪機(jī)減振降噪的重要性。第二，決策層的重視。船舶總公司和海軍領(lǐng)導(dǎo)部門狠抓艦船的減振降噪工作，在每個五年計(jì)劃中都將艦船的減振降噪列為關(guān)鍵技術(shù)研究項(xiàng)目。第三，隊(duì)伍的建設(shè)。我國已建立起一支規(guī)模相當(dāng)可觀的船舶輪機(jī)振動噪聲控制研究隊(duì)伍，大專院校設(shè)置了振動沖擊噪聲專業(yè)，科研單位有相關(guān)的專業(yè)科室。第四，理論的提高。振動噪聲控制的理論研究水平有了很大的提高，在隔振、吸振、阻振的理論模型，隔聲、吸聲、消聲以及噪聲振動控制的理論研究都有了長足的進(jìn)步，有些領(lǐng)域已達(dá)到或接近國際先進(jìn)水平。第五，新產(chǎn)品新材料新工藝新技術(shù)的推廣應(yīng)用。許多新型的隔振器材、阻尼材料、阻尼涂料以及新的隔聲、吸聲、消聲器材的研制和開發(fā)，為船舶輪機(jī)振動噪聲控制提供了強(qiáng)有力的物質(zhì)基礎(chǔ)。

2、隔振技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用

2.1雙層隔振

雙層隔振系統(tǒng)是在單層隔振中再擂入一個彈性支承著的中間質(zhì)量。它比單層隔振系統(tǒng)的隔振降噪效果更為顯著，它能使從動力機(jī)械傳到船體的振動傳遞隔離在低頻區(qū)不少于3d5B，高頻區(qū)可達(dá)50dB。國外自60年代起開始應(yīng)用到船上，國內(nèi)武漢海軍工程學(xué)院在70年代末率先開展雙層隔振理論研究。20年來，國內(nèi)關(guān)于雙層隔振系統(tǒng)設(shè)計(jì)、計(jì)算以及高阻尼的中間質(zhì)量的制作方面已經(jīng)逐步成熟，并開始實(shí)際應(yīng)用。如海軍工程學(xué)院為桂林旅游船設(shè)計(jì)的柴油機(jī)雙層隔振機(jī)組取得了理想的隔振效果，船舶總公司701所、704所、7n所設(shè)計(jì)的大功率推進(jìn)柴油機(jī)組、柴油發(fā)電機(jī)組雙層隔振（箱裝體）裝置已在艦船上實(shí)際動用。

2.2減振浮校裝置

減振浮筏裝置是繼雙層隔振后一個新的隔振技術(shù)。追蹤國外先進(jìn)國家的海軍建設(shè)，我國自90年代起開始了減振浮筏裝置的研究。浮筏裝置是把多臺機(jī)械設(shè)備安裝在一個公共的中間質(zhì)量上（通常稱為筏架）。這可以看成是把陸上建筑物內(nèi)浮動地板移植到船上。必須指出的是，由于船舶輪機(jī)機(jī)械設(shè)備數(shù)量多、功率大，加之艙室空間窄小，隔振裝置重量尺寸受到限制，因此筏架大多為金屬結(jié)構(gòu)。減振浮筏裝置與雙層隔振的主要區(qū)別在于：雙層隔振只是安裝單臺（組）設(shè)備，而減振浮筏裝置一般均裝有多種擾動力大小及頻率各不相同機(jī)械設(shè)備，因此是一個具有多個激勵源的雙層隔振系統(tǒng)。筏架尺寸較大，不宜再視作剛體簡化，需要考慮筏架結(jié)

構(gòu)的彈性對隔振效果的影響。因此，在理論建模、設(shè)計(jì)計(jì)算、筏架設(shè)計(jì)、工藝制造等一系列間題上有較大難度。經(jīng)過國內(nèi)多家單位多年的研究，現(xiàn)已在建模理論、筏架設(shè)計(jì)、系統(tǒng)計(jì)算方面都取得了很多的進(jìn)展，而且在實(shí)船上獲得了應(yīng)用。如海洋調(diào)查船“中遠(yuǎn)?！睂?臺柴油發(fā)電機(jī)組安裝有一個6x4m筏架上，陸上調(diào)試時振級落差達(dá)40dB以上，船上實(shí)測為36dB以上；漓江豪華游艇的2臺柴油發(fā)電機(jī)組也應(yīng)用了一浮筏技術(shù)，獲得了振級落差達(dá)40dB以上的理想隔振效果。這一技術(shù)目前正應(yīng)用到新一代艦艇的輔機(jī)設(shè)備的隔振設(shè)計(jì)上。

2.3中低速船用主機(jī)隔振

中低速柴油機(jī)（轉(zhuǎn)速在350～500r/min），特別是船用主機(jī)的隔振，要求彈性支承的固有頻率設(shè)計(jì)得很低，這一方面在技術(shù)上實(shí)現(xiàn)有難度，另外與船舶在惡劣海情下的航行穩(wěn)定性有矛盾，所以較長時間來一直沒有得到解決。但自80年代中期以來，國外對一些客輪進(jìn)行改裝，對中速大功率柴油主機(jī)采用了隔振裝置，將隔振技術(shù)推廣到了萬匹柴油機(jī)。歸納國外的技術(shù)和實(shí)船應(yīng)用，主要有以下四個方面經(jīng)驗(yàn)：一是采用柴油機(jī)電力推進(jìn)裝置或可調(diào)螺距槳，使主機(jī)保持等速運(yùn)轉(zhuǎn)或在一個較小范圍內(nèi)變動，避免了因惰速時要求固有頻率低的難題；二是采用現(xiàn)場平衡技術(shù)，減小柴油機(jī)一次或低次不平衡傾覆力矩，抑制惰速運(yùn)轉(zhuǎn)時的過大振幅，三是采用很柔軟的彈性支承系統(tǒng)，如8L58/64柴油機(jī)是某豪華客輪的主機(jī)，轉(zhuǎn)速400r/min，相應(yīng)的一次擾動頻率只有6.7Hz。

2.4空氣彈簧和低頻隔振

根據(jù)國外資料表明，空氣彈簧已應(yīng)用于艦船輪機(jī)設(shè)備的低頻隔振?？諝鈴椈筛粽衿骶哂蓄l率低（固有頻率可低于2Hz以下），承載能力大，動態(tài)位移大等特點(diǎn)。目前，空氣彈簧隔振器在船舶輪機(jī)低頻隔振中主要應(yīng)用于：

輔機(jī)及發(fā)電機(jī)組；艙室、隔聲浮筏基礎(chǔ)或浮動地板，如船員艙、軍官與士兵艙和一些特殊艙室；電子通訊導(dǎo)航設(shè)備及武器裝備隔振系統(tǒng)。

國內(nèi)科研設(shè)計(jì)單位對空氣彈簧隔振器在艦船輪機(jī)設(shè)備隔振上的應(yīng)用表現(xiàn)出很大的興趣，并已開始前期準(zhǔn)備工作。

2.5沖擊隔離

對于艦艇輪機(jī)設(shè)備，國內(nèi)自90年代起陸續(xù)開始對隔振裝置進(jìn)行沖擊校核計(jì)算。自馬島海戰(zhàn)以后，西方諸國對海軍艦艇沖擊標(biāo)準(zhǔn)已有數(shù)次大幅度地更改，隨之而來的不僅是對現(xiàn)役艦艇內(nèi)所有機(jī)電設(shè)備、各種管道系統(tǒng)及其連接件的抗沖性能重新予以評估，而且對大量機(jī)電設(shè)備的隔振與抗沖元件進(jìn)行了更新。這一勢態(tài)促進(jìn)了我國輪機(jī)界沖擊隔離和沖擊計(jì)算方面的研究和發(fā)展。目前，我國在輪機(jī)設(shè)備單層、雙層和浮筏隔振系統(tǒng)，參照德國海軍沖擊標(biāo)準(zhǔn)BVo43/73的沖擊設(shè)計(jì)計(jì)算方法和程序，已實(shí)際應(yīng)用到國內(nèi)最新設(shè)計(jì)和制造的艦船輪機(jī)設(shè)備的抗沖擊設(shè)計(jì)中。

3、噪聲控制

根據(jù)俄羅斯艦艇聲學(xué)設(shè)計(jì)和噪聲控制的觀點(diǎn)，認(rèn)為主要有三項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)：

機(jī)械噪聲。通過浮筏技術(shù)、阻尼技術(shù)及隔聲、吸聲、消聲等方法降低機(jī)械噪聲，以及聲源降噪，即研制各種低噪聲的機(jī)械設(shè)備。螺旋槳噪聲。選用低噪聲推進(jìn)器，如俄羅斯K級636型艇采用7葉大側(cè)斜螺旋槳。它可適應(yīng)艇尾伴流場，推遲空化現(xiàn)象，提高臨界轉(zhuǎn)速，減少脈動壓力，相比一般螺旋槳可降低噪聲達(dá)1d5B。據(jù)資料報導(dǎo)，一種最新型的噴水推進(jìn)器有更好的降噪效果。水動力噪聲，即水聲防護(hù)。目前應(yīng)用較多的技術(shù)是在船體外粘貼塊狀消聲瓦和海豚皮狀消聲蒙皮，涂刷外部抗聲納阻尼涂層和艇體之間隔聲涂層。自80年代中期開始，我國對消聲瓦和阻尼涂料進(jìn)行專題研究，消聲瓦已在艦艇上試用，阻尼涂料則在軍船和民船上得到應(yīng)用。

4、結(jié)束語

上面闡述的艦船輪機(jī)振動噪聲控制方法都是被動方法，屬無源控制。目前，正在開展的理論研究和試驗(yàn)研究的都是主動控制技術(shù)，即有源控制。盡管還有很長的一段路要走，但總將會應(yīng)用到造船界來。如國內(nèi)目前正在研究的用液壓筒作為作動器的雙層隔振主動控制系統(tǒng)、自適應(yīng)噪聲主動控制都是由船舶總公司立題的研究項(xiàng)目，其目的是通過不間斷努力將其應(yīng)用到船舶輪機(jī)的減振降噪上來。

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（作者單位：啟東中遠(yuǎn)海運(yùn)海洋工程有限公司）