第３８卷（２０１６）第６期 柴油机 Ｄｉｅｓｅｌ Ｅｎｇｉｎｅ ●Ｏ●１…，－ｏｔ，一’ － ；减振与降噪； …一一 小型民用船舶柴油发电机组箱装体设计技术及应用 吴鹏 ，钱进 （１．海军驻七一一研究所军事代表室，上海２０１１０８；２．９１２５１，上海２００９４０） 摘要：以小型民用船舶箱装体的设计和应用为研究对象，借助ＣＡＤ和ＣＡＥ等设计手段，通过合 理确定减振减噪的具体指标及设计技术，成功设计出符合小型民用船舶发电机组减振减噪需求的 箱装体。实际应用显示：所设计的箱装体隔振效果达５３ ｄＢ，隔声效果为２６ ｄＢ（Ａ），达到设计要 求。该设计技术为后续小型、低噪声、豪华民用船舶设计提供了技术支撑。 关键词：小型民用船舶；柴油机发电机组；箱装体；减振降噪 中图分类号：Ｕ６６１．４４ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００１—４３５７（２０１６）０６—００３８—０３ Ｄｅｓｉｇｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｄｉｅｓｅｌ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ Ｓｅｔ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｉｎｃｌｏｓｕｒｅ ｆｏｒ Ｓｍａｌｌ Ｃｉｖｉｌ Ｓｈｉｐ Ｗｕ Ｐｅｎｇ ，Ｑｉａｎ Ｊｉｎ （１．Ｎａｖａｌ Ｄｅｐｕｔｙ Ｏｆｆｉｃｅ ｏｆ Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｍａｒｉｎｅ Ｄｉｅｓｅｌ Ｅｎｇｉｎｅ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０１ １０８； ２．９１２５１ Ｕｎｉｔ，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２００９４０） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔａｋｉｎｇ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｍａｌｌ ｃｉｖｉｌ ｓｈｉｐ’Ｓ ａｃｏｕｓｔｉｃ ｉｎｌｏｓｕｒｅ ｏｆ ａｓ ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｂ・ ｊｅｃｔ，ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｕｓｅ ｏｆ ＣＡＤ ａｎｄ ＣＡＥ ｓｏｆｔｗａｒｅ，ｔｈｅ ｄｉｅｓｅｌ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ ｓｅｔ ａｃｏｕｓｔｉｃ ｉｎｃｌｏｓｕｒｅ ｗｈｉｃｈ ｍｅｅｔｓ ｔｈｅ ｄｅｍａｎｄ ｏｆ ｓｍａｌｌ ｃｉｖｉｌ ｓｈｉｐ’Ｓ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｎｏｉｓｅ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｗａｓ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ｔｈｒｏｕｇｈ ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ ｃｏｎｆｉｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｉｎｄｅｘｅｓ ａｎｄ ｄｅｓｉｇｎ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ．Ａｃｔｕａｌ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｉｎｃｌｏｓｕｒｅ ｃｏｕｌｄ ｒｅｄｕｃｅ ｖｉｂｒａ— ｔｉｏｎ ｂｙ ５３ ｄＢ，ａｎｄ ｎｏｉｓｅ ｂｙ ２６ ｄＢ（Ａ），ｔｈｕｓ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ．Ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ｐｒｏｖｉｄｅ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｂａｓｉｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｆｏｌｌｏｗ ｕｐ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｓｍａｌｌ ｌｏｗ－ｎｏｉｓｅ ａｎｄ ｌｕｘｕｒｙ ｃｉｖｉｌ ｓｈｉｐｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｍａｌｌ ｃｉｖｉｌ ｓｈｉｐ；ｄｉｅｓｅｌ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ ｓｅｔ；ｉｎｃｌｏｓｕｒｅ；ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｎｏｉｓｅ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ０ 引 言 随着动力设备减振降噪技术的不断提高，船舶 的舒适性要求越来越高。根据２０１４年中国船级社 声达到１０５ ｄＢ（Ａ）左右，空气噪声穿过一层６ ｍｍ厚钢板后衰减到７０ ｄＢ（Ａ）左右，该噪声仅 为发电机组直达空气声，不包含其它设备及结构 声…。因此，要达到目标舱室５０ｄＢ（Ａ）的噪声 要求，须对声源进行处理。箱装体设计技术可以有 效解决以上问题。 （ＣＣＳ）将舱室噪声控制水平进一步提高的要求， 国内船舶舱室噪声最低要求比国际规范要求 （ＭＳＣ．３３９－９１）还要严格５ ｄＢ。对于小型船舶，住 舱和集控室等人员活动区离机舱和舵机舱相对较 近，动力设备引发的结构振动和空气噪声通过甲板 或舱壁直接传递到目标舱室，对于目标舱室噪声 ５０ ｄＢ（Ａ）的要求将是巨大挑战。传统的机舱噪 箱装体主要包含隔声罩、隔振装置、内部通 风、消防系统和进排气系统等 。国外于２０世纪 ６０年代起就陆续在该技术上积累了许多成功经验， 并实船应用 。国内在２Ｏ世纪末，结合新型船舶 的建造和已有条件，大力开展了箱装体技术的基础 收稿日期：２０１６－０３－２１；修回日期：２０１６－０４－２９ 作者简介：吴鹏（１９８４一），男，主要研究方向为船舶动力设计，Ｅ—ｍａｉｌ：ｗｌｊ０９２９＠１６３．ｃｏｒｆｌ。 吴鹏等：小型民用船舶柴油发电机组箱装体设计技术及应Ｈｊ ・３９・ 理论研究和实船应用产品开发。由于箱装体结构复 杂，成本较高，维护不方便等原因，其在民用船舶 上的应用较少。图１给出了典型箱装体结构示 意图。 …（４）隔振设计须考虑民用船舶基座刚度较弱的 影响。 …。—— 一……一 ＩＨ－Ｌ】！ 排 … ： ：／ 一； ＼ ； ＼一一一一～… ｛足 ／ … 一一—一ｉ………—— 一…一一— ——… ｉｌ 振动噪声水平 ｛堡篓 警 ｊ｛Ｉ１ 箱装体生产加工 …～。 ～‘‘ ｊ ｌＩ 振动噪声指标蠹釜 ｛ ’ｉＩ 实船安装 ｌ！ ｌ通 鲁 鬈 寨声 ！ 计算评估分析 ｊ ｛ ……… 实船验证 ！ 。。————————— ————一 ｌ 声指标要求 璧堡 ｉ ：图１ 箱装体典型结构组成示意图 项目结束 …… ｉ 以下以一民用船舶箱装体设计为例，介绍箱装 １箱装体设计 根据多艘船舶箱装体的设计经验，总结出箱装 体的设计流程，如图２所示。 （１）首先根据船舶的振动和舱室噪声要求，通 过计算评估或者经验数据，确定主机、发电机组、 螺旋桨以及其它设备的振动噪声限值； 体具设计过程。船体及发电机组基本参数见表１ 表１ 船体及发电机组基本参数 总长／ｍ ～５５ 型宽／ｍ 型 ｍ ～ｌ６ ３．５ （２）根据设备本体的振动噪声情况确定箱装体 的隔声和隔振效果指标； 排水量／ｌ 设计航速／ｋｎ 功率／ｋＷ 发电机组 转速／（ｒ・ｒａｉｎ ） ～１ Ｏｏｏ ～９ ４３０ ｌ ５ｏｏ （３）箱装体方案设计，包括重量、尺寸、接口 和减振降噪性能等，须船厂、设计院以及设备商确 认； 重量（套）／ｔ ４．２ 小型民用船舶箱装体设计的关键技术是箱装体 减振降噪指标的确定与合理设计。 本船箱装体上部舱室（６ ｍｍ厚钢板）为振动 噪声考核区域且没有任何减振降噪处理措施；机舱 （４）确认无误后开始生产加工，并上船安装， 然后进行隔声、隔振效果测试，验收设计指标是否 达到。 ２ 实船应用 对于小型民用船舶，柴油发电机组箱装体的设 计和应用遇到以下问题： （１）成本增加。 （２）机舱结构紧凑，箱装体外部油水管路及电 内部采取了吸声处理。因此，对于箱装体具体降噪 指标不能简单通过经验公式估算。在设计中，建立 了全船舱室噪声的声学计算模型，如图３所示。 目标舱室噪声为５０ ｄＢ（Ａ），同时考虑舱室的 吸声处理，对柴油机的振动和噪声指标进行分配， 并与设备自身的振动噪声特性进行比较，最终确定 缆布置，而且要预留人员通道；箱装体内部存在多 根油水管路和不同直径的电缆，同时内部的冷却系 统占用大量空间，增加设计难度。 （３）由于结构复杂，空间狭窄，须要考虑设备 减振和降噪的具体指标．．最终确定的箱装体降噪指 标为２５ ｄＢ（Ａ）（３１．５～８ ０００ Ｈｚ频带内），减振 效果为４５ ｄＢ（１０～１０ ０００ Ｈｚ频带内）。 根据以往大功率柴油机箱装体设计经验以及 ・４０・ 柴油机 第３８卷第６期 ＣＡＤ放样与管路布置确定了箱装体的基本结构。 采用有限元软件对其进行强度、系统振动特性 （模态和振动响应）仿真；通过对箱装体结构及上 ３减振降噪效果 整个箱装体分频段隔振效果实船测试曲线如图 ６所示。在１０～１０ ０００ Ｈｚ频带内加速度隔振效果 下层隔振器参数的优化以及内部吸声材料的多方案 比较，确定了最终的箱装体结构形式。 （设备机脚和船体基座振级落差）达到了５３ ｄＢ （设备机脚１５１ ｄＢ，船体基座９８ ｄＢ），具体数值见 表２所示。箱装体隔声效果各频带噪声谱曲线如图 ７所示，隔声效果（同一点插入损失）为 ２６ ｄＢ（Ａ）（箱装体内外噪声分别为１０２ ｄＢ（Ａ） 和７６ ｄＢ（Ａ）），具体数据见表３所示 、 表２箱装体设备机脚及船体振动加速度级ｄＢ（ｒｅｆ．１ ｕ ｍ／ｓ ） 频率／Ｈｚ ｌ６ ９６．４ ３１．５ １２２ ６３ １２Ｏ １２５ １３５．１ ２５０ ｌ３７．６ 图３全船舱室噪声声学评估模型 设备／ｄＢ 为了解决小型船舶箱装体应用难题，对该船舶 进行如下设计： 船体／ｄＢ 频率／Ｈｚ ７４．２ ５ｏｏ ７８．９ ｌ Ｏｏｏ ７６．７ ２ Ｏ００ ７５．９ ４ ｏ（）０ ８９．５ ８ ０００ （１）与发电机组设备商、设备集成商沟通， 设备／ｄＢ ｌ３９．２ １４１．８ １４９．３ ｌ４２ １３６．２ 箱装体内部管路尽量紧凑布置； （２）实船安装过程中，船厂根据箱装体接口 重新布置舱室内部管路，或更改箱装体接口。 根据机组尺寸以及船体的空间位置，设计如图 船体／ｄＢ ８９．８ ９１．１ ９２．３ ８４ ８２．１ 表３箱装体内外噪声声压级ｄＢ（Ａ）（ｒｅｆ．２０ｕ Ｐａ） 频率／Ｈｚ ３１．５ ６３ ５２．５ ４０．５ ２ Ｏｏ０ １２５ ６５．８ ４２．Ｏ ４ ｏｏＯ ２５０ ７５．３ ５９．５ ８ Ｏｏｏ ５０ｏ ８５．２ ６４．４ 内部／ｄＢ（Ａ） ３２．６ 外部／ｄＢ（Ａ） １６．４ 频率／Ｈｚ ｌ Ｏ０ｏ ４所示的箱装体方案，主要包含：上下层隔振器、 中间筏体、隔声罩、风机、空冷器、温度传感器、 进风消声器、排气波纹管、油水挠性接管等。整台 箱装体的重量为４．４ ｔ，外形尺寸为４ ３００ ｍｍ× Ｉ ７００ ｍｍ Ｘ １ ８８０ ｌｎｍ。装船后的实景，如图５所示。 内部／ｄＢ（Ａ） ９８．３ 外部／ｄＢ（Ａ） ７０．２ ９７．７ ７３．８ ９２．７ ６５．５ ８３．７ ５３．５ 图６箱装体隔振效果测试数据 图４箱装体方案示意图 《 ＿＿王 星 技 羟 图７箱装体隔声效果测试数据 图５箱装体装船后实景 （下转第５６页） ・５６・ 柴油机 第３８卷第６期 多消耗一吨滑油要一万多元。因此建议船舶在吊缸 测量缸套内径时，一旦发现磨损量达０．５ ｍｍ时， 及时更换新缸套。 １．３滑油质量控制管理问题 于０．０５ ＭＰａ时，应拆开增压器转子进行清洁。主 机空冷器每年应进行一次化学清洗。 １．６喷油定时调整问题 该机说明书没有规定具体的喷油提前角数值， 只标明了喷油泵挺柱滚轮处在喷油凸轮基圆上，从 滚轮座上平面到挺柱推块顶面的距离。据长期观察 该型柴油机的滑油脏污速度相对较快，所以一 定要加大滑油质量控制的管理力度。一，保证分油 时的油温处于正常值，特别是在冬季，一定要对进 分油机前的滑油用加热器加热，同时控制分离量。 二，保证滑油分离操作的充裕时间，形成一旦正常 航行就要开启分油机进行分离的制度。三，及时、 发现：该机在一定范围内的定时改变对主机排温影 响不是很大，但定时的过度提前会引起爆压大幅度 提高。燃烧粗爆除加大柴油机部件的机械负荷外， 必然会加快活塞环、活塞环槽及缸套的磨损。长时 间运行会引起活塞串气，增加滑油消耗及脏污。当 转速在７００（ｒ－ｍｉｎ ）左右时，将该机喷油提前 角调整在１０。左右较为合适，此时主机正常爆压一 般为８０ ＭＰａ左右，排温在３４０ ｃ【＝左右。 １．７主机各缸均衡性问题 定期清洗滑油分油机，保证分离质量。四，必须定 期化验滑油，并根据化验结果确定是否换油。由于 该机为湿式曲拐箱，曲拐箱内总滑油量仅有６００ Ｌ，建议每半年换油一次。 １．４燃油系统管理问题 该机型至今一直使用１２０ ｃＳｔ燃油，根据本人 管理经验，首先要保证燃油进机质量，进分油机前 油温应控制在９０ 左右，以保证分油质量。其次 要保证燃油进机前加热并维持在１１０ ｏＣ左右，使燃 油的黏度值控制在１０～１５ ｃＳｔ之间，以保证燃油的 雾化质量。 １．５主机增压系统问题 由于该机缸数较多，单缸功率不大，当某缸存 在问题时对其它缸的影响较大。因此在运转时一定 要密切注意工况，勤测爆压和压缩压力，注意排温 是否有异常变化。由于该机采用的是脉冲增压，如 一缸排温有异常升高，处于一个排烟管的几个相邻 缸的排温也会有异常升高现象。因此单靠测量爆压 和排温还难以准确判断某缸气阀烧蚀，而压缩压力 的测量较为准确。 该机配装的是ＶＴＲ２０１增压器，压气机端滤网 为铜丝网式，经多年拆洗，里面的铜丝网己不能起 到过滤空气的作用。此外，由于机舱中油雾和微小 ２ 结 论 通过采取上述有针对性的措施后，目前该主机 转速能达７５０（ｒ・ｍｉｎ ），排温在３５０ ｏＣ以下。本 文的讨论表明：柴油机技术状态如何与检修维护管 颗粒物较多，容易造成空冷器脏堵，降低冷却效 果。可考虑将增压器压气端滤网用无纺纤维布包 裹，并定时更换无纺布。对透平端叶片的水洗应按 说明书要求定期进行，以确保增压器效率。正常情 况下扫气压力应在０．０５—０．１ ＭＰａ，当扫气压力低 理是否到位有很大关系。通过规范管理和采取针对 性的措施，可提升柴油机技术状态，降低故障率。 （上接第４０页） ４ 结 论 通过本文研究，解决了小型民用船舶发电机组 参考文献 ［１］马大猷．噪声与振动控制工程手册［Ｍ］．北京：机械 工业出版社，２００２，２５５－２７２． 箱装体的减振降噪指标的确定以及设计和应用问 ［２］谢建平、马文彬．船用高速大功率柴油发电机组箱装 体研制［Ｊ］．噪声与振动控制，２００７（５）：１１９—１２４：． 『３］ＳＮＯＷＤＯＮ Ｊ Ｃ．Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ｏｆ ｍａｃｈｉｎｅｒｙ ｖｉ— 题，目标舱室的振动和噪声得到较大幅度的降低。 该设计技术为后续小型低噪声、豪华民用船舶设计 提供了技术支撑。 ｂｒａｔｉｏｎ［Ｊ］．Ａｃｏｕｓｔｉｃｓ，１９７３，２８（６）：３０７—３１７．
