JP6840670B2 - 能動騒音制御システム - Google Patents

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Description

本明細書に開示した主題は、産業機械システムで使用するための能動騒音制御に関する。
タービンエンジンや他の燃焼エンジンを採用するものなどの発電所は、機器のハウジング内部で騒音を過剰に発生させることがよくある。吸い込みダクトと排出ダクトは、空気/ガスと騒音を内部の作動域からハウジング外部に運ぶ。残念ながら、発電所は、音響レベルが制限されるか又は望ましくない区域内に配置されることがある。この状況では、騒音制御が望まれている。
国際公開第00/05489号
最初に権利請求した発明と釣り合いの取れる範囲の或る種の実施形態については、下に要約している。これらの実施形態は、権利請求した発明の範囲に限定することを意図しておらず、寧ろ、これらの実施形態は、本発明の可能性ある様態の簡潔な要点を提供することだけを意図している。実際、本発明は、下に記載する実施形態と類似又は相違し得る様々な様態を網羅することができる。
第1の実施態様では、システムは、発電ユニットの吸い込み部又は排出部の内部に設置されるように構成された能動騒音制御(ANC)モジュールユニットを含み、ANCモジュールユニットは、空気吸い込み部又は排出部の内部に適合するために形状付けされたANCハウジングと、ANCハウジングの内部に固定されるように構成されたANCコアと、を含み、ANCコアは、発電ユニットによって生じる音を検出するように構成されたマイクロフォンと、マイクロフォンからの音響信号及び1組の前もって決められた騒音軽減伝達関数に基づいて騒音消除音(noise−canceling sound)を制御するように構成された制御ボードと、第1の騒音消除音を空気吸い込み部又は排出部に送達するように構成された第1のスピーカと、を含む。
第2の実施形態では、システムは、発電ユニットの内部で使用するための吸い込み部又は排出部を含み、複数のANCモジュールユニットを含み、各ANCモジュールユニットは、空気吸い込み部又は排出部の内部に適合するために形状付けされたANCハウジングと、ANCハウジングの内部に固定されるように構成されたANCコアと、を含み、ANCコアは、発電ユニットによって生じる音を検出するように構成されたマイクロフォンと、騒音消除音を空気吸い込み部又は排出部に送達するように構成されたスピーカと、複数の入力用の前もって決められた伝達関数を含むと共に、複数のANCモジュールユニットのマイクロフォンから受信する音響信号に基づいて複数のANCモジュールユニットにおいてANCモジュールユニットからの騒音消除音を制御するように構成された制御ボードと、を含む。
第3の実施形態では、システムは、発電ユニットの燃焼排出部の内部で使用するためのANCモジュールユニットを含み、ANCモジュールユニットは、発電ユニットの燃焼排出部の内部で生じる音を検出するように構成されたマイクロフォンと、マイクロフォンから音響信号を受信して、マイクロフォンからの音響信号及び1組の前もって決められた騒音軽減伝達関数に基づいて騒音消除信号(noise−canceling signal)を送信するように構成された制御ボードと、騒音消除信号に対応して、プレート又はアレイ状のプレートを揺すって、燃焼排出ダクト又はスタックの中に騒音消除音を作り出すように構成された複数のシェーカと、を含む。
本発明のこれらや他の特徴、態様、及び利点については、図面全体にわたって同様の符号が同様の部品を指す添付の図面を参照して、以下の詳細な説明が解釈されるとき、より良く理解されるであろう。
能動騒音制御(ANC)モジュールユニットを利用するガスタービンエンジンシステムの実施形態の概略図である。 図1のガスタービンエンジンシステムのANCモジュールユニットの実施形態の断面側面図である。 図1のガスタービンエンジンシステムの空気吸い込み部の実施形態の斜視図である。 図1のガスタービンエンジンシステムの空気吸い込み部でANCモジュールユニットを採用しているダクトの実施形態の斜視図である。 図1のガスタービンエンジンシステムのダクト内部の流れ経路の中に設置されたANCモジュールユニットの実施形態の断面図である。 図1のガスタービンエンジンシステムの燃焼排出スタックの中に設置されたANCモジュールユニットの実施形態の断面図である。 図1のガスタービンエンジンシステムのANCモジュールユニットによって使用され得る方法のフローチャートである。
本発明の1つ又は複数の特定の実施形態については、下で説明する。これらの実施形態を簡潔に説明することを目指して、現実の実施における特徴についてすべては本明細書に説明していないことがある。理解すべきことは、任意のそういった現実の実施の展開において、任意の工学や設計のプロジェクトにおけると同様に、実施によって異なり得るシステム関連やビジネス関連の制約について遵守するなどの開発者の具体的目標を達成するために、実施に特有の決断を数多く行わなければならない、ということである。更に、理解すべきことは、そういった展開の努力が、複雑且つ時間の要することがあるが、それでも本開示の恩恵を受ける当業者にとっては、日常業務的な設計、製作、及び製造の仕事になるであろう、ということである。
本発明の様々な実施形態の要素を紹介するときに、冠詞「1つの(a)」、「1つの(an)」、「その(the)」、及び「前記(said)」は、その要素が1つ又は複数存在することを意味するように意図している。用語「含む(comprising)」、「含む(including)」、及び「有する(having)」は、包括的であることを意図しており、また、列挙した要素以外の追加の要素が存在してもよいことを意味している。
本開示の実施形態は、騒音を発生させる産業プロセスを実行するシステムで使用し得る能動騒音制御(ANC)モジュールユニットを含む。ANCモジュールユニットは、例えば、システムのダクトの外側開口を出て行く騒音を減衰又は軽減させる。吸収性の繊維充填バッフル又はダクトワークなどの受動騒音防止システムだけを使用するというより寧ろ、ANCモジュールユニットは、エンジン及び機器によって生じる音と位相が異なる音を発生させるスピーカや他の音響デバイスを採用している。これは、騒音のレベルを消除又は軽減するように機能することがあり、そういうことで、システムは、集合的により静かになる。ANCモジュールユニットは、スペースとダクト圧力損失の観点から騒音を効果的に軽減するように個別的又は集合的に機能することがある。
実施形態によっては、各モジュールユニットは、予めプログラムされて、各ANCモジュールユニットの制御ボード上に定義済みであるシステムの場所特有の特徴に従って騒音に対応する。したがって、ANCモジュールユニットは、誤差マイクロフォンを使用することなく騒音を消除又は軽減することができる。システムは、ANCモジュールユニットを幾つか含んでいてもよい。ANCモジュールユニットの組み合わせは、広い周波数範囲に渡って効果的な騒音の消除又は軽減をもたらす。
図1は、下で詳細に説明するように、ANCモジュールユニットを採用し得るガスタービンエンジン12を含む例示的なシステム10のブロック図である。特定の実施形態では、システム10は、航空機、ウォータクラフト、機関車、又はそれらの組み合わせを含むことがある。ANCモジュールユニットは、蒸気タービンユニット、燃焼発電ユニット、産業プロセスユニット、圧縮機、動力駆動ユニット、又は他のものなどの他の発電ユニットにおいて採用されることもある。ガスタービンエンジン12は、建物の壁やエンクロージャ2の内部に含められる。エンクロージャ2は、ガスタービンエンジン12を外部の材料及び力からシールド及び保護すると共に、タービンケーシング及びエンクロージャ内部の他の支持用構成要素の周りに空気を導く。エンクロージャ2は、吸い込みベント4及び排出ベント6を含む。吸い込みベント4及び排出ベント6の個々は、多数のベント及び/又は場所を含んでいてもよく、そこでは空気や他のガスがエンクロージャ2の内及び外に運ばれる。追加的に、吸い込みベント及び排出ベント6は、ガスタービンエンジン12の中又は周りで使用される空気を浄化するためのフィルタ、バッフル、及び/又は処理システムを含んでいてもよい。
図示したガスタービンエンジン12は、エンクロージャ2の吸い込みベント4の一部として燃焼空気吸い込みセクション16及び換気吸い込みセクション17を含む。燃焼吸い込みセクション16は、空気をガスタービンエンジン12に向け、それに対して、換気吸い込みセクション17は、例えば、ガスタービンエンジン12の構成要素を冷却するために、空気をガスタービンエンジン12の周りに向ける。ガスタービンエンジン12は、圧縮機18、燃焼器セクション20、タービン22、及び排出セクション24も含む。タービン22は、シャフト26を介して圧縮機18に結合される。矢印で示すように、空気は、吸い込みセクション16を通ってガスタービンエンジン12に入って、圧縮機18の中を流れることができ、燃焼器セクション20の中に入る前に空気が圧縮される。圧縮機18からの圧縮空気は、燃焼器27に入り、そこでは、圧縮空気が燃焼器27の内部で燃料と混合及び燃焼して、タービン22を駆動する。図示した燃焼器セクション20は、圧縮機18とタービン22の間でシャフト26に関して同心状又は環状に配設される燃焼器ハウジング28を含む。
燃焼器セクション20から、高温の燃焼ガスが、タービン22を通って流れて、シャフト26を介して圧縮機18を駆動する。例えば、燃焼ガスは、シャフト26を駆動するためにタービン22の内部のタービンロータブレードに原動力を加えることができる。タービン22を通過後、高温の燃焼ガスは、排出セクション24の内部の一連のダクト19を通ってガスタービンエンジン12から出ることができる。そのうえ、下で説明するように、燃焼吸い込みセクション16、換気吸い込みセクション17、燃焼排出セクション24、及び換気排出セクション25の個々は、ダクト29を含むことがある。燃焼ガスは、とりわけ蒸気タービン、熱移動システム、及び排出処理システムなどの追加のシステムを幾つか通過することがある。追加的に、ガスタービンエンジン12から下流であるように図示されているが、排出セクション24は、他の実施形態では、任意の他の騒音源即ち燃焼システムの後ろに配置されてもよい。ガスタービンエンジン12は、ここではシステム10の一例であり、高温の燃焼ガスが、システム10の内部で採用される比較的高い温度のせいで、設計の制約をもたらすことがある。そのうえ、排出セクション24及びダクト29は、騒音源(例えば、ガスタービンエンジン12)から下流にあるように説明されることがあり、それは騒音源とシステム10の出口の間を意味する。即ち、「下流(downstream)」は、下で言及する際、空気流(例えば、燃焼吸い込みセクション16又は換気吸い込みセクション17の中の)が音の進行方向に反対に流れていても、騒音源に関して説明される。
理解され得るように、空気と燃料の混合物の燃焼は、過剰な騒音を作り出すことがある。おまけに、圧縮機セクション18によって生じる騒音は、吸い込みベント4及び排出ベント6を通過する。システム10によって作り出される騒音に対抗するために、燃焼吸い込みセクション16、換気吸い込みセクション17、燃焼排出セクション24、及び換気排出セクション25の個々は、ANCモジュールユニット30を含むことができる。各セクションについてのANCモジュールユニット30は、その場所の明細に同調させることができる。即ち、下で図面に関して詳細に解説しているように、セクション(例えば、燃焼吸い込みセクション16、換気吸い込みセクション17、燃焼排出セクション24、及び換気排出セクション25)の個々は、その特定の領域における騒音の制御/消除の性能を改善する材料及び構成を含むことができる。ANCモジュールユニット30は、セクションの中を進行するシステム10によって作り出される音と位相が反対である音を作り出すことができ、したがって、セクションの出口から発散する音を消除及び減衰させる。セクションを出て行く音の特定のサインは、とりわけダクト29の幾何学、ANCモジュールユニット30の場所、セクションを通過するガスの物理的特性(例えば、温度、圧力)を含めて、幾つかの場所特有の特徴に依存することがある。これらの場所特有の特徴は、伝達関数にまとめることができ、1つ又は複数のANCモジュールユニット30に組み込むことができる。
図2は、吸い込みベント4の内部で使用し得るANCモジュールユニット30の実施形態の断面側面図である。ANCモジュールユニット30は、中心コーン36によって相互に連結されるANCハウジング32及び分流器34(即ち、フィルタ媒体又はフィルタカートリッジ若しくはフィルタキャニスタ)を含む。中心コーン36は、エンクロージャ2の吸い込みベント4のダクト29(例えば、燃焼吸い込みセクション16又は換気吸い込みセクション17)の内部にANCモジュールユニット30を実装するために使用することもできる。典型的には、図2の中間ストリーム型(mid−stream)ANCモジュールユニット30は、燃焼吸い込みセクション16又は換気吸い込みセクション17の流れ経路の内部に大部分が実装でき、それらの領域では流れ経路内の空気が比較的冷たい。より冷たい空気/ガスは、燃焼吸い込みセクション16又は換気吸い込みセクション17が、分流器34及びANCハウジング32の中又は周りに空気/ガスが流れる流れ経路を含むことを可能にする。
ANCモジュールユニット30が配置される流れ経路の場所特有の制約は、分流器34(即ち、フィルタ媒体又はフィルタカートリッジ若しくはフィルタキャニスタ)及びANCハウジング32の形状及び/又は場所を決定する。分流器34(即ち、フィルタ媒体又はフィルタカートリッジ若しくはフィルタキャニスタ)及び/又はANCハウジング32は、図2に示すように、円筒形状を有する。追加的及び/又は代替的に、各分流器34及びANCハウジング32は、他の形状(例えば、矩形、扁平、正方形、三角形、六角形、又はその他)に作製することができ、ANCモジュールユニット30が、システム10内部の特定の場所に適合することができ、或いは、最適な流れ状態を提供することができる。即ち、ANCハウジング32の形状は、空気/ガスに影響を及ぼして最小の音響学的乱流をもって流れるように形状付けすることができる。ANCモジュールユニット30の場所は、システム10の内部の利用可能なスペースによって影響を及ぼされることがある。即ち、ANCモジュールユニット30は、システム10の他の構成要素が欠けている領域に制約されることがあり、スペースの形状は、ANCハウジング32及び分流器34のそうであるべき形状を決定することがある。追加的に、ANCモジュールユニット30によって作り出される騒音制御量は、位置によって様々であることがあり、ANCモジュールユニット30の場所は、この騒音制御のための可能性に基づいて影響を及ぼされることがある。
分流器34(即ち、フィルタ媒体又はフィルタカートリッジ若しくはフィルタキャニスタ)及びANCハウジング32に加えて、図2のANCモジュールユニット30は、ANCコア44を含み、それはフォーム被覆されることがあり、騒音制御/消除に役立つ追加の構成要素を固定する。ANCコア44は、下で詳細に説明するように、音をキャプチャしてANCモジュールユニット30からの騒音消除音を送達するための電子部品を含む。ANCコア44は、導波路46によって内側領域42に対して内部的に実装されるフォーム構造を含むこともあり、また、最適な流れ状態を提供する三角形、実質上正方形、矩形、六角形、又は八角形の幾何学を含むことがある。即ち、ANCコア44の形状は、空気/ガスに影響を及ぼして最小の音響学的乱流をもって流れるように形状付けすることができる。図示したように、導波路46は、ANCモジュールユニット30を通る空気流の衝撃を最小化する薄いアタッチメントを介して、ANCハウジング32の内側部分40にANCコア44を固定することができる。他の実施形態では、導波路46は、より長くする又はフィン様にすることができ、したがって、ANCハウジング32を通る流れ経路が、多数の離散領域に分割される。例えば、ANCハウジング32は、2、3、4、5、6、7、8以上の離散領域に分割されることがある。各離散領域は、特定の調性騒音又は騒音周波数の範囲を制御又は軽減するために寸法決めされることがある。例えば、より多い数の導波路46に対応するより小さい離散領域は、より高い周波数範囲における調性騒音を軽減することがある。
図2のANCコア44は、音を制御又は軽減するために1つ又は複数の場所に実装される1つ又は複数のスピーカ48を含む。図示したように、スピーカ48は、ANCモジュールユニット30の前方端部38の近くに位置することがある。前方端部38は、実施形態によっては、そこから空気がANCモジュールユニット30に入って音が出て行く場所にすることができる。即ち、特定の実施形態では、音は、空気流と反対の方向に進むことがある。例えば、図2では、空気の流れは、図の左から右にすることができ、それに対して、音は、その逆に図2の右から左に進むことができる。特定の例では、空気の流れは、空気の通過を可能にする、例えば、メッシュ材料又は任意の他の材料で構成され得る分流器34を通してANCモジュールユニット30を半径方向に通り越すことがある。上で述べたように、ANCコア44は、ANCハウジング32を離散領域に分割する導波路46を含むことがある。例えば、ANCハウジング32を分割する離散領域が、2、3、4、5、6、7、8以上存在することがある。各離散領域は、図2に図示した前方スピーカ48の代わりに、或いはそれに加えて、分離型スピーカ48を含むことがある。分離型スピーカ48は、同一の音を作り出すことができ、或いは、吸い込みベント4の内部の騒音の特定の副次的部分に焦点を合わせる信号を個別に付与することができる。例えば、ANCモジュールユニット30の1つの離散領域内に位置決めされるスピーカ48は、1つの周波数範囲の音を制御又は軽減することができ、それに対して、ANCモジュールユニット30の異なった離散領域内に位置決めされる異なったスピーカ48は、異なった周波数範囲の音を制御又は軽減する。
ANCコア44のスピーカ48によって作り出される音は、ANCコア44の一部でもある制御ボード50によって決定される。音は、略50Hzから略4000Hzの間のエンジン12によって生じる音を制御又は軽減するために作り出されることがある。しかしながら、他の実施形態では、作り出された音は、略5000Hz、略6000Hz、略7000Hz、略8000Hz以上までの周波数でエンジン12によって生じる音を制御又は軽減することがある。下で詳細に説明しているように、制御ボード50は、多数の範囲からの音を制御又は軽減する多数のスピーカ48に騒音消除信号を送ることができる。制御ボード50は、消除されるべき音に基づく要求通りに、例えば、1入力1出力(SISO)、1入力複数出力(SIMO)、複数入力1出力(MISO)、又は複数入力複数出力(MIMO)のセットアップを含むことがある。
異なったモジュール、異なった部品を制御すること、場所、及び/又は、フィルタハウスのシステムは、異なった周波数範囲に焦点を合わせることのできる異なった伝達関数を使用することがある。例えば、換気部分音伝達関数及びANCダクトシステム設計は、一方向で低い−中間の周波数について最適化することができ、それに対して、燃焼部分は、燃焼エンジン騒音について、低い及び中間の周波数範囲で、また、空気入口圧縮機ブレード通過周波数及びハーモニクス(air inlet compressor blade−pass frequencies and harmonics)などの特定の高い周波数範囲で最適化することができる。制御ボード50は、ANCモジュールユニット30の場所特有の特徴及び設置した場所(例えば、吸い込みベント4、燃焼吸い込みセクション16、換気吸い込みセクション17など)に従って前もって決められた永久又は一時メモリ(即ち、ROM又はRAMメモリ)上にデジタルで記憶することのできる伝達関数を用いてプログラムされる。例えば、場所特有の特徴は、ダクト29の幾何学的な配置、ANCモジュールユニット30の位置、又は周囲の材料(例えば、ダクト29、エンジン12など)の残響に関する可能性を含むことがある。
スピーカ48に送達するための音響信号を決定するために、制御ボード50は、マイクロフォン52から音響信号を受け取るが、ANCモジュールユニット30の下流で音を検出するための誤差マイクロフォンを含まない。図2に図示するように、マイクロフォン52は、ANCコア44上に配置され得るが、マイクロフォン52は、スピーカ48とマイクロフォン52の間の良好な同期と通信が存在する限り、分流器34上に配置することもできる。スピーカ48、制御ボード50、及びマイクロフォン52は、構成要素(即ち、スピーカ48、制御ボード50、及びマイクロフォン52)が同じ構造的な構成要素上に全て位置するかいずれにしても、ANCコア44として集合的に指定することができる。しかしながら、他の実施形態では、1つ又は複数のスピーカ48、制御ボード50、及びマイクロフォン52は、1つ又は複数のスピーカ48、制御ボード50、及びマイクロフォン52を備えた物理的に区別可能な場所(例えば、共通のエンクロージャの部分でない)の中にあることがある。追加的に、ANCモジュールユニット30は、吸い込みベント4の内部の複数の場所から騒音を検出して運ぶために複数のマイクロフォン52を含むことがある。ANCモジュールユニット30は、そういうことで、複数のマイクロフォン52からの適切な信号を用いて騒音消除音を適切な場所に効果的に送達するために位置決めすることができる。それ故に、システム10は、全体として、発泡体やバッフルなどの大規模な受動騒音減衰に依存することなく、より静かである。
図3は、図1のガスタービンエンジンシステム10の吸い込みベント4の実施形態の斜視図である。吸い込みベント4は、図1に示すように燃焼吸い込みセクション16及び換気吸い込みセクション17を含む。図3に図示したように、吸い込みベント4は、幾つかの流れ経路穴55を有する4つの区画53(この実施形態では3つの区画で構成される燃焼用の大きなセクションと、換気用の1つの区画を備えた小さなセクション)を含む。1つ又は複数の流れ経路穴55は、上で説明したANCモジュールユニット30のうちの1つを含むことがある。各流れ経路穴55は、空気/ガス用の通路を代表することもあり、通路は、下で説明するように、通路に隣接して位置決めされたANCモジュールユニット30のうちの1つを含む。いずれの場合でも、騒音は、騒音源から伝搬して、吸い込みベント4の内部から、ANCモジュールユニット30の個々のマイクロフォン52に、次いで、スピーカ48に、となる。ANCモジュールユニット30のスピーカ48は、制御ボード50上に記憶された伝達関数に基づいて、マイクロフォン52によって検出された騒音を制御又は軽減するために音を作り出す。
区画53内部の各位置に関連した場所特有の特徴は、ANCモジュールユニット30の個々の制御ボード50の内部に記憶された伝達関数に貢献する。例えば、1つの位置(例えば、区画53の周囲の流れ経路穴55のうちの1つ)のANCモジュールユニット30は、1つの周波数範囲(例えば、100Hz〜1500Hz又は100Hz〜2000Hz)の騒音を制御するために対応することができ、その一方、異なった位置(例えば、区画53の中心の流れ経路穴55のうちの1つ)のANCモジュールユニット30は、異なった周波数範囲(例えば、1500Hz〜3000Hz又は1000Hz〜3000Hz)の騒音を制御するために対応することができる。追加のANCモジュールユニット30は、各個々のANCモジュールユニット30の周波数範囲をより狭くするために結合することができる。例えば、周波数範囲は、3つの異なったANCモジュールユニット30に関して、略100Hz〜1066Hz、略1066Hz〜2033Hz、及び略2033Hz〜3000Hzを含むことがある。理解され得ることは、周波数範囲の他の分割についても予想されるということである。そのうえ、ANCモジュールユニット30は、制御又は軽減される周波数を重ね合わせることができる。そういうことで、場所特有の特徴の特定の組に関して、吸い込みベント4は、全体として、システム10のエンクロージャ2の内部から発散する騒音を効果的に制御又は軽減することができる。
区画53と区画53内部の流れ経路穴55の寸法及び数は、音の制御及び軽減を改善するために調整することができる。図示した実施形態では、各区画は、約20の吸い込み流れ経路穴55を含み、それらを通して、空気がフィルタ濾過及び/又はエンクロージャ2の内部セクションに送達される。燃焼吸い込みセクション16及び換気吸い込みセクション17は、寸法の点で同様にできる、即ち、個々が等しい数の区画53を含む。他の実施形態では、燃焼吸い込みセクション16は、換気吸い込みセクション17より大きく又は小さくすることができる。例えば、燃焼吸い込みセクション16は、吸い込みベント4の4つの区画53のうちの3つ、或いは、吸い込みベント4の4つの区画53のうちの1つを含むことができる。
図4は、図1のシステム10の吸い込みベント4の内部にANCモジュールユニット30及び31を採用するダクト29の実施形態の斜視図である。図4のダクト29は、図3に図示した吸い込み流れ経路穴55を代表することができ、或いは、システム10のエンクロージャ2の内部の他の場所に位置することができる。ANCモジュールユニット30は、図示したように、分割されており、したがって、各ANCモジュールユニット30のマイクロフォン52は、側部54に位置決めされ、スピーカ48は、ダクト29の底部56に位置決めされる。空気流は、表面60を通じてダクト29に入るであろうし、側部60は、側部54とちょうど反対であり、その中にANCモジュールユニット30及び31が実装される空気フィルタを通過する。多数のANCモジュールユニット30を位置決めすることは、入口空気がダクト29を通過するので、より正確で効率的な騒音の消除を可能にすることがある。追加的に、ANCモジュールユニット30の異なった位置(例えば、側部54と底部56)は、全体的な騒音消除においてより効果的であることがある。図示した実施形態に加えて、他の構成も同じく採用することができる。
1組のANCモジュールユニット30、31の追加の特徴として、多数のANCモジュールユニット30がダクト29の中に設置されるとき、多数のスピーカ48は、特定のスピーカ48の出力を決定するために、単一の制御ボード50に依存することがある。即ち、ANCモジュールユニット30及び31からのマイクロフォン52は、共に音響信号を単一の制御ボード50に送信することがあり、2つの騒音消除信号がスピーカ48に送信される。制御ボード50は、ANCモジュールユニット30及び31の各スピーカ48に関して別個の伝達関数を含むことがあり、或いは、それに連結されているスピーカ48の個々に関して同じ伝達関数を採用することがある。即ち、制御ボード50の中にプログラムされた前もって決められた伝達関数は、2つのマイクロフォン52(ダクト29の側部54のANCモジュールユニット30及び31の中の)からの信号を操作して、2つの異なったスピーカ48に関する信号を作り出すために、プログラムされることがある。
図5は、図1の燃焼吸い込みセクション16又は換気吸い込みセクション17の内部の流れ経路62(即ち、ダクト又は移行部)に設置されたANCモジュールユニット30の実施形態の断面図である。この図5に示した構成は、換気排出セクション25において使用することもできるが、しかしながら、留意すべきことは、ベント排出の場合では、空気流並びに騒音は、同じ方向に移動し、したがって、この構成では、マイクロフォンは、バッフル実施形態の上流(左)側にあるであろうし、スピーカは、実施形態の右側にあるであろう、ということである。
ANCモジュールユニット30は、流れ経路62の内部のANCハウジング32上に実装されたマイクロフォン52を含む。図5の図示した実施形態では、ANCハウジング32は、ANCコア44(即ち、スピーカ48、制御ボード50、及びマイクロフォン52)の個々を囲んでいる。他の実施形態では、ANCコア44の1つ又は複数の構成要素は、遠くに位置して、流れ経路62の内部の構成要素に電子的に連結されることがある。ANCモジュールユニット30の内部では、スピーカ48がANCハウジング32の内側に実装されて、流れ経路62の方を指している。図5に図示した実施形態では、2つのスピーカが、ANCモジュールユニット30の内側側部に実装されて、流れ経路62の中に音が伝達される。ANCモジュールユニット30は、ANCの提供するものよりもより広い周波数範囲をカバーするために、及び/又は、ANCの提供する減衰を補足するために、他の不織布繊維充填音響スプリッタバッフルに類似する受動の消散的なサイレンシングを提供するように設計される部分やセクションを含むこともある。他の実施形態では、スピーカ48は、他の場所に位置決めされることがあり、より多くのスピーカを含むことがある。例えば、ANCモジュールユニット30は、ダクトの中を伝搬する音を消除するために、3、4、5、10以上のスピーカを含むことがある。図4のANCモジュールユニット30の利点は、燃焼吸い込みセクション16又は換気吸い込みセクション17のダクト29の中間に設置する能力を含む。例えば、ダクト29の中間の内部にANCモジュールユニット30を位置決めする能力により、ダクト29のセクションは、例えば、ダクト29の側壁がANCモジュールユニット30を支持することのできない状況やダクト29の側壁がANCモジュールユニット30の配置を妨げる他の構造体に隣接する状況において、利用することができる。図5のANCモジュールユニットの構成は、空気流及び音響経路をより小さいチャネルに細分化するために、複数の類似又は同一のANCモジュールの使用を可能にもして、消散的な技術(不織布繊維充填バッフルセクション、穿孔シート)並びにより効果的に作動するためのシステムのANC部分の双方を可能にする。追加的に、これらのシステムは、2つ以上のグループに配置することができ、各グループは、並列又は直列の様式で配置されたANCモジュールを有し、より大きな減衰が達成される、及び/又は、グループ毎の特定の周波数範囲に焦点が合わせられる。
図6は、図1のガスタービンエンジンシステム10の燃焼排出セクション24の中に設置されたANCモジュールユニットの実施形態の断面図である。同じようなシステムは、ガスタービンエンジンシステム10の換気排出セクション25の内部に設置されることがある。燃焼排出セクション24は、ガスタービンエンジンシステム10の他のセクションから通って流れる流れ経路62を存続させる。燃焼排出セクション24では、流れ経路62の空気/ガスは、燃焼器27内の燃焼とタービン22の流れ経路のおかげで高い温度になっている。流れ経路62に沿って進む燃焼ガスは、燃焼排出セクション24の排出スタック64に入り、上に向かって、そしてスタックの外に運ばれる。システム10からの音も、流れ経路62に沿って外に進み、排出スタック64の側部に位置決めされたマイクロフォン52によって検出される。
マイクロフォン52は、ANCモジュールユニット30の一部であり、燃焼排出セクション24の排出スタック64の内部で音を制御及び消除する。マイクロフォン52は、排出スタック64の内部で高温に耐えるために耐熱材料で構成することができ、或いは、音をスタックから温度保護環境中のスタック外部に位置するマイクロフォン組立体に伝えるための導波路として機能することができる。追加的に、マイクロフォン52は、マイクロフォン52から音響信号を伝達するワイヤ66によって制御ボード50に連結することができる。これにより、制御ボード50は、排出スタック64から遠くに、その中の高い温度から遠くに隔てて配置することができる。
制御ボード50は、マイクロフォン52からの音響信号を処理して、騒音消除信号をシェーカ49又はシェーカ49の組に伝達して、排出スタック64の内部の音を制御又は消除する。マイクロフォン52からの信号は、燃焼排出セクション24及び排出スタック64の場所特有の特徴に基づいている伝達関数で実行される。特徴は、排出スタック64を通過する燃焼ガスの温度及び/又は速度、排出スタック若しくは排出スタック64の他の幾何学的特徴部の長さ、マイクロフォン52及びシェーカ49の相対位置、シェーカ49の数などを含むことがある。ANCモジュールユニット30の制御ボード50は、次いで騒音消除信号をANCモジュールユニット30に関連するシェーカ49又はシェーカ49のグループに伝達する。シェーカ49は、内部の振動パネルをシェーカ49に連結するための連結ロッドを用いてスタック表面に外部から設置することができ、排出流れ経路(即ち、スタック)の内部に存在し得る高温状態にシェーカドライバを晒すことなく、パネルの音響上の駆動が可能である。
図示した実施形態では、ANCモジュールユニット30は、ワイヤ66によって制御ボード50に連結されるグループの6つのシェーカ49を含む。シェーカ49は、伝統的なダイヤフラム(排出ダクト64内部の高温のせいで悪化することのある)を含んでいないが、代わりに、シェーカロッド69によってプレート68に連結される。プレート68は、排出スタック64の内部で振動して、流れ経路62に沿って上流の音を制御及び/又は消除する音を作り出す。プレート68は、シェーカ49のシェーカロッド69に剛性結合され、制御ボード50からの信号に基づいて音を作り出すために個別に又はグループとして制御することができる。追加的に、各シェーカ49及びシェーカロッド69は、個別プレート68に結合できる。即ち、図6の図示した実施形態は、6つのプレート68を含むことができ、1つが各個別のシェーカ49及びシェーカロッド69のためである。そのうえ、排出スタック64は、各プレート68(図6に図示した実施形態では計3つのプレート68)のために2つのシェーカ49を、或いは、各プレート68(図6に図示した実施形態では計2つのプレート68)のために3つのシェーカ49を、含むことができる。マイクロフォン52及びプレート68は、摂氏略250度よりも高い温度で動作する。
図7は、騒音源からの音を制御するために図1のANCモジュールユニット30によって使用され得る方法70のフローチャートである。方法70は、マイクロフォン52で騒音源からの音を受信すること72を含む。騒音源は、図1に関して上で説明したガスタービンエンジン12であることがあり、或いは、過剰な騒音及び/又は音を作り出す他の産業プロセスであることがある。騒音源は、高温燃焼ガスや、受動発泡体又は不織布繊維充填音響バッフルを用いて減衰させることが困難であることがよくある広範囲の周波数を含むことがよくある。マイクロフォン52は、騒音の達する任意の場所からの音を受け取ることができる。即ち、マイクロフォン52は、制御ボード50又はスピーカ48から離れた位置に配置することができる。次に、方法70は、伝達関数を用いて音響信号を処理すること74を含む。伝達関数は、上で説明したように、ANCモジュールユニット30の制御ボード50の中に包含させることができる。伝達関数は、制御ボード50の中に永久又は一時メモリ(ROMs又はRAMs)によってデジタルで組み込み又は記憶され、そういうことで、音響信号の処理時に誤差マイクロフォンを使用しない。音響信号の処理は、音響信号を、制御ボード50の中にプログラムしてあった信号のテーブル又はリストと比較することを含むことができる。所与の入ってくる音響信号に関して、伝達関数は、所与の結果を処理する。追加的に、伝達関数は、音響信号中のキー周波数を識別してそれらの信号を遅延、例えば、180度位相をずらすアルゴリズムを含むことができる。
方法70は、騒音消除音をスピーカ48から発生させること76も含む。マイクロフォン52のように、スピーカ48は、制御ボード50、マイクロフォン52、又は双方から離して位置させることができる。図1〜図5に関して上で説明したように、スピーカ48は、騒音源から下流の音響上有益な様々な位置の範囲内で有利に位置決めすることができる。これにより、ANCモジュールユニット30は、システム10内部の貴重なスペースや容積を奪うことなく、騒音レベルを減衰及び/又は制御することができる。騒音消除信号は、マイックロフォン52によって受信された音に応答して生じると共に、ANCモジュールユニット30の設置されるシステム10の場所特有の特徴に同調される。実施形態によっては、騒音消除信号は、マイクロフォン52からの音響信号、伝達関数、及び、マイクロフォン52やスピーカ48の場所特有の特徴に単に基づくことがある。場所特有の特徴は、システム10の幾何学的特徴を含むことがある。例えば、騒音消除信号は、ANCモジュールユニット30の設置されるダクト29の形状に基づくことがある。ダクト29は、正方形又は丸い形状を有する断面を有することがあり、或いは、一方向が他方向より広くなっていることがある。ダクト29は、多数の湾曲部と角部を有することがあり、或いは、真っ直ぐである長い伸び部を有することがある。追加的に、ダクト29は、騒音源から進行するにつれて先細にすることができ、或いは、拡張することができる。これらの幾何学的な特徴の個々は、騒音消除音の伝搬に影響することがあり、騒音消除信号は、それに応じて発生されるであろう。そのうえ、場所特有の特徴は、ANCモジュールユニット30の様々な構成要素の場所を含む。例えば、騒音消除信号は、スピーカ48がダクト29の側部に位置決めされる場合には、スピーカ48がダクト29の中間に位置決めされる場合のそれとは異なって、発生されるであろう。
方法70は、追加のスピーカ48/シェーカ49からの騒音消除音を発生させること76も含む。ANCモジュールユニット30は、幾つかの異なったスピーカ48/シェーカ49を含むことがある。スピーカ48/シェーカ49は、単一の制御ボードに連結して、単一のマイクロフォンから受信した同じ音響信号に基づいて騒音消除音を発生させることができ、或いは、多数のマイクロフォンから受信した音響信号に基づいて騒音消除音を発生させることができる。そのうえ、伝達関数は、音響信号を処理して、マイクロフォン52及びスピーカ48/シェーカ49の各組み合わせの場所特有の特徴に基づいて各スピーカ48/シェーカ49によって別々に発生させることができる。
本発明の技術的な効果は、システム10及びANCモジュールユニット30の場所特有の特徴に対応するために調整されている伝達関数を包含するシステム10内部にANCモジュールユニット30を含むシステム10を含む。伝達関数は、音がシステム10を出る前に誤差マイクロフォンを使用することなく、騒音源(例えば、ガスタービンエンジン12)によって作り出される音の消除を可能にする。ANCモジュールユニット30は、そういうことで、スペース及び/又は寸法の制限を有するシステム内部に設置することができる。
ここに記載した説明は、例を用いて、ベストモードを含めて本発明を開示していると共に、任意のデバイスやシステムを作製及び使用することと任意の組み入れた方法を実行することとを含めて任意の当業者が本発明を実施できるようにもしている。特許性を有する本発明の範囲は、特許請求の範囲によって画定され、当業者の想到する他の例を含むことができる。そういった他の例は、特許請求の範囲の文字通りの用語と異ならない構造要素を有する場合に、或いは、特許請求の範囲の文字通りの用語に対する差異の実体がない等価な構造要素を含む場合に、特許請求の範囲の範囲内にあることを意図している。
2 エンクロージャ
4 吸い込みベント
6 排出ベント
10 システム
12 ガスタービンエンジン
16 燃焼吸い込みセクション
17 換気吸い込みセクション
18 圧縮機
20 燃焼器セクション
22 タービン
24 排出セクション
25 換気排出セクション
26 シャフト
27 燃焼器
28 燃焼器ハウジング
29 ダクト
30 ANCモジュールユニット
32 ANCハウジング
34 分流器
36 中心コーン
38 前方端部
40 内側部分
44 ANCコア
46 導波路
48 スピーカ
49 シェーカ
50 制御ボード
52 マイクロフォン
53 区画
54 側部
55 流れ経路穴
56 底部
60 表面
62 流れ経路
66 ワイヤ
68 プレート
69 シェーカロッド

Claims (19)

  1. エンクロージャ(2)の内部に配置された発電ユニットと共に、前記エンクロージャ(2)の内部に配置された吸い込みセクション(16、17)又は排出セクション(24、25)に設置されるように構成された能動騒音制御(ANC)モジュールユニット(30)を含むシステムであって、前記ANCモジュールユニット(30)は、
    前記吸い込みセクション(16、17)又は排出セクション(24、25)の内部に適合するために形状付けされたANCハウジング(32)と、
    前記ANCハウジング(32)の内部に固定されるように構成されたANCコア(44)と、を含み
    前記ANCコア(44)は、前記ANCハウジング(32)内で、前記空気又はガスの流れに沿って第1の端部から第2の端部へ延びる形状に形状付けられ、
    前記ANCコア(44)は、
    前記発電ユニットによって生じる音を検出するように構成され、前記第1の端部に配置されたマイクロフォン(52)と、
    騒音消除音を発生するように構成され、前記第2の端部に配置されたスピーカと、
    前記マイクロフォン(52)によって検出される前記音及び、メモリに記録された騒音軽減伝達関数に基づいて前記騒音消除音を制御するように構成された制御ボード(50)と、を含み、
    前記騒音軽減伝達関数は、前記ANCモジュールユニット(30)が配置される場所に応じて前記騒音消除音の周波数範囲を最適化するように構成され、
    前記スピーカは、前記吸い込みセクション(16、17)又は前記排出セクション(24、25)音が出て行く場所となる、前記ANCハウジング(32)の前方端部(38)の近くに位置付けられる、システム。
  2. 前記ANCモジュールユニット(30)は、前記ANCハウジング(32)の内部で前記ANCコア(44)を支持するように構成された複数の部材(46)を含む、請求項に記載のシステム。
  3. 前記複数の部材(46)は、前記ANCモジュールユニット(30)を通る流れ経路を第1のスピーカが配置される第1の離散領域と第2のスピーカが配置される第2の離散領域とに分割る、請求項2に記載のシステム。
  4. 前記ANCモジュールユニット(30)は、第3の離散領域内に位置する第3のスピーカを含む、請求項3に記載のシステム。
  5. 前記第1のスピーカは、第1の周波数範囲の騒音を消除するために騒音消除音を発生するように構成され、
    前記第2のスピーカは、第2の周波数範囲の騒音を消除するために追加の騒音消除音を発生するように構成され、前記第1の周波数範囲は、前記第2の周波数範囲に対して等しいか又は少なくとも部分的に異なっている、請求項またはに記載のシステム。
  6. 前記ANCコア(44)は、受動騒音制御バッフルの内部に位置すると共に、受動の消散的なサイレンシングを提供する部分を備える、請求項1乃至のいずれかに記載のシステム。
  7. 前記ANCハウジング(32)は円筒形の外形形状を有している、請求項1乃至のいずれかに記載のシステム。
  8. 前記マイクロフォン(52)、制御ボード(50)、及びスピーカは、略50Hzから略4000Hzの間の範囲における騒音消除音を発生するように構成される、請求項1乃至のいずれかに記載のシステム。
  9. エンクロージャ(2)の内部に配置された発電ユニットと共に、前記エンクロージャ(2)の内部に配置された吸い込みセクション(16、17)又は排出セクション(24、25)を含むシステムであって、前記吸い込みセクション(16、17)又は排出セクション(24、25)は、
    複数の能動騒音制御(ANC)モジュールユニットを含み、各ANCモジュールユニット(30)は、
    前記吸い込みセクション(16、17)又は排出セクション(24、25)の内部に適合するために形状付けされたANCハウジング(32)と、
    前記ANCハウジング(32)の内部に固定されるように構成されたANCコア(44)と、を含み
    前記ANCコア(44)は、前記ANCハウジング(32)内で、前記空気又はガスの流れに沿って第1の端部から第2の端部へ延びる形状に形状付けられ、 前記ANCコア(44)は、
    前記発電ユニットによって生じる音を検出するように構成され、前記第1の端部に配置されたマイクロフォン(52)と、
    騒音消除音を発生するように構成され、前記第2の端部に配置されたスピーカと、
    メモリに記録された、複数の入力用の伝達関数を含むと共に、前記複数のANCモジュールユニットの前記マイクロフォンによって検出される前記音に基づいて前記複数のANCモジュールユニット(30)においてANCモジュールユニット(30)からの前記騒音消除音を制御するように構成された制御ボード(50)と、を含み、
    前記伝達関数は、前記ANCモジュールユニット(30)が配置される場所に応じて前記騒音消除音の周波数範囲を最適化するように構成され、
    前記スピーカは、前記吸い込みセクション(16、17)又は前記排出セクション(24、25)音が出て行く場所となる、前記ANCハウジング(32)の前方端部(38)の近くに位置付けられる、システム。
  10. 前記吸い込みセクション(16、17)又は排出セクション(24、25)は、第1の区画及び第2の区画を含み、前記第1の区画は、前記発電ユニットの第1のセクションに対応すると共に、前記複数のANCモジュールユニット(30)の第1のセットを収容するように構成され、前記第2の区画は、前記発電ユニットの第2のセクションに対応すると共に、前記複数のANCモジュールユニット(30)の第2のセットを収容するように構成される、請求項9に記載のシステム。
  11. 前記複数のANCモジュールユニット(30)は、直列に配置され、したがって、各ANCモジュールユニット(30)は、前記音の流れに沿ってそれぞれの騒音消除音を連続的に発生する、請求項または1に記載のシステム。
  12. 前記複数のANCモジュールユニット(30)は、燃焼空気吸い込みセクション(16)及び換気吸い込みセクション(17)の双方に配置され、
    前記複数のANCモジュールユニット(30)は、並列に配置され、したがって、各ANCモジュールユニット(30)は、前記音の流れに沿ってそれぞれの騒音消除音を同時に発生する、請求項または1に記載のシステム。
  13. 前記複数のANCモジュールユニット(30)のうちの前記ANCモジュールユニット(30)の個々は、前記音の特定の周波数範囲を減衰させるように構成される、請求項乃至1のいずれかに記載のシステム。
  14. 前記複数のANCモジュールユニット(30)のうちの前記ANCモジュールユニット(30)の個々は、前記複数のANCモジュールユニット(30)のうちの残りのANCモジュールユニット(30)からの音の周波数範囲を減衰させるように構成される、請求項13に記載のシステム。
  15. 前記複数のANCモジュールユニット(30)のうちの第1のANCモジュールユニット(30)は、第1の位置に位置決めされ、前記複数のANCモジュールユニット(30)のうちの第2のANCモジュールユニット(30)は、第2の位置に位置決めされ、前記第1の位置は、前記第2の位置と異なる、請求項乃至1のいずれかに記載のシステム。
  16. エンクロージャ(2)の内部に配置された発電ユニットと共に、前記エンクロージャ(2)の内部に配置された吸い込みセクション(16、17)及び燃焼排出セクション(24)の内部で使用するための能動騒音制御(ANC)モジュールユニット(30)を含むシステムであって、前記ANCモジュールユニット(30)は、
    前記発電ユニットの前記燃焼排出セクション(24)の内部で生じる音を検出するように構成されたマイクロフォン(52)と、
    前記マイクロフォン(52)から前記音を受信して、前記マイクロフォン(52)からの前記音及び、メモリに記録された騒音軽減伝達関数に基づいて騒音消除信号を送信するように構成された制御ボード(50)と、
    前記騒音消除信号に対応して、プレート又はアレイ状のプレートを揺すって、前記燃焼排出セクション(24)の中に騒音消除音を作り出すように構成された複数のシェーカ(49)と、を含む第1のANCモジュールユニット(30)と、
    前記吸い込みセクション(16、17)の内部に適合するために形状付けされた第2のANCハウジング(32)と、
    前記第2のANCハウジング(32)の内部に固定されるように構成された第2のANCコア(44)と、を含み
    前記第2のANCコア(44)は、前記第2のANCハウジング(32)内で、前記空気又はガスの流れに沿って第1の端部から第2の端部へ延びる形状に形状付けられ、
    前記第2のANCコア(44)は、
    前記発電ユニットによって生じる音を検出するように構成され、前記第1の端部に配置された第2のマイクロフォン(52)と、
    騒音消除音を発生するように構成され、前記第2の端部に配置されたスピーカと、
    前記第2のマイクロフォン(52)によって検出される前記音及び、メモリに記録された第2の騒音軽減伝達関数に基づいて前記騒音消除音を制御するように構成された第2の制御ボード(50)と、を含む第2のANCモジュールユニット(30)と、
    を含み、
    前記騒音軽減伝達関数は、前記第2のANCモジュールユニット(30)が配置される場所に応じて前記騒音消除音の周波数範囲を最適化するように構成され、
    前記スピーカは、前記吸い込みセクション(16、17)又は前記燃焼排出セクション(24、25)音が出て行く場所となる、前記第2のANCハウジング(32)の前方端部(38)の近くに位置付けられる、システム。
  17. 前記シェーカ(49)は、シェーカロッド(69)を介して前記プレートに取り付けられる、請求項1記載のシステム。
  18. 前記マイクロフォン(52)及び前記プレートは、摂氏略250度よりも高い温度で動作するように構成される、請求項1または1に記載のシステム。
  19. 前記制御ボード(50)は、前記燃焼排出セクション(24)の中の前記ANCモジュールユニット(30)の場所用の前記伝達関数の中にプログラムされた場所特有の特徴に基づいて前記騒音消除信号を制御するように構成される、請求項1乃至1のいずれかに記載のシステム。
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