JP2001234893A

JP2001234893A - 軸流送風機

Info

Publication number: JP2001234893A
Application number: JP2000052093A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Nishioka; 卓宏西岡; Hirotoshi Ishimaru; 博敏石丸; Teiji Tanaka; 定司田中; Hidetoshi Terasaka; 英俊寺坂
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2000-02-23
Filing date: 2000-02-23
Publication date: 2001-08-31

Abstract

(57)【要約】【課題】軸流送風機に用いられる翼型の損失を低減する
と共に、流入角が大きい場合に発生する前縁付近での剥
離を防止し、軸流送風機の高負荷、高効率、広作動範囲
化を図る。【解決手段】軸流送風機の動翼１または静翼２に用いる
翼型において、反り線９、１０を二つの２次曲線から構
成し、翼弦長の４０％から５０％の位置で最大となるよ
うにする。また、翼型の翼厚み分布を三つの４次曲線か
ら構成し、翼弦長１２の３０％から４０％の位置で最大
厚みとなるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は軸流送風機に係り、
特に、動翼列または静翼列に用いる翼型を改良した軸流
送風機に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、軸流送風機の翼型には文献「ＮＡ
ＣＡ、ＳＰ−３６」に記述されているように、広範囲
にわたる系統的な実験研究が翼列風洞により行われた、
ＮＡＣＡ６５系列翼型あるいは二重円弧翼型等が適用さ
れている。

【０００３】特開平１１−１４８４９７号公報には、流
入速度が音速を超える断面で最大厚み位置を翼弦長の４
０％から６０％の間にして、かつ前縁から翼弦長の２０
％までの背側翼面の曲率半径を翼弦長２０％から後縁ま
での曲率半径よりも小さくし、流入マッハ数が超音速と
なる断面での過度の応力と局所的な振動モードを抑えつ
つ、翼間の衝撃波を弱くして圧力損失を低減した高性能
の軸流圧縮機翼列が示されている。

【０００４】また、流入速度が音速を超える断面で最大
厚み位置を翼弦長の４０％から６０％の間に設け、かつ
２つの円弧からなる反り線の接続点を前縁から翼弦長２
０％までの間にもち、縁に近い反り線の反りが他の反り
線の反りよりも小さくない多重円弧翼とし、流入マッハ
数が超音速となる断面での過度の応力と局所的な振動モ
ードを抑えつつ、翼間の衝撃波を弱くして圧力損失を低
減した高性能の軸流圧縮機翼列が示されている。

【０００５】特開平１−９６４９９号公報には、前縁と
後縁を結ぶ反り曲線の最大反り位置が前縁と後縁の中央
部よりも後縁側とし、乱れによる損失や騒音増大を抑え
ることができる斜流羽根車が示されている。また、反り
曲線を三次曲線で構成し、最大反り高さを単一円弧羽根
の場合と同じ大きさにし、乱れによる損失や騒音増大を
抑えることができる斜流羽車が示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来使用されている６
５系統の翼型では、第一の課題として後縁付近での減速
が大きく、剥離による損失増加が問題であった。また、
第二の課題として前縁付近が薄いために流入角の大きい
範囲では、前縁剥離の影響により損失が増加し、作動範
囲が狭くなる問題があった。

【０００７】本発明の目的は、上記課題を解決するため
になされたもので、軸流送風機に用いる高負荷、高効
率、広作動範囲の翼型の翼を備えた軸流送風機を提供す
ることにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】第1と第2の課題を解決す
るための第１の手段として、回転可能な回転軸と共に回
転するハブと、このハブの外周上の円周方向に間隔をお
いて設けられた複数枚の動翼と、この動翼の下流側に円
周方向に間隔をおいて設けられた複数枚の静翼を有し、
前記動翼と静翼を囲むケーシングを備え、前記動翼また
は静翼に用いる翼型の反り線を二つの2次曲線から構成
し、翼弦長の４０％から５０％の位置で二つの反り線が
最大となるようにする。

【０００９】又は、動翼または静翼に用いる翼型の翼厚
み分布を三つの４次曲線から構成し、翼弦長の３０％か
ら４０％位置で厚みが最大となるようにする。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施例を図面を用い
て説明する。

【００１１】図１は本発明の翼型が適用される軸流送風
機の翼列部を示したものである。

【００１２】動翼１は、回転軸４に接続されたハブ３に
取付けられ、回転軸４に取付けられた駆動源(図示せず)
より回転力を得て回転する。静翼２はケーシング５に取
付けられている。ケーシング５は動翼１と静翼２を囲ん
でおり、動翼１と静翼２、並びにハブ３により流路を形
成している。本発明の翼型は動翼列１または、静翼列２
に適用されるものである。

【００１３】図２は本発明の第1の実施例の翼型を示し
たものである。翼は、翼型本体部６と、翼の前縁部７
と、翼の後縁部８で構成されている。なお図中で、９、
１０は翼型の中心線である反り線、１１は反り線９、１
０の接続点である。１２は翼前縁７と後縁８を結ぶ直線
で、翼弦長(c)である。１３は翼の厚み(２ｔ)を示して
いる。

【００１４】図３は本発明の翼型での反り線９、１０を
従来使用されている６５系翼型の反り線と比較したもの
である。横軸には前縁７からの距離（Ｘ）と翼弦長(ｃ)
１２との比を示しており、縦軸には反り線９、１０の高
さ(Ｙｃ)と翼弦長１２との比を示している。

【００１５】また、図４は本発明の翼型の厚み分布を６
５系翼型と比較したものである。横軸は図３と同様、前
縁７からの距離と翼弦長１２との比を、縦軸は厚み１３
の翼弦長１２に対する比を示している。

【００１６】軸流送風機や軸流圧縮機に用いられる図１
に示した動翼または静翼の各断面（ｒ方向）での翼型
は、ＮＡＣＡＳＰ−３６に基づいて決定される。

【００１７】図５は翼型の決定フローを示したもので、
翼型の決定では、各半径位置での揚力係数（ＣＬ０
(ｒ)）と最大厚み比(ｔｍａｘ／Ｃ(ｒ))を与える(５−
１)。反り線の修正では、揚力係数が１．０の場合の反
り線を基準とし、与えた揚力係数に比例させて反り線を
修正する(５−２)。また、厚み分布の修正は、最大厚み
比が翼弦長１２の１０％である翼厚み分布を基準とし
て、与えた最大厚み比に比例させて厚みを修正する(５
−３)。フロー(５−２)で修正した反り線と垂直に、フ
ロー(５−３)で修正した厚みを加えて、各断面の翼型を
形成する(５−４)。

【００１８】本発明の第１の実施例では、図３に示した
基準となる揚力係数１．０に対応する反り線を２本の２
次曲線９、１０から構成する。また、２本の反り線９、
１０を前縁７から弦長１２の４０％から５０％の範囲に
位置する最大反り高さ位置１１で接続する。最大反り高
さは、従来の６５系翼型と同様、翼弦長１２の５．５１
６％とする。

【００１９】また、図4に示した基準となる最大厚みが
１０％の翼厚み分布を三本の4次曲線から構成し、最大
厚み位置１４が翼弦長１２の３０％から４０％の範囲と
なるようにする。

【００２０】図６は第１の実施例の反り線分布と厚み分
布より構成した翼型と、６５系統の翼型とを比較したも
のである。従来の６５翼型では、図３に示したように、
最大反り高さ位置１１’が翼型の中央部に位置してい
る。また、後縁付近の反り線の傾きが本発明に比べ大き
い。そのため、中央から後縁にかかる負荷の割合が大き
かった。この場合、翼弦長の中央部でも層流境界が維持
されるため、図6に示した負圧面１５’上の境界層が、
本発明の負圧面１５上の境界層に比べて厚くなり損失が
増加する。

【００２１】図７に本発明と従来例の翼型負圧面での速
度分布を示す。図において、横軸は図３と同じく前縁７
からの距離（Ｘ）と翼弦長(ｃ)１２との比を示してお
り、縦軸は前縁部７の流入速度で翼負圧面の速度を割っ
たものである。又図８に動翼の流入角度を示す。

【００２２】図７に示したように、従来の翼負圧面１
５’上では、反り線の影響により後縁付近での減速が大
きくなり、損失が増加していた。また、従来の翼型で
は、前縁が薄いために、設計流量よりも小さな流量範囲
では図８に示した流入角(β)１６が設計による流入角
(β’)１６’よりも大きくなり、前縁付近で剥離が発生
し、動翼１の作動範囲が狭くなっていた。

【００２３】これに対し、本発明の第１の実施例の翼型
では、最大反り高さ位置１１を前縁７から翼弦長の４０
％から５０％の位置とし、翼の前半部分で層流から乱流
へ遷移させる。乱流境界層は層流境界層に比べ、境界層
厚さが薄いため、損失を低減できる。また、図３に示し
たように翼弦長の中央から後縁にかけての反り線の傾き
を小さくし、かつ図４に示したように後縁付近の厚みを
薄くしている。これにより、図７に示したように翼弦長
の中央部付近での減速を大きく、後縁付近での減速を小
さくし、後縁付近での剥離の発生を防止し、損失を低減
できる。さらに、前縁付近が従来翼よりも厚いため、流
入角１６変化の影響を小さくでき、前縁付近での剥離の
発生を防止できる。これにより、動翼１の作動範囲が狭
くなることを防止できる。

【００２４】図９は本発明の第２の実施例に係る翼型を
従来の６５系統翼型と比較して示したものである。

【００２５】本実施例でも、反り線は先の第１の実施例
で用いた反り線と同じ形状にしてしてる。しかし、厚み
分布は、従来使用されている６５系の翼型の厚み分布を
用いて翼型を構成している。図９に示したように、第２
の実施例でも、翼弦長の中央から後縁にかけての翼負圧
面１５の反りを、従来の場合よりも小さくでき、後縁付
近で発生する剥離を防止でき、損失を低減できる。

【００２６】図１０は本発明の第３の実施例に係る翼型
を従来の６５系の翼型と比較して示したものである。

【００２７】本実施例では、図３に示した従来の６５系
統の反り線と、図４の第１の実施例の厚み分布とを組み
合わせて翼型を構成する。図１０のように第３の実施例
でも、翼弦長の中央から後縁にかけての、翼負圧面１５
の反りを従来の場合よりも小さくでき、剥離による損失
を低減できる。また、前縁付近を従来翼よりも厚くする
ことができ、前縁付近での剥離の発生を防止できる。こ
れにより、作動範囲が狭くなることを防止できる。

【００２８】図１１は本発明の第４の実施例に係る翼型
を示したものである。第４の実施例でも、第１の実施例
と同様、基準となる揚力係数１．０に対応する反り線を
図１２に示した２本の２次曲線９、１０から構成する。
また、２本の反り線１７、１８を前縁から弦長の４０％
から５０％の範囲に位置する最大反り高さ位置１１で接
続する。第４の実施例では、基準となる揚力係数１．０
での最大反り高さ(Ｙｃｍａｘ)と翼弦長１２との比(Ｙ
ｃｍａｘ／Ｃ)を、６５系統翼型の５．５１６％よりも
大きくする。具体的には、揚力係数1.0での最大反り高
さ(Ｙｃｍａｘ)と翼弦長１２との比(Ｙｃｍａｘ／Ｃ)
を、６％から９％の範囲とする。

【００２９】図１１に示したように、第４の実施例の翼
型では従来の６５系の翼型より反りを大きくしているた
め、大きな負荷を達成できる。また、反りを大きくして
も、後縁付近での翼負圧面１５の反りは、６５系統と同
程度となる。このため、負荷を増加させても損失は、従
来翼型と同程度に抑えることができる。

【００３０】図１３は図１１に示した第４の実施例での
翼型を、動翼可変軸流ファンの動翼に適用した場合の試
験結果である。横軸は流量を、縦軸は圧力上昇と、効率
を示している。図１３では動翼取付け角度が異なる３ケ
ースの性能を示している。動翼の各断面での翼型は、図
５に示した翼型決定フローにより決定している。

【００３１】第４の実施例の翼型を適用した動翼列で
は、従来の６５系の翼列に比べて圧力係数が大きく、高
負荷となっている。また、図中サージラインとして示し
た作動限界での圧力係数も大きく、作動範囲を広くでき
ている。また、効率も、６５系の翼列と同等以上となっ
ており、本発明の第４の実施例での翼型により、高負荷
化と高効率化、および広作動範囲化が達成できている。

【００３２】

【発明の効果】本発明の翼型では、翼型の反り線を二つ
の２次曲線から構成し、翼弦長の４０％から５０％の位
置で二つの反り線の高さを最大とすることにより、従来
翼型よりも損失を低減できる。また、翼型の翼厚み分布
を三つの４次曲線から構成し、翼弦長の３０％から４０
％位置で厚みを最大とすることにより、従来の翼型より
も作動範囲を広くできる。さらに、本発明の翼型では、
最大反り高さを大きくしても、高負荷化と高効率化を両
立できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の翼型が適用される軸流送風機の翼列部
断面図。

【図２】本発明の第１の実施例に係る翼型形状である。

【図３】本発明の第１の実施例と従来の翼型との反り線
分布を比較した図。

【図４】本発明の第１の実施例と従来の翼型との厚み分
布を比較した図。

【図５】翼型の決定フロー図。

【図６】本発明の第１の実施例と従来の翼型との比較し
た図。

【図７】翼型負圧面での速度分布を比較した図。

【図８】流入角の変化を示す図。

【図９】本発明の第２の実施例と従来の翼型とを比較し
た図。

【図１０】本発明の第３の実施例と従来の翼型とを比較
した図。

【図１１】本発明の第４の実施例と従来の翼型の比較

【図１２】本発明の第４の実施例と従来の反り線分布を
比較した図。

【図１３】本発明の第４の実施例の翼型を適用した場合
の軸流送風機の性能を示す図。

【符号の説明】

１…動翼、２…静翼、３…ハブ、４…回転軸、５…ケー
シング、６…翼型本体、７…前縁、８…後縁、９…反り
線、１０…反り線、１１…反り線の接続点、１２…翼弦
長、１３…翼厚み、１４…最大厚み位置、１５…翼負圧
面、１６…流入角。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者田中定司茨城県土浦市神立町502番地株式会社日立製作所機械研究所内 (72)発明者寺坂英俊茨城県土浦市神立町603番地株式会社日立製作所産業機械システム事業部内Ｆターム(参考） 3H033 AA02 BB02 BB08 CC01 CC03 DD03 DD27 EE08 EE19 3H035 CC01 CC07

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】回転可能な回転軸と共に回転するハブと、
このハブの外周上の円周方向に間隔をおいて設けられた
複数枚の動翼と、この動翼の下流側に円周方向に所定の
間隔で設けられた複数枚の静翼を有し、前記動翼と静翼
を囲むケーシングを備えた軸流送風機において、前記動翼または静翼に用いる翼型の反り線を二つの２次
曲線から構成し、翼弦長の４０％から５０％位置で二つ
の反り線が最大となることを特徴とした軸流送風機。
【請求項２】回転可能な回転軸と共に回転するハブと、
このハブの外周上の円周方向に間隔をおいて設けられた
複数枚の動翼と、この動翼の下流側に円周方向に間隔を
おいて設けられた複数枚の静翼を有し、前記動翼と静翼
を囲むケーシングを備えた軸流送風機において、前記動翼または静翼に用いる翼型の翼厚み分布を三つの
４次曲線から構成し、翼弦長の３０％から４０％位置で
厚みを最大とすることを特長とする軸流送風機。
【請求項３】請求項１の軸流送風機の翼型において、前
記動翼または静翼に用いる翼型の翼厚み分布を三つの４
次曲線から構成し、翼弦長の３０％から４０％位置で厚
みを最大とすることを特長とする軸流送風機。
【請求項４】請求項３の軸流送風機の翼型において、最
大反り高さを揚力係数に比例させて修正し、最大厚みを
最大厚み比に比例させて修正することを特長とする軸流
送風機。