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[噪声治理] 船舶噪声控制的基础理论及其具体实施方法

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发表于 2018-5-15 16:50 | 显示全部楼层 |阅读模式

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  船舶噪声控制基础理论
  任何声学系统的主要环节是声源、传输途经和受者。它们之间既有正作用,也有反作用。例如一个机器装在屋角,声功率输出就会加大;一个报告人面对听者增多时就会自动提高嗓门等等。因此,情况比较复杂。控制噪声就应当从声源控制、途径控制和受者保护三方面着手。具体采取哪一种或哪几种措施,则应从经济、技术及满足要求等方面综合考虑决定。

  1、声源控制噪声
  声源控制噪声是噪声控制中最根本和最有效的手段,研究发声机理、限制噪声的发生成了近年来最受重视的问题。例如改进机器的动平衡,隔离声源的振动部分,使用阻尼材料,改进润滑或改变共振频率,破坏共振等,对气流噪声和撞击噪声的研究,近年也颇有进展。

  2、传输途径控制
  传输途径中的控制是最常用的办法,因为一旦机器设计制造和安装完毕,再从生源上控制噪声就受到限制,在传输途径中却容易实现例如隔声、隔振、吸声等都是有效措施,可以起到事后补救的作用。在工厂设计及船舶上层建筑布置中,合理布置可对降低噪声干扰起到重要作用,船舶居住舱室应与机舱等噪声源尽量隔离。使用机罩、消声器等从接近声源处降低噪声,用不同材料使传输途径不连续以控制结构噪声等,都是行之有效的好办法。目前对空气噪声一般采取消声、隔声和吸声处理;而对结构噪声的主要隔声措施是减振、隔振等。

  (1)吸声处理
  利用吸声材料和吸声结构来降低室内噪声的降噪技术称为吸声。材料的吸声性能常用吸声系数表示,它是指声波入射到材料表面时,被材料吸收的声能与入射声能之比,用a表示。一般材料的吸声系数在0.01-1.00之间。只有当吸声系数a>0.2的材料才能称为吸声材料。

  多孔吸声材料的吸声效果最好,被普遍采用,它分纤维型、泡沫型和颗粒型三种,纤维型多孔吸声材料有玻璃纤维、矿渣棉、毛毡、甘蔗纤维、木丝板等。泡沫型吸声材料有聚氨基甲酯酸泡沫塑料。颗粒型吸声材料有膨胀珍珠岩和微引,吸声砖等。

  应当注意,吸声材料只吸收反射声,而对声源直接发出的直达声是毫无吸声效果的,因此,当原来房间的吸声效能较高时,如果还用吸声处理来降噪、就不会达到预期的的效果。吸声处理的方法只是在房间不大或原来吸声效果较差的场合才能发挥其减噪作用。

  (2) 隔声处理
  利用墙板、门窗、隔声罩等隔声构件将噪声源与受者分隔开来,使噪声在传播途径中受阻以减弱噪声的传递,这种方法称作隔声。它是有效而又应用十分广泛的办法。

  按噪声传递方式可分为空气传声(简称空气声)和固体传声(简称固体声)或结构传声两种。空气声指声源直接激发空气振动而产生的声波,并借助空气介质直接传入人耳。固体声是指生源直接激发固体构件振动而发出的声音。固体构件的振动(如锤击地面)以弹性波的形式在墙壁及楼板等构件中传播。在传播中向周围空气辐射发出声波。实际上,声音的传播往往是空气传声和固体传声两者的组合。

  对于实心的均匀墙体,其隔声能力决定于墙壁的单位面积重量,其值越大,隔声性能越好。隔声罩是抑制机械噪声的较好办法,隔声罩由罩板阻尼涂料和吸声层构成。罩板一殷用1一3mm厚的钢板,也可用密度较大的木质纤维板。罩壳用金属板时要涂一定厚度的阻尼层。在罩板上垫衬吸声材料,这样可以加倍地增加隔声量。如隔声罩用的钢板太薄,罩壳面积又很大,而罩壳与机器或基础是刚性连接时,隔声罩可能变成一个噪声放大器,这种情况应引起特别注意。在加工隔声罩时,要注意隔声罩的密封,但在热力机械中都有进、排气和冷却管道等,这些管道将隔声罩与外界连通,对隔声十分不利。因此,在进风口和排气口处还应装上由钢板、阻尼层、吸声层等组成的专门的消声装置。

  (3)消声器处理
  消声器是一种控制气流沿管道传播的消声设备。主要安装在进、排气口或气流通过的管道内,在噪声控制中得到广泛应用。按其工作原理,消声器可分成吸收式和反作用式两类。

  a. 吸收式消声器。这类消声器是通过吸声材料来降噪的,它利用吸声材料的吸声作用使沿通道传播的噪声不断被吸收的装置。噪声降低量取决于该噪声的频率、管道长度和吸收材料的厚度等。

  b. 反作用式消声器。这是用一个或多个小室来反射和衰减入射的声能,它主要借助于通道截面的突然扩张或设置旁通共振腔使噪声降低的装置。反作用式消声器与吸收式消声器不同,它内部不装任何吸声材料,仅依靠管道截面积的改变,共振腔或旁路管等在声传播过程中,引起声阻抗的改变而产生声能的反射与消耗。

  各式风机消声器,按气流的压力分为高压、中压和低压等类型,多采用阻性消声器及微穿孔板式等。空压机消声器,主要用于进气消声,加在空气滤清器的前后,有抗性、阻抗组合式及微穿孔板组合式等。鼓风机消声器,多用阻性或阻抗组合式。高压排气放空消声器,多用小孔扩散消声器,阻抗组合式与微穿孔式等。内燃机排气消声器,多采用抗性或微穿孔板组合。

  3、受者保护
  在机器多而人少(例如船舶机舱),或降低机器噪声不现实或不经济的情况下,对受者的保护是重要手段。人员可以带上护耳器(耳罩或耳塞),防声头盔或在隔声间(如机舱集控室)内值班操作,对一些灵敏仪器(如雷达、微机、电子显微镜、灵敏仪表等),也可用隔声、隔振加以保护。

  采取噪声控制措施,必须在船舶设计和建造各个阶段认真考虑。使用可靠的噪声预测技术,分析所要选用的各种设备,事先考虑各主要减噪措施,定出最佳的声学设计效果。如航行船舶上噪声污染已经形成,再更换或修改机械设备,所需代价无疑将更大。

  船舶噪声防护的实施
  通过以上理论上的梳理,下面谈谈如何降低船舶噪声:

  1、船舶噪声的防护
  船舶噪声的防护,必须在船舶设计时就应加以考虑,因为在以后阶段,采取减噪措施要受到很大限制。船舶噪声控制问题的解决办法。首先是使用噪声小的主机、辅机和螺旋桨,并且能合理地安置噪声源,使其向船舶传播较少的声音和振动能量。

  其次是合理进行船舶舱室的布置,把要求噪声小的舱室尽可能离噪声源远一些。由于船舶结构有利于噪声及其振动的传播,因而只靠采用小噪声机器和依赖相应的噪声源及舱室联系的布置,是不可能达到令人满意的声学环境的,还必须在船舶舱室里采用吸声、隔声和隔振设施。

  船上的噪声主要来自机舱,而机舱的噪声几乎总是来自主机和辅机的振动,以及将燃气或空气从这些机械中吸入与排出的风机噪声和流动噪声。因此,描述船上噪声降低的变化总是从机舱中噪声的产生和抑制开始的,其降低噪声的途径是:将机器或整个机舱与船上其他部分隔绝开来,增加噪声在结构中的传输损耗,使之传到居住舱室的噪声很小。

  (1)机舱噪声控制对策
  机舱是船舶动力装置的集中地,主辅机等各种机器设备发出的噪声,响遍整个舱室,经久不息。在大型低速柴油机为主机的机舱里,其噪声主要是空气噪声;以中速柴油机为主机的机舱,其噪声由强度相当的空气噪声和结构噪声混成;以高速柴油机为主机的机舱里,则主要是结构噪声。因此,必须针对实际情况,综合考虑,对进、排气口,管壁的空气噪声,可首先采用消声器和绝缘层,对于小型机器,可将其全部围起来。

  加围壁措施是利用声源与围壁内表面间的空层作为减少声振动的介质。这使声辐射仅在声源隔离间内部进行,可有效地减噪。为使声振动隔离良好,其隔离空间必须足够大。同时,围壁应有好的隔声性能,以免空气噪声穿透围壁。为防止围壁内声反射叠加,围壁内表面还应具有吸声性能。在机舱的上下甲板及四周装吸声材料。

  对主机的结构噪声,一般通过减振支承来减噪。在小型高速主机上可采用弹性支承,采用橡胶或特殊塑料等,将机器与船体隔开。但对大型主机,目前仍难于实施。此外,对大型主机采取的声振控制措施尚不完善。要从人的方面采取措施防止听力受害。在机舱内设置集中控制室是普遍采取的有效办法。在集中控制室内噪声可控制在75dB以下,就能提供一个较好的工作环境。

  对于机舱集控室的隔声结构,应同时考虑空气噪声和结构噪声的隔声问题,必须了解两者的具体传播途径,加以妥善隔断才能获得理想的隔声效果。

  (2)居住舱室噪声控制对策
  在进行船舶舱室总布置时,应遵循两个基本原则:
    · 噪声要集中在规定的区域内,最好在船尾部;
    · 把对噪声要求高的舱室尽可能远离噪声源的集中区域。
  在一般情况下,对居住舱室产生影响的几乎全部来自机舱的结构传播噪声。因此,隔声措施是解决居住舱室减噪的主要办法,即切断与有噪声源舱室结构体的联系,如采取浮筑结构,在承重楼板与地面之间夹一弹性垫层并把上下两层完全隔开,不使地面层与任何基层结构(包括墙体)有刚性连接。这样,对撞击隔声和空气隔声都非常有效,适宜于安静要求高的情况。

  如果把居住舱室装在隔振支撑上,也非常有效,现在已有不少船舶采用。不过把居住舱室同机舱在结构上分隔开来,对中、高频噪声有用,在低速机的船上作用不大。

  (3)甲板区的消声
  船舶露天甲板区域,有机舱中的风机从甲板上吸人空气和主、辅机的排气所产生的噪声。它们的噪声级高达85—94dB,直接影响驾驶台工作人员的工作和船员休息,而且对港口和航道的周围环境产生严重的噪声污染。对于机舱吸、排气引起的低频噪声,可以采用消声器。但是一般的消声系统,很难使噪声降低30 dB(尤其对低频噪声)。常采用反作用式消声器,尺寸虽大一些,但减噪效果较明显,可达到标准要求。

  在露天甲板上,噪声控制的范围要求达70一50dB。最后需要说明的是,船舶噪声常与船舶振动相伴而生,一旦船舶振动激起船体某种振动方式的结构共振时,通常其影响不仅是带来某种不舒适感,而且会损坏船体结构,这对航行中的船舶是一个致命问题。

  本文摘录自道客巴巴《浅谈船舶噪声》一文。

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