船舶噪聲源設(shè)備低噪聲安裝FMECA

施方樂(lè)，黃 雷

（滬東中華造船（集團(tuán)）有限公司，上海 200129）

0 引言

船舶噪聲源設(shè)備運(yùn)行時(shí)引發(fā)的機(jī)械噪聲包括空氣噪聲和結(jié)構(gòu)噪聲，其中結(jié)構(gòu)噪聲傳遞遠(yuǎn)、危害大、治理難，是噪聲治理的重點(diǎn)和本文討論的內(nèi)容。除了從總體聲學(xué)設(shè)計(jì)、低噪聲設(shè)備研發(fā)等角度開(kāi)展控制外，從建造工藝角度開(kāi)展減振降噪工作也十分重要。

結(jié)構(gòu)噪聲主要通過(guò)設(shè)備安裝底座→基座→船體結(jié)構(gòu)→水下或其他艙室的途徑傳遞。在其傳遞路線(xiàn)上，通過(guò)一定的技術(shù)手段可達(dá)成結(jié)構(gòu)噪聲的抑制。但是處理不好，可能降低抑制效果，甚至可能對(duì)噪聲進(jìn)行放大或增加系統(tǒng)內(nèi)應(yīng)力。本文通過(guò)對(duì)噪聲源設(shè)備安裝工藝進(jìn)行故障模式影響及危害程度分析（Failure Mode Effect Criticality Analysis，F(xiàn)MECA），預(yù)估安裝各安裝要素對(duì)設(shè)備低噪聲安裝的故障模式、影響，以便預(yù)先采取措施，防止故障發(fā)生，降低風(fēng)險(xiǎn)及危害。

1 安裝要素分析

1.1 安裝型式

噪聲源設(shè)備與船體基座通過(guò)底座或公共底座以隔振器連接安裝。隔振器安裝時(shí)設(shè)置焊接墊片和調(diào)整墊片，圖1顯示了螺紋座板連接方式，也可采用貫穿絞制螺栓連接[1]。

1.2 安裝要素梳理

除去設(shè)計(jì)因素，設(shè)備安裝要素主要如下：墊片材質(zhì)、調(diào)整墊片厚度、墊片接觸面積比、隔振器壓縮量、緊固件擰緊力矩、基座平面度和水平度、對(duì)外接口不對(duì)中度。安裝基座的機(jī)械阻抗也和設(shè)備的低噪聲安裝息息相關(guān)，但更多地涉及到設(shè)計(jì)內(nèi)容，本文不作討論。

圖1 噪聲源設(shè)備（下層）隔振器安裝典型圖

根據(jù)試驗(yàn)實(shí)測(cè)和模擬計(jì)算，相關(guān)安裝要素對(duì)于低噪聲安裝和系統(tǒng)應(yīng)力的影響情況主要如下[2]：

1）墊片材質(zhì)彈性模量增大，輸出加速度增加，減振效果趨好，安裝應(yīng)力無(wú)明顯影響。

2）調(diào)整墊片厚度增加，減振效果呈趨好，系統(tǒng)應(yīng)力增加。

3）墊片接觸面積比增大，輸出加速度增加，減振效果趨好，系統(tǒng)應(yīng)力減小，但傳遞的功率流增大，墊片接觸面積比減小則反之，權(quán)衡考慮影響，接觸面積比宜在50%～80%。

4）同臺(tái)設(shè)備隔振器壓縮量不均勻，會(huì)產(chǎn)生不平衡力，輸出加速度和系統(tǒng)應(yīng)力均增加。

5）安裝緊固件擰緊力矩變大，輸出加速度無(wú)明顯變化，系統(tǒng)應(yīng)力增加。

6）基座安裝水平度提高，基座的最大加速度響應(yīng)減小，系統(tǒng)最大應(yīng)力減小。

7）在隔振器壓縮量、接觸面滿(mǎn)足技術(shù)要求的前提下，基座平面度減小不會(huì)增加系統(tǒng)加速度及內(nèi)應(yīng)力，但可能導(dǎo)致部分調(diào)整墊片厚度增加。

8）對(duì)外接口安裝不對(duì)中度增加，輸出加速度增加，振動(dòng)趨大，系統(tǒng)應(yīng)力增加。

1.3 噪聲源設(shè)備安裝工藝流程框圖

以發(fā)電機(jī)組為例，典型安裝工藝流程如圖2所示[3]。

圖2 噪聲源設(shè)備安裝典型工藝流程圖

2 安裝要素的風(fēng)險(xiǎn)優(yōu)先系數(shù)分析

風(fēng)險(xiǎn)優(yōu)先系數(shù)RPN＝工藝故障模式的嚴(yán)酷度等級(jí)（S）×工藝故障模式的發(fā)生概率等級(jí)（O）×工藝故障模式的被檢測(cè)難度等級(jí)（D）

1）工藝故障模式的嚴(yán)酷度等級(jí)（S）評(píng)分準(zhǔn)則見(jiàn)表1。

2）工藝故障模式的發(fā)生概率等級(jí)（O）評(píng)分準(zhǔn)則見(jiàn)表2。

3）工藝故障模式的被檢測(cè)難度等級(jí)（D）評(píng)分準(zhǔn)則見(jiàn)表3。

4）風(fēng)險(xiǎn)接受準(zhǔn)則見(jiàn)表4。

5）安裝工藝FMECA表

對(duì)發(fā)電機(jī)組低噪聲安裝工藝流程典型故障模式的原因、影響及嚴(yán)酷度進(jìn)行分析，計(jì)算出風(fēng)險(xiǎn)優(yōu)先系數(shù)，工藝故障FMECA 表見(jiàn)附表。

表1 工藝故障模式的嚴(yán)酷度等級(jí)（S）評(píng)分準(zhǔn)則表

表2 工藝故障模式的發(fā)生概率等級(jí)(O)評(píng)分準(zhǔn)則表

表3 工藝故障模式的被檢測(cè)難度等級(jí)（D）評(píng)分準(zhǔn)則表

表4 風(fēng)險(xiǎn)接受準(zhǔn)則表

3 分析結(jié)果及處理措施

根據(jù)工藝FMECA表，可得出以下結(jié)論：分析了14項(xiàng)典型故障模式，風(fēng)險(xiǎn)優(yōu)先系數(shù)RPN≥20,屬于A 類(lèi)風(fēng)險(xiǎn)的共5項(xiàng)；風(fēng)險(xiǎn)優(yōu)先系數(shù)15≤RPN＜20,屬于B類(lèi)風(fēng)險(xiǎn)的共2項(xiàng)；風(fēng)險(xiǎn)優(yōu)先系數(shù)10≤RPN＜15，屬于C類(lèi)風(fēng)險(xiǎn)的共1項(xiàng)；風(fēng)險(xiǎn)優(yōu)先系數(shù)4≤RPN＜10，屬于D類(lèi)風(fēng)險(xiǎn)的共6項(xiàng)；無(wú)E類(lèi)風(fēng)險(xiǎn)。風(fēng)險(xiǎn)排序及分類(lèi)如下。

1）A類(lèi)風(fēng)險(xiǎn)見(jiàn)表5。

2）B類(lèi)風(fēng)險(xiǎn)見(jiàn)表6。

3）C類(lèi)風(fēng)險(xiǎn)見(jiàn)表7。

4）D類(lèi)風(fēng)險(xiǎn)見(jiàn)表8。

表5 A 類(lèi)風(fēng)險(xiǎn)表

表6 B類(lèi)風(fēng)險(xiǎn)表

表7 C類(lèi)風(fēng)險(xiǎn)表

表8 D類(lèi)風(fēng)險(xiǎn)表

4 結(jié)論

本文以發(fā)電機(jī)組為例，總結(jié)了噪聲源設(shè)備低噪聲安裝的功能定義、安裝要素和低噪聲安裝的關(guān)系，分析了安裝流程及其低噪聲安裝的故障模式原因和影響，并進(jìn)行了故障模式優(yōu)先風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)RPN值計(jì)算，確定了風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)和排位，并根據(jù)接受原則制定了處理措施。從工藝FMECA 表可見(jiàn)，采取處理措施之后，所有故障模式優(yōu)先風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)RPN值均不大于10，風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)可全部降至D級(jí)以下，為可接受故障。

由此可見(jiàn)，分析后采取的措施可有效降低可預(yù)見(jiàn)的故障模式以及由其造成的風(fēng)險(xiǎn)，可達(dá)成發(fā)電機(jī)組低噪聲安裝要求，可作為其他噪聲源設(shè)備低噪聲安裝時(shí)參考。