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2・3級舶用機関整備士更新講習会指導書

 事業名 舶用機関整備士の資格検定事業
 団体名 日本舶用機関整備協会 注目度注目度5


6)ヤンマーアクティブ形排気消音装置
ヤンマーディーゼル株式会社
 
1. はじめに
 船内居住環境については以前より機関の防振支持、吸遮音・制振材などの防音材料、ハイスキュードプロペラなどが採用され改善効果を上げてきている。
 一方、船舶の離着岸時や停泊中における港湾周辺への環境影響については、その主要音源が機関の排気音であることから、改善を図るには極めて大形の排気消音器の搭載が必要で、スペース確保が困難なことから長年の課題とされてきた。
 当社では数年前よりこの課題に取り組み、船内に設置可能な小形・高性能アクティブ形排気消音装置の研究開発(末尾参考文献参照)を実施し、平成10年5月竣工の水産庁海洋調査船「照洋丸」に搭載され、「ブリッジや船外で格段に静かになった」と高い評価をいただいた。
 以下、今後の低騒音船参考資料として、ヤンマーアクティブ形排気消音装置について概要を説明する。
 
照洋丸(水産庁)
 
2. 排気消音器の種類と特性
 消音器にはパッシブ(受動)形とアクティブ(能動)形とがある。
 パッシブ形消音器は従来から一般に用いられており、消音しようとする音波(1次音)自体の反射、干渉、吸収作用を利用して消音するもので、排気消音器としては膨張形、共鳴形、吸音形を組合せ、全体として効率よく排気音を消音するよう構成されている。
 しかしながら、より大きな消音効果を得るには必要消音特性の最大値が増大し、さらにより低い周波数まで消音しなければならず、消音器容積の増大や圧損を考慮した多段接続が必要となり、極めて大形の消音器となる問題がある。
 一方、アクティブ形消音器(一般にはANC:Active Noise Cancellation)は図1のとおり、干渉音波(2次音)を回転パルス信号や排気音圧信号などの電気信号をもとに生成し、増幅してスピーカから放射する方式であるため、さほど大形にならないメリットがある。しかしながら、方式にもよるが一般に下記の制約がある。
・高周波音は排気管内で一様な音波でなくなる為、消音効果はほとんど期待できない。
・干渉部では排気音と逆位相で同一振幅の音圧を発生させなければならないため、スピーカ放射音圧が不足すると消音効果が悪化、さらには消音不可能となる。
・電源が必要である。
 
図−1 ANCの原理と基本構成
 
3. YAC形(ヤンマーアクティプ形)排気消音装置
 低・中周波音はANCで、高周波音は吸音形パッシブ消音器(整音管)で消音するよう構成したハイブリッド形排気消音装置(以下YAC)で、小形・高性能、低圧損が特徴である。以下順を追って説明する。
3.1 構成
 図2、3にYACの構成と外形図を示す。
 
(拡大画面:63KB)
図−2 YACの構成
 
(拡大画面:81KB)
図−3 外形図(YAC−M350)
 
1)センサーマイクユニット
 干渉管より音波の上流で排気音を検出し、コントローラヘの入力信号とする。
 他の方式では回転パルス(1パルス/2回転など)信号を用い、その高調波成分とで排気音と見なす方式もあるが、排気音を直接検出するセンサーマイク方式は、図4のとおり定常運転時はもちろん機関回転数や負荷が変化した場合の消音の追随性にも優れている。
 尚、センサーマイク、モニターマイクとも排気音波の検出にはプローブ方式を採用し、マイクロフォンに排気ガスが直接触れないよう保護している。
2)コントローラ
センサーマイク信号を高速演算処理し、スピーカ放射音が干渉管で排気音とは逆位相で大きさが等しい音波となるよう制御する。又、モニターマイク信号も入力され、常にその信号が最小となるよう適応制御されている。
 
図−4 YACの消音追随性
 
 YACでは、演算部にDSP(Digital signal Processor)を採用し、高速・高精度化を図るとともにDSPのフィルター特性を消音中でもオンラインで最適化するなど独自の消音制御方式として、高消音量と安定性の両立を実現している。
 又、コントローラには消音の状態が一目で解るようにセンサーマイク、モニターマイクの信号レベルを表示し、動作の確認と万一異常が発生した場合の原因が解るようになっている。
3)整音管
 吸音形のパッシブ消音器で概ね500HZ以上の高周波音の消音を分担している。分割形の細長い形状として船内での配管性を向上させた。
4)音響管
 スピーカ放射音の増幅と排気ガスからスピーカを保護するYAC独自の構造である。即ち、補機関など回転一定で運転される場合は、主要排気音の周波数が固定されるため、その周波数でスピーカ放射音を音響管の気柱共鳴作用により増幅させ、スピーカの小形化と増幅器の省パワー化を可能とした。
 YACシリーズでは、補機関など回転一定機関では音響管の増幅効果によりスピーカ1個を、主機関など回転を変更させる機関ではスピーカ2個を標準としている。
5)スピーカユニット
 コントローラで演算処理された信号を増幅器をとおしてスピーカから干渉音波(2次音)として放射する。ユニット内には冷却用ファンを内蔵し、外部から空気を吸い込み、スピーカを冷却後音響管に導かれ、排気ガスがスピーカに触れないよう音響管内の排気ガスを押し出す、いわゆるエアカーテンによりスピーカを保護する構造とした。
 ファンは制御盤電源回路により、機関始動とともに運転され、機関停止後も余熱が除去されるまで運転するようにしている。
6)モニターマイクユニット
 排気音と2次音との干渉後の排気音およびスピーカから発せられるシステム検定用信号を検出し、コントローラにフィードバックされ、DSPのフィルター特性をオンラインで調節することにより、常に最良の状態でANCが作動するようにしている。
7)制御盤
 コントローラ、増幅器の他電源回路や警報回路などが収納されており、機関起動とともにANCが立ち上がるなど自動化により使い勝手を良好にした。
8)その他
・万一、冷却ファンの故障により排気ガスが冷却風入り口部より逆流した場合は、緊急用として冷却風入り口バルブを閉にし、排気ガスの逆流を防止できるようにした。又、そのままの状態で機関を運転しなければならない場合は、干渉管部の遮断フランジを閉にしておけば長期間の運転も可能である。尚、この場合ANCは作動停止となり、排気音は約15dBA上昇することになる。(ANC ON:70dBA、OFF:85dBA/1m)
・YACは整音管部、干渉管部とも排気ガスがほぼストレートに流れる構造のため、圧損は極めて低く(約50mmAq以下)、パッシブ消音器に比べ機関性能に与える影響も少ない。







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更新日: 2019年9月14日

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