Материал: Sb95738

3.1. Алгоритм акустического проектирования

Акустическое проектирование имеет следующие общие принципы:

–акустическое проектирование является неотъемлемой частью общего проектирования судна;

–акустическая защита – комплексное понятие для всего судна, включающее все акустические источники и все мероприятия, направленные на их ослабление;

–локализация виброакустических полей источников – наиболее эффективное средство их уменьшения;

–виброактивное оборудование в агрегатных сборках должно расходовать свою акустическую энергию на большие механические сопротивления;

–необходим анализ основных источников и пути распространения шума, режимов работы по времени и интенсивности;

–необходимо оценить, что определяет акустическую обстановку в конкретном помещении, и определить наиболее эффективные способы обеспечения требуемого уровня шума при минимальных затратах;

–частоты собственных колебаний фундаментов механизмов или участков корпуса судна не должны совпадать с частотами возмущающих сил, особенно в диапазоне низких частот.

На начальном этапе проектирования судна принимаются наиболее принципиальные решения, которые определяют технические характеристики судна в целом. Выполнение этой работы без учета акустических мероприятий может не только усложнить выполнение акустических норм, но сделают эту задачу невыполнимой. Комплексный подход к этой проблеме предполагает создание эффективной акустической защиты для всех основных источников шума и вибрации, которые определяют их общие уровни. При этом необходимо улучшать акустические характеристики источников шума и вибрации, например при выборе и заказе судового оборудования, а также реализовать общесудовые мероприятия акустической защиты.

Общая последовательность действий по улучшению виброакустических характеристик судна может быть следующей: борьба с шумом и вибрацией в источнике, далее в блоке или агрегатной сборке, в помещении и по всему судну.

Акустические требования разного уровня определяют необходимость организации процесса такого проектирования, а также в определенной степени обеспечивают проверку качества строительства судна.

16

Рассмотрим общие вопросы, связанные с обеспечением установленных норм по шуму и вибрации на судах, решаемые на соответствующих этапах проектирования.

На этапе эскизного проекта выбираются принципиальные средства технические решения и средства борьбы с шумом и вибрацией:

–виброизоляция главных и вспомогательных двигателей, надстроек;

–виброизоляция конструкций сочленения корпуса;

–виброизоляция гребных винтов;

–общее расположение технических средств, помещений для работ и отдыха экипажа и т. д.

На этапе технического проекта выполняются:

–расчеты по виброизоляционному креплению главных двигателей, надстроек, элементов сочленения корпуса, гребных винтов;

–разработка чертежей виброизоляционных элементов, средств звукоизоляции и звукопоглощения.

На этапе рабочего проекта разрабатываются соответствующие чертежи для судостроительного завода.

Более подробно алгоритм акустического проектирования судна можно представить состоящим из пяти этапов, которые функционально связаны между собой и охватывает все этапы строительства судна от эскизного проекта до испытания и оформление документации (см. таблицу на с. 6). Причем только последние два этапа являются составной частью воплощения проекта судна на судоверфи. Вся работа завершается заводскими и сдаточными испытаниями судна в целом – по их результатам выявляются допущенные ошибки и недоработки, для устранения которых реализуются дополнительные мероприятия.

3.2. Учет акустических характеристик электрооборудования

Выбор малошумного электрооборудования не может быть самоцелью в процессе акустического проектирования. Необходим сравнительный анализ акустических характеристик электрооборудования при различных стратегиях проектирования, когда определяющими являются: функциональные, акустические или некоторые другие характеристики электрооборудования.

Во-первых, отметим, что преимущества от снижения шума за счет выбора соответствующего оборудования, как правило, превышают эффект применяемых средств борьбы с шумом и вибрацией. Однако при выборе такого оборудования необходимо также учитывать экономические факторы:

17

–неакустические характеристики судна (вес, стоимость и др.);

–эффективность использования малошумного оборудования по сравнению с применением средств акустической защиты;

–вклад такого оборудования в общую шумность помещения.

Если такое оборудование не является основным источником шума, дополнительные расходы могут быть неоправданными. Однако надо иметь в виду, что стандартное оборудование, как правило, недостаточно хорошо с точки зрения виброакустических характеристик, которые могут быть выше на 5…15 дБ, чем аналогичное оборудование для специального судостроения.

Основная акустическая концепция при выборе оборудования – применение малошумных по своей физической природе типов машин и механизмов, однако окончательный выбор определяется общими критериями качества для данного типа судов.

3.3. Особенности распространение шума и вибрации

Воздушным называют шум, распространяющийся в воздушной среде от источника возникновения до места наблюдения. Расчеты уровней звукового давления в свободном звуковом поле позволяют определить уровни воздушного шума, который распространяется от источника. На судне это обычно системы газовыхлопа, выходные патрубки вентиляционных установок, машинные отделения, палубные механизмы, звукосигнальные средства и др. Эти источники считаются ненаправленными. Уровень звукового давления при удалении от источника определяется как

Li Lp 10lg S1 ,

где Lp – уровень звуковой мощности источника, дБ; S – площадь поверхно-

сти, м2 , окружающей источник шума и проходящей через расчетную точку. В помещении кроме прямого шума, распространяющегося от источника,

возникает шум, многократно отраженный от ограждающих конструкций. При рассмотрении процессов формирования звукового поля в помещении используют аппарат статистической акустики. Тогда плотность звуковой энергии в любой точке помещения представляется суммой плотностей в прямой волне Eпр и в отраженном поле Eотр :

E Eпр Eотр

18

Если отношение наибольшего размера помещения к наименьшему не более 3–5 и поверхности, ограничивающие помещения, имеют примерно одинаковый средний коэффициент звукопоглощения ( ср ), уровень звуково-

го давления в любой точке помещения определяется по формуле

где S – площадь поверхности, проходящей через расчетную точку, м2 ; Q –

акустическая постоянная помещения, м2 , характеризующая его способность поглощать звуковую энергию.

Q срSп , 1 ср

где Sп – полная площадь ограждения помещений, м2 .

Наиболее эффективный способ борьбы с шумом и вибрацией на ранних стадиях проектирования – разделение помещений на обычные и те, где шум нежелателен. Поэтому целесообразно стремиться сосредоточить источники вибрации и шума вместе, а также применять целый ряд мер, которые обеспечивают уменьшение шумопередачи:

–широко использовать средства звуко- и виброизоляции и поглощения;

–сокращение числа отверстий (особенно в форме щель) на поверхности раздела между помещениями с источниками шума и соседними;

–специальные средства вибро- и звукоизоляции для транзитных трубопроводов и воздуховодов;

–уменьшить количество оборудования, которое опирается на границу раздела;

–использовать двери с высокими звукоизолирующими свойствами;

–учитывать направленность распространения шума из дымоходов и вентиляционных отверстий.

Корпус подавляющего большинства современных судов металлический

исварной, поэтому сопротивление распространению вибрационных волн различной частоты и направленности незначительное. Следовательно, вопросам установки оборудования на амортизаторы, конструкции фундаментов должно уделяться соответствующее внимание, должны выполняться расчеты

иприниматься технические решения, исключающие возникновение резонансных колебаний. Методика соответствующих расчетов приведена в издании «Шум и вибрация электрооборудования: метод, указания. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2012».

19

3.4.Размещение электрооборудования с учетом требований

какустическим характеристикам помещений

По существу речь идет о рациональной компоновке энергетических установок, что, конечно, традиционно, но имеет много особенностей для судов конкретного назначения.

Достаточно давно существует тенденция создания компоновочных узлов на единых платформах, на которые устанавливают главные энергетические установки, вспомогательные и обслуживающие механизмы. Такое компактное исполнение, как правило, экономит объемы помещения, упрощает и ускоряет монтажные работы, оптимизирует обслуживание при эксплуатации. Как оказалось, такое техническое решение эффективно и с точки зрения виброакустических характеристик объекта, поскольку позволяет более эффективно использовать средства снижения шума и вибрации.

Рассмотрим особенности воздействия акустически активного элемента на пассивный объект. В одном крайнем случае источник акустической энергии с малым внутренним сопротивлением воздействует на объект с большим акустическим сопротивлением и в другом (обратном) колеблющийся объект с большим акустическим сопротивлением воздействует на объект с малым акустическим сопротивлением. В типичном случае акустическое сопротивление определяется массой. В принятой терминологии источник акустической энергии в первом случае называют источником силы, во втором – источником скорости.

Первое правило акустического проектирования состоит в том, что вибро-

активное оборудование в агрегатных сборках должно выступать в роли источника силы и расходовать свою акустическую энергию на большие меха-

нические сопротивления (пример – создание фундамента для корабельной энергетической установки, который сочетает хорошую виброизоляцию и уменьшение веса со способностью выдерживать вертикальную ударную нагрузку, деформацию корпуса и тепловое расширение).

Такой же подход относится и к системе «энергетическая установка – корпус судна», т. е. к их местам контактов. В конечном итоге проектирования и строительства чем больше эта конструкция будет соответствовать первому случаю, тем меньшая акустическая энергия будет излучаться корпусом во внешние среды (вода и воздух). Последнее имеет большое значение в военном судостроении.

20