船舶减振降噪措施简析

第２７卷第３期　２０１０年０６月　江苏船舶　ＪＩＡＮＧＳＵ　ＳＨＩＰ　Ｖ０１．２７　Ｎｏ．３　Ｊｕｎｅ．２０１０　

船舶减振降噪措施简析　

张平，于全虎　

（江苏省船舶设计研究所有限公司，江苏镇江２１２００３）　

摘要：船舶减振降噪措施的采用是船舶设计中的重要环节，是一个系统工程。其措施主要包括螺旋桨的减震　降噪、机电设备的减振降噪以及避免共振。各种减振降噪措施的采用不仅要强调效果，同时必须考虑到经济性，　所以减振降噪只要达到合理适度、满足使用要求的效果就可以。　关键词：振动噪声；阻尼；振动控制　中图分类号：Ｕ６６１．４４　文献标识码：Ａ　

０　引言　

船舶噪声不仅影响到船员自身工作生活和身体　

健康，而且对水域沿岸居民的生活造成影响。产生　

噪声的振源是造成船舶结构疲劳破环的根源之一，　

对船舶的使用寿命和安全性造成影响。船舶噪声由　

其自身设备工作时以及外界风浪等拍击船体发出的　

不同频率和不同强度的声音无规律地组合而成，它　

包括存在于舱室部位的空气噪声，存在于船体结构　

中的结构噪声（即振动）以及存在于船体周围水介　

质中的水噪声。如何采用减振降噪措施，降低由振　

动源引起的船舶结构振动、降低由噪声源引起的空　

气噪声和结构噪声，就显得特别有意义。　

１激振力分析　

船体结构产生振动的首要原因是螺旋桨和船舶　

主机的干扰力作用。对于螺旋桨而言，由于螺旋桨　

所处流场的伴流不均匀，当桨叶处在伴流峰值位置　

时，叶型在较大的来流攻角下产生较大的推力和切　

向力，随着桨的旋转，当桨叶处在较小的伴流中时，　

相应产生较小的推力和切向力，结果使传递到轴承　

上的力产生周期性的变化。同时螺旋桨在旋转时，　

每片桨叶均被压力场所包围，在旋转过程中，这些回　

转压力场就会在船底后部桨叶上方部位产生压力冲　

量（称为表面力），使得尾部船板上承受的压力产生　

周期性的变化。特别是当螺旋桨产生较大范围的空　

泡时，这种压力变化会有更大的幅值。　

由螺旋桨旋转引起的轴承激振力，其激振频率　

收稿日期：２０１０—０４—１０　作者简介：张平（１９６６一），男，高级工程师，主要从事船舶设计工作；　于全虎（１９７４一），男，高级工程师，主要从事船舶设计工作。　为螺旋桨转速×１。　

由螺旋桨表面力产生的激振力，其激振频率为　

螺旋桨转速×叶数（称为叶频）。　

对于船舶主机而言，活塞在燃烧混合气体的推　

动下，通过活塞杆、连杆、曲轴、轴承传递运动会激起　

机械振动；燃烧过程中，气压的变化会通过燃气和扫　

气空气传播，在汽缸壁上产生结构振动；主机内振动　

会通过主机座传递到与之相连的船体结构上，引起　

船体结构的振动。　

船体结构振动同样也会由机舱辅机或其他设备　

如往复式压缩机、通风机引起。　

在某种状态下，由波浪运动传递到船体外板上　

的周期性的波浪力也会引发船体结构产生振动。　

振动与噪声是共生的。当结构产生振动以后，　

这种往复运动传递到周边的空气场中导致了空气噪　

声；当振动在结构中传播至诸如舱壁、板格处再传递　

到空气中就导致结构噪声的产生。由于船舶主要结　

构材料是钢，钢的内部阻尼很小，所以结构噪声传播　

时能量损失非常小。　

２减振降噪措施的采用　

船体振动会带来以下几个方面的不利影响：①　

不利于人体健康和工作效率；②不利于船体寿命和　

结构安全；③不利于机电设备正常工作。船舶噪声　

也会给人带来烦躁情绪，影响工作效率，严重时也会　

危及人体健康，所以必须采用各种有效措施来减振　

降噪。　

２．１针对螺旋桨的减振措施　

我们知道，作用于螺旋桨的不均匀进流是导致　

振动和激起螺旋桨噪声的主要原因，因此改善船尾　

伴流分布，提高尾流场的均匀性，可以起到明显的减　２　江苏船舶　第２７卷　

振降噪效果。具体措施有：　

（１）改良船体尾部的线型。采用双尾线型、球　

尾、优秀的船模系列以及船尾加设尾鳍等，都能很好　

地改善尾部伴流。如果能通过船模试验对尾部线型　

进行优化，将会取得更好的效果。整流尾鳍的设置　

如图１所示。　

二　

图１整流尾鳍的设置　（２）许多情况下在螺旋桨外面安装一导流管证　

明可明显减小振动和噪声。这是由于导流管可以平　

稳伴流分布。其最主要的目的是使螺旋桨的一大部　

分负荷可以转移到导流管上，从而减小螺旋桨的轴　

承负荷和空泡的产生，对于重载螺旋桨还可以提高　

桨的效率。为了充分利用导流管可以降低桨振动的　

特性，导流管必须正确安装，与螺旋桨同心，同时还　

要保证导流管安装部位处的船体结构刚度。　

（３）尽可能加大螺旋桨和船体问的间隙。螺旋　

桨与周围船体间的问隙应尽可能加大，不能仅满足　

船级社的最低要求，这样可以大大降低由螺旋桨产　

生的脉动压力场传递到船板的表面力。特殊情况　

下，当无法增大桨与船体间的间隙时，采用特殊的减　

振装置——减振穴，可减弱螺旋桨作用在船体上的　

表面力，其主要原理是利用密闭的空气弹簧和水质　

量的吸振作用。减振穴的设置如图２所示。　

（ａ）常规减振穴　（ｂ）钟形减振穴　图２减振穴的设置　（４）选用大侧斜螺旋桨。选用该种形式螺旋　

桨，首先不会影响螺旋桨性能，但可以大幅减小激振　

力。效果理想时可使机舱内各处振动量值减少１／４　

左右，上层建筑前后振动量可减少１／５左右。　

（５）增加螺旋桨桨叶数。桨叶数的增加可能会　

导致螺旋桨的敞水效率略有下降。但就表面力而　

言，形成空泡时螺旋桨产生的压力冲量总是随桨叶　数的增加而减少，并且能使该压力值保持在一个较　

低的量级上；同样的，随着桨叶数的增加，也会降低　

螺旋桨作用在轴承上的负荷，如果桨叶数为偶数时，　

效果更佳。　

（６）敷设阻尼材料。在船体内部合适部位敷设　

钢质或橡胶质的阻尼材料，一般是在螺旋桨上方船　

底板处、机舱主机座面板和腹板处、主机座前后船体　

结构处、机舱前壁处，有时在与上甲板室邻接的机舱　

顶甲板处等位置进行敷设。阻尼材料的敷设一定要　

符合工艺要求，一定要注意钢结构表面的清洁工作，　

以保证贴合效果。利用阻尼材料在其内部产生拉　

伸、弯曲、剪切等变形，吸收大量的入射能量，将部分　

振动能转换为摩擦热能。图３为降低螺旋桨和主机　

引发的结构振动而敷设在不同部位的阻尼材料的示　

意图。　

Ｉ　——，一　尾尖舱　机舱　

＼～　皂　主机座　

底舱平面阻尼橡胶　或阻尼钢板分布　图３阻尼材料的设置　

２．２针对机舱设备的减振措施　

机舱里的主机及其他辅机、减速齿轮箱等机器　

设备在工作时不可避免地会产生振动与噪声，并且　

噪声会以空气噪声和结构噪声两种形式同时存在，　

特别是当机器与结构刚性安装时，影响更甚。结合　

振动的特点及声音传播特性可以采取的减振降噪措　

施有：　

（１）增加机座的尺寸和刚性。提高机座的刚性　

可以有效降低由机器传递过来振动的振幅。从理论　

方面讲，当机座的刚度足够大时，可以使机座的振动　

趋向于零；增加机座的尺寸则可以降低振动的幅度。　

当然，机座的刚性和尺寸不可能无限制的提高，还要　

服从于布置和经济性的需要。　

（２）采用弹性支撑和弹性连接。弹性支撑一般　

是采用隔振器，有橡胶隔振器和金属隔振器等形式。　

橡胶隔振器优点是价格便宜、不易塑性变形，缺点是　

高温下易老化及弹性变差、可燃；金属隔振器优点是　

抗水耐油，高温下不变形且维护方便，缺点是价格较　

贵。弹性连接一般采用弹性联轴器，也是含有橡胶　

的元器件，它可以允许有一定的轴向和径向位移及　

一定的角偏差。图４是弹性支撑和弹性连接的典型　

方式。　

（３）敷设阻尼材料。如图３所示，在机舱合适　

部位敷设阻尼材料。

　第３期　张平等：船舶减振降噪措施简析　３　

图４弹性支撑和弹性连接　

２．３针对机舱的降噪措施　

机舱里的噪声主要是各种机器发出的空气噪　

声，在某种情况下，也可能是第二噪声源以结构噪声　

的形式辐射出来，比如螺旋桨在尾舱壁上激发出的　

结构噪声。一般来说，机舱的噪声都会在９０ｄＢ以　

上，足以损伤人的听力，必须采取综合性的措施进行　

降噪处理。可以采取的措施主要有：　

（１）选用低噪声的机器设备。在机舱机电设备　

选型时，选用低噪声型号，从源头上注意降低机舱的　

总噪声。　

（２）采用吸声设施降低总噪声级。吸声材料一　

般多采用多孔性材料或纤维性材料诸如矿渣棉、玻　

璃纤维织物等。当声波传递到吸声材料内部结构中　

时，就会引起吸声材料的振动，导致材料间的相互摩　

擦，振动能转换成热能。吸声材料一般用拉制的金　

属丝网或钢、铝质穿孔薄壁板固定在机舱围壁和天　

花位置处。这种结构形式必须要注意以下几点：　

①钢、铝质穿孔薄壁板的穿孔面积要达到３０％　

一４０％以上：　

②吸声材料不能被油烟所覆盖，不能油漆，否则　

会大大降低吸声性能。　

（３）采用隔声罩。机器发出的噪声部分是结构　

噪声，部分是空气噪声。对于空气噪声部分，可以采　

用隔声罩将机器封闭在有效屏蔽的罩壳空间内（除　

了必要的冷却水和空气进出口），在罩壳内部表面　

尽可能多地敷设吸声材料。对于结构噪声部分，应　

该在机器与底座之间、罩壳与底座之间采用弹性安　

装。同时在空气进出口处加装消声器。机器隔声罩　

安装示意图如图５所示。　

（４）装设隔声屏障。声音的一个特性是遇到坚　

硬的表面时能非常有效地反射，如钢板能反射大约　

９９％的声波，而且与声音的频率基本无关。隔声屏　

障要想取得明显效果，其高度尺寸要大于波长，所以　

隔声屏障适用于产生短波高频噪声的小型机械，在　

以反射声场占主导地位的机舱里很难起到令人满意　

的效果。　

（５）进排气、通风管道中的消声。进排气、通风　

管道中的噪声也是机舱噪声的组成之一，采用安装　

消声器的方式可以有效降低噪声。消声器有两种结　构形式：抗式消声器和阻式消声器。抗式消声器的　

原理是通过管道流通面积的变化，反射一部分入射　

声能来降低噪声。该种消声器结构简单，使用普遍，　

对一定的频段相当有效。阻式消声器的原理是通过　

吸收一部分入射的声能并将之转换为摩擦热能来降　

低噪声。这种消声器在一宽广的频率范围内都有　

效。两种消声器的结构形式如图６所示。　

图５机器隔声罩安装示意图　

阻式消声器　

图６消声器的结构形式　需要注意的是：当机舱中有多处噪声源时，仅把　

一个次要声源降低几个分贝是徒劳的，因为它对总　

噪声的影响是微乎其微的。表１显示了不同降噪方　

式产生的不同降噪效果。由表１可见，若要降低噪　

声级，必须找到区域的主要声源，采取各种行之有效　

的措施加以解决。　

表１　采用各种降噪措施后的减噪效果　

第１噪　第２噪　第３噪　合成　噪声源　声源　声源　声源　噪声　初始噪声级／ｄＢ　８０　９０　ｌ０ｏ　１ｏｏ．４５　

第１噪声源降低１０ｄＢ后　７０　９０　ｌｏ０　Ｉｏｏ．４２　

第２噪声源降低１０ｄＢ后　８０　８０　ｌ００　１ｏｏ．０９　

第３噪声源降低１０ｄＢ后　８０　９０　９０　９３．２２　

所有噪声源降低１０ｄＢ后　７０　８０　９０　９０．４５　

３避免共振措施　

船体结构在多种激振源和不同振动频率的联合　

作用下，设计参数选择不当时极有可能产生共振现　

象。在设计当中首先应该避免下述情况的发生：　

（１）避免螺旋桨与船体结构、主机及轴系发生　

共振现象。主要通过增加螺旋桨的叶数即叶频来避