基本介紹
- 中文名：船舶噪聲
- 外文名：ships noise
- 重要性：關係到行船的安全
- 所屬領域：交通工程
- 種類舉例：船舶動力機械噪聲
- 特點：噪聲源多聲、功率大、頻譜寬
類型,船舶噪聲標準,降噪措施,噪聲試驗,噪聲控制,特點,傳遞途徑,
類型
船舶動力機械噪聲
1、主機噪聲
常用的主機是柴油機，其次是燃汽輪機。以核裝置作為動力設備的船舶還比較少。柴油機主要是由於氣動、機械兩方面產生的噪聲。燃燒過程中氣體在氣缸中產生聲駐波，聲壓起伏通過換氣過程等直接輻射並通過氣缸壁以結構聲形式傳播和輻射。燃燒過程中衝擊波激勵的機械振動通過活塞、連桿、曲柄軸傳到柴油機構架上，並由曲軸箱、殼體等向外輻射聲能。低速柴油機（轉速低於每分鐘 200轉）的噪聲主要是從柴油機的上表面、增壓器和換氣系統附近向外輻射的，其頻率主要隨機器的轉速和燃燒周期而定。低速柴油機噪聲頻譜如圖1 低速柴油機噪聲頻譜所示。中速柴油機（轉速每分鐘300～750轉）的噪聲通常高於低速柴油機。主要噪聲級出現在中頻段，這是燃燒過程壓力增長速率大的緣故。閥門蓋、檢修門、曲軸箱側壁等處最響。低頻段的擴展與氣缸中最大壓力有關，而高頻段的噪聲則是由氣缸中壓力脈動引起的，這種機器的增壓器系統產生高頻段噪聲。中速柴油機噪聲頻譜如圖2 中速柴油機噪聲頻譜所示。高速柴油機（轉速每分鐘超過800轉）的低頻段噪聲級較低。這種機器具有高的燃燒壓力和急劇燃燒的特點，所以機器的轉動部件、擺動部件和閥門機構等發出強噪聲。高速柴油機噪聲頻譜如圖3 高速柴油機噪聲頻譜所示。齒輪嚙合的噪聲頻率決定於齒數乘轉速。電機槽極的噪聲頻率決定於軸速乘上定子極數。燃汽輪機的噪聲頻率決定於軸轉速乘上葉片數。泵在工作時，管路中由於壓力脈動產生流體動力噪聲。各種機械在工作時除直接向周圍輻射噪聲外，還通過各自的基座將機器的振動傳遞給船殼，引起船殼的構架和殼板振動。這些結構振動形成結構聲，在船體中傳播並向周圍媒質（空氣、水）輻射噪聲（見噪聲輻射）。在核動力船，推進系統的主減速箱是機械噪聲的主要來源。
2、螺旋槳噪聲
主要有旋轉噪聲和空化噪聲（當槳葉表面的水分子壓力降低到水的汽化壓力以下時，產生汽泡，汽泡上升後破裂）。旋轉噪聲是螺旋槳在不均勻流場中工作引起干擾力（其頻率主要決定於槳軸轉速乘槳葉數，常稱為葉頻）和螺旋槳的機械不平衡引起的干擾力（其頻率為槳軸轉速，常稱為軸頻）所產生的噪聲。螺旋槳出現空化現象以後，船舶水下噪聲主要決定於螺旋槳噪聲。出現空化時的航速稱為臨界航速。空化噪聲具有連續譜的特徵，空化噪聲特性與槳葉片形狀、槳葉面積、葉距分布等因素有關。在一定轉速下，隨著螺旋槳葉片旋轉產生的渦旋的頻率與槳葉固有頻率相近時，產生槳鳴。
3、水動力噪聲
主要是由於高速海流的不規則起伏作用於船體，激起船體的局部振動並向周圍媒質（空氣、水）輻射的噪聲。此外，還有船下附著的空氣泡撞擊聲吶導流罩，湍流中變化的壓力引起殼板振動所輻射的噪聲（聲吶導流罩內的噪聲一部分就是因此產生的）等等。
船舶輔助機械噪聲
輔助機械一般功率較小，噪聲的強度相對說來也較低。但是，如果泵和風機等設備安裝在臨近駕駛室或客艙附近而不採取防噪措施，也容易造成嚴重的噪聲干擾。
船舶噪聲的傳播途徑 主要有三種：①動力或輔助機械設備直接向空氣中輻射噪聲，這種噪聲稱為空氣聲；②機械的振動能量沿固體結構傳播到船體各部位，然後再向外輻射噪聲，這種噪聲稱為結構聲；③水下噪聲是船的殼體振動或螺旋槳的擾動等向水下輻射的噪聲。
船舶噪聲標準
為了保證船舶的安全行駛和使旅客得到安靜的休息，船舶噪聲的控制標準一般規定：無人值班的機艙不高於A聲級110分貝，有人值班的機艙主機操縱處不高於A聲級90分貝，駕駛室不高於A聲級65分貝，客艙內不高於A聲級60～65分貝。
降噪措施
降低各種噪聲源的噪聲級，對機器進行隔振，是控制船舶噪聲的主要措施。如對主機、輔機等設備安裝隔振器（其共振頻率不應超過機器基頻的1/6）,改善機器的靜力和動力平衡。機器的進氣口、排氣口都應加裝消聲器，機器上安裝有吸聲襯裡的隔聲罩，各種管路接頭應儘可能採用撓性聯接，在振動的板殼上採用阻尼處理。螺旋槳和船後殼之間的間隙要適當，以減小激勵船殼的力。加裝螺旋槳導管可降低螺旋槳的振動和噪聲，還可提高槳效，設計（理論計算及模型實驗）時就應考慮船後體的形狀，以改善伴流，儘量避免出現螺旋槳的空化現象。為減小螺旋槳的水下噪聲還可選用高內耗、高強度材料來製作螺旋槳，例如可採用高阻尼合金。還可對槳葉進行必要的加工，使渦旋振盪頻率與槳葉固有頻率錯開，以消除槳鳴。
噪聲試驗
進行船舶噪聲試驗的目的是測量船舶各主要艙室和部位的噪聲級值，檢查其是否符合設計規定的艙室噪聲限值，為限制船舶噪聲提供實測數據。
1．試驗注意事項
(1)一般風力不超過4級，海浪不超過3級，流速平緩，不能影響噪聲的測量；
(2)人員、施工、雨、水深等環境條件所引起的噪聲，應不致對被測艙室的噪聲級有所影響；
(3)船舶處於滿載或壓載狀態；
(4)主機運行於85%額定轉速；
(5)正常航行中所必需各種輔機、其他連續使用的機器均正常運轉；空調和通風設備處於正常工作狀態；對於間斷使用的機器(如每班工作不超過0.5小時)應停止工作；
(6)關閉聲源、艙室的門窗(對航行中長期敞開的門窗除外)。
2．測點的布置
(1)艙室噪聲測點一般應布置在被測艙室中央，每一個艙室至少一個測點，艙室較大時，測點可增加，但兩相鄰測點問距不小於2米，也不大於7米，駕駛室一般布置3個測點。
(2)機艙內的測點布置在主機操縱處、船員主要工作部位和強噪聲部位。在強噪聲部位測量時，測點距噪聲源外殼為1米，在狹窄地方至少為0.5米。
(3)測試前應對所測艙室及其測點位置按順序進行標位。測量時，每個測點至少持續5秒，將所測噪聲值記錄在相應序號的記錄表內。
噪聲控制
所謂噪聲控制是採取相應技術措施控制噪聲源的發生、輸出傳播和接收．以得到人們所要求的聲學環境。船舶噪聲控制包括二三個方面：一是聲源噪聲的控制；二是傳遞途徑的噪聲控制；三是接收器噪聲防護設備的使用。
1)聲源控制是噪聲控制中最根本和最有效的手段
使用噪聲小的主機輔機和螺旋槳，並且合理地安置噪聲源．使其向船舶傳播較少的聲音和振動能量。現在大部分船舶都是以柴油機作為主機和發電機的原動機．如使進排氣通道避免急劇轉彎和加裝消音器等，可以降低主輔柴油機進排氣的噪聲；還有合理組織供油，減小噴油提前角，縮短預燃期或在預燃期內減少噴油量，縮短著火延遲期和減少滯燃期內形成的可燃混合氣數量等等。這些都可以減少柴油機燃燒的噪聲。螺旋槳使用半流均勻和低葉梢速度的設計方法，以減少螺旋槳產生的噪聲。合理進行船舶艙室的布置，將機器或整個機艙與船上其他部分隔絕開來，並增加噪聲在結構中的傳輸損耗，控制共振幅度，使之傳到居住艙室和其他辦公艙室的噪聲很小，如改進機器的動平衡隔離聲源的振動部分、使用阻尼材料、改進潤滑或改變共振頻率破壞共振等。
2)傳遞途徑中的噪聲控制最常用的方法
傳遞途徑中對噪聲的控制措施主要有吸聲、隔聲、隔振等．這些可以起到事後補救的作用。吸聲主要是在艙室天花板和四壁表面敷設吸聲材料和吸聲結構，或所在室內空問懸掛吸聲體，這樣會使室內的反射聲大大減弱。隔聲是將噪聲源或需要安靜的場所與外界環境有效地隔離。在船舶噪聲控制中，對空氣噪聲，採用剛性和不吸聲的鋼板和鋁板等做成隔聲壁，為提高隔聲效果，可採用雙層壁，還可採用隔聲罩和隔聲室等措施。隔振就是在機械設備與安裝基礎之間引入一個隔振裝置，以改變機械設備與基礎之間的運動關係。對於振動設備，安裝單層或
雙層彈性支承的減振器進行隔振是唯一能減少振動傳遞和結構噪聲的一個有效措施。
雙層彈性支承的減振器進行隔振是唯一能減少振動傳遞和結構噪聲的一個有效措施。
3)接收器噪聲防護設備提供的被動保護也是重要手段
對在機器多而人少(如機艙)的艙室中，降低機器噪聲不現實或不經濟的情況下，噪聲防護設備給受噪聲污染者提供的被動保護就顯得更實際重要些。尤其在目前，對大型主機採取的聲振控制措施尚不完善，需要對船員採取保護措施防止聽力受害，如船員可以帶上護耳器(耳罩或耳塞)、防聲頭盔在隔聲間(如機艙集控室)內值班丁作，就可以減少噪聲的傷害，得到一個較好的工作環境。
特點
船上的柴油機、汽輪機、鍋爐、齒輪、鼓風機、泵、通風機、壓縮機和螺旋槳等，各種運轉著的機械設備和裝置系統內流動著的流體工質，因振動、撞擊和氣流擾動等成為船舶噪聲源，其中主機、輔機和螺旋槳是三個主要噪聲源。船舶噪聲按發生場所分為動力裝置噪聲、結構激振噪聲、輔助機械噪聲、螺旋槳噪聲和船體振動噪聲等。船舶噪聲有噪聲源多聲、功率大、頻譜寬和低中頻為主等特點。
動力裝置的噪聲主要包括主機柴油發電機組、齒輪箱及主輔機的排氣管產生的噪聲，它是船上最強的噪聲源，該噪聲的強弱決定了柴油機船的噪聲級，它既有進排氣系統空氣動力噪聲，又有運動部件的撞擊和主機本身不平衡而產生振動所造成的機械噪聲。結構激振噪聲和機器內部的激振能量經機架被傳遞到基座法蘭(或地腳螺栓)，然後又通過船舶雙層底傳向船體，船體開始振動產生噪聲。這些產生噪聲的激振能量，源自於機器燃燒過程和活塞往復運動引發的脈衝振動，振動的能量取決於振動的振幅和頻率，而且當振動處在寬頻帶範圍內時還會輻射二次噪聲。
輔助機械噪聲主要包括各種艙室機械和甲板機械工作產生的噪聲，這種噪聲主要由鍋爐燃燒通風機、通風液壓系統、液壓衝擊和空調系統等產生。 螺旋槳噪聲的強度較主輔機噪聲的強度要弱，影響範圍也主要限於尾部艙室，其性質可分為兩種：一是低頻噪聲，由槳葉和流體相互作用的流體動力效應及水流衝擊尾柱而引起的；另
一種是空泡引起的葉片振動而產生的高頻噪聲。
一種是空泡引起的葉片振動而產生的高頻噪聲。
船體振動的噪聲是由主輔機及螺旋槳的擾動和各種機械及波浪的衝擊引起的振動而產生。
傳遞途徑
噪聲源產生的噪聲通過空氣介質和船體結構兩種途徑傳遞，以空氣噪聲和結構噪聲兩種方式傳播。一個噪聲源既能通過噪聲源直接激發空氣振動，以空氣噪聲方式通過艙壁甲板天花板．沿著通風道，經過網孔、艙口窗、非密門等傳播；也能通過噪聲源處承受各種機械力的基座或各種非支撐性的撐件產生振動，以結構噪聲方式傳播。結構振動以彈性波形式在基座船體結構艙室的外圍結構中傳播，在傳播中輻射空氣噪聲聲源。艙室內的噪聲幾乎全由空氣噪聲決定；距離聲源稍遠的居住艙室內的噪聲則全由結構噪聲決定。對較大型的船舶，機艙和螺旋槳產生的結構噪聲遠比空氣噪聲對船上居住艙室的影響嚴重；對小型船舶，空氣噪聲的影響是主要的。
