船舶空调通风系统噪声的分析与控制

船舶空调通风系统噪声的分析与控制摘 要:噪声对人体健康和一起设备都有较大的不利影响，控制噪声对船员和 设备密集的船舶尤为重要。通过对船舶空调和通风系统的噪声源头及噪声的传播 途径、特征的分析与评价，梳理并总结了控制船舶空调、通风系统噪声的措施， 为船舶空调和通风系统中的噪声控制提供了切实有效的设计方法。关键词: 船舶；空调通风系统；噪声；分析；控制；引言随着我国船舶不断的升级换代、船载装备功能不断提升和船员生活水平不断 改善，船载人机环境中的噪声控制日趋重要。空调、通风系统虽然不是船舶人机 环境中最主要的噪声源，但是由于空调、通风系统分部在船舶的各个部位，在某 些局部范围和特定时段，由空调、通风系统产生的噪声已经成为了主要矛盾。以 往的各类船舶空调、通风系统设计中已经采取了各种减振、降噪措施，有些措施 的效果很好，有些却并不理想。本文基于噪声及传播的基本原理与规律，分析评 价了船舶空调和通风系统的噪声源、传播途径和特征，汇总了各类相关噪声控制 的具体措施和方案，提出有效、实用的噪声控制设计方法。一：船舶空调、通风系统噪声的特点分析船舶空调、通风系统的噪声源主要包括船用冷水机组、水泵、风机等设备的 机械噪声、电磁噪声以及空气动力噪声。由于船舶的特殊性，船员的工作和生活 舱室往往不可避免远离空调器室，长期噪声影响将严重损害船员的生理和心理健 康。而且一些精密一起设备的精度和使用寿命也会因此下降。现在以通风系统为 例分析其噪声类型组成。通风机运转时同时产生的机械噪声、空气动力噪声。机械噪声来自轴承及旋 转部件（叶轮、轴、皮带轮）的不平衡；空气动力噪声包括有旋转叶片造成的涡 流噪声和旋转噪声。再来看它的电动机，它在工作的时候同事产生机械噪声、空 气动力噪声和电磁噪声。机械噪声来自轴承及电机转子不平衡；空气动力噪声包 括因电动机冷却风扇的旋转叶片造成的涡流噪声和旋转噪声；电磁噪声是定子与 转子之间的交变电磁引力、磁致伸缩引起的。通风管道及附件产生的噪声成因分析如下：在空调送、回风系统中，气流通 过吸风口，空气分配器或者经过风管弯头、支管、截面突变部位及调风门，风闸 时，因气流局部受阻碍而产生物流或紊流，从而引起噪声，该类型噪声属于空气 动力噪声。研究表明，空气动力噪声 125HZ 的基频最强。另外，相邻舱室的噪声 还会通过风管和气流的传递而产生相互干扰性噪声，干扰性噪声继而又激发空调 系统的噪声。二：船舶空调、通风系统噪声的控制2.1 声学系统的组成声学系统一般由声源、传播途径和接收器三部分组成。据此可以从声源、声 波传播途径以及接收器三个方面控制。2.2 声音传播的特点声波传播的实质是振动能量的传播。声波在传播过程中遇到障碍物时将产生 反射、投射和衍射。2.2.1 声波的反射和透射根据图1,当声波P从A种媒质传播到A、B种媒质的界面时，一部分声能量P 会在界面上发生反射，继续在 A 媒质中传播，另一部分声能量 P 则透射到媒质B中图 1 声波的反射和折射2.2.2 声波的衍射声波在传播过程中遇到小孔或者障碍物的时候，如果孔或障碍物尺寸与波长 相比很小时，声波能够绕过小孔或障碍物的边缘前进，这种现象称为声波的衍射 波长较长的声波更易绕过障碍物继续传播，因此采用屏障隔声，对高频声波有较 好的降噪效果，而对低频声波降噪效果较差。2.2.3 声波的衰减声波在空间里传播时将产生发散性衰减，并且由于空气吸收、外围壁面吸收 以及屏蔽等，会发生传播过程中的附加衰减。声波在传播过程中，波阵面随距离 的增加而增大，声能扩散，声强衰减。声传播的附加衰减是由于声波在媒质种传 播时，引起媒质的质点振动且存在速度梯度，使得相邻质点间产生相互作用的摩 擦和黏滞阻力，将声能转化为热能耗散掉。2.3 在声源处抑制噪声2.3.1 优化间接式空调机组的结构形式由于舱室空间有限，间接式空调机组的回风箱设计得过短，出风箱设计得过 矮，造成了很大的局部阻力。这会导致风机风压被迫加大，电动机功率和噪声随 之增大；又由于回风箱、出风箱局部阻力增大，气流产生更大的涡流和紊流造成 了系统内的空气动力噪声的增加。应该优化间接式空调机组的结构形式，避免采 用局部阻力过大的回风箱和出风箱。2.3.2 选择低噪声风机在理论上通风机的空气动力噪声大小与其转速、叶轮直径大小和外壳的结构 形式、叶片倾角、叶片数和通风机工作状态有关，而产品的加工、安装精度是一 台通风机机械噪声大小的最主要的决定因素。所以，在空调、通风系统中，若采 用离心式通风机，应该尽可能的选用低转速、后弯叶片形式。2.3.3 合理划分空调区域在设计划分空调区域时，应与其他相关专业协调，合理布置舱室及确定空调 风管走向和尺寸，使得各舱室的布置及组合既满足其他专业的需要，又有利于空 调系统的设置，应尽量做到：（1）划分空调区域时，应控制每台间接式空调机组的空调负荷和风量，从 而避免选择过大的风量和功率的空调通风机，从而达到控制噪声源强度的目的；（2）划分空调区域时，应避免采用过长、阻力过大的送风管、回风管和新 风管，从而降低空调通风机的风压，降低风机电动机的功率，达到控制噪声源强 度的目的。2.3.4 降低系统风量和优化风管设计1.降低系统风量有利于降低风管内空气流速从而减少风管内空气动力噪声。对 于空调螺旋送风管而言，主管流速低于13m/s，噪声可被较好的控制。对空调及 通风风管的三通、弯头、调风门等，应尽量做成流线型、渐变型或设置倒流叶片 以减小空气流动阻力。（2）风机出口最好有长度为出口边长 1.5-2.5 倍的直管段，以避免涡流。 如果受空间限制不能满足上述要求，出口管的转弯方向应顺着风机叶轮转动的方 向，或在弯管中设置倒流叶片。（3）采用较厚的钢板制作风管，以避免由于风管刚度不够引起的振动和噪 声。2.4 在传播途径中控制噪声2.4.1 空调系统形式的选择为有效控制空调系统的噪声，船舶空调系统形式尽量采用间接式空调系统。 这样就能将冷水机组和水泵布置得远离生活居住舱室，使得来自这两大噪声源的 噪声在传播过程中大幅衰减，最终留在生活和工作舱室区域的噪声源只有间接式 空调机组和风机。2.4.2 采用吸声、消声措施吸声主要通过在布置有冷水机组、水泵、空调机组等噪声源的舱室的舱壁上 敷设吸声材料，由吸声材料将舱室内的声能部分地吸收掉，以减少噪声向外扩散 常用的多孔吸声材料有：玻璃棉、矿渣棉、毛毡等。试验数据表明：多孔吸声材 料对高频噪声吸声效果相当明显，而对低频噪声吸声效果不明显。例如超细玻璃 棉，当容重20kg/m3、厚度为50mm时，对125Hz声波的吸收系数仅仅为0.1,而 对500Hz声波的吸收系数为0.85.这对于以低频为主的船舶空调、通风系统并不 适用。由此可见，获得噪声源频率数据并采取针对性的技术措施至关重要。消声 指降低沿管道传递的空气动力噪声，即在空调、通风管系中设置消音器，当气流 通过时降低噪声。（1）阻性消音器的消声原理是利用阻性吸声材料消耗声能以降低噪声，对 中、高频噪声消声性能良好，而对低频噪声性能消声性能较差，该种消声器局部 阻力系数较小。（2）共振性消声器的原理是利用特定空间内空气共振效果将声能转化为热 能，从而其到消声的作用。由于采用共振的原理，这种消声器的消声频率选择较 为明显，常用与消除低频、特定频率范围内的噪声，且局部阻力系数较小。（3）抗性消声器的消声原理是利用管道内的截面突变，使得沿着风管传播 的声波向声源方向反射或者在舱室内来回反射，以致消失，从而起到消失作用。 对于低频，中频噪声消声性能良好，该种消声器局部阻力系数较大。复合式消声 器室将对低、中频有效的抗性消声器和对高频有效的阻性、共振性消声器符合而 成的一种消声器。2.4.3 采取隔声、隔振措施隔声是指将噪声传播途径隔开，使得噪声与要求安静的舱室隔绝。某些船舶 将离心风机放在消声风机箱内，风管则与风机箱相连，以避免通风机噪声的传播 在某些场合，可根据需要为制冷压缩机、水泵、风机等噪声设置隔离罩。风机箱 隔声罩的优点是体积小、效果比较明显。隔振是采取合理的措施，消除设备与几座之间的刚性连接。具体方式有：在 产生振动的空调、通风设备和它们的基本之间采取隔振措施，比如使用各种材质 结构形式的隔振器；风管、液管与设备连接处采用挠性接管连接、以防止风管振 动和噪声的传递。增加振动系统的质量可以降低振动系统的固有频率，从而有利 于隔振效果。具体方法就是在运转设备（如水泵）下附加质量块，质量块的质量 应大于设备的质量，并安装在隔振器上。2.5 接收器上加载保护措施隔离噪声在紧邻冷水机组、空调器、水泵等高噪声舱室的区域，若不可避免的存在需 要在低噪声环境中进行的工作，则可以采用设置隔声间的方式消除噪声的影响。 隔声间通常是包括隔声、吸声、消声和减振等多种措施的噪声处理装置。在满足 隔声间平均隔声量要求的前提下，各种构件隔声量按照等透声原理设计，即各构 件的透声系数较大，而舱壁的透声系数较小，因此隔声间应该采用较小的门窗。2.6 有源消声技术上述噪声控制方法都是属于被动或无源式的控制方法，这些方法对控制中高 频噪声较为有效，但是因为低频噪声声波较长，容易绕过吸声结构或材料，从而 使得实际控制效果较差。在控制点前一定距离用传感器拾取噪声源声信号，经过 控制器将其调制到噪声传播到控制点具有的特性，在该点用次级声源发出于噪声 反相的声波，以抵消原有的噪声。该方法特别适用于低频为主的船舶空调、通风 系统噪声控制。结论本文对船舶空调通风系统噪声进行了比较细致的分析总结，提出了一系列切 实有效的解决方法。不过在实船的设计过程中，必须做好具体的测量、计算、分 析工作，材能得到控制某个具体噪声源噪声及防止其扩散的有效解决方案。噪声 控制的具体措施和方案因船而异，虽然目前无法做到无代价的彻底消除噪声，不 过随着技术的不断进步，现在无法解决的一些技术难题以后也会逐步的得以解决参考文献】1高菲，张季平噪声对健康的影响J.生物学教学，2007,32 (2)： 1011.2胡玲玲噪声对人体健康影响的分析J.污染防治技术，2009,22(1): 2627.3中国船舶工业总公司船舶设计实用手册J北京：国防工业出版社， 1999.5705734郝火凡，张翠玲空调系统噪声研究及控制J.兰州交通大学学报，2005, 24(1)：1011.5孟苏北城市住宅区低频噪声对人类健康的危害J.中国医学导报，2007, 4 (35)： 1719.6谷家锦高声强次声和低频声的研究J.噪声与振动控制，1992, (2)： 68.7蒋安邦，肖骞低频声波对金属材料的破坏和治理J.噪声振动与控制， 2006, (3)： 7678.8杨红伟，孙金凤，王艳，等噪声控制新技术与消声器设计选用及质量检 验标准规范实用手册J北京：国防工业出版社，2006.1751769孙飞封闭空间低频噪声ANC技术仿真式D.沈阳：沈阳航空工业学院， 2010.1983.6男汉族湖北省武汉市工程师本科