新型多功能海洋服务平台的减振降噪措施

来源:用户上传      作者:黄桂兰 徐进初 郑勇 张春峰 王冬梅

　　摘    要：本文通过对我司某新型自升式海洋服务平台的振动噪音设计与建造过程进行回顾，介绍了该平台的减振降噪音措施，并结合振动噪音实船测量数据进行总结分析，为后续类似项目的舱室舒适性设计提供借鉴，也为其它海洋工程或船舶提供参考。
　　关键词：服务平台;减振降噪
　　中图分类号：U674.98                               文献标识码：A
　　Abstract： This paper reviews the design and construction process of vibration and noise of a new type of a multi-function offshore service jack-up rig， introduces the vibration and noise reduction measures of the rig， and summarizes and analyzes the advantages and disadvantages of the measures in combination with the measured data of vibration and noise in real ship， which can provide reference for cabin comfort design of similar projects in the future， and also provide reference for other offshore engineering or ship.
　　Key words： Service rig; Vibration and noise reduction
　　1     引言
　　某新型多功能自升式海洋服務平台是我司继“SE-300LB”自升式平台之后又一海工项目，该平台可用于海上平台检修、油田增产服务、模块运输等工作。对于本平台较大的振动源和噪声源包括：全回转推进器、主发电机组、升降装置、泵浦、空调机组、风机、锚机、应急发电机组等。这些设备，除了本身对所在区域产生振动和噪音之外，也通过与之连接的平台结构传递振动、噪音。因此，在该型平台的设计和建造过程中，如何更好的控制振动、噪音，降低振动、噪音影响，提高舱室舒适性，是综合竞争力的体现。
　　2     船舶平台概述
　　该平台是一艘用于海上作业、带有自航能力的DP2自升式海洋服务平台，最大作业水深85.34 m，入籍ABS。平台为方形主体，带有四个桁架式桩腿，每个桩腿由下端的桩靴支撑;平台的船体型长67.05 m、型宽43.89 m、型深5.5 m;平台设有生活区，能够提供150人的就餐、住宿等;平台的设计航速为5 kn（满载吃水3.66 m）;噪音和振动要求分别满足规范：IMO 决议 A468 （Ⅻ）船上噪声等级规则和ISO 标准 6954-2000“商船和客船的振动测量、报告和评估指南”。
　　该平台主机舱位于主甲板下一层，靠尾部布置;上层建筑（生活楼）位于主甲板以上，靠首部，如图1所示。
　　3     振动及噪音的预测及控制措施
　　3.1   振动及噪音分析预测
　　本项目在详细设计阶段，通过多方了解与对比，最终选取中国船舶重工集团公司第七〇二研究所开展了振动、噪音技术合作，对本项目局部振动及噪音进行分析预测，并提出合理建议。
　　3.1.1 结构的局部共振预测
　　（1）采用瑞雷-里兹法计算甲板结构的固有频率，如果结构的固有频率不在激励频率的范围内，就可以避免发生共振;
　　（2）如果发生结构共振，则通过加强结构提高固有频率，以避开激励频率范围。
　　分别对各层甲板的固有频率进行计算分析，局部结构的固有频率在主要激励频率影响范围之外，因此无需修改结构设计。表1为vinyl地板的生活楼1层甲板的固有频率。
　　3.1.2噪声的分析预测
　　噪声来源于船上不同噪声源的空气噪声和结构噪声：
　　结构噪声由20～16 000 Hz的结构振动产生，并在钢结构中传播;
　　空气噪声是由甲板、围壁、天花板和窗户等不同部件的振动共同引起的。
　　根据本项目的主要参数、全船布置、主要设备和生活舱室结构等信息进行舱室噪声评估。舱室噪声主要来自于主发电机组、推进器和升降系统，不考虑压缩机、泵等其他辅机引起的噪声。
　　（1）机械甲板的办公室、升降系统附近的居住舱室的隔声性能，需要达到45 dB（A）以上;
　　（2）75 mm厚玻璃棉（玻璃布敷面）的隔热吸音绝缘布置方案应应用于：机械甲板的办公室（包括餐厅）、升降系统附近的生活居住舱室、空调机室以及应急发电机室;
　　（3）餐厅和主甲板增加2 mm阻尼层作为甲板敷料。
　　3.2   结构局部振动及噪声的控制措施
　　由于设备振动通过结构进行传递，足够的刚性结构是减少振动、减低噪音的有效手段。本平台包含四个全回转式推进器，另外主发电机、升降系统、泵浦、锚机、应急发电机等设备在工作时会产生较大的振动和噪音。为此，在生产设计阶段，对这些设备设置设计合理的基座或加强，使设备工作运转时产生的振动较好地传递到其他结构上，以尽量消除振动，达到降低振动、噪音的目的。 　　3.2.1主发电机基座设计
　　图3是主发电机基座三维图，将基座设计成T型材的形式，并在T型材腹板及面板之间增加肘板连接，每个肘板和推进电球座脚对应，以消除应力点;另外，由于机舱结构较空，在主发电机基座周围增加方管立柱结构，主发电机工作时就把基座受到的振动力分散到船体结构上，达到减轻振动和降低噪音的效果。
　　同时，在总体布置方面把T型材基座和船体的强框架对应布置，如图4所示。
　　其他无法和船体原有结构进行对应的T型材基座，则在其反面增加相应的T型材结构与之进行对应加强，有效的传递作用力。
　　3.2.2泵浦基座设计
　　在本平台的众多设备中，各种泵浦的振动较大，其中以消防泵尤为明显。由于泵浦在工作状态下会产生振动，即使自带有减振装置，如果基座自身刚性不足，减振装置就不能发挥应有的作用，，所以在设计过程中，对该类基座应留有足够的安全系数。
　　图4是泵房中消防泵基座三维图，消防泵基座设计为偏装T排的形式。一般泵类基座尽量不要设计得偏离安装面太高，如果高度太高就必须对其弯矩进行计算，所以本基座仅选用135 mm高的腹板。在进行生产设计时，依据消防泵的工况，考虑到消防泵工作时会产生较大的振动，因此在T排结构上增加了肘板，并将肘板延伸到其他结构的T排上，从而增加结构稳定性，减少振动;另外T排上增加了落地肘板，肘板反面相应的进行加强，避免振动集中于某一处，达到减振和降噪的效果。
　　必须注意：由于对泵类基座有抗振要求，所以需要在基座上开孔时，一定要适当加厚板材（一般加厚2mm），而且基座不能有凹陷的角位，避免产生应力集中。
　　3.2.3  推进器减振设计
　　本平台设有四台全回转式的推进器，四个推进器舱都设计有相应的基座。在生产设计过程中，为了最大限度的抗扭，在基座下使用压制圆环作为基座底座腹板，并在圆环上加圆形面板，以减少对甲板或平台产生集中应力。考虑到推进器振动较大，在基座四周设计了发散的三角形T排，将力均布到四周的结构，形成一个整体框架增加结构稳定性，从而达到减振降噪的目的。基座及相关结构三维模型见图5。
　　3.2.4  优化舱室布局
　　本项目的厨房、餐厅等服务处所与机舱同属一层，为了减少噪音及振动的影响，在机舱与其之间设置设备舱室或者走道等，尽可能避开噪音源，从而降低振动噪音影响。
　　3.2.5  其他措施
　　（1）合理配置消音器
　　上建住舱内的噪音要求比机械处所要高得多，所以对住舱的风管设计需格外注意。对于可能造成噪音超标的地方要采取降噪措施，尽可能在风管上加入消音器，或者在出风口加消声静压箱等。本平台在厨房以及空调回风管内增加了消音器以降低舱室内的噪音;部分送风结构风道内增加了绝缘棉与隔离板，同时起到消音隔热的作用。
　　（2）采取吸声隔声措施
　　① 在振动噪声源区域，即主机舱和空调机室四周舱壁及天花甲板安装了80 mm厚度的隔音矿物棉，并安装镀锌板，避免噪音外泄，减小噪音对居住区域的影响;
　　② 上建靠近升降桩腿的生活楼舱室，部分舱室因规范要求设置了窗户，而桩腿振动噪音会通过靠近桩腿区域的窗户传播给舱室，因此此类窗做成隔音窗，降低振动噪音的影响;
　　③ 由于生活楼位于船首，受首部2个桩腿及升降系统影响，噪音及振动影响较大，因此结构外围舱壁、安装了隔音隔热绝缘材料，起到隔声隔热作用;
　　④ 由于本项目生活楼内部结构与通常海工船或者散货船不同，仅设有结构外围壁，无内围壁，上下层甲板设有钢支柱连接，根据IMO对舱室隔音值要求，配置了独立的高隔音内装板，保证船员住舱与住舱、住舱与公共处所之间的噪音满足要求。
　　⑤ 安装阻尼敷层
　　阻尼敷层可以减弱结构振动及增大结构噪声的传递损耗。由于餐厅较为靠近机舱，受机舱振动噪音影响较大，为了保证餐厅振动噪音满足要求，在其甲板辅料施工前，在钢甲板上先敷设一层自由阻尼涂料，降低振动噪音对餐厅的影响。
　　4     减振降噪效果
　　4.1   振动噪音实船测量数据
　　根據规格书要求，本项目需进行2种工况（升降工况和航行工况）下的振动噪音测试。经第三方机构对相应区域的振动值、噪音值进行测量，实际效果很好，达到了预期结果，满足了规范要求。
　　但是在实测过程中发现：主甲板和01甲板左右两舷的住舱（靠近首推进器）噪音及振动较其他舱室大，实测结果接近临界值。由此可见，本项目平台主推进器对振动噪音存在较大影响：
　　（1）本平台配置有四台全回转式推进器，首、尾部各两台，对称分布在左右舷侧，每台功率750kW;
　　（2）虽然设计人员在推进器基座四周设计了三角形T排，将力分散到了四周的结构，形成一个整体框架增加结构稳定性以期降低振动，但是由于安装的首推进器在主平台结构上产生的阻力和扰流，还是对上建舱室特别是部分邻近舱室的振动、噪音产生很大影响。
　　4.2    改进措施
　　（1）主甲板及上一层甲板靠近左右两舷的舱室，除了舱壁位置安装隔音棉外，建议内装板使用高隔音板，并且甲板上最好敷设自由阻尼，减少从下一层传递过来的振动;
　　（2）推进器安装尽量缩小与基线的距离，且推进器底座四周以及推进器舱四周尽可能使用阻尼材料，主动减振降噪，使其对舱室振动噪音影响降至最低。
　　5     结束语
　　振动、噪音的控制对海洋服务平台有着非常重要的意义，作为船厂人员，要从实用性出发，尽可能将平台振动噪音降低，创造更加舒适的居住环境。
　　振动噪音的控制，涉及到总体、结构、舾装、机械、管舾、电气、通风等各个专业，本文仅从总体、结构、通风和内装等方面予以阐述，希望本文中提到的措施及解决方案，能为其它海洋工程或船舶项目提供借鉴。
　　参考文献
　　[1] CCS.钢质海船入级规范[S]. 北京：人民交通出版社，2015.
　　[2] ABS. GUIDE FOR CREW HABITABILITY ON WORKBOATS. [S].AmericanBureau of Shipping. 2012.
　　[3] CCS.船舶及产品噪声控制与检测指南.[S]. 北京：人民交通出版社，2013.
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