JP2001304191A - 送風機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】羽根車へ流入する流れの流速分布を流路断面で
均一にする送風機を提供する。 【解決手段】動翼１を有する羽根車２が回転することに
より流体６が流入する外筒４のベルマウス形の流入口４
ａの内周面に、吸込ケーシング３０の吐出口３０ａから
吐出された流体６を羽根車２に案内する第一の流体ガイ
ド６１を設ける。これにより、流体６に羽根車２と同じ
回転方向の周方向速度成分を与えることができ、羽根車
２と逆の回転方向の周方向速度成分を打ち消し、羽根車
２へ流入する流体６の流速分布を流路断面で均一にする
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、送風機に関し、特
に流体の吸込口が羽根車の回転軸方向に対し垂直な方向
を向いている送風機のケーシングに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】火力発電や産業用の送風目的のために大
型のファン（送風機）が用いられる。遠心、混流、軸流
等の形式のファンがあり、仕様風量・圧力、効率、設備
費、維持費等それぞれにより多少の相違があるが、本質
的な目的は、いかに損失が少なく、効率の良い送風を送
るかということであり、同じである。

【０００３】従来の技術として、特開平９−２６８９９
６号公報の図８に記載される２段の軸流ファンの例を、
図５に示す。

【０００４】図５に示すように、動翼１Ｂ,１Ａを取り
付けた羽根車２Ｂ,２Ａが主軸３Ａに取り付けられてお
り、主軸３は直結又はカップリング１９等の伝達要素を
介して電動機等の動力源の軸に取り付けられている。主
軸３Ａを含む回転部の荷重及び主軸方向の荷重は、軸受
支持台２１上の軸受２０で受けている。軸受２０及び主
軸３Ａは、内筒５Ａに内包されている。内筒５Ａは、ス
テーによって支えられ外筒４Ａに取り付けられている。

【０００５】動力源の駆動力により、主軸３が回転し、
それに伴い動翼１Ｂ,１Ａを取り付けた羽根車２Ｂ,２Ａ
が回転する。動翼１Ｂ,１Ａの回転により流体６に仕事
が与えられ、流体６は速度をもって下流へ移動する。

【０００６】図５のような形状の軸流ファンの場合、流
体６の動きは、吸込ケーシング３０の入口から鉛直方向
に入り吸込ケーシング３０内で水平方向に向きを変えて
１段目の動翼１Ｂに向かう。普通、流路断面内でなるべ
く均一な流速にするために動翼１Ｂの上流側の外筒４Ａ
はベルマウス形状にしており、内筒５の上流側も流路が
滑らかに縮小するような曲面にしている。

【０００７】動翼１Ｂによって仕事を与えられた流体６
は、２段目の動翼１Ａに向かう。２段目の動翼１Ａに向
かう位置での流体６は、一般的に１段目の動翼１Ｂに向
かう位置での流体６よりも流路断面内での流速分布がよ
り均一に近い。２段目の動翼１Ａで仕事を与えられた流
体６は、下流のディフューザケーシングへ向かう。

【０００８】また、特開平８−１５９０９９号公報に
は、吸込ケーシングの羽根車側の壁面に突起を設け、流
れの剥離を抑制して流体性能の低下及び騒音の発生を防
止する送風機が開示されている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記特開平９−２６８
９９６号公報記載のファン（送風機）は、図５に示すよ
うに、設備空間の制約上ファンの１段目の羽根車への流
入部の近くにファンの主軸方向に垂直な面の吸込口を持
っている。そのため、吸込口からの流体の流れが羽根車
への流入部で直角に曲げられることにより、ファンの主
軸中心を通る水平な子午面の上下の流速分布が非対称性
になってしまうという問題があった。

【００１０】また一方、吸込口やベルマウス部ではファ
ンの主軸中心を通る鉛直に切った子午面の左右の対称な
流れとなっていると考えられてきた。しかし、図６に示
す軸流ファン試験装置による吸込ケーシングの壁面静圧
の測定結果より、吸込ケーシングの静圧分布がファンの
主軸中心を通る鉛直に切った子午面でも対称でない傾向
があることがわかった。

【００１１】この原因として、吸込ケーシングの流速分
布が、ファンの主軸中心を通る鉛直に切った子午面の左
右に非対称であることが考えられる。この非対称性を与
える要因としてまず考えられるのは、吸込ケーシングの
幾何形状の非対称性であるが、もしこれが原因ならば製
作するたびにファンの主軸中心を通る鉛直に切った子午
面の左右の吸込ケーシングの壁面静圧の偏りはまちまち
な結果が出る筈である。

【００１２】しかし、これまでの実機での測定結果にお
いては、試験装置と同じ傾向が得られた。これにより、
吸込ケーシングの幾何形状の非対称性は直接の原因では
ないと考えられる。

【００１３】他に考えられる原因は、下流のファンの羽
根車の回転による影響で、流速に羽根車の回転に対し逆
方向の周方向の成分を持つことでファンの軸中心を通る
鉛直に切った子午面の左右の非対称性が現れることであ
った。動翼の少し上流側での流速分布を測定した結果、
少なくとも部分的な周方向位置に羽根車の回転に対し逆
方向の周方向の流速成分があることがわかった。

【００１４】このような吸込ケーシングの流速分布の非
対称性は、これより下流のベルマウス内の流れの非対称
性をもたらし、ひいては動翼に向かう流速分布が流路断
面で均一でなくなる原因となる。

【００１５】動翼が与える仕事は、実際の動翼の上流の
流体が設計時に想定した流体の速度の方向に向いている
ことで、設計通りの値を得ることができる。このため、
羽根車へ流入する流れの流速分布を流路断面で均一にす
ることは、流体の動翼への流入方向を特定でき、動翼に
最大限の仕事をさせる設計を行う上で非常に重要であ
る。

【００１６】また、上記特開平８−１５９０９９号公報
記載の送風機は、２個一組の突起で壁面に沿う流れを減
速させて流れの剥離を抑制はするが、羽根車に最大限の
仕事をさせるのに必要な流速分布については何ら開示さ
れてない。

【００１７】本発明の目的は、羽根車へ流入する流れの
流速分布を流路断面で均一にする送風機を提供すること
にある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明における送風機の特徴とするところは、動翼
を有する羽根車が回転することにより流体が流入する外
筒のベルマウス形の流入口の内周面に、吸込ケーシング
の吐出口から吐出された流体を羽根車に案内する第一の
流体ガイドを設けることにある。

【００１９】具体的には本発明は次に掲げる送風機を提
供する。本発明は、動翼を有する羽根車と、該羽根車が
取り付けられた回転軸と、前記羽根車を内包し前記羽根
車が回転することにより流体が流入する流入口がベルマ
ウス形状に形成された外筒と、該外筒に接続し吸込口か
ら吸い込んだ流体を前記流入口に吐出する吐出口を有す
る吸込ケーシングとを有する送風機において、前記流入
口の内周面に前記吐出口から吐出された流体を前記羽根
車に案内する第一の流体ガイドを設けることを特徴とす
る送風機を提供する。

【００２０】また、本発明は、動翼を有する羽根車と、
該羽根車が取り付けられた回転軸と、前記羽根車を内包
し前記羽根車が回転することにより流体が流入する流入
口がベルマウス形状に形成された外筒と、該外筒に接続
し吸込口から吸い込んだ流体を前記流入口に吐出する吐
出口を有する吸込ケーシングとを有する送風機におい
て、前記吐出口の上部壁面に前記吸込口から吸い込んだ
流体を前記流入口に案内する第二の流体ガイドを設ける
ことを特徴とする送風機を提供する。

【００２１】また、本発明は、動翼を有する羽根車と、
該羽根車が取り付けられた回転軸と、前記羽根車を内包
し前記羽根車が回転することにより流体が流入する流入
口がベルマウス形状に形成された外筒と、該外筒に接続
し吸込口から吸い込んだ流体を前記流入口に吐出する吐
出口を有する吸込ケーシングとを有する送風機におい
て、前記流入口の内周面に前記吐出口から吐出された流
体を前記羽根車に案内する第一の流体ガイドを設け、か
つ前記吐出口の上部壁面に前記吸込口から吸い込んだ流
体を前記流入口に案内する第二の流体ガイドを設けるこ
とを特徴とする送風機を提供する。

【００２２】好ましくは、前記第一の流体ガイドは前記
流入口の内周面より突起した複数の突起部材で構成さ
れ、前記各突起部材は前記羽根車に向かって各突起部材
間に間隔を有して配設され、かつ前記各突起部材に前記
羽根車と同じ回転方向に角度をもたせる。

【００２３】好ましくは、前記第二の流体ガイドは前記
吐出口の上部壁面より突起した複数の突起部材で構成さ
れ、前記各突起部材は前記吐出口と前記流入口との付け
根から前記吸込口に向け放射状にかつ各板間に間隔を有
して前記壁面上に配設され、かつ前記各突起部材に前記
羽根車と同じ回転方向に角度をもたせる。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態例に係
る送風機を、図を用いて説明する。

【００２５】図１は、本発明の第１の実施の形態例に係
る軸流送風機のケーシングの構成図である。動翼１を取
り付けた羽根車２が主軸３に取り付けられており、主軸
３は直結又はカップリング１９等の伝達要素を介して動
力源の軸に取り付けられている。

【００２６】主軸３を含む回転部の荷重及び主軸方向の
荷重は、軸受支持台２１上の軸受２０で受けている。軸
受２０及び主軸３は、内筒５に内包されている。内筒５
は、ステー１１によって支えられ外筒４に取り付けられ
ている。

【００２７】ステー１１は、動翼１に向かう流体６に後
流をもたらし、動翼１が十分な仕事を与えるのを妨げ
る。よって後流を小さくするため、ステー１１は内筒を
支えるに十分な強度を持つ限りなるべく寸法を小さく
し、また後流の渦による振動をもたらさないような形状
とする。

【００２８】吸込ケーシング３０の吐出口３０ａから流
体６が流入する外筒４の流入口４ａは、ベルマウス形状
に形成されている。動力源の駆動力により主軸３が回転
され動翼１を取り付けた羽根車２が回転する。動翼１の
回転により流体６に仕事が与えられ流体６は速度をもっ
て動翼１の下流へ移動する。動翼１の上流では、流体６
は、吸込ケーシング入口３３から主軸３に対し鉛直方向
に吸い込まれ、吸込ケーシング３０内で水平方向に向き
を変え、吐出口３０ａから外筒４の流入口４ａを通って
動翼１に向かう。

【００２９】図２は、図１の軸流送風機のケーシングの
ベルマウス形状に形成された流入口４ａの正面図であ
る。図２に示すように、第一の流体ガイドであるガイド
板６１を流入口４ａの内周面より突起させて複数枚取り
付ける。各ガイド板６１は、羽根車２に向かって各板間
に間隔を有して配設させ、各ガイド板６１に羽根車２の
回転方向と同じ回転方向に角度をもたせる。

【００３０】また、各ガイド板６１の高さＨは、主軸方
向の位置によらず一定で、各ガイド板６１が取り付けら
れている外筒４の内周面と内筒５の外周面との間に形成
される流路幅の１／１０以下とするか、あるいは主軸方
向の位置によって変化させてもよい。また、各ガイド板
６１の形状は、主軸方向に向けて連続的なものでもよ
く、あるいは断続的なものでも良い。

【００３１】ガイド板６１の主軸方向に対する角度は、
流体６の流れの条件によって選ばねばならず、モデル実
験あるいは実機による実験により最適な値を決める。こ
のガイド板６１の形状は、直線形状のみならず、円弧形
状、対数らせん形状、翼形状等から選択しても良い。

【００３２】ガイド板６１の主軸方向の取付位置は、流
入口４ａの入口端部から、動翼１の前縁から流路幅の１
／２±１／１０上流までとし、ガイド板６１の枚数は、
６〜８枚程度を目安とする。また、ガイド板６１どうし
の周方向の間隔は、等間隔または、流入口４ａでの主軸
中心を通る水平な子午面の上下の流速分布の非対称性の
度合いに応じて不等間隔にする。

【００３３】流入口４ａを通過する流体６がガイド板６
１によって羽根車２の回転方向と同じ回転方向の周方向
速度成分を持つことになり、下流からの羽根車２に対す
る逆の回転方向の周方向速度成分を打ち消す作用をす
る。

【００３４】次に、ガイド板６１の高さＨを、流路幅の
１／１０以下にする主な理由を説明する。動翼１の向か
う流れの羽根車２の回転方向と逆の回転方向の周方向速
度成分は外筒４の流路面から流路幅の２０％程度の範囲
で大きい値をとるため、外筒４の流路面から流路幅の１
／１０以下の範囲にガイド板６１が存在することで動翼
１の向かう流れの羽根車２の回転方向と逆の回転方向の
周方向速度成分を打ち消す効果は十分である。

【００３５】ガイド板６１の高さＨが流路幅と同じか、
あるいは流路の大半を占めるようにすると、流体６の流
れの幅全域に羽根車２の回転方向と同じ回転方向の周方
向速度成分を過剰に付けてしまい、かえって流体６が動
翼１に向かう位置で羽根車２と同じ回転方向の周方向速
度成分が残ることになる。

【００３６】さらに、ガイド板６１の後流が動翼１に向
かう位置まで衰えず流路幅全体で残り、動翼１が流体６
に与える仕事に悪影響を及ぼす。また流入口４ａ内の圧
力損失も増えることになる。

【００３７】ガイド板６１の高さＨが流路幅の１／１０
以下であれば、流体６に羽根車２と同じ回転方向の周方
向速度成分を比較的弱く付けることで動翼１に向かう位
置では羽根車２の回転方向と逆の回転方向の周方向速度
成分によって打ち消され、流体６の流れは主軸方向の流
速成分しか持たないか、あるいは羽根車２の回転方向と
同じまたは逆の回転方向の周方向速度成分が極めて弱く
残ることになる。

【００３８】この結果、残った流体６の周方向速度成分
は、上流に強く影響を及ぼすまでに至らず、吸込ケーシ
ング入口３３のスパン方向断面の流速分布を偏らせるこ
とはなくなる。

【００３９】また、ガイド板６１の後流の流路幅に占め
る割合が小さく、また十分にガイド板６１は動翼１から
離れているため、動翼１に向かう位置では、後流は十分
に衰えて動翼１がする仕事に悪影響を及ぼさない。ま
た、流入口４ａ内の圧力損失もガイド板６１を取り付け
ない場合とほとんど変わらない。

【００４０】図３は、本発明の第２の実施の形態例に係
る軸流送風機のケーシングの構成図であり、図４は、図
３のＡ矢視図である。第二の流体ガイドであるガイド板
６２が、羽根車側の壁面３１の上半部、すなわち吐出口
３０ａと流入口４ａとの付け根から吸込ケーシング入口
３３に向け放射状にかつ各板間に間隔を有して壁面３１
上に配設され、かつ各ガイド板６２に羽根車２と同じ回
転方向に角度を付けて取り付けられている。

【００４１】各ガイド板６２の高さｈは、取り付け位置
によらず一定で、吸込ケーシング３０の入口幅の１／１
０以下とするか、あるいは取り付け位置によって変化さ
せても良い。また、各ガイド板６２の形状は、吐出口３
０ａに向けて連続的なものでもよく、あるいは断続的な
ものでも良い。

【００４２】ガイド板６２の取付角度は、流体６の流れ
の条件によって選ばねばならず、モデル実験あるいは実
機による実験により最適な値を決める。ガイド板６２の
形状は、直線形状のみならず、円弧形状、対数らせん形
状、翼形状等から選択しても良い。

【００４３】ガイド板６２の流れ方向の寸法Ｓは、目安
として流入口４ａの入口径の１／４±１／１０が望まし
く、場合によっては他の適切な寸法を選択する。ガイド
板６２の枚数は、吸込ケーシング入口３３のスパン方向
幅によって適切に選択し、流入口径と同心円の接線方向
のガイド板６２どうしの間隔は、等間隔または、吸込ケ
ーシング３０内での主軸中心を通る鉛直な子午面の左右
の流速分布の非対称性の度合いに応じて不等間隔にす
る。

【００４４】吸込ケーシング３０を通過する流体６が、
ガイド板６２によって羽根車２の回転方向と同じ回転方
向に向けられて、下流からの羽根車２の回転方向と逆の
回転方向の周方向速度成分を打ち消す作用をする。

【００４５】次に、ガイド板６２の高さｈを、流路幅の
１／１０以下にする主な理由を説明する。吸込ケーシン
グ入口３３から入る流体６の流れは、羽根車側の壁面３
１側の方が動力源側の壁面３２の側に比べ非常に速く、
壁面３１の側の流量の割合が大きい。よってガイド板６
２が流体６に与える効果は十分である。

【００４６】また、ガイド板６２の後流の吸込ケーシン
グ入口３３の幅に占める割合が小さいため、流入口４ａ
内の後流は十分に衰えて不均一にすることはない。ま
た、吸込ケーシング３０内の圧力の損失もガイド板６２
を取り付けない場合とほとんど変わらない。

【００４７】もし、ガイド板６２の取付け幅を吸込ケー
シング入口３３のスパン方向の幅と同じか、あるいは入
口の幅の大半を占めるようにすると、流体６の流れの幅
全域に羽根車２と同じ回転方向の周方向速度成分を過剰
に付けてしまい、かえって吸込ケーシング３０内の主軸
中心を通る鉛直に切った子午面の左右の流速分布を、ガ
イド板６２を取り付けない場合の逆の非対称性にしてし
まうことになる。

【００４８】さらに、流入口４ａに流入する流体６にガ
イド板６２の後流が大きく流れ込むことになり、流入口
４ａ部内の流れを不均一にすることになる。また、吸込
ケーシング３０内の圧力損失も増えることになる。

【００４９】ガイド板６２を吸込ケーシング３０の吐出
口３０ａ上半のみに付ける理由は、吸込ケーシング３０
の羽根車側壁面３１に沿う流量の割合が下半に比べ上半
の方がはるかに大きいためである。

【００５０】以上、説明したように、第１の実施の形態
例を適用した送風機、あるいは第２の実施の形態例を適
用した送風機は、共に、動翼へ流入する流れの上流にあ
たる吸込ケーシング内の主軸中心を通る鉛直に切った子
午面の左右の流速分布を均一にすることができる。

【００５１】また、第１の実施の形態例および第２の実
施の形態例を同時に適用した送風機も同様に、動翼へ流
入する流れの上流にあたる吸込ケーシング内の主軸中心
を通る鉛直に切った子午面の左右の流速分布を均一にす
ることができる。

【００５２】本発明は、軸流送風機を実施の形態例とし
て取り上げたが、本実施の形態例と同様に、吸込口が送
風機の軸方向に垂直な方向を向いている送風機であれば
軸流送風機以外の遠心送風機、混流送風機、その他の送
風機であっても同様の効果を得ることができる。

【００５３】

【発明の効果】本発明によれば、動翼へ流入する流れの
上流にあたる吸込ケーシング内の主軸中心を通る鉛直に
切った子午面の左右の流速分布を均一にすることによ
り、下流の流入口内の流れを対称にし、動翼に向かう流
速分布を流路断面で均一にすることができ、動翼に設計
通りの最大限の仕事をさせることができる。これによ
り、損失の少ない高効率な送風機を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態例に係る軸流送風機
のケーシングの構成図である。

【図２】図１の軸流送風機のケーシングのベルマウス形
状に形成された流入口の正面図である。

【図３】本発明の第２の実施の形態例に係る軸流送風機
のケーシングの構成図である。

【図４】図３のＡ矢視図である。

【図５】従来の軸流送風機の構成図である。

【図６】吸込ケーシング壁面静圧分布を示す図である。

【符号の説明】

１…動翼、１Ａ…２段目動翼、１Ｂ…１段目動翼、２…
羽根車、２Ａ…２段目羽根車、２Ｂ…１段目羽根車、
３,３Ａ…主軸、４,４Ａ…外筒、４ａ…流入口、５,５
Ａ…内筒、６…流体、７…静翼、１１…ステー、１９…
カップリング、２０…軸受、２１…軸受支持台、３０…
吸込ケーシング、３０ａ…吐出口、３１…吸込ケーシン
グの羽根車側壁面、３２…吸込ケーシングの動力源側壁
面、３３…吸込ケーシング入口、６１,６２…ガイド板

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】動翼を有する羽根車と、該羽根車が取り付
   けられた回転軸と、前記羽根車を内包し前記羽根車が回
   転することにより流体が流入する流入口がベルマウス形
   状に形成された外筒と、該外筒に接続し吸込口から吸い
   込んだ流体を前記流入口に吐出する吐出口を有する吸込
   ケーシングとを有する送風機において、 前記流入口の内周面に前記吐出口から吐出された流体を
   前記羽根車に案内する第一の流体ガイドを設けることを
   特徴とする送風機。
2. 【請求項２】動翼を有する羽根車と、該羽根車が取り付
   けられた回転軸と、前記羽根車を内包し前記羽根車が回
   転することにより流体が流入する流入口がベルマウス形
   状に形成された外筒と、該外筒に接続し吸込口から吸い
   込んだ流体を前記流入口に吐出する吐出口を有する吸込
   ケーシングとを有する送風機において、 前記吐出口の上部壁面に前記吸込口から吸い込んだ流体
   を前記流入口に案内する第二の流体ガイドを設けること
   を特徴とする送風機。
3. 【請求項３】動翼を有する羽根車と、該羽根車が取り付
   けられた回転軸と、前記羽根車を内包し前記羽根車が回
   転することにより流体が流入する流入口がベルマウス形
   状に形成された外筒と、該外筒に接続し吸込口から吸い
   込んだ流体を前記流入口に吐出する吐出口を有する吸込
   ケーシングとを有する送風機において、 前記流入口の内周面に前記吐出口から吐出された流体を
   前記羽根車に案内する第一の流体ガイドを設け、かつ前
   記吐出口の上部壁面に前記吸込口から吸い込んだ流体を
   前記流入口に案内する第二の流体ガイドを設けることを
   特徴とする送風機。
4. 【請求項４】請求項１ないし請求項３のいずれか１項に
   おいて、前記第一の流体ガイドは前記流入口の内周面よ
   り突起した複数の突起部材で構成され、前記各突起部材
   は前記羽根車に向かって各突起部材間に間隔を有して配
   設され、かつ前記各突起部材に前記羽根車と同じ回転方
   向に角度をもたせることを特徴とする送風機。
5. 【請求項５】請求項１ないし請求項３のいずれか１項に
   おいて、前記第二の流体ガイドは前記吐出口の上部壁面
   より突起した複数の突起部材で構成され、前記各突起部
   材は前記吐出口と前記流入口との付け根から前記吸込口
   に向け放射状にかつ各板間に間隔を有して前記壁面上に
   配設され、かつ前記各突起部材に前記羽根車と同じ回転
   方向に角度をもたせることを特徴とする送風機。