JP5931686B2

JP5931686B2 - サイレンサ

Info

Publication number: JP5931686B2
Application number: JP2012227371A
Authority: JP
Inventors: 幸一郎池田; 工藤　敏文; 敏文工藤
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2012-10-12
Filing date: 2012-10-12
Publication date: 2016-06-08
Anticipated expiration: 2032-10-12
Also published as: JP2014080869A

Description

本発明は、サイレンサに関する。本発明は特に、煙突の騒音を減音するサイレンサに関する。

船舶の煙突に、騒音を低減するためのサイレンサ（サプレッサー）が取り付けられる。サイレンサの一種として、所定の周波数スペクトルの音響の共鳴を発生させ、その共鳴音を低減する共鳴型のサイレンサが知られている。共鳴型のサイレンサの設計においては、サイレンサ（共鳴室）の内部容積を調節することで、騒音低減効果が最大となる周波数が所望の値にチューニングされる。

図１は、サイレンサの一例を示す。エンジンの排気ガスを排気口１０２から排出する等の目的で配管１０１が設置される。配管１０１の周囲にサイレンサ１０３が取り付けられる。サイレンサ１０３は、それぞれ円筒形の外周壁１０４と内周壁１０８とによって形成され、上端が上端壁１０５で閉じられた円筒形の共鳴室１０６を有する。配管１０１と共鳴室１０６とは多数の孔１０７で連通する。

配管１０１を通って排気ガスが排気口１０２から排気される際、騒音が発生する。その騒音の一部は、孔１０７を通して共鳴室１０６に導入される。騒音の一部が共鳴室１０６の内部で共鳴し、孔１０７においてその空気の振動によるエネルギーが熱に変換されることにより、騒音が低減する。

サイレンサの参考例として、特許文献１に、エンジンの吸気サイレンサが記載されている。

特開昭６２−６４８６３号公報

サイレンサは、消音性能が最大となる減音ピーク周波数（設計値）が、騒音が最大となる周波数と一致するように設計される。図２Ａは、エンジンの騒音レベルの周波数スペクトルの一例を示す。この例では、周波数ｆ_０で騒音が最大となる。このような場合、サイレンサは、図２Ｂの中央に実線で示された曲線のように、減音ピーク周波数がｆ_０となるように設計される。

しかしながら、実際にサイレンサを煙突に設置した場合、図２Ｂに点線で示したように、減音ピーク周波数（実測値）が設計値からズレる場合がある。このようなズレΔｆ_０は、例えばサイレンサの温度が設計上の想定からズレたために音速が変化することによって発生し得る。

減音効果を向上するために、消音周波数の再調整を容易に行うことを可能とする技術が望まれる。

本発明の一側面において、サイレンサは、ガス流路の外周側を取り囲む円筒状の共鳴室を形成する本体部と、複数の孔を介して、共鳴室とガス流路とを連通する接続部と、高さ方向の位置が調節可能であるように共鳴室の上端を塞ぐ天板部とを備える。

本発明により、消音周波数の再調整を容易に行うことを可能とする技術が提供される。

図１は、参考例におけるサイレンサの斜視図である。図２Ａは、騒音レベルの周波数スペクトルを示す。図２Ｂは、減音レベルの周波数スペクトルを示す。図３は、船舶の断面図である。図４は、本発明の一実施形態におけるサイレンサの斜視図である。図５は、サイレンサのチューニング方法の説明図である。図６は、天板を所望の高さに支持するための構造を示す。図７は、天板を所望の高さに支持するための構造を示す。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。図３は、本発明の一実施形態における煙突が適用される船舶の側面からの模式的な断面図を示す。船舶１は、エンジン２を搭載する。エンジン２が推進機３を駆動することにより、船舶１が推進する。エンジン２は、動力を発生するために、吸気配管４から空気を取り込み、排気配管６から排気ガスを排出する。吸気配管４と排気配管６に、それぞれサイレンサ５、７が取り付けられる。

図４は、本発明の一実施形態におけるサイレンサ１０の構成例を示す。本実施形態におけるサイレンサ１０は、図３の吸気配管４のサイレンサ５と、排気配管６のサイレンサ７のいずれにも適用できる。サイレンサ１０は、排気口１２において開口する配管１１の上端付近に取り付けられる。

図４の例では、煙突の排気が通るガス流路となる配管１１は、鉛直方向（ｚ軸方向）を向く中心軸Ｃを有し半径Ｌ１の円筒形である。配管１１はこのような円筒形でなくてもよいし、鉛直方向から傾いていてもよい。

サイレンサ１０は、概ね配管１１と同軸の円筒形状を有する本体部を備える。その円筒形状は、配管１１と同軸で半径Ｌ２（Ｌ２＞Ｌ１）の円筒形の内周壁１３と、配管１１と同軸で半径Ｌ３（Ｌ３＞Ｌ２）の円筒形の外周壁１４とによって形成される。内周壁１３と外周壁１４との間の空間は、音響が共鳴する共鳴室１６として機能する。共鳴室１６の上端は、後述する天板１５−２によって閉じられる。サイレンサ１０は、共鳴室１６による共鳴音のピークが配管１１の騒音のピークと一致するように設計される。

共鳴室１６の下端は、配管１１の外周壁に設けられる多数の孔１７を介して、配管１１の内部に連通する。具体的には、外周壁１４は高さｚ１からｚ３までの間に設けられる。内周壁１３は、高さｚ２（ｚ２＞ｚ１）からｚ３までの間に設けられる。図４の例では配管１１の高さｚ４とサイレンサ１０の高さｚ３とは一致しているが、必ずしもその必要は無い。

高さｚ１からｚ２の間において、サイレンサ１０は配管１１に接続する接続部１９を有する。接続部１９においてサイレンサ１０は、内周の半径がＬ１、外周の半径がＬ２である。接続部１９の下端は、円環状の部材によって閉じられる。接続部１９の半径Ｌ１とＬ２の間の上端も、円環状の部材によって閉じられる。その結果、共鳴室１６は、孔１７を除いて概ね閉じられた空間として形成される。

内周壁１３と外周壁１４で形成された二重円筒の上端付近（高さｚ３からｚ４まで）に、複数の仕切り板１５−１が取り付けられる。図４の例では、各仕切り板１５−１は、鉛直方向に平行であり、且つ中心軸Ｃを中心とした半径方向に平行な板状の部材である。ｎ枚（ｎは２以上の整数、図４の例ではｎ＝８）の仕切り板１５は、内周壁１３と外周壁１４とに挟まれた円環状の空間を、高さｚ３からｚ４までの間において、周方向にｎ個の区画に区切る。

一つの仕切り板１５−１と、それに隣接する仕切り板１５−１との間の空間に、天板１５−２が設置される。天板１５−２は、２枚の仕切り板１５−１と、その間の内周壁１３と外周壁１４とによって形成された空間をほぼ完全に覆う。ｎ枚の仕切り板１５−１の間の空間がｎ枚の天板１５−２でそれぞれ覆われることにより、共鳴室１６の上端を塞ぐ天板部が形成される。

天板１５−２が周方向に複数に分割されているため、サイレンサ１０の温度が変化し、熱膨張により天板１５−２のサイズが伸縮した場合であっても、その変化を天板１５−２と仕切り板１５−１との間の遊び（例えば後述するガスケット１５−４によって設けられる）によって吸収することができる。

サイレンサ１０は、天板１５−２のｚ軸方向の位置を、高さｚ３からｚ４までの間で調節できるようにする高さ調節部を備える。複数の天板１５−２は、互いに同じ高さに調節される。天板１５−２の高さを調節することによって、共鳴室１６のサイズを調節し、騒音を低減する効果が最大となる周波数である減音ピーク周波数を調節することができる。

サイレンサ１０の減音ピーク周波数（実測値）が、排気ガスによる騒音が最大となる騒音ピーク周波数よりも高い場合、そのズレ量Δｆ_０に応じて、天板１５−２の位置を低くする。その結果、減音ピーク周波数を高くすることができる。逆に減音ピーク周波数が騒音ピーク周波数よりも低い場合は、天板１５−２の位置を高くすることにより、減音ピーク周波数を低くすることができる。

設計段階において、天板１５−２の高さがｚ３よりも高くｚ４よりも低い位置にある状態、すなわち天板１５−２を上にも下にも動かせる状態を想定して、減音ピーク周波数（設計値）が騒音ピーク周波数と一致するようにサイレンサ１０を設計することが望ましい。このように設計すると、減音ピーク周波数（実測値）が騒音ピーク周波数よりも大きい場合でも小さい場合でも、天板１５−２の高さを調節することにより、チューニングが可能である。

このような調節方法について、図５を参照して、より詳細に説明する。図５の左側に、サイレンサ付きの煙突の断面図を示す。配管１１のサイレンサ１０よりもエンジン２側に、入口側マイクロフォンＳ１が設置される。入口側マイクロフォンＳ１は、配管１１から発生する音声を電気信号に変換することにより、サイレンサ１０による減音前の配管１１の音響を示す入口側音声データ２０を生成する。エンジン側から見てサイレンサ１０と同じか、それよりも下流側の配管１１に、出口側マイクロフォンＳ２が設置される。出口側マイクロフォンＳ２は、配管１１から発生する音声を電気信号に変換することにより、サイレンサ１０による減音後の配管１１の音響を示す出口側音声データ２１を生成する。

エンジン２が通常運転中であり、ガス流路をガスが流れているとき、すなわち吸気配管４からの吸気と排気配管６からの排気が行われている状態で、入口側音声データ２０と出口側音声データ２１が生成される。記録部２２は、所定の期間の入口側音声データ２０と出口側音声データ２１とをコンピュータにより読み取り可能な記録媒体に記録する。

高速フーリエ変換部２３は、記録部２２に記録された入口側音声データ２０を高速フーリエ変換によって周波数解析する。その結果として出力される入口側音声の周波数スペクトルが、記録データ２４にデータＤ１として例示されている。高速フーリエ変換部２３更に、記録部２２に記録された出口側音声データ２１を高速フーリエ変換によって周波数解析する。その結果として出力される出口側音声の周波数スペクトルが、記録データ２４にデータＤ２として例示されている。

演算装置により、データＤ１からデータＤ２が周波数毎に引き算されることにより、減音量のスペクトルを示すデータＤ３が生成され、出力装置に出力される。データＤ３は、ガス流路をガスが流れるときの騒音のスペクトルのうち、サイレンサ１０によって削減される周波数を示す。データＤ３の横軸は周波数であり、縦軸は減音量を示す。このデータＤ３のピークを読み取ることにより、サイレンサ１０の減音ピーク周波数を知ることができる。一方、データＤ１のピークを読み取ることにより、低減すべき騒音が最大となる騒音ピーク周波数を読み取ることができる。

データＤ１とデータＤ３との比較に基づいて、天板１５−２の高さ方向の位置を調節する。具体的には、データＤ１とデータＤ３に基づいて、騒音ピーク周波数に対する減音ピーク周波数の大小関係と、そのずれ量とを知ることができる。その大小関係に応じて、天板１５−２の高さを上げるか下げるかが決定される。更に、そのずれ量に応じて、天板１５−２の高さの調節量が決定される。天板１５−２の高さの調節後、再び入口側音声データ２０と出口側音声データ２１を取得し、データＤ１とデータＤ３を比較することにより、最適なチューニングが達成されたか否かを確認することができる。

天板１５−２を所望の高さに支持する高さ調節部の構造としては、様々な構造が考えられる。図６と図７は、その一例を示す。図６は、サイレンサ１０の上端付近の一部を拡大した部分斜視透視図である。図７は、天板１５−２の部分側面図である。内周壁１３と外周壁１４に、多数の孔１５−３が設けられる。具体的には、高さ方向にｚ_１、ｚ_２、・・・ｚ_ｎと複数の高さで天板１５−２を支持するために、各高さｚ_ｉにおいて、内周壁１３にも外周壁１４にも複数個所の孔１５−３が設けられる。天板１５−２を設置する高さの孔１５−３に、サイレンサ１０の外側から共鳴室１６の内側に向けてボルト１５−５をねじ込む。その結果、ボルト１５−５の先端が共鳴室１６の内側に突出する。それ以外の高さの孔１５−３は、予め用意した部材で塞ぐ。

共鳴室１６の内部に突き出したボルト１５−５の上に天板１５−２を置く。各天板１５−２の周囲、すなわち天板１５−２の縁と内周壁１３、外周壁１４、仕切り板１５−１との間には、共鳴室１６からの空気の漏れを防ぎ外部との連通を妨げる気密部材であるガスケット１５−４が設けられる。このような構成により、簡易な手段で天板１５−２の高さを再調整し、減音ピーク周波数をチューニングすることができる。

１船舶
２エンジン
３推進機
４吸気配管
５サイレンサ
６排気配管
７サイレンサ
１０サイレンサ
１１配管
１２排気口
１３内周壁
１４外周壁
１５−１仕切り板
１５−２天板
１６共鳴室
１７孔
１９接続部
２０入口側音声データ
２１出口側音声データ
２２記録部
２３高速フーリエ変換部
２４記録データ
１０１配管
１０２排気口
１０３サイレンサ
１０４外周壁
１０５上端壁
１０６共鳴室
１０７孔
１０８内周壁

Claims

ガスが流れる配管の外周側を前記配管の外周側から離間して取り囲む円筒状の共鳴室を形成する本体部であって、前記配管の中心軸から第１半径で前記配管の前記外周側を取り囲む円筒状の内周壁と、前記第１半径よりも大きい第２半径で前記配管の前記外周側を取り囲む円筒状の外周壁とを備える前記本体部と、
前記配管に設けられた複数の孔を介して、前記共鳴室と前記配管とを連通する接続部と、
前記外周壁のある前記本体部の外側からに加え、前記配管の外周側と前記内周壁との間にある空間の中から高さ方向の位置が調節可能であるように前記共鳴室の上端を塞ぐ天板部と
を具備する
サイレンサ。
請求項１に記載されたサイレンサであって、
前記天板部は、
所定の高さ範囲において前記共鳴室を周方向に複数の区画に区切る仕切り板と、
前記複数の区画の各々において前記共鳴室の上端をそれぞれ塞ぐ複数の天板と、
前記複数の天板を、前記所定の高さ範囲内の複数の高さ位置において支持するために、前記外周壁および前記内周壁に形成される高さ調節部
とを具備するサイレンサ。
請求項２に記載されたサイレンサであって、
前記複数の天板の各々の周囲に、前記共鳴室とその外部との連通を妨げる気密部材ガスケットが取り付けられる
サイレンサ。
請求項１から３のいずれかに記載されたサイレンサのチューニング方法であって、
前記ガス配管をガスが流れるときの騒音のスペクトルのうち、前記サイレンサによって削減される周波数を測定する工程と、
前記測定された周波数と、前記サイレンサの設計上の消音ピーク周波数との比較に基づいて、前記天板部の前記高さ方向の位置を調節する工程
とを具備するサイレンサのチューニング方法
ガス流路の外周側を取り囲む円筒状の共鳴室を形成する本体部と、
複数の孔を介して、前記共鳴室と前記ガス流路とを連通する接続部と、
高さ方向の位置が調節可能であるように前記共鳴室の上端を塞ぐ天板部
とを具備し、
前記天板部は、
所定の高さ範囲において前記共鳴室を周方向に複数の区画に区切る仕切り板と、
前記複数の区画の各々において前記共鳴室の上端をそれぞれ塞ぐ複数の天板と、
前記複数の天板を、前記所定の高さ範囲内の複数の高さ位置において支持するために形成される高さ調節部と
を具備するサイレンサ。
請求項５に記載されたサイレンサであって、
前記複数の天板の各々の周囲に、前記共鳴室とその外部との連通を妨げる気密部材ガスケットが取り付けられる
サイレンサ。
請求項５または６に記載されたサイレンサのチューニング方法であって、
前記ガス流路をガスが流れるときの騒音のスペクトルのうち、前記サイレンサによって削減される周波数を測定する工程と、
前記測定された周波数と、前記サイレンサの設計上の消音ピーク周波数との比較に基づいて、前記天板部の前記高さ方向の位置を調節する工程
とを具備するサイレンサのチューニング方法。