다목적 잠수 지원선의 소음해석 및 소음특성 검토
권종현1,†․ 김문수1․ 조대승2
한진중공업 (TMS 기술연구소)1
부산대학교 조선해양공학과2
A Study on the Evaluation of Noise Characteristics for Multi-purpose Dive Support Vessel
Jong Hyun Kwon
1,†․ Mun Su Kim
1․ Dae Seung Cho
2Hanjin Heavy Industries Co., Ltd (Technology Research Institute, Total Marine Services co., Ltd)
1Dept. of Naval Architecture and Ocean Engineering, Pusan National University
2Abstract
The noise characteristics of multi-purpose dive support vessel show the different patterns such as types of noise sources, accommodation arrangement and etc due to its operation. Especially, the tunnel and retractable thruster for the dynamic positioning should be considered at the noise analysis. The floating floor is selected as the main measure of noise reduction and is constructed at the deck near the noise sources. In this paper, the noise analysis of dive support vessel is based on the estimation of noise sources and floating floor and SEA (Statistical Energy Analysis) is used for analysis of the air-born noise and structure-borne noise. The noise analysis of air conditioning system is also carried out and the noise results of cabin room are reviewed.
Keywords : Tunnel thruster(고정 추진기), Retractable thruster(가변형 추진기), Floating floor structure(뜬바닥 구조)
1. 서 론
일반적으로 특수 목적선은 상선과 비교하여 추진방식이나 거 주구의 배치가 상이하나 소음허용치는 상선의 것과 동일하거나 엄격하게 적용 받는다. 또한, 통상적으로 프로펠러 추진장치 대 신 전기를 이용한 추진기로 이용하는 경우가 많다.
본 논문에서 소개하는 DSV(Multi-purpose dive support vessel:
다목적 잠수 지원선)은 격실의 수가 많으며 배치가 주로 선수부 에 집중되어 있는 구조이다. 이러한 구조는 공기음에 의한 소음 노출 보다는 거주구 하부의 G/E등의 기관실에서 전파되는 고체 음에 의한 소음에 취약하다. 특히, 정확한 위치를 제어하기 위해 선수부에 설치된 Tunnel thruster 등의 고체음을 유발시키는 소음 원과 고체음 전달 방지목적으로 제한적으로 사용된 뜬바닥 구조 (Floating floor) 등은 소음해석에 반드시 고려해야 되는 부분이 다. 본 논문에서는 SEA(Statistical Energy Analysis) 등을 이용하 여 DSV의 소음해석을 수행하고, 그 결과를 검토하였다.
2. 본 론
2.1 주요 제원 및 주요 기진원
본 해석에 사용된 선박의 제원 및 주요 기진원은 Table 1~2에
Table 1 Particulars of analysis ship
Hull
LBP(m) 107.9
B(m) 22.0
D(m) 9.00
Propeller
Type Fixed pitch
No. of blade 5
Table 2 Main machinery part of analysis ship
Main propulsion 3,000 kW * 217.0 rpm Retractable thruster 1,500 kW * 900.0 rpm Tunnel thruster 1,970 kW * 710.0 rpm
나타내었다. 해석대상 선박은 5대의 G/E(발전기), 2대의 Azipul thruster 및 기타 장비 등을 탑재하고 있으며 소음규제는 DNV 선 급의 CRN3 및 IMO A.468(XII)를 따르고 있다.
2.2 소음해석 방법
SEA(Statistical Energy Analysis)는 고체음 및 공기음을 효과
2011년 9월 pp. 43-46, September 2011
대한조선학회 특별논문집Special Issue of the Society of Naval Architects of Korea
† 교신저자 : [email protected], 070-4034-7352
다목적 잠수 지원선의 소음해석 및 소음특성 검토
44 대한조선학회 특별논문집 2011년 9월
적으로 해석할 수 있는 소음해석 방법의 일종이며 그 기본원리는 대상 시스템의 에너지 평형이라 할 수 있으며, 전체 시스템을 세 부 시스템들의 결합으로 간주하고, 각 시스템에 유입 및 유출되 는 Power는 같다는 원리에 기초를 둔 해석 방법이다.
본 논문에서는 HJCNPP (Cabin Noise Prediction Program)을 이용하여 모델링 및 SEA 해석을 수행하였다. 해석에 사용된 전선 체 모델은 Fig. 1에 도시하였고, 모델링에 사용된 절점, 삼각형, 사각형 및 공간요소는 Table 3에 나타내었다.
소음해석은 Transit 및 Simulated DP mode 에 대해서 각각 수 행하였으며, 각각의 Mode에 관한 설명은 아래에 나타내었다.
- Transit mode: The azipul thrusters are running at 85% power - Simulated DP mode: The tunnel thruster and retractable thruster
are running at 40% power
Fig. 1 SEA model for noise analysis
Table 3 Number of elements in SEA model
No. of node 1,241
No. of elements
No. of plate element 1,682 No. of space element 299
Total 3,222
2.3 소음원 평가
DSV의 소음해석을 수행하기 위하여 Table 2에 나타낸 소음원 특성을 평가하였다. Table 2에 나타내지 않은 일부 소음원은 전 선체 소음해석에 있어서 소음 기여도가 극히 적어 생략하였다.
또한, 소음원 평가 방법은 크게 세 분류로 나누었으며, 그 분류방 법은 아래에 나타 내었다. 각각의 소음원 평가 결과 중 일부를 Fig. 2~3에 나타내었다.
- 장비 제작사에서 제공한 경우 - SNAME 자료를 이용한 경우 - 경험식을 사용한 경우
Fig. 2는 MAN 6L27/38의 Engine surface, Exhaust gas 및 Structure borne noise 값을 나타내었으며, 값은 제작사에서 제공 한 값을 사용하였다. 각각의 Ref. 값은 2×10－5 Pa, 2×10－5 Pa 및 1×10－9이다.
Fig. 3은 DSV의 선수부에 장착된 Retractable thruster 직상부 의 Plate 가속도 값을 나타내었으며, 출력은 MCR의 40%를 기준 으로 산정하였다. Retractable thruster의 고체음 산정기준은 SNAME 식 및 실적선 계측 자료를 이용하였다.
Fig. 2 Average noise level of the G/E
Fig. 3 Average noise level of the plate (Ref.: 1×10－6 G, G: 9.8m/s2)
2.4 뜬바닥 구조(Floating floor)의 특성 평가
해석대상인 DSV는 일부 갑판에 대해서 뜬바닥(Floating floor) 구조를 채택하고 있다. 뜬바닥 구조의 기본 형태는 맨바닥(Bare steel plate)위에 완충재인 암면이나 고무층을 깔고 그 위에 단단 한 바닥재를 적층함으로써, 진동절연과 같은 효과를 낼 수 있는 구조이다. 뜬바닥 구조의 일반적인 특성은 맨바닥 구조에 비해 공기음일 경우 약 3~5dB 정도 저감효과가 있으며, 특히 고주파 수의 경우 공기음 및 고체음에 대해서 약 40~50dB 정도의 소음 감소 효과가 있는 것으로 알려져 있다. 그러나 저주파수 영역에
Fig. 4 Construction example of floating floor
권종현․ 김문수․ 조대승
Special Issue of SNAK, September 2011 45
Table 4 Noise characteristics of floating floor
(SR: Sound reduction index, IL: Insertion loss)
dB Center frequency of octave band
63 125 250 500 1k 2k 4k
SR 30.2 46.2 55.8 61.7 70.8 73.6 81.3
IL 12.9 24.4 33.1 45.0 50.7 63.1 70.3
Fig. 5 Floating floor assembly arrangement
서는 실제 맨바닥 구조보다 소음 감소효과가 떨어지는 것으로 알 려져 있다.
Fig. 4에 실제 뜬바닥 구조의 시공예를 나타내었으며, Table 4 및 Fig. 5는 해석대상인 DSV에 설치된 뜬바닥 구조의 소음 특성 치 및 단면 형상을 나타내었다.
2.5 HVAC 시스템의 소음평가
HVAC 시스템의 소음특성은 매우 복잡하고 특히, 디퓨저 형상,
Fig. 6 HVAC Analysis model
유량, 팬의 성능 등에 의해서 소음 수준이 크게 좌우된다. 본 논 문에서는 NOVAC(Noise of hVAC/선실 공조소음 해석 프로그램) 을 이용하여 HVAC 시스템의 소음을 해석하였으며, 개략적인 HVAC 해석 모델은 Fig. 6에 나타내었다.
2.6 소음해석결과
상기 제시한 소음원 및 뜬바닥 구조 등의 특성치를 이용하여 각 모델에 대한 SEA를 수행하였으며, 그 결과를 Fig. 7~8에 각 각 도시하였다. 또한, HVAC system의 소음해석결과와 SEA 해석 결과를 합산한 최종 격실 소음해석 결과 중 일부를 Table 5에 나 타내었다.
Fig. 7 Contour of noise level on each deck (dB(A)/Transit mode)
다목적 잠수 지원선의 소음해석 및 소음특성 검토
46 대한조선학회 특별논문집 2011년 9월
Fig. 8 Contour of noise level on each deck (dB(A)/Simulated DP mode)
Table 5 Comparison of the specification and analysis levels
Space Noise level dB(A)
No Room name Spec.
Analysis Tran.
mode
DP mode
1 Wheel house 65 54.0 55.1
2 Captain bed RM. 60 46.0 48.8
3 Captain day RM. 60 45.5 48.4
4 Mess room 65 58.5 59.3
5 Oxygen clean RM. 65 63.4 63.5
6 Hospital 60 57.8 58.9
7 Ship office 65 45.4 48.2
8 ROV control RM. 65 62.4 63.5
9 Switchboard RM. 75 73.1 73.9
3. 결 론
본 논문에서는 다목적 잠수 지원선의 소음해석을 SEA 방법 등 을 이용하여 수행하였고, SNAME 식 등을 이용하여 소음원을 산 정하고 뜬바닥 구조의 소음특성을 분석하였다.
소음해석을 수행한 결과 Transit 및 Simulated DP mode 에서 일부 격실은 인접 격실에 비해 소음수준이 다소 높았으나, 모든 격실은 소음 규제치를 만족하였다.
(1) 해석대상인 DSV의 선실소음의 대부분은 G/E의 공기음 및 선 수부에 설치된 Thruster의 고체음에 의한 방사소음에 기인된 것으로 판단된다. 특히 Transit mode에서의 주요 소음원은 G/E의 공기음인 반면에 Simulated DP mode 에서는 선수부 에 설치된 Retractable 및 Tunnel thruster의 고체음에 의한 방사소음에 기인한 것으로 판단된다.
(2) G/E가 설치된 기관실은 잔향음장 효과에 의해서 소음 규제치 인 110dB(A)에 근접한 약 107dB(A)로 예상된다.
(3) 특히 기관실에 인접한 격실인 Switch board room, Hospital 및 Oxygen clean room 등과 같은 일부 격실의 경우 소음 규 제치는 넘지 않았으나 소음수준이 다소 높았다. 특히, 기관실 직상방의 Hospital, Oxygen clean room 등의 경우 뜬바닥 구 조를 채용하였음에도 불구하고 다른 격실에 비해서 소음수준 이 높음을 확인하였다.
(4) 이러한 결과는 G/E의 공기음 및 저주파 특성이 강한 선수부 Thruster 등의 고체음의 영향이라고 판단 되어지며, 뜬바닥 구조를 채택한 격실이라도 그 구조 특성상 저주파수 영역의 고체음은 효율적으로 차단하기 어렵다고 판단된다.
(5) 대부분의 격실이 선수부에 집중되어 있으며, G/E 및 Thruster 등 과 같은 주요 소음원과 인접해 있기 때문에 선미에 설치된 프 로펠러의 기진력에 의해 나타나는 고체음의 영향은 크게 받 지 않는 것을 확인하였다.
참 고 문 헌
R.H.LYON, “STATISTICAL ENERGY ANALYSIS OF DYNAMIC SYSTEM, THEORY AND APPLICATION”, MIT PRESS, 1975.
SNAME, “DESIGN GUIDE FOR SHIPBOARD AIRBORNE NOISE CONTROL”, TECHNICAL AND RESEARCH BULLRTIN NO.3- 37, 1983.
SNAME, “SUPPLEMENT TO THE DESIGN GUIDE FOR SHIPBOARD AIRBORNE NOISE” TECHNICAL AND RESEARCH BULLRTIN VO.3-37, 2001.
DNV, “NOISE PREDICTION - CABLE SHIP, HULL NO. N-098”, 2001.
권 종 현 김 문 수 조 대 승
