Материал: Sb95738

оформления документации (см. таблицу). Подробнее он будет рассмотрен далее. При этом только последние два этапа являются составными частями воплощения проекта на судоверфи.

Алгоритм (последовательность) акустического проектирования

Вся работа завершается заводскими и сдаточными испытаниями судна и подписанием соответствующих документов. По их результатам выявляются допущенные ошибки и недоработки, для устранения которых (если это возможно) реализуются дополнительные мероприятия или, наоборот, фиксируются превышения отдельных параметров технического задания.

Следует специально подчеркнуть, что все этапы проектирования и строительства гражданских судов контролируется Морским Регистром РФ в соответствии с действующими международными соглашениями.

2. ТРЕБОВАНИЯ К УРОВНЯМ ШУМА И ВИБРАЦИИ НА СУДАХ

Необходимость защиты здоровья экипажа, создание условий для нормального общения, отдыха и работы привели к установлению критериев (санитарных норм) по уровню воздушного шума и вибрации в помещениях различного назначения. Увеличение мощностей энергетической установки, скорости хода при снижении веса оборудования приводит к росту уровней шума на судах, усложнению выполнения современных требований. В результате контроль уровней воздушного шума и вибрации и выполнения существующих норм стал специфической функцией в процессе проектирования. Особое значение такие требования имеют в военном судостроении, где они стали одними из основных тактико-технических показателей, в первую очередь для подводных лодок.

2.1. Основные определения

Уровни воздушного шума и вибрации могут определяться в различных полосах частот. Это может быть общий уровень в октавных полосах со средними частотами 16, 31.5, …, 1000, …, 16 000 Гц. Шум с широкополосным спектром часто анализируется с помощью третьоктавных фильтров, а также в узких полосах частот.

6

Воздушный и структурный шум определяется уровнем звукового давления или акустической и вибрационной мощностью, создаваемой источником. Уровень звукового давления в газах и жидкостях Lp измеряется в логарифмических

единицах децибелах (дБ) и определяются по формуле

Lp 20lg p , p0

где p – эффективное значение реального звукового давления; p0 – пороговое значение, эталонное и одинаковое в любой газообразной или жидкой среде. Среднее значение (на частоте 1000 Гц) порога слышимости составляет p0 = 2 105 H/м. Мерой акустической мощности источника служит уровень звуковой мощности, определяемой в децибелах как

Lw 10lg W ,

W0

где W – акустическая мощность, Вт, созданная акустическим источником;

W0 1012 Вт – пороговое значение звуковой мощности для источников воздушного шума. Звуковая мощность W0 является эталонной, одинаковой для любых газообразных или жидких сред на любой частоте.

Вибрация, как и шум, измеряется в логарифмических единицах, причем в зависимости от задач могут измеряться параметры, характеризующие уровень колебаний – смещение, скорость, ускорение и т. п. Для каждого из них есть свое пороговое значение, т. е.

где x0 , x0 , x0 – пороговые значения смещения, скорости и ускорения соответственно. В установлении пороговых значений использовалась связь пульсации давления в воздухе на частоте 1000 Гц с параметрами упругих колебаний частиц воздуха. Тогда пороговое значение скорости колебаний

Поскольку рассматриваются гармонические колебания, то смещение, скорость и ускорение связаны соотношениями

7

В соответствии с этими соотношениями получим пороговые значения для частоты 1000 Гц:

Это пороговые значения при измерении вибрации в децибелах на любой частоте, поэтому измерения уровней вибрации смещения, скорости и ускорения на частоте 1000 Гц совпадают.

При измерении шума и вибрации их уровни, как правило, определяются в стандартных полосах частот, границы которых находятся в определенной пропорции. Наиболее часто используются октавные, полуоктавные и треть-

fс 42 fг.н 1.19 fг.н .

В практических задачах часто рассматриваются шум или вибрация, возникающие от нескольких источников и попадающие в одну измеряемую полосу частот. При этом общий уровень для суммы n разных источников определяется выражением

j1

2.2.Акустические поля судна, основные источники шума и вибрации

Какустическим полям судна относятся воздушный шум и вибрация в помещениях; подводный шум; внешний шум в атмосфере.

Основные источники этих полей условно можно разделить на две группы: источники механической природы и источники гидро- и аэродинамического происхождения. Обобщающая структура основных источников акустических полей судна приведена в таблице.

С точки зрения интенсивности различие этих полей состоит в зависимости их уровней от скорости хода. На стоянке и при малых ходах это, в основном, источники механической природы, а на большой скорости основной вклад вносят источники гидро- и аэродинамического происхождения. В то же время на быстроходных судах стоит более мощное механическое оборудова-

8

ние – как правило, и более шумное. Практически на всех современных транспортных средствах повышение скорости движения приводит к повышению уровня шума.

Основные источники (шума и вибрации) акустических полей судна

В формировании акустических полей судна участвует также шум обитания, который, как правило, имеет нестационарный характер. Кроме того, у судов специального назначения могут быть дополнительные источники шума и вибрации, например шум и вибрация ледокола. Уровни акустических полей судна могут существенно зависеть и от условий эксплуатации.

Любые действующие механизмы формируют две составляющие шума. Первая – излучение звуковой энергии непосредственно в воздушную среду (воздушный шум) в виде прямой звуковой волны с последующим переотражением от ограждающих поверхностей и механизмов. Вторая составляющая связана с возбуждением вибрации (структурный шум). В зависимости от природы возбуждения вибрации различают первичный и вторичный структурный шум. Первичный обусловлен возбуждением вибрации конструкций динамическими усилиями, передаваемыми от механизмов через опорные связи, а также трубопроводы, кабель и др. Уровни первичного структурного шума зависят от вибрации самого механизма, характеристик фундаментов, эффективности средств акустической защиты. Вторичный структурный шум возникает вследствие возбуждения вибрации конструкций воздушным шумом механизма.

Воздушный и структурный шум существенно ослабевает по мере удаления от источника. Наиболее шумные помещения на судне – те, где размещены наиболее шумящие и виброактивные механизмы: главные двигатели, ходовые и стояночные дизель-генераторы, компрессоры и насосы. Значительные уровни вибрации и шума создают судовые системы вентиляции, кондиционирования и гидравлики (вентиляторы, насосы, арматура).

9

Рассмотрим более подробно источники шума в помещениях:

1.Механизмы: воздушный шум; структурный шум, как первичный, так

ивторичный.

2.Системы вентиляции и кондиционирования: шум аэродинамического происхождения; структурный шум.

3.Движитель: излучение корпуса при низкочастотной вибрации; излучение корпуса при кавитации.

4.Обтекание корпуса: излучение корпуса при возбуждении кавитации; излучение корпуса при действии вихревых структур.

5.Специфические источники: излучение корпуса и палуб при их возбуждении ударами.

6.Экипаж и пассажиры: излучение внутрикорпусных конструкций. Внешний шум в атмосфере создают:

1.Газовыхлоп главных и вспомогательных двигателей.

2.Устройства приема и выброса воздуха систем вентиляции и кондици-

онирования.

3. Открытые световые люки машинных отделений.

4. Носовой и кормовой буруны.

Подводный шум создают многочисленные источники:

1.Механизмы и системы: прохождение шума через корпус; излучение корпуса (структурный шум); гидродинамический шум в системах.

2.Движитель: звук вращения; профильный шум; резонансное излучение лопастей; корпусный шум; кавитационный шум.

3.Обтекание корпуса: кавитационный шум; шумы турбулентного пограничного слоя; шумы, создаваемые вихревыми структурами.

4.Волнообразование: шум носового и кормового бурунов.

5.Экипаж, пассажиры (излучение корпуса при вибрации трапов, палуб, дверей и т. п.).

6.Специфические источники.

7.Аэродинамические источники (прохождение шума через границу воз- дух-вода и др.).

2.3. Влияние флуктуации энергии в ЭЭС на шум и вибрацию

Мощность электроэнергетической системы, например судовой, ограничена и сравнима с мощностью ряда потребителей электроэнергии. Поэтому любые флуктуации энергии при ее генерировании, преобразовании или по-

10