机电设备噪声控制中心 噪声治理
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南京同韵声学科技有限公司
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发布时间：2021-03-06
海洋船舶噪声概况
船舶噪声属于较为严重的噪声污染问题，船上噪声不仅会影响船员的工作和生活，同时长期处在噪声环境下，也会严重影响船员的身体健康。另一方面，过大的噪声还会导致船用设备声疲劳损坏从而缩短船舶使用寿命。随着船舶大型化的发展，动力设备导致的噪声问题日益严重，再加上人们对船舶舒适性要求的不断提高，实现船舶低噪声指标逐渐成为船舶高质量高性能的标志。
为此，国际海事组织(IMO)与设备会(DE)对船舶噪声提出了新的要求。经过国内外学者的不断努力和研究，《船上噪声等级规则》终于在2012年5月份被国际海上安全会*90次会议批准。该规则是一个国际性的通用规则，规定了具体的船型、船上不同部位的极限噪声值，船体主要部位的隔声指标，以及的船上噪声测量方法。国际海事组织随后批准了该准则，对新建船舶应当符合该规则的要求，减少船上噪声对船上人员的影响。
《船上噪声等级规则》规定了可接受的噪声声压级，并详细规定了船舶噪声测量的方法、测量人员的。总体来说相比以前的噪声标准要求要严格很多。新的船舶噪声等级规则，对万吨以上的船要求相对较高，在船上的居住、餐饮、部位的噪声限制值要比原标准下降5dB(A)。除此之外还增加了舱门走道处的隔声要求，对舱室和舱室之间的隔声要求提高计权指数5dB(A)。目前，CCS已于2013年4月26日发表关于实施船上噪声等级规则的通知，并于同年9月发布《船舶噪声检测指南》。新的噪声等级规则和噪声检测指南对噪声提出高标准严要求。表1.1给出了IMO、国外几个主要船级社以及CCS对船舶各个区域噪声限值的要求。
表1.1 各国船舶噪声标准对比 dB(A)
船舶声学设计
图1为对某海洋船舶，其1楼为甲板层，1~4楼为各类舱室，船舶主机置于负二楼，我们对其各个舱室进行了噪声测试。测试所用传声器为GRAS 1/2 英寸标准传声器，采集系统为LMS 12+ 通道振动噪声分析系统；测量方法和船舶行驶工况按照IMO的要求进行。
船舶声学设计
从实际测试结果来看，该船舶一楼噪声，特别是医务室噪声**标比较严重。这主要是由于一楼紧邻下面的船舶主机；而医务室由于进出位置需要方便，它与主机之间的距离反而近所致。该船舶舱室中，比较好满足IMO要求的是三楼和四楼的船长和大副等少数舱室。整体而言，噪声**标舱室是比较多的。
因此一旦IMO要求严格执行，就会对我国船舶企业造成重大影响。船企要想满足新标准或船东以及船舶出口的要求，就必须在船舶设计的早期阶段就考虑到声学要求，并将噪声控制理念贯穿于整个船舶的设计、建造和管理工作中，变被动降噪为主动控噪，这样不仅节省了开支，也可以获得更大降低噪声的效果。研究表明在船舶设计的早阶段就要考虑声学方面的要求，相关工作的费用仅占首制船建造总费用的2.5%；而在已建造的这种级别的船上，要将空气噪声级降至规范标准以下所需的费用约为该船建造总费用的9%。
2 船舶舱室设计研究方法
船舶声学设计的主要目标包括两个方面，即：
A. 对于某型船，在标准工况运行时以及确定船内各部分构造确定的条件下，可以预测船舶各个区域的声学性能。
B. 对于某型船，在标准工况运行时，如何设计船舶各个部分的声学结构，以满足船舶各个部分的声学指标。
由于船舶结构较大，开展整船实验测试显得较为困难，因此目前国内很多学者对船舶舱室的研究方法是仿真分析方法，即采用统计能量法预测各个舱室噪声。
通常而言，造成船舶舱室噪声主要原因还是主机和空调噪声。实测过程中，距离主机较近的舱室，其**标就较为严重，而高层舱室整体噪声则优于低层舱室。因此开展船舶噪声测试可采用以下途径：
A.测量船舶各个设备（如主机、辅机等）在不同工况/功率下的声功率和噪声频谱特性；并建立经验公式。
B.测量这些设备到邻近舱室的噪声传递特性和相应的经验公式。
上述船舶局部噪声测试由于空间范围较小，因此可以获得较为的实验测试结果；从而得到舱室噪声的主要传递路径，从而可以有效的得到相关舱室的噪声控制方法。
3 船舶声学设计内容
3.1 目标值设定
在该阶段，根据产品设计任务书（其中应给出船舶型号、航区、设计性能指标、使用要求和船上可能采用的主要设备和推进系统），结合现有同类型船舶的声学参数，确定船舶各个区域的噪声值。
3.2 工程设计阶段
根据船舶各个声学目标值，确定该船舶各个设备的噪声值，安装/布置形式；估算行驶中的噪声特性，并设计船舶内各个舱室设备的安装条件、结构尺寸以及船舶内舱室声学构件的声学性能和布置。主要包括：
A. 选择和确定合适的主机，满足船舶动力和噪声声功率要求；并确定主机的安装形式。
B. 选择和确定合适的辅机，满足船舶行驶和辐射噪声要求；并确定其安装方式。
C. 设计船舶内各空调管路安装方式和消声结构。
D. 选择和确定合适的螺旋桨，满足船舶推进和辐射噪声要求；并确定安装方式和安装位置/数量。
E. 确定船舶内各个舱室的布置形式和尺寸结构，如主机室，各个辅机安装舱室，各个工作舱室以及船舶内各个居住室的布局；各个舱室的尺寸结构。
F. 确定各个主机室、辅机室的吸声和隔声设计方案。
G. 确定各个舱室，如工作室（如驾驶室、办公室、厨房等）和居住室的吸声、隔声和阻尼设计方案。
H. 对船舶内其他舱室（如有，例如酒吧、会议室、音乐或放映厅）等舱室进行声学设计。
3.3 样船的声学实施阶段
根据上述声学设计，开展船舶内各个设备的声功率测试、安装实施，满足上述声学要求的各个设备的声学安装以及开展满足上述声学要求的船舶各个舱室的构件安装。
3.4 实船验证工作
实际测试该船舶标准工况下，船舶各个区域的噪声分布，评价各个舱室是否满足初船舶噪声设计值得要求。
4 复合吸声结构的声学设计
传递到舱室噪声主要包含三条途径，首先是外部各种噪声通过空气-舱室壁板-舱室；其次是各种结构噪声通过舱室构件直接传递到舱室；*三则是空调噪声通过空调管路传递到舱室。下面介绍船舶舱室这三种噪声的控制方法和同韵声学在这方面的技术经验。
空调噪声的频谱范围较宽，因此需要设计相应的宽频吸声材料以满足空调管路的消声要求。而多孔吸声材料高频吸声性能较为良好，但如果要提升其低频吸声性能，就需要增加材料厚度，这一方面提高了成本；同时也会大大增加空调管路的横向尺寸，这在实际应用中也是受限的。而共振吸声结构往往只是在其共振频率处具有较大的吸声性能，其吸声频带较窄，往往也不能满足实际要求。因此需要开展复合吸声材料设计，以满足在较薄的情况下得到较宽的吸声频带。
舱室内噪声很大一部分是通过空气-舱室构件传递过来的。有效降低这部分噪声贡献的方法首先是提升舱室构件的隔声量，同时增强舱室连接，门窗的漏声。由声学理论可知，对于均匀单层构件而言，其隔声量受制于质量定理，即通常情况下，质量或厚度增加一倍，隔声量提高6dB。因此工程实际中，往往采用复合三明治隔声结构，即在两层固体板件中，加入一定厚度的吸声材料。这时需要开展复合隔声设计。
对于结构振动沿船舶舱室构件船舶，并直接辐射到舱室的噪声，一般采用阻尼减振的办法加以控制。附加阻尼结构主要包括自由阻尼结构和约束阻尼结构。实际阻尼处理时，需要根据阻尼处理方式和结构振动特性开展优化设计，即局部阻尼处理。在局部阻尼处理时自由阻尼处理，应选择应变处，而对于约束阻尼处理，则应选择弯矩处进行。
风力发电作为二十世纪的绿色新能源，近年来得到大力推广，然而随着目前风电建设土地面积的资源减少，风电机组开始在靠近居民的地方树立，由此引发了风电噪声扰民，风电场附近居民产生大的噪声投诉等问题。由于风电产业在国内的发展较晚，对风电噪声控制的研究起步也较晚。目前国内外，针对风力发电机组以及风场的建设有明确的噪声限值标准。部分国家的标准甚至不于噪声声级有要求，对可听性音调性都有相关的规定。这说明未来低噪声风机的开发有着必然的趋势。
风机降噪技术是一项复杂的系统工程，包括来源复杂的气动噪声、机械噪声以及电磁噪声。全面的噪声治理技术复杂性和难度非常大，不仅需要从主动控制上考虑优化设计相应的机械部件，降低噪声源的辐射声能；同时还需要研究噪声传递途径上的处理方式，使得风电噪声得到显著衰减；另外还可以考虑在受到噪声困扰的居民住宅等敏感建筑物附近进行隔声吸音处理，降低风电噪声对外界的干扰。
1 风电整机噪声产生机理
风电机组的噪声来源有气动噪声、机械噪声和电磁噪声，在大功率的风电机组中气动噪声是主要的。下面将分述三类噪声的主要形式及产生机理。
1.1气动噪声及产生机理
空气动力性噪声是气体的滚动或物体在气体中运动，引起空气振动而产生的，一般分为三类：单较源、偶较源和四较源。风电机组噪声是其他流动过程中产生的，主要是由于气体的非稳定流动造成的，为偶较子源。
风电机组的气动噪声主要有下面几种形式：
（1）低频声。这部分噪声是由于风电叶片旋转时遇到气流不均（气流围绕塔筒流动）、风速改变或者从其他叶片上的尾流脱落而产生的。
（2）流入湍流噪声。取决于空气湍流的总量。由于空气湍流造成的叶片周围的载荷力和载荷压强的波动。
（3）翼型自身噪声。包括沿翼型表面的空气流产生的噪声。一般为宽频噪声，但是生硬的边缘，或气流穿过狭缝和孔则会产生纯音。这一部分噪声主要由6种噪声组成。
1）后缘噪声，这是由于叶片后缘边界层湍流的相互作用造成的。在对机翼后缘的噪声预测研究中，通过仿真分析获得了机翼的不同设计参数如升力系数和几何形状对后缘噪声的影响。厚度不变，弦长变长，升力系数减小时噪声降低，升力系数不变，改变翼型厚度减少，噪声降低，而升力系数与迎角成近似线性正比关系，噪声强度则随升力系数增加而增加，且在升力系数较低时，厚翼型比薄翼型后缘噪声大，升力系数到达一定值后，则薄翼型比厚翼型后缘噪声大。
2） 翼尖噪声，这是由叶片翼尖表面的湍流交互造成的。
3） 失速，分离噪声，这是由于叶片表面湍流的相互影响。
4） 边界层噪声，叶片表面的非线性边界层不稳定交互作用。
5） 钝尾缘噪声，由于在钝尾缘的涡旋脱落。
6） 通过孔、缝隙以及入侵的空气流动产生的噪声——通过孔和缝隙的非平稳剪切向流体，入侵引起的涡旋脱落。
另外还有叶片搅动的噪声：这是一种类似通过节奏性调制的噪声，听起来接近涡轮的声音，其幅值和频率随叶片的经过改变（这相当于声源相对接受者发生了变化），其声源特性的变化可能是由湍流、偏航误差和切向风力增强导致的。随着离涡轮距离越来越远这部分噪声越来越模糊，但是这种声音经常被人们所厌烦。
有研究者采用声阵列测试对风电机组的噪声源进行定位，分析了不同频段叶片与轮毂噪声对总体噪声的贡献情况，还对比了不同处理方式的叶片其噪声分布情况。
1.2机械噪声及其产生机理
机械噪声是由与冲击、摩擦、交变应力或磁性应力等作用下，引起的机械设备结构部件碰撞、摩擦、振动产生的。在风电机组中，主要的机械噪声来源有齿轮箱、发电机、偏航设备、冷却风扇（实际上，这一部分应归到气动噪声中）和其他设备等。
对于齿轮箱，偏航设备这类旋转零件较多的部件，其噪声多是由于转动零部件的不平衡引起的，对于转子的形状不对称、材质不均匀，毛坯缺陷，热处理变形，加工和装配误差以及与转速有关的变形等原因，是质量分布不均，造成转子偏心，当转子运转时就产生了不平衡的离心惯性力，从而是机械产生振动和噪声。
发电机的噪声问题比较复杂，其噪声源主要有电磁噪声、流体产生的空气动力噪声及转子和轴承的机械噪声。电磁噪声是因为交变磁场引起定子铁心和电驱绕组振动时产生的噪声，该噪声为固体传播声，传向定子机座，成为噪声源。空气动力噪声则是由于安装在转子轴端的风扇和转子自身的的旋转而使发动机内各部分的冷却空气流动，继而产生的噪声。此外转子自身旋转也会产生空气动力声。转子和轴承的机械噪声则是由振动产生的。
冷却风扇的噪声机制基本相近，在此以轴流风扇为例进行说明。轴流风扇的噪声包括旋转噪声和涡流噪声，当风机出口直接排入大气时还有排气噪声。
1.3电磁噪声及其产生机理
该部分噪声主要来自风电机组的变电站：变电站运行期间的噪声主要是主变压器、电抗器和室外配电装置等电器设备所产生的电磁噪声，主要以中低频为主。这类噪声是由电磁场交替变化而引起某些机械部件或空间容积振动而产生的噪声。常见的电磁噪声产生原因有线圈和铁心空隙大、线圈松动、载波频率设置不当、线圈磁饱和等等。
2. 风电系统的噪声控制方法
考量风力发电机组的整体性能中，很重要的一个就是高的风电转换效率，而在进程噪声控制实施过程中，首先要保证噪声处理方案不会对其能量转换效率造成影响。其次，需要确保在噪声控制措施实施后，不会影响其后续的操作、维修等工作。另外，风力发电机组塔筒内部需要很好的散热，在进行降噪处理时一定不能影响塔筒内整个空间的散热效率，保证机组各部件的安全运行。同时还需要考虑风场的气候条件，确保安装的外部隔声装置能够耐湿，耐寒，经久耐用。
在气动噪声上，实际降噪措施有降低翼尖速度比，减少叶尖速度，减小叶片的迎角，将涡轮机设计为逆风型（即将转子移动到上风口位置，因为叶片顺风的时候会产生间歇性的重击声），设定合适的变速控制策略，改变叶片尾缘，增加转子的力矩，增加涡轮机的重量和成本，叶片间距的调节，改进叶片的形状设计，使之有较好的流线型和合适的弯曲角度，此外需要及时的清洁表面，修补漏洞。在设计阶段，则需要对叶片的噪声情况建模以优化结构，设计生产。一般的来说，选用逆风型的、低转速、合理的叶片间距控制，这样的风电机组产生的气动噪声较小。
有研究表明，风扇的叶片材料，对其噪声也有一定程度的影响。总体说来，材料的损耗系数越大，其噪声越小。增加风扇的叶片数，在转速不变的条件下，可以增加风扇的风量。或者在获得同等风量的前提下，可以降低风扇的转速，从而降低风扇噪声。但叶片数在6以上时，增加叶片数，风量增加有限，且在降噪特性上往往有的作用。低速宽叶风扇与高速窄叶风扇在相同的风量情况下，前者比后者产生的噪声声压级低4dB(A)，并且功率消耗要减少27%。缩小风扇与护风圈的间隙，防止气流紊乱，可以降低风扇噪声。
对于机械噪声，我们可以通过采用精加工的齿轮，将组件安装于机舱内而不是直接接触地面，在机舱中增加挡板和隔声件，在主要组件上采用隔振器和柔性支撑安装，在相应的主要发声设备周围进行吸声隔声处理，对有振动的地方安装阻尼缓冲件，优化设计涡轮机结构避免将噪声传递到整个结构上。
对于电磁噪声，采用磁致伸缩小的高导磁材料，降低铁心磁密，改良和缩小铁心接缝，采用多级接缝，以及进行隔声隔振处理等。此外，有研究对发电机进行主动降噪，将转子材料改变，从而实现低额定转速，从而在声源上控制了发电机的噪声。
以上都是针对声源进行改善以达到降噪效果，其对噪声降低是有限的，还需要从噪声的传播途径考虑，采取措施使噪声在传播过程中衰减。常见的有在排风口安装，使用主动控制装置，在叶片边缘扰乱湍流模式，从而减少噪音，在塔筒内部铺设吸声隔声板，以消除室内混响降低塔筒内的声能密度，降低声源向外辐射的强度，以及设置两级房间，采用隔声性能好的双层隔声门，以及在敏感建筑附近关注的接收点处设立隔声屏障等。
洗衣机噪声控制
一、洗衣机噪声的来源主要有：
1.洗衣机电机噪声
电机是洗衣机的工作动力，是洗衣机主要噪声源。
2、来自箱体的振动噪声
在洗涤或脱水时，洗衣机的箱体都会有或大或小的振动，
振动在箱体产生从而辐射噪声。
3、由于配重不合理产生的振动
4、来自皮带与皮带轮的摩擦噪声
5、衣物脱水时电机高速转动产生的噪声
因此洗衣机声源较多，同时在某些情况下还可能会产生一定的结构共振。因此需要对洗衣机开展不同声源的贡献分析
二、洗衣机噪声控制途径
洗衣机噪声虽然较多，但其传递主要还是通过面板贡献。因此加强洗衣机内部的阻尼，吸声和隔声处理显得尤为重要。同时洗衣机内部一般均为潮湿环境，因此各种材料满足耐潮湿和环保、阻燃等要求。
一、油气管道声源特性
天然气长输管道工艺场站存在多种工艺管线和工艺设备等多声源发声体。场站在正常运行时，噪声主要来自汇气管、分离器、阀门及调压设备、放空系统以及各类通风扇、排风扇、循环泵等产生的噪声。在非正常运行时，噪声来自放空管、分离器调压时产生的瞬时噪声；清管作业时，主要来自放空管产生的瞬时噪声。
场站噪声强度大小与投入运行的设备及运行工作状况有关。在冬季用气高峰期间，由于管道内部天然气气流的流速和压力较高，工艺管线和设备产生的噪声强度就较大，但其他用气时间，噪声强度相对较低。
根据对场站噪声声源的分析，场站噪声可以分为气流噪声、机械噪声、电磁噪声。
1）气流噪声：当天然气高压气流由干线进入支线时或气流通过调压阀时，由于管道内径变小，导致天然气高压气流冲击、摩擦管道内壁产生的能量，以声波的形式从该处辐射出来，从而产生噪声。一般而言，气流噪声比其它设备的噪声要高10～30dB（A）， 是工艺场站的主要噪声源。
2）机械噪声：工艺场站有许多工艺设备快速旋转和往复运动，产生摩擦、冲击，引起机件振动而产生的噪声。
3）电磁噪：由驱动电机的磁场脉动引起的噪声，电机冷却风扇还引起气流噪声等。
二、油气管道噪声满足要求
*共和国石油化工行业标准《SH/T 3146- 2004 石油化工噪声控制设计规范》规定油气管道首先满足厂区作业人员的噪声要求，即：
同时，由于油气管道一般距离居民区较近，因此油气管道噪声辐射到厂界的噪声强度不得**过下表值：
其中：
0类声环境功能区：指康复疗养区等特别需要安静的区域。
1类声环境功能区：指以居民住宅、卫生、文化教育、科研设计、行政办公为主要功能，需要保持安静的区域。
2类声环境功能区：指以商业金融、集市贸易为主要功能，或者居住、商业、工业混杂，需要维护住宅安静的区域。
3类声环境功能区：指以工业生产、仓储物流为主要功能，需要防止工业噪声对周围环境产生严重影响的区域。
4类声环境功能区：指交通干线两侧一定距离之内，需要防止交通噪声对周围环境产生严重影响的区域，包括4a类和4.b类两种类型。4a类为高速公路、一级公路、二级公路、城市快速路、城市主干路、城市次干路、城市轨道交通(地面段)、内河航道两侧区域;4b类为铁路干线两侧区域。
三、油气管道噪声治理
油气管道治理除了常用的吸声、隔声和阻尼等处理手段外，主要的还是针对管道辐射噪声开展。即应该采用声源识别技术，判断管道辐射噪声源的主要位置，而后针对管道开展阻尼吸声隔声复合包裹手段，降低管道辐射噪声。
