船舶噪声污染及其控制
罗孝学 余运茂 许庭春 叶 进
摘 要：叙述了噪声的基本概念和船舶噪声对人健康的危害，并介绍了船舶的噪声源。通过实测数据对比和分析研究，提出采取通过声源控制来减低船舶噪声级的方法。
关键词：噪声 声级 噪声源 噪声控制
中图分类号：U767.5 文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2006）07-0022-02
一、噪声及其对人的危害
1．噪声及度量
噪声，一般包含两种含意：就物理学观点讲，噪声就是各种不同频率和声强之声音的无规律的组合；而就生理学和心理学观点讲，凡是声级很高，造成对人体的危害，或者声级不高而使人厌烦，干扰人们的休息、睡眠、工作等一切不需要的声音都称噪声。总之，噪声就是人们不需要的声音。
通常，衡量声音能量大小的标准多取声压P。声压越高，声音越强，其声能也越大。正常人刚刚能听到的声音的声压，相对1000HZ的纯音2*10-5N/m2，而使人耳产生疼痛的声压差不多为20N/m2。为了教方便的表示声音的大小，则取两个声压的比值，取其常用对数，并乘以声压级Lp。其单位为dB（分贝），其数学表达式为：
Lp=20lg（P/Po） dB 式中：Lp——声压级，dB
P——声压，20N/m2 Po——标准声压，取2*10-5N/m2
声压级能够直接用声学仪器测量，它是衡量声能大小最常见的物理量。当把2*10-5N/m2作为基准声压而把20N/m2作为人耳感到疼痛的声压，那么，从上面公式可以得到其声压级分别是0dB和120dB，可见，人耳可听之声压级范围为0—120dB。
根据人耳的听觉特性，人耳感觉到的声音轻响程度并不仅仅取决于声压级的大小，而是声压级与频率的综合结果。通常声压级相同而频率不同的声音，人听起来往往是不一样的。同一声压级的高频声，人听起来比低频声响。所以，在表征一个声音的大小或者研究噪声标准时，还必须考虑声音的频率特性。为此，在声学中又引出一个所谓响度级LL的概念。响度级是表征声音响度大小的相对量，单位为phon。
2．噪声对人的危害
（1）噪声对语言清晰度的影响
语言清晰度，一般是指能听懂发言者所讲的无连贯意思的单字百分率。通常，声级50dB以下的环境算是安静的，当噪声声级达到55dB，语言清晰度就只有68%了，会话距离只有2m左右；当噪声达到60dB时，语言清晰度就只有62%了，会话距离竟缩小到1m。在80dB的噪声环境里人们交谈已经很困难，而90dB的噪声环境里面则无法交谈。
（2）噪声对人听觉的损伤
噪声损伤听觉，最常见的是“听觉疲劳”，即在噪声作用下，使人的听觉灵敏度暂时下降，过后很快就会恢复。这种现象也称“暂时性听力损失”。而当听觉长期暴露在强噪声环境中，至使听觉灵敏度下降变成长期的，以后不能再全部恢复，即造成“永久性听力损失”，或称“永久性噪声耳聋”。
（3）噪声危害人的健康
根据卫生部门的研究，最常见的生理效果是引起肾上腺活动增加，影响人的新陈代谢作用，容易使人产生疲劳、头脑发胀、神经过敏等现象。更为严重的还是引起某些疾病，几十赫兹的低频强噪声可引起人体各部分共振，而影响呼吸、脉搏、血压，会造成人头晕、视力不清等症状；高频噪声可引起人神经错乱，神经机能衰退。
二、船舶噪声源
1．动力装置的噪声
（1）空气动力噪声
1）由主机进气空气流动产生的噪声例如功率为5 000 kW、燃油消耗率为200 g／（kW．h）的柴油机，当其过量空气系数为2时，每秒所需空气量约为8 kg，在标准状况下为6．2 m3／s，如果进气管直径为0．35m，则其平均流速可达64 m／s，再考虑到各缸的进气必然存在间断性和不均匀性，于是在进气管中会出现空气动力噪声并向四周传播，形成空气动力噪声场。
2）排气噪声。主要有排气压力脉动噪声、气流通过气阀等处发生的涡流声、由于边界层气流扰动发生的噪声和排气出口喷流噪声。在多缸柴油机排气噪声的频谱分析中，低频处有一明显的噪声峰值，即低频噪声。
3）来自增压器气流的噪声对废气涡轮增压器来讲，空气与压气机叶片之间的相对速度很大，在叶片附近必然会出现大量涡流，在形成强烈而尖厉的空气动力噪声的同时，激励叶片振动而发出噪声。
（2）柴油机的燃烧噪声
柴油机的燃油喷入缸内发火燃烧的初期（相当于速燃期），缸内压力上升速度非常快，形成很高的压力波动，由火焰中心向四周传播，形成燃烧噪声场。
（3）金属撞击和摩擦噪声
柴油机的配气机构之间、气阀和阀座之间、高压油泵的滚轮和柱塞之间、喷油器的针阀和针阀体之间、活塞裙部和缸套之间等许多地方都会产生金属撞击和摩擦噪声，
（4）液压冲击噪声
液压泵（例如齿轮式滑油泵）运行时，其中液体的压力有明显的周期性变化，从而产生液压冲击噪声。柴油机高压油管内的油压变化幅度非常大，更会产生不容忽视的液压冲击噪声。
2．辅助机械的噪声
辅助机械包括各种舱室机械如水泵、油泵、风机、锅炉等，甲板机械如货物装卸设备、锚绞设备以及各种挖泥机等工作机构等。锅炉噪声主要在燃烧室附近较明显，自然通风时空气卷入火焰及可燃物小团粒随机爆裂；人工通风时通风机是主要的噪声源。液压系统的噪声，可来自液体动力引起的冲击力、脉动、气穴声和机械振动及管道、油箱的共呜声等。空调通风系统也是船舶舱室主要噪声源之一。
3．螺旋桨噪声
螺旋桨噪声的强度较主辅机噪声的强度要弱，影响范围也主要限于尾部舱室。其噪声性质可分为两种：一是低频噪声，由桨叶和流体相互作用的流体动力效应及水流冲击尾柱而引起的；另一种是“空泡”引起的叶片振动而产生的高频噪声。
4．船体振动的噪声
船体振动的噪声是由主辅机及螺旋桨的扰动和各种机械及波浪的冲击引起的振动而产生。船体周期性的变形使壳板之间产生摩擦声，及因此而使船体结构发出各种倾轧声等。
三、船舶噪声测试和分析研究
本文收集了一些船远洋客货船实际进行的噪声测试的结果，并对结果进行了分析。其中包括3680t“东方红”长江客轮、7500t“长征”型海洋客货轮、13000t“风”字号远洋杂货轮、16000t“长”字号煤轮、24000t“大庆”号油轮及25000t“州”字号散货轮等。这些船上的实测数据选用了丹麦BK2209型脉冲精密声级机和1613型倍频程滤波器进行总声级（A、B、C）和记录。
船舶机舱噪声最高值均出现在辅机（柴油发电机）或主机增压器区。辅机和主机增压器为机舱两个强噪声声源，其中辅机更为严重，对船员危害更大。下表给出了“郑州”、“大庆17”、“大庆42”、“长虹”轮机舱内主机增压器和辅机区噪声声级记录。从表中可以看出主机增压器和辅机区的声级均高于机舱。
表1 部分船舶机舱、辅机区、主机增压器区的声级值
单位：dB
部位
噪声声级
“郑州”
“大 庆17”
“长虹”
“大 庆42”
A
B
C
A
B
C
A
B
C
A
B
C
辅机区
102
104
106
100
102
105
102
104
102
106
主机增压器区
102
103
103
99
100
101
110
111
98
102
机舱
99
101
103
92
96
99
95
101
98
104
船舶机舱另一个强噪声声源是空气压缩机。根据多条船空压机声级实测记录，一般A声级为96～97dB，b、C声级为98dB（B）、100～104dB（C）。在机舱其他声源不变的情况下，开启空压机后，将使机舱噪声升高1～3dB（A）。
四、船舶噪声污染的控制
1．机舱噪声控制
机舱是船舶动力装置的集中地，在以大型低速柴油机为主机的机舱里，噪声主要是空气噪声；以中速柴油机为主机的机舱，其噪声由强度相当的空气噪声和结构噪声混成；以高速柴油机为主机的机舱里，则主要是结构噪声。机舱中平均噪声数值大小可以测量出来，关于测量点的选择要求是：根据机器的尺寸，将测量点置于机器周围2—3个高度点，并且距机器表面大约1 m，在机器左右两侧每个高度上的测量点数必须等于气缸数的一半。
针对不同机型的机舱，可以考虑对进排气口、管壁的空气噪声采用消声器和绝缘层；对小型机器可将其全部围起来；对主机的结构噪声，一般通过减振支承来减噪；在小型高速主机上可采用弹性支承，如橡胶或特殊塑料等，将机器与船体隔开。
当今，二冲程柴油机普遍采用定压增压方式，在气缸废气出口和增压器之间安装一个大大的废气总管，若其安装位置适当（比如靠近声源），则其会具备消声器的作用，尤其是减弱低频的废气噪声。
2．居住舱室噪声控制
在一般情况下，对居住舱室产生影响的几乎全部来自机舱的结构传播噪声。因此，隔声措施是解决居住舱室减噪的主要办法，即切断与有噪声源舱室结构体的联系，如采取浮筑结构，在承重楼板与地面之间夹一弹性垫层并把上下两层完全隔开，不使地面层与任何基层结构（包括墙体）有刚性连接。它对撞击隔声和空气隔声都非常有效，而且适宜于安静要求较高的情况。如果把居住舱室装在隔振支撑上，也非常有效，现在已有不少船舶采用。不过把居住舱室同机舱在结构上分隔开来，对中、高频噪声有用，在低速机的船上作用不大。
参考文献
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