楊鵬

（海洋石油工程股份有限公司，天津 300461）

南海某中心平臺上布置了燃?xì)馔钙桨l(fā)電機(jī)組、燃?xì)馔鶑?fù)發(fā)電機(jī)組、電動壓縮機(jī)、應(yīng)急發(fā)電機(jī)、空壓機(jī)、凝析油外輸泵、柴油消防泵、造淡水機(jī)、生活污水處理裝置、泵以及分體空調(diào)等，這些設(shè)備在運(yùn)行過程中，均會出現(xiàn)大量振動及噪聲，同時因為受到振動影響也會導(dǎo)致鋼性結(jié)構(gòu)物出現(xiàn)一次和二次振動噪聲，噪聲頻域較廣，包括有低頻、中頻、高頻。噪聲屬于是機(jī)械設(shè)備安全的重要隱患之一，直接危害到作業(yè)人員施工環(huán)境以及施工安全，也會對平臺施工作業(yè)進(jìn)行產(chǎn)生影響，所以需要對平臺上的機(jī)械設(shè)備產(chǎn)生的噪聲進(jìn)行安全性分析。

1 噪聲分析

南海某中心平臺噪聲分析中涉及到的技術(shù)如下。

（1）設(shè)備激勵載荷分析技術(shù)。南海某中心平臺布置有燃?xì)馔钙桨l(fā)電機(jī)組、燃?xì)鈮嚎s機(jī)、應(yīng)急發(fā)電機(jī)、空壓機(jī)、原油外輸泵、柴油消防泵、MRU、生活污水處理裝置、控制閥門、分體空調(diào)等眾多振動噪聲源設(shè)備，一方面，部分設(shè)備振動激勵載荷系由供應(yīng)廠商在試驗臺架上測得，試驗臺架振動加速度測試結(jié)果尚未考慮到平臺結(jié)構(gòu)的彈性效應(yīng)，故應(yīng)對該部分設(shè)備的振動激勵載荷進(jìn)行彈性修正，而該修正量需考慮平臺結(jié)構(gòu)與臺架結(jié)構(gòu)的阻抗等參數(shù)，且以設(shè)備振動加速度級作為平臺噪聲分析的輸入量還需考慮設(shè)備的慣性因素等因素影響；另一方面，設(shè)備的空氣聲輻射激勵載荷也會隨安裝環(huán)境發(fā)生改變，設(shè)備臺架測試的聲壓級尚未考慮周圍環(huán)境對設(shè)備直接空氣聲輻射的影響。因此，如何將設(shè)備廠商提供的臺架試驗結(jié)果轉(zhuǎn)換為平臺實際的激勵載荷，為平臺噪聲預(yù)報提供準(zhǔn)確輸入，將是南海某中心平臺噪聲分析的一個關(guān)鍵技術(shù)。為此，南海某中心平臺噪聲分析須具備和掌握如下技術(shù)：設(shè)備空氣噪聲激勵載荷分析技術(shù)；設(shè)備振動激勵載荷分析技術(shù)；設(shè)備臺架試驗向平臺結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換分析技術(shù)（如圖1）。

圖1

（2）平臺噪聲預(yù)報模型簡化技術(shù)。南海某中心平臺噪聲預(yù)報不僅涉及平臺整體結(jié)構(gòu)的低中高頻及全頻帶噪聲預(yù)報，還涉及主風(fēng)道及獨立房間的風(fēng)管空氣流動噪聲分布，其噪聲分析過程中也只能實施分頻段分析，也就是采用統(tǒng)計能量法（SEA）分析高頻段噪聲，采用聲學(xué)有限元法或聲學(xué)有限元法/邊界元法等方法分析中低頻段噪聲。但由于平臺尺度相對較大、結(jié)構(gòu)也較復(fù)雜，采用有限元法/邊界元法或聲學(xué)有限元法會導(dǎo)致預(yù)報規(guī)模偏大，因此，如何對平臺、風(fēng)管模型簡化適當(dāng)簡化，并保障其分析精度是南海某中心平臺噪聲分析的又一難題；在中高頻段，雖然SEA法可實現(xiàn)平臺噪聲的快速預(yù)報，但如何對平臺結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理簡化，劃分適當(dāng)子系統(tǒng)，并對平臺結(jié)構(gòu)損耗因子等參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)估計，是南海某中心平臺中高頻噪聲預(yù)報的又一關(guān)鍵技術(shù)。

（3）風(fēng)管噪聲分析技術(shù)。南海某中心平臺噪聲預(yù)報涉及平臺組塊及生活樓主風(fēng)道及獨立房間（至多3個房間）的噪聲分析，還需考慮風(fēng)管空氣湍流運(yùn)動產(chǎn)生的風(fēng)管振動噪聲及設(shè)備布置對房間噪聲分布的影響，而風(fēng)管噪聲分析不僅涉及聲固耦合分析，還涉及流固耦合計算。因此，其噪聲分析不僅涉及平臺艙室噪聲的全頻帶建模分析，還涉及風(fēng)管的高中低頻噪聲分析，這就給平臺組塊及生活樓主風(fēng)道及獨立房間（至多3個房間）的噪聲分析帶來以下了困難：一方面，風(fēng)管噪聲分析的低頻段可能涉及聲學(xué)有限元法/邊界元法（或聲學(xué)有限元法、邊界元法）的應(yīng)用，使其計算規(guī)模相對較大，導(dǎo)致計算困難；另一方面，風(fēng)管模型的建模及修改通常十分復(fù)雜，如何保障在規(guī)定時間完成預(yù)報并及時修改模型，滿足平臺減振降噪措施是南海某中心平臺噪聲分析的又一難點。

（4）平臺噪聲快速評估方法。此次南海某中心平臺噪聲預(yù)報涉及低頻、中頻、高頻全頻帶噪聲預(yù)報，其噪聲分析理論上可通過聲學(xué)有限元法/邊界元法（或聲學(xué)有限元法、邊界元法）、SEA法進(jìn)行預(yù)報，但由于南海某中心平臺結(jié)構(gòu)尺度相對較大、結(jié)構(gòu)也較復(fù)雜，基于模態(tài)疊加理論采用聲學(xué)有限元法/邊界元法（或聲學(xué)有限元法、邊界元法）等可能導(dǎo)致南海某中心平臺中低頻噪聲預(yù)報規(guī)模巨大，導(dǎo)致分析的困難，并可能對預(yù)報進(jìn)度產(chǎn)生影響；此外，由于設(shè)計過程中涉及對模型的修改，如何保障在規(guī)定時間完成預(yù)報并及時修改模型，滿足平臺減振降噪措施評估的快速性及有效性是南海某中心平臺噪聲分析的難點。

2 噪聲評估

針對本次南海某中心平臺噪聲分析工作的難點，建構(gòu)南海某中心平臺噪聲分析模型。

（1）南海某中心平臺噪聲分析模型的建立?？紤]到本次噪聲分析及涉平臺整體結(jié)構(gòu)的全頻帶噪聲分析，也涉及上部組件及生活樓主風(fēng)道的獨立房間（至多3個房間）局部噪聲分析，為保障甲方能盡快掌握平臺噪聲分析技術(shù)，本次噪聲分析擬主要由VAone完成；但考慮到VAone軟件幾何建模能力相對較弱，擬采用通用Ansys軟件先完成DPP平臺的幾何建模工作。

①根據(jù)南海某中心平臺的設(shè)計圖紙（結(jié)構(gòu)圖、總布置圖、細(xì)裝圖等），結(jié)合本次分析考慮的主要噪聲分析目的及主要噪聲源分布，確定平臺整體建模范圍及相應(yīng)的模型簡化方法，上部組件及生活樓主風(fēng)道的獨立房間局部建模范圍及模型簡化方法。

②按設(shè)計圖紙及確定范圍，在Ansys軟件中完成南海某中心平臺整體結(jié)構(gòu)的幾何建模，并對平臺上部組件及生活樓主風(fēng)道的獨立房間及風(fēng)管進(jìn)行詳細(xì)建模，為VAone中平臺整體預(yù)報模型及上部組件及生活樓主風(fēng)道的獨立房間局部噪聲預(yù)報模型建立提供建模依據(jù)。

③在Ansys軟件中對平臺結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元網(wǎng)格劃分，并寫出cdb文件，為VAone全頻帶噪聲分析模型、上部組件及生活樓主風(fēng)道的獨立房間局部建立提供模型文件。

④將cdb文件導(dǎo)入VAone軟件，分別將其劃分為有限元模型與SEA模型，建立南海某中心平臺整體噪聲預(yù)報模型和上部組件及生活樓主風(fēng)道的獨立房間局部噪聲分析模型。

（2）主要振源及噪聲源設(shè)備激勵載荷的確定。考慮到平臺布置有燃?xì)馔钙桨l(fā)電機(jī)組、燃?xì)鈮嚎s機(jī)、應(yīng)急發(fā)電機(jī)、空壓機(jī)、原油外輸泵、柴油消防泵、MRU、生活污水處理裝置、控制閥門、泵等眾多振動噪聲源設(shè)備，不同設(shè)備振動和直接空氣噪聲激勵荷載具有差異，并且通常情況下是設(shè)備生產(chǎn)廠家在臺架試驗中檢測得出備激勵載荷，想要在平臺噪聲分析中應(yīng)用這一載荷，需要對其實施激勵載荷轉(zhuǎn)換。為此可采取如下措施。

①根據(jù)平臺作業(yè)工況要求，確定平臺作業(yè)主要開啟的振源設(shè)備。

②根據(jù)設(shè)備廠家提供的設(shè)備振動及噪聲頻譜資料，平臺結(jié)構(gòu)阻抗、安裝方式（彈性安裝/剛性安裝），確定設(shè)備對平臺的主要激勵載荷。

（3）平臺噪聲安全性初步評估。依照正常操作和應(yīng)急操作等不同需求，平臺噪聲分析過程中可以依照分析頻段和SEA模型子系統(tǒng)劃分情況，將噪聲頻段暫時分為兩種，分別為：中高頻噪聲分析模型和中低頻噪聲預(yù)報模型。結(jié)合已建立的平臺整體噪聲分析模型、上部組件及生活樓主風(fēng)道的獨立房間局部噪聲分析模型及設(shè)備激勵載荷，開展平臺噪聲安全性初步評估，考察平臺噪聲的薄弱環(huán)節(jié)。具體措施如下。

①依照正常操作和應(yīng)急操作等不同需求，平臺噪聲分析過程中可以依照分析頻段和SEA模型子系統(tǒng)劃分情況，將平臺整體噪聲分析模型及上部組件及生活樓主風(fēng)道的獨立房間局部噪聲分析模型按頻段暫時分為中高頻噪聲分析模型和中低頻噪聲預(yù)報模型兩種。

②采用統(tǒng)計能量法（SEA）分析高頻段噪聲，采用聲學(xué)有限元法或聲學(xué)有限元法/邊界元法等方法分析中低頻段噪聲。

③結(jié)合中低頻噪聲以及中高頻噪聲分析結(jié)果，也就能夠獲取平臺全頻帶噪聲分析及上部組件及生活樓主風(fēng)道的獨立房間局部噪聲分析結(jié)果；④將預(yù)報結(jié)果與BD—SPC—GEN—MA—1002及《海上固定平臺安全規(guī)則》要求進(jìn)行對比，判斷平臺整體噪聲及上部組件及生活樓主風(fēng)道的獨立房間局部噪聲是否滿足要求。

3 結(jié)語

通過對南海某中心平臺上各個設(shè)備噪聲的分析，提出相應(yīng)的改進(jìn)建議。

（1）如果平臺噪聲無法滿足噪聲限制要求，首先需要實施單機(jī)工況噪聲分析，以能夠?qū)ζ脚_上的噪聲主導(dǎo)傳遞分量以及主導(dǎo)傳遞途徑確定出來。

（2）結(jié)合平臺使用及經(jīng)濟(jì)性等要求，提出平臺可能的減振降噪措施，并進(jìn)行DPP平臺噪聲優(yōu)化分析。

在上述分析基礎(chǔ)上，給出平臺噪聲最優(yōu)減振降噪方案。