張興 謝勝軍 付茜倩

摘? ? 要：本文介紹了BV船級(jí)社入級(jí)符號(hào)Comf-vib的要求，以及與MSC.337（91）噪音和ISO6954振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)的差異。根據(jù)1100TEU集裝箱船的SEA模型和variant計(jì)算結(jié)果，分析該船在不同工況下的噪音和振動(dòng)情況，并從設(shè)計(jì)角度采用降噪減振預(yù)防措施，使噪音和振動(dòng)值滿足要求。

關(guān)鍵詞：集裝箱船;振動(dòng)噪音分析;Comf-vib，Comf-noise，SEA模型，variant計(jì)算

中圖分類(lèi)號(hào)：U662.1? ??? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Abstract： This paper introduces the requirements of the class symbol “Comf-Vib” of Bureau Veritas， and the differences between it and the resolution MSC.337（91） on noise and ISO6954 on vibration. Based on the SEA model and the variant analysis result of 1100TEU container vessel， the ship noise and vibration in different working conditions are analyzed， and the noise and vibration reduction preventive measures are adopted in design to meet the requirements so that the problems are identified and solved in advance to avoid the loss of shipyard.

Key words： Container vessel; Vibration noise analysis; Comf-vib; Comf-noise; SEA Model; Variant calculation

1? ? 前言

1 100 TEU集裝箱是我司為美國(guó)Tropical Shipping公司建造的系列船（共4艘），入BV船級(jí)社。該系列船的主尺度為：總長(zhǎng)159.9 m、型寬24.5 m、型深14.8 m、設(shè)計(jì)吃水8.25 m、結(jié)構(gòu)吃水10.5 m;裝載集裝箱總數(shù)1148 TEU（20' ISO containers），重箱數(shù)700 TEU、載重量20 400 t;主機(jī)為MAN B&W 660 ME-C8.5 Tier III，1050 kWx900 r/min;輔機(jī)為3臺(tái)? ?MAN 6L23/30H II Tier III;應(yīng)急發(fā)電機(jī)為200 kWe×1 800 r/min×AC450V×60 Hz×3 Ph;鍋爐為2臺(tái);可調(diào)螺旋槳、Becker扭曲舵帶舵球、首、尾側(cè)推各1臺(tái)。

隨著國(guó)際上對(duì)船員的保護(hù)要求越來(lái)越高，各船級(jí)社紛紛出臺(tái)不同等級(jí)舒適度的入級(jí)符號(hào)。1100 TEU集裝箱船需滿足Comf-noise 3和Comf-vib 3的入級(jí)符號(hào)要求，因此需要對(duì)Comf-noise 3和Comf- vib 3的入級(jí)符號(hào)要求進(jìn)行仔細(xì)的研究，并找到相應(yīng)的解決方案。

船舶的主要振動(dòng)與噪聲源有：主機(jī)、主推進(jìn)器、風(fēng)機(jī)、空調(diào)等，其中主機(jī)和主推進(jìn)器是主要來(lái)源。

傳統(tǒng)的減振方法將重點(diǎn)放在如何消除局部共振上面，振動(dòng)的情況或被減輕和/或被轉(zhuǎn)移到其他組件上。但是振動(dòng)的根源仍然存在，后期花費(fèi)大力氣被動(dòng)減振降噪，但效果不明顯。

本文通過(guò)對(duì)BV入級(jí)符號(hào)Comf-vib 3和Comf-noise 3的研究，落實(shí)1 100 TEU集裝箱船減振降噪措施，提升對(duì)振動(dòng)和噪音的控制能力。

2? ?BV船級(jí)社COMF入級(jí)符號(hào)與MSC337.（91）和ISO標(biāo)準(zhǔn)的比對(duì)

BV船級(jí)社的COMF入級(jí)符號(hào)包含COMF-NOISE及COMF-VIB兩種：COMF-NOISE授予船舶噪音滿足BV規(guī)范E篇第6章要求的船舶，COMF-VIB授予船舶振動(dòng)滿足BV規(guī)范E篇第6章要求的船舶。針對(duì)1600GT以下及以上船舶，COMF-NOISE及COMF-VIB的限定值不同。COMF-NOISE及COMF-VIB都分為1～3個(gè)等級(jí)，其中COMF-NOISE 1、COMF-VIB 1為最舒適的級(jí)別。

2.1 COMF入級(jí)與IMO在噪音指標(biāo)上的對(duì)比

見(jiàn)表1。

由表1可知：BV規(guī)范的Comf-noise 3等同于MSC.337（91）噪音指標(biāo)，Comf-noise 2及Comf-noise 1的要求則更加嚴(yán)格;BV入級(jí)符號(hào)對(duì)機(jī)艙區(qū)域的噪音沒(méi)有提及，但是MSC337有指標(biāo)要求;BV入級(jí)符號(hào)對(duì)露天公共處所測(cè)量時(shí)可使用用防風(fēng)罩，以減少風(fēng)力影響;測(cè)量如在通風(fēng)進(jìn)出口3 m內(nèi)，則5db偏差應(yīng)視為可接受;工作間、集控室的設(shè)在測(cè)量時(shí)應(yīng)開(kāi)啟但不使用。但MSC337沒(méi)有明確類(lèi)似的允許偏差。

2.2 COMF入級(jí)與ISO標(biāo)準(zhǔn)在振動(dòng)指標(biāo)上的對(duì)比

見(jiàn)表2。

根據(jù)ISO6954-2000標(biāo)準(zhǔn)，振動(dòng)值為1～80 Hz范圍內(nèi)的全頻率計(jì)權(quán)均方根值;根據(jù)ISO6954-1984，標(biāo)準(zhǔn)振動(dòng)值為1～100 Hz范圍內(nèi)的最大峰值，1～5Hz范圍內(nèi)采用加速度計(jì)算。

COMF規(guī)范既有根據(jù)ISO6954-2000標(biāo)準(zhǔn)，振動(dòng)值為1～80 Hz范圍內(nèi)的全頻率計(jì)權(quán)均方根值，也有根據(jù)ISO6954-1984標(biāo)準(zhǔn)，振動(dòng)值為1～100 Hz范圍內(nèi)的最大峰值的兩種限定值要求。根據(jù)船舶的建造規(guī)格書(shū)，選用全頻率計(jì)權(quán)均方根值或最大峰值作為定級(jí)標(biāo)準(zhǔn)都可以。

振動(dòng)測(cè)量按照COMF 規(guī)范要求，每層甲板需選一個(gè)測(cè)量點(diǎn)測(cè)量xyz 3個(gè)方向，其他點(diǎn)只需要測(cè)量Z向即可;而ISO要求每層甲板需選擇兩個(gè)測(cè)量點(diǎn)測(cè)量xyz 3個(gè)方向，其他測(cè)量點(diǎn)測(cè)量Z向即可;COMF規(guī)定振動(dòng)可接受的偏差為：20%的船員區(qū)所有測(cè)量點(diǎn)允許高于規(guī)范要求0.3 mm/s、每層甲板至少需測(cè)量60%的房間;ISO標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于振動(dòng)的偏差沒(méi)有強(qiáng)制要求，根據(jù)入級(jí)符號(hào)和船東方面的要求而定。

3? ?振動(dòng)分析與降振預(yù)防措施

1 100TEU集裝箱船振動(dòng)分析基于全船主體結(jié)構(gòu)和上建結(jié)構(gòu)的FE 模型，選取螺旋槳激勵(lì)，采用DNVGL的variant計(jì)算分析全船振動(dòng)。

3.1? 振動(dòng)計(jì)算分析結(jié)果

根據(jù)原始設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果預(yù)測(cè)全頻段重力計(jì)權(quán)振動(dòng)水平在CSR105 rpm工況下將超過(guò)Comf-vib 3的標(biāo)準(zhǔn)，特別是在結(jié)構(gòu)吃水狀況;在CSR工況下，居住處所在縱向方向的最大重力計(jì)權(quán)振動(dòng)有效值預(yù)測(cè)達(dá)到6.9 mm/s（壓載吃水工況）、5.1 mm/s（設(shè)計(jì)吃水工況）和12.0 mm/s（結(jié)構(gòu)吃水工況）;最大單點(diǎn)峰值預(yù)測(cè)達(dá)到19.0 mm/s（結(jié)構(gòu)吃水工況）。

根據(jù)計(jì)算，不帶主機(jī)橫撐時(shí)上建和主機(jī)頂?shù)恼駝?dòng)會(huì)減少。特別在結(jié)構(gòu)吃水狀態(tài)下上建振動(dòng)有明顯的改善，全頻段重力計(jì)權(quán)振動(dòng)有效值由12.0 mm/s 降至 6.3 mm/s。

為了更大的降低振動(dòng)水平，船體結(jié)構(gòu)需作相應(yīng)的修改：結(jié)合主機(jī)二階補(bǔ)償、移除側(cè)撐和船體結(jié)構(gòu)相應(yīng)修改，駕駛室兩翼在CSR工況下全頻段重力計(jì)權(quán)振動(dòng)有效值降至3.5 mm/s（壓載吃水工況）、4.8 mm/s（設(shè)計(jì)吃水工況）和5.3 mm/s（結(jié)構(gòu)吃水工況）。

3.2? ?降振預(yù)防措施

（1）移除主機(jī)側(cè)撐：采用獨(dú)立式主機(jī)液壓頂推支撐裝置。

結(jié)果顯示：移除側(cè)撐對(duì)全頻段重力計(jì)權(quán)有效值的改進(jìn)明顯。

（2）采用主機(jī)二階補(bǔ)償器：主機(jī)兩端安置主機(jī)二階補(bǔ)償器，且補(bǔ)償力矩為70%。

結(jié)果顯示：主機(jī)兩端安置70%力矩補(bǔ)償器對(duì)全頻段重力計(jì)權(quán)有效值的改進(jìn)明顯，結(jié)構(gòu)增重較小。

（3）上建與煙囪相連接：上建與煙囪在上建通過(guò)各層甲板處連接;煙囪外壁與上建通過(guò)縱向艙壁相連。

結(jié)果顯示：上建與煙囪相連，使設(shè)計(jì)吃水和結(jié)構(gòu)吃水工況下的振動(dòng)水平有明顯的下降，壓載吃水工況下的振動(dòng)水平有小幅下降;結(jié)構(gòu)增重較少。

（4）增加上建外墻板厚：上建從主甲板 到尾樓甲板前端壁的板厚增加到20 mm;上建和煙囪整體外圍壁從尾樓甲板到A甲板增加到15 mm;從A甲板到B甲板增加到12 mm、從B甲板到C甲板增加到10 mm;

結(jié)果顯示：在較危險(xiǎn)的壓載吃水和結(jié)構(gòu)吃水工況下的振動(dòng)水平均有所下降;結(jié)構(gòu)增重約28 t。

（5）增加機(jī)艙區(qū)域外板板厚：機(jī)艙區(qū)域外板板厚從內(nèi)底到10 m平臺(tái)區(qū)域增加到20 mm。

結(jié)果顯示：在較危險(xiǎn)的壓載吃水和結(jié)構(gòu)吃水工況下的振動(dòng)水平均有所下降;結(jié)構(gòu)增重約50 t。

4? ? 噪音分析與降噪預(yù)防措施

4.1? 噪聲分析

1 100TEU集裝箱船噪音分析基于靜態(tài)能量分析方法，通過(guò)建立SEA模型，以艙室為單元，從空氣傳播和結(jié)構(gòu)傳播途徑考慮機(jī)械設(shè)備、通風(fēng)和空調(diào)等預(yù)測(cè)噪音。

理論噪音計(jì)算分析結(jié)果（見(jiàn)表3）。

4.2? 降噪預(yù)防措施

見(jiàn)表4。

（1）浮動(dòng)地板：浮動(dòng)地板的計(jì)權(quán)隔聲指數(shù)為55 dB，滿足噪音分析要求。

（2）彈性節(jié)點(diǎn)：所有做浮動(dòng)地板的艙室，均考慮壁板天花及相關(guān)內(nèi)容做彈性連接，防止結(jié)構(gòu)噪音傳遞到艙室。彈性節(jié)點(diǎn)既能保證壁板、天花板本身的強(qiáng)度，又能滿足推薦的彈性要求。

5? ? 結(jié)論

根據(jù)噪音和振動(dòng)的預(yù)測(cè)分析結(jié)果，此系列船主機(jī)和發(fā)電機(jī)是引起結(jié)構(gòu)噪音和振動(dòng)的主要源頭;對(duì)主機(jī)首尾端增加二階補(bǔ)償器和液壓橫撐能達(dá)到很好的減振降噪效果，而主機(jī)增加側(cè)撐并不能起到直接的作用;船體結(jié)構(gòu)的加大板厚和增加連接結(jié)構(gòu)形成框架，同樣有不錯(cuò)的效果。

1 100TEU首制船試航中噪音振動(dòng)測(cè)量值與預(yù)測(cè)分析結(jié)果相近，印證分析和設(shè)計(jì)的正確性，滿足規(guī)范和船東的要求。

參考文獻(xiàn)

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[3] GB/T 7452-2007/ISO 6954：2000 機(jī)械振動(dòng) 客船和商船適居性振動(dòng)測(cè)量、報(bào)告和評(píng)價(jià)準(zhǔn)則.