JP4911783B2 - ブロア排気騒音の消音装置取付方法 - Google Patents

Description

本発明はブロア排気騒音の消音装置取付方法に係り、特に舶用ディーゼルエンジンの過給機の排気音の消音のために用いるのに好適な消音装置取付方法に関する。

船舶に用いられるディーゼルエンジンに用いられている過給機は、排気ガスによりタービンを回転させ、これと同軸にあるブロアを回転作動させて、エンジンへの給気をなすようにしている。このような過給機では、ブロアの排気通路における騒音が大きいために、これを低減することが試みられている。

従来の過給機出口での騒音対策としては吸音材を排気通路に取り付けることも行われたが、舶用エンジンの過給機のブロア排気流速は１００ｍ／ｓ程度であり、吸音材が排気通路から脱落してしまうような問題があった。また、圧縮空気は高温多湿の空気であり吸音材の耐久性も問題となっていた。更に、従来の騒音対策は過給機の排気通路の設計変更を必要としており、舶用エンジンに用いられるような大型過給機では大幅なコスト増を招いてしまう欠点があった。
実願昭５９−１２０２６２号（実開昭６１−３６１７３号）のマイクロフィルム 実公平２−３２８１２号 実公平６−３６２６２号

図７は過給機の騒音の計測データであり、騒音周波数に対する音圧レベルを示している。全体の傾向は低周波領域で音圧レベルが大きく、周波数が高くなるにしたがって音圧レベルは低下するが、特定周波数でピーク値が発生している。このピーク値はエンジン騒音として制限されている上限値を越える可能性があり、これを如何にして抑制するかが課題となっている。

本発明は、上記従来の問題点に着目し、特にブロアのフィン回転による周期的な高音圧騒音を有効に低減させることができ、特に舶用エンジンに用いられている過給機の排気騒音を有効に低減することができるブロア排気騒音の消音装置取付方法を提供することを目的としている。また、第２には設計変更をなすことなく既使用の過給機に対して消音効果をもたらすことができるようにしたブロア排気騒音の消音装置取付方法を提供することを目的としている。

舶用エンジン過給機の騒音の計測データを観察すると、図７から明らかなように、気流の流れに起因する騒音の音圧レベルは周波数が高くなるにしたがって音圧レベルが低下しているが、同時に特定周波数でピーク値が発生しており、これはブロアの回転数と羽根の枚数で定まる周波数に相当する風切り音とその高調波であることに着目したものである。

そこで、本発明に係るブロア排気騒音の消音装置取付方法は、舶用ディーゼルエンジンにおける過給機とインタークーラ部との間の消音ダクトの無いブロア側排気通路への消音装置取付方法であって、前記過給機の出口の直管部に配置され内部に共鳴空洞部を有する二重管構造とし、通路内壁には前記空洞部に連通する小孔を有する消音ダクトユニットを形成し、かつ二重管の端部に取付用フランジを形成しておくとともに、前記共鳴空洞部の容積、前記小孔の断面積および長さを前記ブロアの回転周期に応じた共鳴周波数に対応して設定しておき、前記ブロア側排気通路には前記消音ダクトユニットの装着寸法だけ既存通路部分を切除して取付フランジを形成し、切除部分の取付フランジ間に前記消音ダクトユニットの取付用フランジを対面させて前記消音ダクトユニットをはめ込んでフランジ接合部をボルト締めすることにより、圧縮空気出口管に対して堅固に取り付け可能とするとともに、交換可能としたことを特徴とする。

また、他の構成に係るブロア排気騒音の消音装置取付方法は、舶用ディーゼルエンジンにおける過給機とインタークーラ部との間の消音ダクトの無いブロア側排気通路への消音装置取付方法であって、テーパ型給気管と同形状の内管の外周部分に外管を形成して内部に共鳴空洞部を有する二重管構造とされるとともに、内管壁には前記空洞部に連通する小孔を形成して端部にフランジ面を形成しておくとともに、前記共鳴空洞部の容積、前記小孔の断面積および長さを前記ブロアの回転周期に応じた共鳴周波数に対応して設定したテーパ型消音ダクトユニットを形成しておくとともに、前記過給機の出口管とインタークーラとを接続する既存のテーパ型給気管部分を除去して取付フランジを形成しておき、この取付フランジ間に前記消音ダクトユニットの取付用フランジを対面させてフランジ接合部をボルト締めすることにより、圧縮空気出口管とインタークーラに対して堅固に取り付け可能とするとともに、交換可能としたことを特徴としたものである。

上記構成によれば、過給機は排ガスによりタービンが回転され、これに伴ってブロアが回転することで過給動作をなすが、排気通路から発生する騒音にはブロアの回転数に対応した風切り音が含まれている。排気通路には小孔を介して共鳴空洞部が連通されており、これによって風切り音と共鳴させ小孔部分で熱エネルギに置換して消音作用をなさせることができる。したがってブロアの定格運転時の回転数×羽根数に相当する音と共鳴するようにしているため、排気騒音中に含まれるパルス的な風切り音の消音が可能となり、過大な音圧レベルの騒音防止を抑制することができるのである。

以上説明したように、本発明によれば、舶用ディーゼルエンジンにおける過給機とインタークーラ部との間のブロア側排気通路への消音装置取付方法であって、前記過給機の出口の直管部に配置され内部に共鳴空洞部を有する二重管構造とし、通路内壁には前記空洞部に連通する小孔を有する消音ダクトユニットを形成しておくとともに、前記共鳴空洞部の容積、前記小孔の断面積および長さを前記ブロアの回転周期に応じた共鳴周波数に対応して設定しておき、前記ブロア側排気通路には前記消音ダクトユニットの装着寸法だけ切除して取付フランジを形成し、切除部分に前記消音ダクトユニットをはめ込んでフランジ接合部をボルト締めすることにより、圧縮空気出口管に対して堅固に取り付け可能とするとともに、交換可能とした構成としているので、既存の舶用ディーゼルエンジンにおける過給機ブロアのフィン回転による周期的な高音圧レベルの騒音を有効に低減させることができ、特に舶用エンジンに用いられている既存の過給機に適用することによって安価に排気騒音の抑制効果を高くすることができる効果が得られる。

このような共鳴空洞部を有するダクトユニットを過給機排気通路の一部に着脱可能に構成しておくことにより、単純に排気通路の一部に組込むことができ、既設の過給機に消音装置を取り付けることができる。また、舶用エンジンの過給機排気通路のインタークーラ入口における拡径されたテーパ交換できるように排気通路のインタークーラ入口における拡径されたテーパ管構造部分を共鳴空洞部付きのダクトユニットとして構成することにより、当該テーパ型ダクトユニットごと交換することができ、既設過給機の改造設計を施すことなく消音装置を簡単に組込むことができる。

以下に、本発明に係るブロア排気騒音の消音装置取付方法の具体的実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図３は過給機１０の概略構成を示しており、エンジンの排気ガスによって回転駆動されるタービン部１２と、当該タービン部と同軸とされてタービン回転によって空気を取り込んで圧縮送風するブロア部１４とから構成されている。したがって、タービン部１２にはエンジンの排気ガス流路に接続されたガス入口管１６が接続され、タービンの回転に供したガスを出口管１８から排出するようにしている。また、タービン部１２に併設されているブロア部１４には空気取り込み口２０から取り込んだ空気を圧縮してエンジンのインテークマニホールド側に供給するための圧縮空気出口管２２が接続されている。この圧縮空気は高温となるためにインタークーラ２４を経由させて冷却して空気密度を大きくするようにしており、前記出口管２２はテーパ型給気管２６を介してインタークーラ２４に接続されている。

このような過給機１０の構成において、第１の実施形態では、図１に示しているように、ブロア部１４の圧縮空気出口管２２の一部に消音ダクトユニット３０を取り付けたものである。この消音ダクトユニット３０は、詳細を図２に示しているように、二重管構造とされ、内管３２を出口管径に一致するように構成しつつ、この内管３２の外周部に同心的に外管３４を一体で形成することにより、内外管３２、３４の間に共鳴空洞部３６を形成した構成となっている。そして、共鳴空洞部３６と排気通路３８とは内管３２に形成した多数の小孔４０によって連通されている。この消音ダクトユニット３０は既設過給機１０の出口管２２に取り付けることができるように、二重管の端部に取付用フランジ４２、４２を形成し、一方、圧縮出口管２２側には当該消音ダクトユニット３０の装着寸法分だけ切除して取付フランジ４４、４４を形成しておき、フランジ接合部をボルト締めすることにより出口管２２に対して堅固に取り付けることを可能としつつ、交換操作も簡単にできるようになっている。

ここで、前記共鳴空洞部３６と小孔４０は次のように設定される。過給機１０の定格回転数はエンジンの定格回転数が設定されているので一義的に決定される。そして、過給機ブロアの羽根枚数も既知であるので、ブロアの回転に伴う風切り音の周波数が定まる。共鳴周波数は次のように求められる。

ここで、ｆrは共鳴周波数（Ｈｚ）、Ｖは共鳴空洞部３６の容積（ｍ3）、Ｓは排気通路の断面積（ｍ2）、ｎは小孔４０の個数、ａは小孔４０の半径（ｍ）、ｌcは小孔４０の長さ（内管３２の板厚）（ｍ）、Ｃは音速（ｍ／ｓ）である。

したがって、ブロア回転による風切り音の周波数ｆに共鳴するように前記共鳴空洞部３６、小孔４０の面積および長さを設定することができる。いま、過給器１０の回転数９８１０（ｒｐｍ）であるとき、ｆ＝１４７１．５（Ｈｚ）であり、これにより前記共鳴空洞部３６の容積は０．００７（ｍ3）、小孔４０の数を６０、長さ（内管３２の厚さ）を０．００６（ｍ）、半径０．００４５（ｍ）として設定したところ、共鳴周波数ｆrは１４７４．２（Ｈｚ）であった。このような条件に設定した消音ダクトユニット３０による消音効果を求めたところ、図４に示したように、過給器１０の定格回転にて、ほぼ１８ｄＢの消音効果が得られた。

このように本実施形態では、消音ダクトユニット３０の共鳴空洞部３６と小孔４０の断面積および長さをブロア部１４の回転による風切り音の周波数に共鳴するように設定しているので、排気騒音の特に周期的に発生する音圧の高い騒音を抑制することができる。また、特に、この実施形態では、過給器ブロア部１４の圧縮空気出口管２２部分に着脱可能となるようにフランジ４２を形成した二重管構造とし、上記出口管２２には部分切除とフランジ４４の取付作業を行うだけで、効果的な騒音抑制効果を得ることができる。これにより、既設の舶用エンジンに設けられた過給器に消音ダクトユニット３０を後付け設置することができるという大きな効果が得られる。

図５〜６には第２の実施形態に係る消音装置取付方法を示している。舶用エンジンの過給器１０の排気通路３８はインタークーラ２４への接続部となっているテーパ型給気管２６をそのまま消音ダクトユニット３０Ａとして構成したものである。テーパ型給気管２６は過給機１０とインタークーラ２４との接続用としてもともと独立して過給機配管系統に組込まれるダクトユニットである。そこで、このテーパ型給気管２６の外周部に外管３４Ａを形成し、内管３２Ａとしてのテーパ型給気管との間に共鳴空洞部３６Ａを形成したものである。図６はその詳細を示しており、テーパ型給気管２６と同一構成の内管３２Ａの壁面部分に多数の小孔４０Ａを形成して排気通路３８と共鳴空洞部３６Ａと連通させている。この共鳴空洞部３６Ａの容積および小孔４０Ａの孔数、長さ、断面積は数式１に記載した条件により第１の実施形態と同様に設定すればよい。

このような第２の実施形態によれば、消音作用は第１の例と同様にブロア部１４のパルス的な音圧レベルの高い風切り音による騒音を抑制できるが、特にこの例ではテーパ型給気管２６自体を消音ダクトユニット３０Ａとして構成しているので、舶用エンジンの過給機に適用することが極めて容易となる。すなわち、テーパ型給気管２６と同様の寸法構成で形成された内管３２Ａを有する消音ダクトユニット３０Ａの両端部には、同時に取付フランジ４２Ａ、４２Ａを形成しておけば、そのまま過給機１０とインタークーラ２４の間に原寸法のまま据え付けることができるのである。したがって過給機１０の設計変更を伴うことなく、さらに排気系統の加工等の付帯的作業を必要とすることなく簡単に消音効果を持たせた過給機構成とできるのである。
なお、上記実施形態では舶用エンジンの過給機への適用例を示しているが、ブロアを有する各種の機械装置のブロア排気系統に用いることができる。

本発明の第１実施形態の説明図である。 図１に示した装置の詳細な部分断面斜視図である。 本発明が適用される過給機の正面図である。 第１実施形態の消音効果を示すグラフである。 本発明の第２実施形態の説明図である。 第２実施形態に用いた装置の詳細な部分断面斜視図である。 従来の過給機における騒音を計測したデータのグラフである。

符号の説明

１０………過給機、１２………タービン部、１４………ブロア部、１６………ガス入口管、１８………ガス出口管、２０………空気取り込み口、２２………圧縮空気出口管、２４………インタークーラ、２６………テーパ型給気管、３０、３０Ａ………消音ダクトユニット、３２、３２Ａ………内管、３４、３４Ａ………外管、３６、３６Ａ………共鳴空洞部、３８………排気通路、４０、４０Ａ………小孔、４２、４２Ａ………取付用フランジ（消音ダクトユニット側）、４４………取付用フランジ（排気通路側）。

Claims (2)

1. 舶用ディーゼルエンジンにおける過給機とインタークーラ部との間の消音ダクトの無いブロア側排気通路への消音装置取付方法であって、前記過給機の出口の直管部に配置され内部に共鳴空洞部を有する二重管構造とし、通路内壁には前記空洞部に連通する小孔を有する消音ダクトユニットを形成し、かつ二重管の端部に取付用フランジを形成しておくとともに、前記共鳴空洞部の容積、前記小孔の断面積および長さを前記ブロアの回転周期に応じた共鳴周波数に対応して設定しておき、前記ブロア側排気通路には前記消音ダクトユニットの装着寸法だけ既設通路部分を切除して取付フランジを形成し、切除部分の取付フランジ間に前記消音ダクトユニットの取付用フランジを対面させて前記消音ダクトユニットをはめ込んでフランジ接合部をボルト締めすることにより、圧縮空気出口管に対して堅固に取り付け可能とするとともに、交換可能としたことを特徴とするブロア排気騒音の消音装置取付方法。
2. 舶用ディーゼルエンジンにおける過給機とインタークーラ部との間の消音ダクトの無いブロア側排気通路への消音装置取付方法であって、テーパ型給気管と同形状の内管の外周部分に外管を形成して内部に共鳴空洞部を有する二重管構造とされるとともに、内管壁には前記空洞部に連通する小孔を形成して端部にフランジ面を形成しておくとともに、前記共鳴空洞部の容積、前記小孔の断面積および長さを前記ブロアの回転周期に応じた共鳴周波数に対応して設定したテーパ型消音ダクトユニットを形成しておくとともに、前記過給機の出口管とインタークーラとを接続する既設のテーパ型給気管部分を除去して取付フランジを形成しておき、この取付フランジ間に前記消音ダクトユニットの取付用フランジを対面させてフランジ接合部をボルト締めすることにより、圧縮空気出口管とインタークーラに対して堅固に取り付け可能とするとともに、交換可能としたことを特徴とするブロア排気騒音の消音装置取付方法。

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