船舶发动机排气减噪系统的研究

摘要：船舶发动机所产生的噪音主要分为两个方面：一是发动机在正常运行状态下所产生的噪音，这种噪音是具有规律性的；二是发动机出现故障或者异常情况时所产的噪音，这种噪音是不具有规律性的。因此，本文针对这两个方面的噪音问题，从排气减噪设备以及监测系统等各方面对发动机的排气减噪系统进行研究。

关键词：船舶发动机；排气减噪；系统；研究

中图分类号：S219.031 文献标识码：A 文章编号：

随着科技水平的发展，对于军用舰艇、渡船或者客船相关设备的改造技术也越来越完善了。为了给乘客提供一个安静舒适的环境，对发动机的排气减噪系统的改造就显得尤为重要。在此之前，为了使排气系统的噪音能够降低，通常的改造方法就是进行普通消音器的配置，然而，噪音频谱随着发动机杠数的不同也会呈现不一样的状态，在这种情况下，要让全部频谱的噪音被覆盖，单靠安装普通消声器是无法完成的。此外，发动机噪声的等级还会受到各方面因素的影响，如锅炉、可控硅整流器以及排气管弯头的数量和其具体的设计等各个方面的外在因素，如果要对各个设备都进行消音器的安装，不仅会使船舶公司运营成本大大增加，而且也会给排气系统带来很大的压力，造成发动机热负荷的增加，最终容易导致发动机的损坏以及燃油消耗量的增加等。为此，我们必须要对发动机的排气减噪系统进行研究，从而寻找出一个有效的系统，降低发动机的噪声。

1发动机的消音设备与系统

1.1排气消音器

排气消音器装置主要是在允许气流通过的情况下，对噪声的传播进行消减。而排气消声器有很多种，根据消音原理的不同又可以把其分为三类：一是阻抗复合式的消音器；二是阻性消声器；三是抗性消音器。首先，阻抗复合型的消音器主要是结合了阻性消音器的工作原理以及抗性消音器的工作原理，这样不仅使得消音器在消音方面的性能得到提高，而且也使得宽频带的消音效果能有效实现。其次，关于阻性消声器，其主要是通过利用吸收声音的材料所产生的作用，对通道中所传播的噪音进行吸收，使得噪音逐渐衰减。而阻性消声器主要是在流通气流的管道壁上固定好相关的吸收声音的材料，并依照一定的形式排列在通道中。其具体的工作原理如下：在声波流入消音器的过程中，消声器里的材料以及缝隙中的空气会在声波的作用下发生振动，并在粘滞以及摩擦阻力的作用下把部分声能进行热能的转化，最终使得这部分声能逐渐丧失，有效达到了吸声的效果。而这种类型的消音器得到了广泛的运用，尤其是针对中高频范围所出现的噪声，它的消声效果会更好。再者，关于抗性消声器，其工作原理主要是对声阻抗大小进行控制，最终实现消声的效果。具体来说，就是声音传播的的管道发生突变，通过对声阻抗的利用，使阻抗突变界面上的部分频率声波出现反射的现象，最终实现消声的目标。而阻抗消声器在消音方面的性能主要是受到其形状以及几何尺寸的影响，消声主要针对的对象是低频噪声。

1.2紧凑型消声系统的应用

CSS又称为紧凑型消声系统，该系统是由瓦锡兰的一家柴油公司最早推行出来的，目前该系统已经申请了专利。而这整套排气系统能有效解决发动机的噪音问题。从该系统的结构形式来看，它主要是在发动机排气管路上进行多个消声部件的安装和设置。从它的工作原理来看，排气管路上的消声部件的隔音方式主要是前置隔音。从该消音系统的排气净化装置上看，其工作原理类似于净气器以及可控硅整流器，它可以一边保持同一个低压降，一边完成全部噪声频谱的覆盖，这样一来就有效避免普通消声系统增大排气背压的问题。此外，在科学技术的支持下，其CSS的消声部件也越来越现代化，既功能齐全又轻巧方便，不仅能缩小排气系统所占用的空间，而且还能有效降低系统的重心和重量。当然，不同的船舶船舱具体情况的不同、排气管的长度要求以及降噪要求的不同，其对于消音器的选择也会有所不同，而CSS主要是在噪声等级标准和运营实际要求这两个方面的基础上进行改造和优化，相对于普通的单一的消声器来说，CSS的消音性能会更加好，并且在重量上也比较轻，具有很好的效果。

2监测系统的设置

发动机产生的噪音，除了其正常运行所产生的噪音之外，在绝大部分时候船舶发动机困扰乘客的噪音主要是源自于其运行过程中出现异常或者发生故障所产生的噪音。

随着电子技术的发展，除了上述所提到的CSS系统之外，还要在发动机的排气减噪系统中添加相应的监测系统，从而实现对发动机噪声的控制。在船舶进行远洋航行的过程中，需要对发动机的运行状态进行监督，而目前最有效的途径就是实时高速采集发动机旋转过程中所产生的振动信号以及声音，并对发动机的各种失常状态进行评估。而评估的内容既包括测量和记录噪声在不同时间里所呈现出来的频谱状态也包括各频谱的分量模态。由于发电机在进行旋转过程中所产生的振动信号以及声音，在采集方面要和其非常态失速整个过程中产生的记录进行大容量数据以及多种通道的实时测量，其采集速率方面具有很高的要求，为此在进行发动机排气减噪监测系统的设置方面要采用PCI-1714多功能卡。

2.1具体的设置过程

发动机在正常运行的情况下，其振动产生的声音以及频谱都很有规律，而当发动机在运行过程中出现异常时，频谱就会发生明显的变化，出现失真或者变异的情况。所以，要判别发电机是否处于健康的状态，最有效的方式是对发动机声音以及振动信号进行监测。在监测发电机状态的过程中，最关键的是监测发电机在旋转过程中自身所发出的声音，除此之外，也可以监测整个发电机的机身振动情况。在处理旋转机械声音方面，主要是通过滤波器进行声音输出的。其声音处理的具体过程如下：在监测系统运行的过程中，主要通过特定的采样率把声音输入到系统中来的模拟声音的信号进行转化，最终变成标准的数字信号，接下来，这些信号再通过过滤波这一程序进入到数据的缓冲池中进行储存。在信息处理过程中，最关键的是要对发电机转动中转子电磁常以及转片切割时所发出的声音、其他杂物碰撞以及故障所发出的声音，或者是机械内遗留下来的粉尘或污垢与机器摩擦所产生的声音等不同噪声加以区别。如有必要，还可以重新构造采集振动信号，直接解码经过处理后的数据，利用声效芯片对这些信息数据进行转换，最终经过扬声器输出相应的模拟语音信号，通过这样对发动机排气减噪系统进行监控。

2.2软件的设置

在过去，发动机监控系统中整个操作系统平台主要是采用了Windows2000，但现今该项系统已不断更换为新型的系统，主要是以新的程序作为开发的平台。而这一程序设计最关键的地方就是要处理好数字信号，而数据信号又包含多个部分，如三维图形、频谱分析以及数据计算等。而C++程序虽然在编译方面的功能比较强，但在图形编辑以及数据的处理方面却相对较弱，因此，也需要对该项程序进行更新，通过充分利用这两者的优势，从而实现频谱、数据以及三维图形的高速采集。而软件设置关键要避免数据出现丢失的情况，因此在软件的设置上，其信息采集的方式主要进行实时高速的采集方式，也就是说，在特定的时间里，对于一组实时的数据完成高速的采集，然后把采集来的数据送到数据缓冲池中进行暂时的储存，接着再把时间集中在刷新屏幕显示、数据输出、分析等各方面的处理上，使得信号的完整性得到保证。

结束语

总的来说，要使得发动机的噪声减少或者消除，除了要安装新的消声设备之外，还要设置好相关的监测系统，从而排除发动机的故障问题，达到减噪的目的。

参考文献：

[1] 石菲．船舶发动机排气消声器抗冲击性能研究[D]．黑龙江:哈尔滨工程大学,2006年．

[2] 彭存达．船舶发动机的排气减噪系统[J]．中国科技博览,2011,16．