某工程船减振降噪的设计优化及应用分析

陈凤娇 张 帅

（上海振华重工（集团）股份有限公司，上海 200125）

随着时代的进步和我国船舶制造技术的迅猛发展，人们对船舶安全性与舒适性的重视程度与日俱增。船舶振动噪声是影响船舶舒适性的主要因素，因此船舶振动噪声的控制设计在现代船舶设计制造中占有重要地位。

1 项目概况

该特种工程船长215 m、宽49 m、型深22.4 m，能够满足399人居住要求，并设置单人套间、2人间、会议室、娱乐室、健身房、培训室、影音室以及医务室等多种多功能房间。船舶入级LR船级社需取得CAC 3船级符号，并满足SPS 2008要求和国际海事噪声公约MSC.337（91）的总吨位大于10 000 Gt的客船标准[1]。

船舶配置6台9 300 kW柴油机组、1台1 500 kW应急电发机、1台1 000 kW停泊发电机、2台2 500 kW侧推、2台6 500 kW主推进器、6台3 800 kW全回转推进器等大功率设备，可承担6 000 t起重作业和J/S型铺管作业等。

2 设计难点

首先，船舶柴油机组功率大、噪声高以及振动频率幅度宽，增加了船舶的结构抗振设计的难度。其次，6台柴油机组和2台2 500 kW侧推直接布置于生活模块，增加了全船振动噪声控制的难度。最后，全船有600多个房间/舱室有噪声控制要求，数量多，给项目带来了巨大挑战。

3 减振降噪的设计优化及应用情况

船舶的噪声控制措施主要从声源、传递途径以及目标房间3方面进行控制。该项目基于国外基本设计要求，以声源控制为主进行设计。声源主要为主柴油机和侧推等，因此机舱、主机基座、侧推基座以及侧推舱等区域成为项目声源控制的重点。而以上区域主要通过结构振动的形式向上建区域传播噪声[2]，因此项目设计主要采用阻尼材料控制结构振动产生的噪声传递。

3.1 阻尼设计优化及应用

基于声源处噪声控制的前提，项目前期进行了各种设计分析，在综合成本、施工难度、技术要求等前提下，拟定机舱区域、柴油机基座、侧推基座以及空调机室等需敷设阻尼材料，以实现95%以上房间振动噪声达标。而以上区域中，机舱区域的施工范围成为项目的重点及难点。项目经过多轮讨论与核算后形成了两个方案，具体对其如表1所示。其中：方案1是阻尼敷设于在机舱四周围壁；方案2是指仅在机舱2.8 m平台甲板上敷设阻尼敷料。

表1 两个方案的优缺点对比

经过综合对比及平衡，项目最终选择风险较低的方案1，即在机舱四周围壁敷设阻尼材料。这对阻尼材料的施工便利性和施工现场控制等提出了考验。确定方案后，开始分析和对比常规双组分阻尼材料、板材式阻尼材料以及水性喷涂式阻尼材料的性能和施工便利性等，以便探寻更经济有效的施工方案。对比后发现，板材式阻尼材料明显不适用于机舱四围壁，不仅材料价格高昂，而且机舱四围壁多设备、多管线以及多支架的结构无法有效利用板材的优势。因此，项目重点对比了双组分阻尼材料和水性阻尼材料的性能，如表2所示。

表2 两种阻尼材料性能对比

对比发现，水性阻尼材料质量轻，单人单次施工简单便利，具有一定的优势，但需要多层多道施工。对于机舱14 mm厚的结构舱壁而言，水性阻尼材料预计需施工3～4次，在20 ℃左右下预计需要5～7天。而常规阻尼材料仅需施工2次，预计需要2～4天。在人员充足的情况下，还可压缩施工周期。

为更好地验证两种阻尼材料的性能及施工便利性，项目将两种材料分别应用于左右机舱的同等围壁和试验板材。在试验与施工中发现，对于舾装率不高的板材，水性喷涂材料具备施工速度快、人工成本低、材料用量少以及成型漂亮等优势[3]。对于机舱围壁等舾装率大的舱面，水性喷涂式阻尼材料基本失去了施工便利优势。喷涂施工受限因素较多，在项目实际应用中表现较差。第一，水性阻尼施工前需耗费大量人工对舱壁设备、管线以及支架等进行保护，且施工后需拆除保护，同时需进行必要的清洁。第二，水性喷涂式阻尼材料对施工环境和施工喷涂技术要求较高，若施工温度不够和施工人员技术不好，容易增加固化时间，造成流挂和开裂等现象，需增加额外的通风或加热设备。项目施工时间在冬天，室外温度4～10 ℃。在增加通风和加热设备后，施工时间为7～10天。第三，水性喷涂式阻尼材料虽然质量轻和施工厚度薄，但因喷涂施工，势必存在损耗。经过施工统计，机舱舱壁此类结构复杂舱面实际损耗率达70%～90%，相较于刮涂式双组分阻尼材料，材料用量明显增加。第四，水性阻尼材料需借助喷涂机械和喷涂管线，因此喷涂机械的功率、位置以及管线长度等也会影响其施工质量。若喷涂位置与搅拌器位置过远，在建议稀释比例下，材料到达喷头处的压力会偏小，容易出现喷涂不均和流动不畅等现象。但是，若增加水份稀释，则会增加固化时间和出现流挂等。

通过对比两种阻尼材料在机舱区域的实际施工情况，发现刮涂式阻尼材料无论人工成本、材料成本及施工时间均优于水性喷涂式阻尼材料，且对人员施工技术要求低。因此，项目机舱其他围壁、柴油机基座以及侧推基座等区域选用了刮涂式阻尼材料。水性阻尼材料仅应用于其他舾装率小且壁厚小于10 mm的舱壁或甲板面[4]。

3.2 绝缘布置及应用

除了在声源处采用阻尼材料进行减振降噪外，还可以在主要传播路径和目标房间通过采用防火绝缘材料和隔音隔热材料等方式进一步减少振动噪声的传递。例如，在机舱纵壁阻尼层上增加绝缘材料、在机舱顶部和生活模块底部设置绝缘材料、在空调机室阻尼层上增加绝缘材料及冲孔不锈钢板以及在结构风管内、外侧设置绝缘材料等。

受限于项目结构层的高度，项目甲板主要采用绝缘材料进行层与层之间的防火和隔声。与其他采用浮动地板和防火地板的项目设计相比，该方式降低了材料成本，但加大了施工难度，且实际应用效果有待验证。项目绝缘及复合岩棉板安装设计节点，如图1所示。

图1 项目绝缘及复合岩棉板安装设计节点

3.3 复合岩棉板设计及应用

除衬板外，大部分独立围壁板采用高隔音复合岩棉板，空气隔音值需大于37 dB，部分区域空气隔音值会不小于40 dB。底槽设置减振垫和天花使用弹性吊架等避免了复合岩棉板的钢性连接，从而最大程度降低了目标房间的振动噪声传递。

3.4 其他减振降噪设计及应用

除了以上减振降噪设计布置外，项目还从以下方面对振动噪声进行了要求及优化。第一，在舱室设计布置时，将住舱房间尽量往上集中布置。功能房间如办公会室、娱乐室以及健身房集中布置于一层，并用于分隔居住甲板与机械甲板。第二，在设备选型时，提出振动噪声控制指标要求或选用低噪声型号或低振动设备。例如，空调机选择的噪声值不大于90 dB和布风器选择低噪声型号等。第三，排烟管弹性支架数量需充足，且尽量固定在强结构上。此外，主柴油机排烟管增加消音器和通风主干管路支架连接增加橡胶垫等[5]。

4 结语

船舶减振降噪是一项复杂的综合性工程。在船舶设计过程中，有效的声学和噪声设计计算报告、噪声源隔离布置、低噪声设备选型和吸声隔振的减振材料的选用等都是可行的减振降噪方式。但是，选择最经济适用的措施是每个项目的最终要求。因此，项目的实际应用情况、实施细节、设计与应用的对比一定程度上影响着项目的最终成果。该项目的设计优化和施工情况对比可供类似项目参考。