船舶空调通风管路减振降噪分析
李艳华,张 成,田华安
【摘 要】为了降低船舶空调通风管路的振动噪声，利用理论估算、数值计算等手段，对SID型隔声阻尼带自身的声学性能以及在典型空调通风管路系统中的实际应用效果进行预报，分析结果表明，5 mm隔声阻尼带的应用插入损失效果为5.2 dB,厚度增加效果增大，实际应用收益良好。 【期刊名称】船海工程 【年(卷),期】2015(044)001 【总页数】4
【关键词】空调通风；管路隔声包覆；插入损失
舱室空气噪声能否满足有关规定的限值，直接影响到船舶人员的居住性和设备的安全性。随着对居住性要求的提高，空调通风系统的噪声控制已成为急需解决的问题。
国内外许多学者都对如何控制空调通风系统的噪声进行了大量的研究。包括对通风系统声源的低噪声设计、管路消声设计、系统的控制技术和方法等[1-6]，并已在实船上进行了实用验证。美国和日本等发达国家走在了世界前列，除采取常规的治理手段外，部分还采用了有源控制技术[7-8]，对空调通风管道进行降噪研究。目前国内外对声源、传递途径都有大量研究，而管路系统减振降噪的一个重要的实用技术手段是采用管路外包覆隔离噪声。国内外研究在管路包覆上主要采取隔声材料，而通风管路的管壁通常比较薄，振动导致其产生的声辐射也具有一定量级。因此，寻找一种有效的既能隔离辐射噪声又能降低管壁振动而产生的二次声辐射的管路包覆就显得非常有意义。
文中首先对SID型隔声阻尼带自身声学特性进行预报，利用理论和仿真方法得到阻尼带自身插入损失隔声量和减振量；然后利用统计能量法，选取典型空调通风系统管路段，建立其计算模型，分析不同厚度隔声阻尼带贴附在空调通风管路系统中的实船应用隔声效果，并得到不同厚度下声压响应频谱曲线。从以上两方面分析隔声阻尼带减振降噪效果，不同方法的预报分析也为文中的预报方法和结果提供了相互验证。
1 隔声包覆材料声学性能预报
SID型隔声阻尼带基体材料选用目前成熟应用的DFM型阻尼材料。DFM阻尼材料具有优异的耐海水性能、阻尼性能、阻燃性等。已广泛应用于舱内管路等部位的减振降噪治理，使用效果良好，毒性符合相关标准要求。SID型隔声阻尼带不仅具有隔声作用，同时还能兼顾降低空调通风管路的管壁振动，进一步降低管壁振动辐射的空气噪声。
SID型隔声阻尼带尺寸为400 mm×300 mm×5 mm，也可根据应用需求另行设计。
1.1 隔声效果预报
文献[9]中关于隔声量理论计算公式为 R=20lg(fM)-42.5 (1)
式中：f——入射声波的频率，Hz； M——板的面密度，kg/m2。
由式(1)可见，板的隔声量取决于板的面密度和频率的乘积(fM)。面密度越大，隔声量越高。面密度提高1倍，隔声量增加6 dB左右。实际上，由于受到劲
度、吻合效应、阻尼和边界条件的影响，实际的隔声量达不到理论公式计算的结果。大量的试验数据表明，面密度增加1倍时，隔声量增加5 dB左右。通过长期经验积累，总结出隔声量(dB)经验公式为 R=16lgM+14lgf-29 (2)
一般船舶通风管路壁厚约为0.8 mm，根据以上经验公式估算敷设SID型隔声阻尼带后的插入损失效果以及其敷设厚度，见表1。
表1表明，当阻尼厚度选取4.5 mm时，插入损失就可以达到5 dB的隔声量,其隔声效果可观。随着阻尼带厚度的增加，其隔声量也增加，当然，重量也增加很多，这就要考虑到总体的重量限制，并且管壁比较薄，还需考虑管壁的承重能力。4.5 mm隔声阻尼带隔声量能达到5 dB，此时面密度与0.8 mm的钢板面密度(～6.28 kg/m2)相当，随着隔声量增大，其面密度是钢板的2倍、3倍甚至8倍，并且比隔声量增加倍数要快。因此，从隔声效果以及总体资源兼顾考虑，建议阻尼带处理厚度不要超过钢板面密度的2倍，局部需要特殊处理的部位视具体情况而定。 1.2 减振效果预报
建立风管模型，采用有限元计算方法预估阻尼处理管道的减振效果。管道采用粘贴SID型隔声阻尼带的自由阻尼处理方式。通过频响分析，计算得到阻尼处理前后管道的振动加速度级的衰减。
采用有限元计算软件(MSC/PATRAN和NASTRAN)对管道以及阻尼处理管道建模。方形管道长×宽=280 mm×120 mm，管道轴向长度为2 m，壁厚0.8 mm。管道模型采用板单元，见图1，采用QUAD4单元进行划分，管道结构
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