CN104866667A - 深水半潜式钻井平台的振动噪声的全频预报方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种深水半潜式钻井平台的振动噪声的全频预报方法，其特征在于，其包括以下步骤：S1、确定深水半潜式钻井平台在有关载荷条件下的振动源和噪声源,并得到相关振动源和噪声源的数据；S2、进行深水半潜式钻井平台的振动预报，所述振动预报为振动所造成的结构噪声的预报提供服务；S3、进行深水半潜式钻井平台的噪声预报；S4、确定噪声传递路径，评价噪声水平。本发明的全频预报方法是一个创新，无需分别建立不同频域情况下的声学模型，只需修改输入边界元条件以及进行子系统划分即可得到不同频域下的平台结构振动和舱室噪声值，能直观的得到权重比，提出更有效的降振减噪措施。
Description
技术领域
本发明涉及一种深水半潜式钻井平台的振动噪声的全频预报方法。
背景技术
海洋平台是海上油气资源开发的基础性设施，是海上生产和生活的基地。鉴于生产人员长期生活在海洋平台上，由国际海事组织(IMO)发布的国际船舶和海洋工程设施规范，对海洋平台的居住舱、工作环境噪声方面提出了较为严格的要求。
随着海洋开发逐渐由浅水向深水发展，深水半潜式钻井平台的运用日渐增多，诸如油与气的贮存，离岸较远的海上工厂，海上电站等都是深水半潜式平台的发展领域。
由于深水半潜式钻井平台上居住舱室较多，一些居住舱室紧邻高噪声源设备，此外，生活区外钻井模块在原油生产过程中所产生的振动噪声，进一步恶化了舱室的噪声环境，必须采取有效的降噪设计措施。
有效的减振降噪设计措施必须建立在科学的振动噪声预报基础之上，进而提出合理的设计方案，才能达到合同规格书和相应规范的要求，减少建造过程中设计修改的难度，降低设计成本和建造成本。
现有技术中，振动噪声预报通常是分别建立低频、中频、高频声学模型，并运用不同的求解方法计算进行预报，工作量大、时间长并且无法分析不同频域下振动噪声权重。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是为了克服低频、中频、高频分别预报，致使工作量大、时间长且无法分析不同频域下振动噪声权重的缺陷，提供了一种深水半潜式钻井平台的振动噪声的全频预报方法。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：
一种深水半潜式钻井平台的振动噪声的全频预报方法，其特点在于，其包括以下步骤：
S1、确定深水半潜式钻井平台在有关载荷条件下的振动源和噪声源,并得到相关振动源和噪声源的数据；
S2、进行深水半潜式钻井平台的振动预报，所述振动预报为振动所造成的结构噪声的预报提供服务；
S3、进行深水半潜式钻井平台的噪声预报；
S4、确定噪声传递路径，评价噪声水平。
本发明提供的全频预报分析方法，首先是一个创新，其无需分别建立低频、中频、高频情况下的声学模型；其次通过修改输入边界元条件以及进行子系统划分，即可得到不同频域下的平台结构振动和舱室噪声值；最后能直观的得到权重比，提出更有效的降振减噪措施。综上，通过声学设计可以变被动降噪为主动控噪，有利于降低设计建造费用和减少后期的修改。
优选地，所述S1中的数据通过设备倍频程振动谱、空调设备噪声功率谱中获得、或通过现场测量获得。
优选地，所述S2中的振动预报步骤中，包括：
S21、建立深水半潜式钻井平台结构有限元模型与质量模型；
S22、给予深水半潜式钻井平台振动激励源载荷、船体材料或结构的模态阻尼系数、减振阻尼材料或隔振阻尼材料的损耗因子和相关位移、速度约束边界条件；
S23、在中低频域内，采用有限元法进行船体振动频响分析；
S24、在中高频域内，定义统计能量分析子系统模型，采用统计能量法进行船体振动频响分析；
S25、确定全频域内深水半潜式钻井平台的振动分析数据并作出预报。
优选地，所述S23中的船体振动频响分析为计算给定激励条件下船体结构的位移、速度和加速度响应参数。
优选地，所述S3中的所述噪声预报步骤中，包括：
S31、建立深水半潜式钻井平台声学有限元模型或边界元模型；
S32、给予深水半潜式钻井平台声学模型中相应表面及构件的声学特性参数，定义相关边界位移约束条件；
S33、将船体振动频响分析结果定义为流体声学边界条件；
S34、确定空气噪声源；
S35、在中低频域内，采用有限元法或边界元法进行船体噪声频响分析；
S36、在中高频域内，定义统计能量分析子系统模型，采用统计能量法进行深水半潜式钻井平台噪声频响分析；
S37、作出全频域内深水半潜式钻井平台的声学分析数据并预报。
优选地，所述S32中的声学特性参数，包括船体材料声阻抗、吸声降噪材料的吸声系数。
优选地，所述S33中的船体振动频响分析结果，包括位移、速度和加速度。
优选地，根据所述全频预报方法确定减震降噪措施。
本发明中，上述优选条件在符合本领域常识的基础上可任意组合，即得本发明的各优选实施例。
本发明的积极进步效果在于：
1、本发明的全频预报方法是一个创新，无需分别建立不同频域情况下的声学模型，仅需修改输入边界元条件以及进行子系统划分即可得到不同频域下的平台结构振动和舱室噪声值，能直观的得到权重比，提出更有效的降振减噪措施。
2、通过声学设计可以变被动降噪为主动控噪，有利于降低设计建造费用和减少后期的修改。
附图说明
图1为本发明的全频预报分析方法的流程图。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
图1示出了一种深水半潜式钻井平台的振动噪声的全频预报方法。
如图1所示，深水半潜式钻井平台的振动噪声的全频预报方法包括以下步骤：
步骤100，确定深水半潜式钻井平台在有关载荷条件下的振动源和噪声源,并得到相关振动源和噪声源的数据，该数据指在不同频率下设备的噪声值所形成的振动频率谱，是声学设计的输入条件；
步骤101，上述步骤100中的数据通过设备倍频程振动谱、空调设备噪声功率谱中获得、或通过现场测量获得；
步骤102，进行深水半潜式钻井平台的振动预报，所述振动预报为振动所造成的结构噪声的预报提供服务；
步骤103，上述步骤102的振动预报步骤中，包括：建立深水半潜式钻井平台结构有限元模型与质量模型，质量模型即参与模型计算，但无需建结构模型的一些设备、结构，以质量约束点的方式加载到有限元模型中，质量模型的主要作用是保持模型的完整性，使计算结果不失真；
步骤104，给予深水半潜式钻井平台振动激励源载荷、船体材料或结构的模态阻尼系数、减振阻尼材料或隔振阻尼材料的损耗因子和相关位移、速度约束边界条件，因为机械系统中阻尼力的大小与运动质点的速度大小成正比，方向相反，记作F＝-cv，c即阻尼系数，该阻尼系数一般通过振动试验获得，而减振阻尼材料或隔振阻尼材料为具有吸声、隔热、防振等功能的材料的总称；
步骤105，在中低频域内，采用有限元法进行船体振动频响分析，该船体振动频响分析为计算给定激励条件下船体结构的位移、速度和加速度响应参数；
步骤106，在中高频域内，定义统计能量分析子系统模型，采用统计能量法进行船体振动频响分析；
步骤107，确定全频域内深水半潜式钻井平台的振动分析数据并作出预报；
步骤108，进行深水半潜式钻井平台的噪声预报；该噪声预报步骤中，包括：建立深水半潜式钻井平台声学有限元模型或边界元模型；
步骤109，给予深水半潜式钻井平台声学模型中相应表面及构件的声学特性参数，定义相关边界位移约束条件，其中的声学特性参数，包括船体材料声阻抗、吸声降噪材料的吸声系数；
步骤110，将船体振动频响分析结果定义为流体声学边界条件，其中的船体振动频响分析结果，包括位移、速度和加速度，其中，船体振动频响分析结果指平台结构不同模态下的振型，是分析平台结构固有频率和避开共振设计的依据，是半潜式钻井平台振动预报的数值结果体现形式；
步骤111，确定空气噪声源；
步骤112，在中低频域内，采用有限元法或边界元法进行船体噪声频响分析；
步骤113，在中高频域内，定义统计能量分析子系统模型，采用统计能量法进行深水半潜式钻井平台噪声频响分析；
步骤114，作出全频域内深水半潜式钻井平台的声学分析数据并预报；
步骤115，确定噪声传递路径，评价噪声水平；
步骤116，根据全频预报方法确定减震降噪措施。
本发明提供的全频预报分析方法，首先是一个创新，其无需分别建立低频、中频、高频情况下的声学模型；其次通过修改输入边界元条件以及进行子系统划分，即可得到不同频域下的平台结构振动和舱室噪声值；最后能直观的得到权重比，提出更有效的降振减噪措施。综上，通过声学设计可以变被动降噪为主动控噪，有利于降低设计建造费用和减少后期的修改。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种深水半潜式钻井平台的振动噪声的全频预报方法，其特征在于，其包括以下步骤：
S1、确定深水半潜式钻井平台在有关载荷条件下的振动源和噪声源,并得到相关振动源和噪声源的数据；
S2、进行深水半潜式钻井平台的振动预报，所述振动预报为振动所造成的结构噪声的预报提供服务；
S3、进行深水半潜式钻井平台的噪声预报；
S4、确定噪声传递路径，评价噪声水平。
2.根据权利要求1所述的全频预报方法，其特征在于，所述S1中的数据通过设备倍频程振动谱、空调设备噪声功率谱中获得、或通过现场测量获得。
3.根据权利要求1所述的全频预报方法，其特征在于，所述S2中的振动预报步骤中，包括：
S21、建立深水半潜式钻井平台结构有限元模型与质量模型；
S22、给予深水半潜式钻井平台振动激励源载荷、船体材料或结构的模态阻尼系数、减振阻尼材料或隔振阻尼材料的损耗因子和相关位移、速度约束边界条件；
S23、在中低频域内，采用有限元法进行船体振动频响分析；
S24、在中高频域内，定义统计能量分析子系统模型，采用统计能量法进行船体振动频响分析；
S25、确定全频域内深水半潜式钻井平台的振动分析数据并作出预报。
4.根据权利要求3所述的全频预报方法，其特征在于，所述S23中的船体振动频响分析为计算给定激励条件下船体结构的位移、速度和加速度响应参数。
5.根据权利要求1所述的全频预报方法，其特征在于，所述S3中的所述噪声预报步骤中，包括：
S31、建立深水半潜式钻井平台声学有限元模型或边界元模型；
S32、给予深水半潜式钻井平台声学模型中相应表面及构件的声学特性参数，定义相关边界位移约束条件；
S33、将船体振动频响分析结果定义为流体声学边界条件；
S34、确定空气噪声源；
S35、在中低频域内，采用有限元法或边界元法进行船体噪声频响分析；
S36、在中高频域内，定义统计能量分析子系统模型，采用统计能量法进行深水半潜式钻井平台噪声频响分析；
S37、作出全频域内深水半潜式钻井平台的声学分析数据并预报。
6.根据权利要求5所述的全频预报方法，其特征在于，所述S32中的声学特性参数，包括船体材料声阻抗、吸声降噪材料的吸声系数。
7.根据权利要求5所述的全频预报方法，其特征在于，所述S33中的船体振动频响分析结果，包括位移、速度和加速度。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的全频预报方法，其特征在于，根据所述全频预报方法确定减震降噪措施。
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