船舶噪聲污染及其控制

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簡介： 敘述了噪聲的基本概念和船舶噪聲對人健康的危害，并介紹了船舶的噪聲源。通過實測數(shù)據(jù)對比和分析研究，提出采取通過聲源控制來減低船舶噪聲級的方法。
關(guān)鍵字：噪聲聲級噪聲源噪聲控制

一、噪聲及其對人的危害

1．噪聲及度量

    噪聲，一般包含兩種含意：就物理學(xué)觀點(diǎn)講，噪聲就是各種不同頻率和聲強(qiáng)之聲音的無規(guī)律的組合；而就生理學(xué)和心理學(xué)觀點(diǎn)講，凡是聲級很高，造成對人體的危害，或者聲級不高而使人厭煩，干擾人們的休息、睡眠、工作等一切不需要的聲音都稱噪聲?？傊肼暰褪侨藗儾恍枰穆曇?。

通常，衡量聲音能量大小的標(biāo)準(zhǔn)多取聲壓P。聲壓越高，聲音越強(qiáng)，其聲能也越大。正常人剛剛能聽到的聲音的聲壓，相對1000H_Z的純音2*10-5N/m2，而使人耳產(chǎn)生疼痛的聲壓差不多為20N/m2。為了教方便的表示聲音的大小，則取兩個聲壓的比值，取其常用對數(shù)，并乘以聲壓級Lp。其單位為dB（分貝），其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

Lp=20lg（P/Po）  dB         式中：Lp——聲壓級，dB

P——聲壓，20N/m2            Po——標(biāo)準(zhǔn)聲壓，取2*10-5N/m2

聲壓級能夠直接用聲學(xué)儀器測量，它是衡量聲能大小最常見的物理量。當(dāng)把2*10-5N/m2作為基準(zhǔn)聲壓而把20N/m2作為人耳感到疼痛的聲壓，那么，從上面公式可以得到其聲壓級分別是0dB和120dB，可見，人耳可聽之聲壓級范圍為0—120dB。

根據(jù)人耳的聽覺特性，人耳感覺到的聲音輕響程度并不僅僅取決于聲壓級的大小，而是聲壓級與頻率的綜合結(jié)果。通常聲壓級相同而頻率不同的聲音，人聽起來往往是不一樣的。同一聲壓級的高頻聲，人聽起來比低頻聲響。所以，在表征一個聲音的大小或者研究噪聲標(biāo)準(zhǔn)時，還必須考慮聲音的頻率特性。為此，在聲學(xué)中又引出一個所謂響度級LL的概念。響度級是表征聲音響度大小的相對量，單位為phon。

2．噪聲對人的危害

（1）噪聲對語言清晰度的影響

    語言清晰度，一般是指能聽懂發(fā)言者所講的無連貫意思的單字百分率。通常，聲級50dB以下的環(huán)境算是安靜的，當(dāng)噪聲聲級達(dá)到55dB，語言清晰度就只有68%了，會話距離只有2m左右；當(dāng)噪聲達(dá)到60dB時，語言清晰度就只有62%了，會話距離竟縮小到1m。在80dB的噪聲環(huán)境里人們交談已經(jīng)很困難，而90dB的噪聲環(huán)境里面則無法交談。

（2）噪聲對人聽覺的損傷

     噪聲損傷聽覺，最常見的是“聽覺疲勞”，即在噪聲作用下，使人的聽覺靈敏度暫時下降，過后很快就會恢復(fù)。這種現(xiàn)象也稱“暫時性聽力損失”。而當(dāng)聽覺長期暴露在強(qiáng)噪聲環(huán)境中，至使聽覺靈敏度下降變成長期的，以后不能再全部恢復(fù)，即造成“永久性聽力損失”，或稱“永久性噪聲耳聾”。

（3）噪聲危害人的健康

     根據(jù)衛(wèi)生部門的研究，最常見的生理效果是引起腎上腺活動增加，影響人的新陳代謝作用，容易使人產(chǎn)生疲勞、頭腦發(fā)脹、神經(jīng)過敏等現(xiàn)象。更為嚴(yán)重的還是引起某些疾病，幾十赫茲的低頻強(qiáng)噪聲可引起人體各部分共振，而影響呼吸、脈搏、血壓，會造成人頭暈、視力不清等癥狀；高頻噪聲可引起人神經(jīng)錯亂，神經(jīng)機(jī)能衰退。

二、船舶噪聲源

1．動力裝置的噪聲

（1）空氣動力噪聲 

1）由主機(jī)進(jìn)氣空氣流動產(chǎn)生的噪聲例如功率為5 000 kW、燃油消耗率為200 g／（kW．h）的柴油機(jī)，當(dāng)其過量空氣系數(shù)為2時，每秒所需空氣量約為8 kg，在標(biāo)準(zhǔn)狀況下為6．2 m³／s，如果進(jìn)氣管直徑為0．35m，則其平均流速可達(dá)64 m／s，再考慮到各缸的進(jìn)氣必然存在間斷性和不均勻性，于是在進(jìn)氣管中會出現(xiàn)空氣動力噪聲并向四周傳播，形成空氣動力噪聲場。

2）排氣噪聲。主要有排氣壓力脈動噪聲、氣流通過氣閥等處發(fā)生的渦流聲、由于邊界層氣流擾動發(fā)生的噪聲和排氣出口噴流噪聲。在多缸柴油機(jī)排氣噪聲的頻譜分析中，低頻處有一明顯的噪聲峰值，即低頻噪聲。

3）來自增壓器氣流的噪聲對廢氣渦輪增壓器來講，空氣與壓氣機(jī)葉片之間的相對速度很大，在葉片附近必然會出現(xiàn)大量渦流，在形成強(qiáng)烈而尖厲的空氣動力噪聲的同時，激勵葉片振動而發(fā)出噪聲。

（2）柴油機(jī)的燃燒噪聲

柴油機(jī)的燃油噴入缸內(nèi)發(fā)火燃燒的初期（相當(dāng)于速燃期），缸內(nèi)壓力上升速度非?？欤纬珊芨叩膲毫Σ▌?，由火焰中心向四周傳播，形成燃燒噪聲場。

（3）金屬撞擊和摩擦噪聲

柴油機(jī)的配氣機(jī)構(gòu)之間、氣閥和閥座之間、高壓油泵的滾輪和柱塞之間、噴油器的針閥和針閥體之間、活塞裙部和缸套之間等許多地方都會產(chǎn)生金屬撞擊和摩擦噪聲，

（4）液壓沖擊噪聲

液壓泵（例如齒輪式滑油泵）運(yùn)行時，其中液體的壓力有明顯的周期性變化，從而產(chǎn)生液壓沖擊噪聲。柴油機(jī)高壓油管內(nèi)的油壓變化幅度非常大，更會產(chǎn)生不容忽視的液壓沖擊噪聲。

2．輔助機(jī)械的噪聲

輔助機(jī)械包括各種艙室機(jī)械如水泵、油泵、風(fēng)機(jī)、鍋爐等，甲板機(jī)械如貨物裝卸設(shè)備、錨絞設(shè)備以及各種挖泥機(jī)等工作機(jī)構(gòu)等。鍋爐噪聲主要在燃燒室附近較明顯，自然通風(fēng)時空氣卷入火焰及可燃物小團(tuán)粒隨機(jī)爆裂；人工通風(fēng)時通風(fēng)機(jī)是主要的噪聲源。液壓系統(tǒng)的噪聲，可來自液體動力引起的沖擊力、脈動、氣穴聲和機(jī)械振動及管道、油箱的共嗚聲等?？照{(diào)通風(fēng)系統(tǒng)也是船舶艙室主要噪聲源之一。

3．螺旋槳噪聲

    螺旋槳噪聲的強(qiáng)度較主輔機(jī)噪聲的強(qiáng)度要弱，影響范圍也主要限于尾部艙室。其噪聲性質(zhì)可分為兩種：一是低頻噪聲，由槳葉和流體相互作用的流體動力效應(yīng)及水流沖擊尾柱而引起的；另一種是“空泡”引起的葉片振動而產(chǎn)生的高頻噪聲。

4．船體振動的噪聲

    船體振動的噪聲是由主輔機(jī)及螺旋槳的擾動和各種機(jī)械及波浪的沖擊引起的振動而產(chǎn)生。船體周期性的變形使殼板之間產(chǎn)生摩擦聲，及因此而使船體結(jié)構(gòu)發(fā)出各種傾軋聲等。

三、船舶噪聲測試和分析研究

     本文收集了一些船遠(yuǎn)洋客貨船實際進(jìn)行的噪聲測試的結(jié)果，并對結(jié)果進(jìn)行了分析。其中包括3680t“東方紅”長江客輪、7500t“長征”型海洋客貨輪、13000t“風(fēng)”字號遠(yuǎn)洋雜貨輪、16000t“長”字號煤輪、24000t“大慶”號油輪及25000t“州”字號散貨輪等。這些船上的實測數(shù)據(jù)選用了丹麥BK2209型脈沖精密聲級機(jī)和1613型倍頻程濾波器進(jìn)行總聲級（A、B、C）和記錄。

船舶機(jī)艙噪聲最高值均出現(xiàn)在輔機(jī)（柴油發(fā)電機(jī)）或主機(jī)增壓器區(qū)。輔機(jī)和主機(jī)增壓器為機(jī)艙兩個強(qiáng)噪聲聲源，其中輔機(jī)更為嚴(yán)重，對船員危害更大。下表給出了“鄭州”、“大慶17”、“大慶42”、“長虹”輪機(jī)艙內(nèi)主機(jī)增壓器和輔機(jī)區(qū)噪聲聲級記錄。從表中可以看出主機(jī)增壓器和輔機(jī)區(qū)的聲級均高于機(jī)艙。

表1  部分船舶機(jī)艙、輔機(jī)區(qū)、主機(jī)增壓器區(qū)的聲級值

單位：dB

部位

噪聲聲級

“鄭州”

“大  慶17”

“長虹”

“大  慶42”

A

B

C

A

B

C

A

B

C

A

B

C

輔機(jī)區(qū)

102

104

106

100

102

105

102

104

102

106

主機(jī)增壓器區(qū)

102

103

103

99

100

101

110

111

98

102

機(jī)艙

99

101

103

92

96

99

95

101

98

104

船舶機(jī)艙另一個強(qiáng)噪聲聲源是空氣壓縮機(jī)。根據(jù)多條船空壓機(jī)聲級實測記錄，一般A聲級為96～97dB，b、C聲級為98dB（B）、100～104dB（C）。在機(jī)艙其他聲源不變的情況下，開啟空壓機(jī)后，將使機(jī)艙噪聲升高1～3dB（A）。

四、船舶噪聲污染的控制

1．機(jī)艙噪聲控制

     機(jī)艙是船舶動力裝置的集中地，在以大型低速柴油機(jī)為主機(jī)的機(jī)艙里，噪聲主要是空氣噪聲；以中速柴油機(jī)為主機(jī)的機(jī)艙，其噪聲由強(qiáng)度相當(dāng)?shù)目諝庠肼暫徒Y(jié)構(gòu)噪聲混成；以高速柴油機(jī)為主機(jī)的機(jī)艙里，則主要是結(jié)構(gòu)噪聲。機(jī)艙中平均噪聲數(shù)值大小可以測量出來，關(guān)于測量點(diǎn)的選擇要求是：根據(jù)機(jī)器的尺寸，將測量點(diǎn)置于機(jī)器周圍2—3個高度點(diǎn)，并且距機(jī)器表面大約1 m，在機(jī)器左右兩側(cè)每個高度上的測量點(diǎn)數(shù)必須等于氣缸數(shù)的一半。

針對不同機(jī)型的機(jī)艙，可以考慮對進(jìn)排氣口、管壁的空氣噪聲采用消聲器和絕緣層；對小型機(jī)器可將其全部圍起來；對主機(jī)的結(jié)構(gòu)噪聲，一般通過減振支承來減噪；在小型高速主機(jī)上可采用彈性支承，如橡膠或特殊塑料等，將機(jī)器與船體隔開。

當(dāng)今，二沖程柴油機(jī)普遍采用定壓增壓方式，在氣缸廢氣出口和增壓器之間安裝一個大大的廢氣總管，若其安裝位置適當(dāng)（比如靠近聲源），則其會具備消聲器的作用，尤其是減弱低頻的廢氣噪聲。

2．居住艙室噪聲控制

     在一般情況下，對居住艙室產(chǎn)生影響的幾乎全部來自機(jī)艙的結(jié)構(gòu)傳播噪聲。因此，隔聲措施是解決居住艙室減噪的主要辦法，即切斷與有噪聲源艙室結(jié)構(gòu)體的聯(lián)系，如采取浮筑結(jié)構(gòu)，在承重樓板與地面之間夾一彈性墊層并把上下兩層完全隔開，不使地面層與任何基層結(jié)構(gòu)（包括墻體）有剛性連接。它對撞擊隔聲和空氣隔聲都非常有效，而且適宜于安靜要求較高的情況。如果把居住艙室裝在隔振支撐上，也非常有效，現(xiàn)在已有不少船舶采用。不過把居住艙室同機(jī)艙在結(jié)構(gòu)上分隔開來，對中、高頻噪聲有用，在低速機(jī)的船上作用不大。

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