陳鳳嬌 張 帥

（上海振華重工（集團(tuán)）股份有限公司，上海 200125）

隨著時(shí)代的進(jìn)步和我國船舶制造技術(shù)的迅猛發(fā)展，人們對(duì)船舶安全性與舒適性的重視程度與日俱增。船舶振動(dòng)噪聲是影響船舶舒適性的主要因素，因此船舶振動(dòng)噪聲的控制設(shè)計(jì)在現(xiàn)代船舶設(shè)計(jì)制造中占有重要地位。

1 項(xiàng)目概況

該特種工程船長215 m、寬49 m、型深22.4 m，能夠滿足399人居住要求，并設(shè)置單人套間、2人間、會(huì)議室、娛樂室、健身房、培訓(xùn)室、影音室以及醫(yī)務(wù)室等多種多功能房間。船舶入級(jí)LR船級(jí)社需取得CAC 3船級(jí)符號(hào)，并滿足SPS 2008要求和國際海事噪聲公約MSC.337（91）的總噸位大于10 000 Gt的客船標(biāo)準(zhǔn)[1]。

船舶配置6臺(tái)9 300 kW柴油機(jī)組、1臺(tái)1 500 kW應(yīng)急電發(fā)機(jī)、1臺(tái)1 000 kW停泊發(fā)電機(jī)、2臺(tái)2 500 kW側(cè)推、2臺(tái)6 500 kW主推進(jìn)器、6臺(tái)3 800 kW全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器等大功率設(shè)備，可承擔(dān)6 000 t起重作業(yè)和J/S型鋪管作業(yè)等。

2 設(shè)計(jì)難點(diǎn)

首先，船舶柴油機(jī)組功率大、噪聲高以及振動(dòng)頻率幅度寬，增加了船舶的結(jié)構(gòu)抗振設(shè)計(jì)的難度。其次，6臺(tái)柴油機(jī)組和2臺(tái)2 500 kW側(cè)推直接布置于生活模塊，增加了全船振動(dòng)噪聲控制的難度。最后，全船有600多個(gè)房間/艙室有噪聲控制要求，數(shù)量多，給項(xiàng)目帶來了巨大挑戰(zhàn)。

3 減振降噪的設(shè)計(jì)優(yōu)化及應(yīng)用情況

船舶的噪聲控制措施主要從聲源、傳遞途徑以及目標(biāo)房間3方面進(jìn)行控制。該項(xiàng)目基于國外基本設(shè)計(jì)要求，以聲源控制為主進(jìn)行設(shè)計(jì)。聲源主要為主柴油機(jī)和側(cè)推等，因此機(jī)艙、主機(jī)基座、側(cè)推基座以及側(cè)推艙等區(qū)域成為項(xiàng)目聲源控制的重點(diǎn)。而以上區(qū)域主要通過結(jié)構(gòu)振動(dòng)的形式向上建區(qū)域傳播噪聲[2]，因此項(xiàng)目設(shè)計(jì)主要采用阻尼材料控制結(jié)構(gòu)振動(dòng)產(chǎn)生的噪聲傳遞。

3.1 阻尼設(shè)計(jì)優(yōu)化及應(yīng)用

基于聲源處噪聲控制的前提，項(xiàng)目前期進(jìn)行了各種設(shè)計(jì)分析，在綜合成本、施工難度、技術(shù)要求等前提下，擬定機(jī)艙區(qū)域、柴油機(jī)基座、側(cè)推基座以及空調(diào)機(jī)室等需敷設(shè)阻尼材料，以實(shí)現(xiàn)95%以上房間振動(dòng)噪聲達(dá)標(biāo)。而以上區(qū)域中，機(jī)艙區(qū)域的施工范圍成為項(xiàng)目的重點(diǎn)及難點(diǎn)。項(xiàng)目經(jīng)過多輪討論與核算后形成了兩個(gè)方案，具體對(duì)其如表1所示。其中：方案1是阻尼敷設(shè)于在機(jī)艙四周圍壁；方案2是指僅在機(jī)艙2.8 m平臺(tái)甲板上敷設(shè)阻尼敷料。

表1 兩個(gè)方案的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比

經(jīng)過綜合對(duì)比及平衡，項(xiàng)目最終選擇風(fēng)險(xiǎn)較低的方案1，即在機(jī)艙四周圍壁敷設(shè)阻尼材料。這對(duì)阻尼材料的施工便利性和施工現(xiàn)場控制等提出了考驗(yàn)。確定方案后，開始分析和對(duì)比常規(guī)雙組分阻尼材料、板材式阻尼材料以及水性噴涂式阻尼材料的性能和施工便利性等，以便探尋更經(jīng)濟(jì)有效的施工方案。對(duì)比后發(fā)現(xiàn)，板材式阻尼材料明顯不適用于機(jī)艙四圍壁，不僅材料價(jià)格高昂，而且機(jī)艙四圍壁多設(shè)備、多管線以及多支架的結(jié)構(gòu)無法有效利用板材的優(yōu)勢。因此，項(xiàng)目重點(diǎn)對(duì)比了雙組分阻尼材料和水性阻尼材料的性能，如表2所示。

表2 兩種阻尼材料性能對(duì)比

對(duì)比發(fā)現(xiàn)，水性阻尼材料質(zhì)量輕，單人單次施工簡單便利，具有一定的優(yōu)勢，但需要多層多道施工。對(duì)于機(jī)艙14 mm厚的結(jié)構(gòu)艙壁而言，水性阻尼材料預(yù)計(jì)需施工3～4次，在20 ℃左右下預(yù)計(jì)需要5～7天。而常規(guī)阻尼材料僅需施工2次，預(yù)計(jì)需要2～4天。在人員充足的情況下，還可壓縮施工周期。

為更好地驗(yàn)證兩種阻尼材料的性能及施工便利性，項(xiàng)目將兩種材料分別應(yīng)用于左右機(jī)艙的同等圍壁和試驗(yàn)板材。在試驗(yàn)與施工中發(fā)現(xiàn)，對(duì)于舾裝率不高的板材，水性噴涂材料具備施工速度快、人工成本低、材料用量少以及成型漂亮等優(yōu)勢[3]。對(duì)于機(jī)艙圍壁等舾裝率大的艙面，水性噴涂式阻尼材料基本失去了施工便利優(yōu)勢。噴涂施工受限因素較多，在項(xiàng)目實(shí)際應(yīng)用中表現(xiàn)較差。第一，水性阻尼施工前需耗費(fèi)大量人工對(duì)艙壁設(shè)備、管線以及支架等進(jìn)行保護(hù)，且施工后需拆除保護(hù)，同時(shí)需進(jìn)行必要的清潔。第二，水性噴涂式阻尼材料對(duì)施工環(huán)境和施工噴涂技術(shù)要求較高，若施工溫度不夠和施工人員技術(shù)不好，容易增加固化時(shí)間，造成流掛和開裂等現(xiàn)象，需增加額外的通風(fēng)或加熱設(shè)備。項(xiàng)目施工時(shí)間在冬天，室外溫度4～10 ℃。在增加通風(fēng)和加熱設(shè)備后，施工時(shí)間為7～10天。第三，水性噴涂式阻尼材料雖然質(zhì)量輕和施工厚度薄，但因噴涂施工，勢必存在損耗。經(jīng)過施工統(tǒng)計(jì)，機(jī)艙艙壁此類結(jié)構(gòu)復(fù)雜艙面實(shí)際損耗率達(dá)70%～90%，相較于刮涂式雙組分阻尼材料，材料用量明顯增加。第四，水性阻尼材料需借助噴涂機(jī)械和噴涂管線，因此噴涂機(jī)械的功率、位置以及管線長度等也會(huì)影響其施工質(zhì)量。若噴涂位置與攪拌器位置過遠(yuǎn)，在建議稀釋比例下，材料到達(dá)噴頭處的壓力會(huì)偏小，容易出現(xiàn)噴涂不均和流動(dòng)不暢等現(xiàn)象。但是，若增加水份稀釋，則會(huì)增加固化時(shí)間和出現(xiàn)流掛等。

通過對(duì)比兩種阻尼材料在機(jī)艙區(qū)域的實(shí)際施工情況，發(fā)現(xiàn)刮涂式阻尼材料無論人工成本、材料成本及施工時(shí)間均優(yōu)于水性噴涂式阻尼材料，且對(duì)人員施工技術(shù)要求低。因此，項(xiàng)目機(jī)艙其他圍壁、柴油機(jī)基座以及側(cè)推基座等區(qū)域選用了刮涂式阻尼材料。水性阻尼材料僅應(yīng)用于其他舾裝率小且壁厚小于10 mm的艙壁或甲板面[4]。

3.2 絕緣布置及應(yīng)用

除了在聲源處采用阻尼材料進(jìn)行減振降噪外，還可以在主要傳播路徑和目標(biāo)房間通過采用防火絕緣材料和隔音隔熱材料等方式進(jìn)一步減少振動(dòng)噪聲的傳遞。例如，在機(jī)艙縱壁阻尼層上增加絕緣材料、在機(jī)艙頂部和生活模塊底部設(shè)置絕緣材料、在空調(diào)機(jī)室阻尼層上增加絕緣材料及沖孔不銹鋼板以及在結(jié)構(gòu)風(fēng)管內(nèi)、外側(cè)設(shè)置絕緣材料等。

受限于項(xiàng)目結(jié)構(gòu)層的高度，項(xiàng)目甲板主要采用絕緣材料進(jìn)行層與層之間的防火和隔聲。與其他采用浮動(dòng)地板和防火地板的項(xiàng)目設(shè)計(jì)相比，該方式降低了材料成本，但加大了施工難度，且實(shí)際應(yīng)用效果有待驗(yàn)證。項(xiàng)目絕緣及復(fù)合巖棉板安裝設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)，如圖1所示。

圖1 項(xiàng)目絕緣及復(fù)合巖棉板安裝設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)

3.3 復(fù)合巖棉板設(shè)計(jì)及應(yīng)用

除襯板外，大部分獨(dú)立圍壁板采用高隔音復(fù)合巖棉板，空氣隔音值需大于37 dB，部分區(qū)域空氣隔音值會(huì)不小于40 dB。底槽設(shè)置減振墊和天花使用彈性吊架等避免了復(fù)合巖棉板的鋼性連接，從而最大程度降低了目標(biāo)房間的振動(dòng)噪聲傳遞。

3.4 其他減振降噪設(shè)計(jì)及應(yīng)用

除了以上減振降噪設(shè)計(jì)布置外，項(xiàng)目還從以下方面對(duì)振動(dòng)噪聲進(jìn)行了要求及優(yōu)化。第一，在艙室設(shè)計(jì)布置時(shí)，將住艙房間盡量往上集中布置。功能房間如辦公會(huì)室、娛樂室以及健身房集中布置于一層，并用于分隔居住甲板與機(jī)械甲板。第二，在設(shè)備選型時(shí)，提出振動(dòng)噪聲控制指標(biāo)要求或選用低噪聲型號(hào)或低振動(dòng)設(shè)備。例如，空調(diào)機(jī)選擇的噪聲值不大于90 dB和布風(fēng)器選擇低噪聲型號(hào)等。第三，排煙管彈性支架數(shù)量需充足，且盡量固定在強(qiáng)結(jié)構(gòu)上。此外，主柴油機(jī)排煙管增加消音器和通風(fēng)主干管路支架連接增加橡膠墊等[5]。

4 結(jié)語

船舶減振降噪是一項(xiàng)復(fù)雜的綜合性工程。在船舶設(shè)計(jì)過程中，有效的聲學(xué)和噪聲設(shè)計(jì)計(jì)算報(bào)告、噪聲源隔離布置、低噪聲設(shè)備選型和吸聲隔振的減振材料的選用等都是可行的減振降噪方式。但是，選擇最經(jīng)濟(jì)適用的措施是每個(gè)項(xiàng)目的最終要求。因此，項(xiàng)目的實(shí)際應(yīng)用情況、實(shí)施細(xì)節(jié)、設(shè)計(jì)與應(yīng)用的對(duì)比一定程度上影響著項(xiàng)目的最終成果。該項(xiàng)目的設(shè)計(jì)優(yōu)化和施工情況對(duì)比可供類似項(xiàng)目參考。