JP2003532013A - ローター・シュラウド間のシール構造を有するターボ機械 - Google Patents

ローター・シュラウド間のシール構造を有するターボ機械

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JP2003532013A
JP2003532013A JP2001580547A JP2001580547A JP2003532013A JP 2003532013 A JP2003532013 A JP 2003532013A JP 2001580547 A JP2001580547 A JP 2001580547A JP 2001580547 A JP2001580547 A JP 2001580547A JP 2003532013 A JP2003532013 A JP 2003532013A
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ロックレイ，イアン
ナデウ，シルバイン
ホームズ，ウイリアム
ハント，アレクサンダー，グラハム
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Abstract

(57)【要約】 空気を移動させるターボ機械（１０）は、縦軸の周りに位置するシュラウド（１２）と、縦軸を中心として回転可能に取り付けられたローター組立体（１４）とを有する。ローター組立体（１４）は複数の動翼（１８）を有し、動翼の先端部（２０）は環状バンド（２４）と連結されている。環状バンド（２４）は、その外側表面とシュラウド（１２）の内側表面との間に連続して延びるギャップを画定するようにシュラウド（１２）に関して配置されている。シール構造（３０）は、シュラウド（１２）の内側表面（３２）からギャップ（１６）内に延びて、渦流を減少させ、ギャップを介する空気の漏洩を最小限に抑える。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の分野】
本発明は、一般的に、冷却装置用ファンに関し、さらに詳細には、ファンの動
翼先端部を流れる空気の渦流成分を除去してノイズを減少させ、ファンのシュラ
ウドとローターとの間のギャップを介する空気の漏洩を最小限に抑えてファン効
率を増加させるために該ギャップに設けられるシール構造に関する。
【０００２】
【発明の背景】
従来、軸流ファンは、シュラウドとローターとの間のギャップ（５ｍｍのオー
ダー）を流れる空気、即ち先端部の空気の漏洩を減少させるために、ラビリンス
シールを先端部に設けている。この空気の漏洩を減少させるために、リブも使用
される。ラビリンスシールの欠点は、製造が容易でなく、車両の軸方向の制約に
よりシールの適正な設計が制限を受ける点にある。先端部にリブを設けると、渦
流成分がファンに再流入することにより乱流の発生が防止されるに過ぎない。し
かしながら、リブは先端部のギャップを介する空気の漏洩を効果的に封止しない
。
【０００３】 従って、ローターとシュラウドとの間のギャップを減少させ、ファン先端部を
流れる空気の渦流成分を除去して、静的効率のわずかな損失だけでノイズを減少
させるシール構造を提供することが求められている。
【０００４】
【発明の概要】
本発明の目的は、上述した要求を満たすことにある。本発明の原理によると、
この目的は、空気を移動させるターボ機械を提供することにより達成される。タ
ーボ機械は、縦軸の周りに位置するシュラウドと、縦軸を中心として回転可能に
取り付けられたローター組立体とを有する。ローター組立体は複数の動翼を有し
、動翼の先端部は環状バンドに連結されている。環状バンドは、その外側表面と
シュラウドの内側表面との間に連続するギャップが画定されるように、シュラウ
ドに関して配置されている。シール手段は、シュラウドの内側表面からギャップ
内に延びて、渦流を減少させ、ギャップを介する空気の漏洩を最小限に抑える。
【０００５】 本発明の別の局面によると、シュラウドとローター組立体との間の空気流の効
果を減少させる方法が提供される。シュラウドは縦軸の周りに位置し、ローター
組立体は縦軸を中心として回転可能に取り付けられている。ローター組立体は複
数の動翼を有し、動翼の先端部は環状バンドに連結されている。環状バンドは、
その外側表面とシュラウドの内側表面との間に連続するギャップが画定されるよ
うに、シュラウドに関して配置されている。この方法は、シュラウドの内側表面
からギャップ内に延びて、渦流を減少させ、ギャップを介する空気の漏洩を最小
限に抑えるシール手段を提供するステップより成る。
【０００６】 本発明の他の目的、特徴及び特性並びに作動方法、構造の関連要素の機能及び
部品の組合わせと製造の経済性は、添付図面を参照して以下の詳細な説明及び頭
書の特許請求の範囲を読めば明らかになるであろう。
【０００７】
【好ましい実施例の詳細な説明】
図１を参照して、該図は、本発明の原理に基ずくファン（総括的に参照番号１
０で示す）の先端部を示す。この実施例のファン１０は、縦軸Ａの周りに位置す
る固定シュラウド１２と、軸Ａを中心として回転可能なローター組立体１４とを
有する軸流型ファンである。ローター組立体１４は、シュラウド１２から離隔し
ているため、シュラウド１２との間に環状ギャップ１６が画定される。ギャップ
１６は５ｍｍのオーダーでよい。ローター組立体１４は、複数のファン動翼１８
を有する。各動翼１８の一方の端部はハブ（図示せず）に、また先端部２０は環
状バンド２４の内側周壁２２に固着されている。
【０００８】 図１に示すように、環状バンド２４は、ほぼＬ字形断面を有し、軸方向に延び
る壁部２６と、その壁部２６に連結された半径方向に延びる壁部２８とを有する
。軸方向に延びる壁部２６の外側表面２９は、シュラウド１２の内側表面３２と
の間にギャップ１６を画定する。従って、ギャップ１６は、環状バンド２４とシ
ュラウド１２の内側表面３２との間に連続して延びるため、環状バンド２４はロ
ーター組立体１４が回転しても内側表面３２に当接しない。
【０００９】 本発明によると、シュラウド１２の内側表面３２上にシール構造３０が提供さ
れるが、この構造は、ギャップ１６内を延びて、空気が図１の矢印Ｃの方向で渦
を巻き逆流してギャップ１６に流入する時、空気流に抵抗を与え、ギャップ１６
を介する空気を漏洩を最小限に抑える。シール構造３０は、接着剤３１によりシ
ュラウド１２の内側表面３２に固着されるか、またはシュラウド１２と一体的に
成型または別の方法で形成することができる。例えば、シール構造は、シュラウ
ド成型用空洞の壁に形成した小さな孔部内の複数の繊維より成る。さらに、内側
表面３２に溝を設けて、シール構造３０をその溝内に嵌入することも可能である
。
【００１０】 図１に示す実施例において、シール構造３０は、複数の剛毛、フィラメントま
たは繊維３４が密植されたもの、例えば、従来のフック／ループ型結合手段（ベ
ルクロ）のループ部分かまたはフック部分より成る。従って、シール構造３０は
、複数の可撓性部材を基板に装着し、シュラウドの内側表面３２に接着したもの
でよい。シュラウドの表面３３にもシール構造３０を設けることが可能である。
図２に示すように、シール構造３０として、発泡材、ゴム及び他の種類の可撓性
で空気浸透性の材料３４’または粗いグリッツサンドペーパー若しくはワックス
をシュラウド１２に接着したものでもよい。別法として、シュラウド成型プロセ
スにおいて、内側表面３２を粗面にしてサンドペーパーと同じ機能を与えるか、
若しくは表面２９、３２を対応する段状表面にしてもよい。
【００１１】 速度の渦流成分及び軸方向成分は、繊維、発泡材若しくはシール材料の高抵抗
の通路を通過しなければならない。繊維、発泡材若しくは他のシール材料は、放
散される運動エネルギーを増加させ、矢印Ｃの方向の空気流の運動エネルギーを
放散し、その結果ファンノイズが減少させ、効率を増加させる。シール構造は密
植されているため、ギャップ１６のサイズが減少し、ギャップ１６の空気抵抗が
増加して、軸方向の漏洩流が最小限に抑えられる。シール構造３０はローター組
立体２４の軸方向に延びる壁部２６と接触関係にあるが、接触ノイズ及びロータ
ートルクを減少するために隙間を最小限に抑えることが好ましい。
【００１２】 図３は、ファンのモジュール効率と流量係数の関係を示すグラフであって、シ
ール構造を備えないベースラインまたは従来型ファンモジュールと、シュラウド
１２の内側表面３２上に配置された、ワックスシール構造、ベルクロのフックよ
り成るシール構造、及びベルクロのループより成るシール構造を用いる本発明の
ファンモジュールとを比較したものである。図示のように、本発明のシール構造
はファンのモジュール効率を向上させる。
【００１３】 図４は、ファンモジュールのノイズと正規化された流量との関係を示すグラフ
であって、シール構造を備えないベースラインまたは従来型ファンモジュールと
、シュラウド１２の内側表面３２上に配置された、ワックスシール構造、ベルク
ロのフックより成るシール構造、及びベルクロのループより成るシール構造を用
いる本発明のファンモジュールとを比較したものである。図示のように、本発明
のシール構造は、ファンモジュールの総合ノイズレベルを減少させる。
【００１４】 上述した好ましい実施例は、本発明の構造的及び機能的原理を説明するだけで
なく好ましい実施例を用いる方法を説明するものであり、かかる原理から逸脱す
ることなく設計変更が可能である。従って、本発明は、頭書の特許請求の範囲に
包含される全ての変形例及び設計変更を含むものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、軸流ファンの先端部の概略的な斜視図であり、ファンのシュラウドと
ローターとの間のギャップに配置された繊維より成る本発明のシール構造を示す
。
【図２】 図２は、軸流ファンの先端部の概略的な斜視図であり、ファンのシュラウドと
ローターとの間のギャップに配置された本発明の第２の実施例のシール構造を示
す。
【図３】 図３は、従来型ファンモジュールと、本発明のシール構造を用いるファンモジ
ュールとを比較するファンのモジュール効率と流量係数との関係を示すグラフで
ある。
【図４】 図４は、従来型ファンモジュールと、本発明のシール構造を用いるファンモジ
ュールとを比較するノイズレベルと流量との関係を示すグラフである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ，ＴＲ)，ＯＡ(ＢＦ ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ， ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，Ｇ Ｍ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ， ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ， ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，Ｂ Ｚ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ， ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，Ｊ Ｐ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ， ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，Ｒ Ｏ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ， ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者 ロックレイ，イアン カナダ国 ブリティッシュ・コロンビア州 ヴイ６アール ２ビイ５ バンクーヴァ ー ウエスト・ブロードウェイ 302− 3525 (72)発明者 ナデウ，シルバイン カナダ国 オンタリオ州 エヌ６イー １ ヴイ１ ロンドン サウスデイル・ロー ド・イースト 45−1000 (72)発明者 ホームズ，ウイリアム カナダ国 オンタリオ州 エヌ６エイチ ４エス１ ロンドン プラウドフット・レ ーン 507−595 (72)発明者 ハント，アレクサンダー，グラハム カナダ国 オンタリオ州 エヌ６シイ ４ ヴイ９ ロンドン ミルバンク・ドライブ 221 Ｆターム(参考） 3H022 AA03 BA02 CA23 CA32 CA45 DA11 3J043 AA16 BA10 CA20 CB01 CB13 CB22

Claims (33)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 空気を移動させるターボ機械であって、 縦軸の周りに位置するシュラウドと、 縦軸を中心として回転可能に取り付けられ、複数の動翼の先端部が連結された
    環状バンドが、該環状バンドの外側表面とシュラウドの内側表面との間に連続す
    るギャップが画定されるようにシュラウドに関して配置されたローター組立体と
    、 シュラウドの内側表面からギャップ内に延びて、渦流を減少させ、ギャップを
    介する空気の漏洩を最小限に抑えるシール手段とより成るターボ機械。
  2. 【請求項２】 シール手段は、複数の繊維、複数の剛毛及び複数のフィラメ
    ントのうちの１つより成る請求項１のターボ機械。
  3. 【請求項３】 シール手段は、シュラウドの内側表面に装着されている請求
    項１のターボ機械。
  4. 【請求項４】 シール手段は、シュラウドの内側表面に接着材により装着さ
    れている請求項３のターボ機械。
  5. 【請求項５】 シール手段は、基板に装着された複数の弾性部材より成る請
    求項４のターボ機械。
  6. 【請求項６】 環状バンドは、半径方向に延びる壁部と、該半径方向に延び
    る壁部に連結された軸方向に延びる壁部とより成り、シール手段は、軸方向に延
    びる壁部の外側表面とシュラウドの内側表面との間に設けられている請求項１の
    ターボ機械。
  7. 【請求項７】 シール手段は、シュラウドの内側表面に装着された可撓性材
    料より成る請求項１のターボ機械。
  8. 【請求項８】 前記材料は発泡材である請求項７のターボ機械。
  9. 【請求項９】 シール手段は、シュラウドの内側表面に接着されたサンドペ
    ーパーより成る請求項１のターボ機械。
  10. 【請求項１０】 シール手段は、シュラウドの内側表面に接着されたワック
    スより成る請求項１のターボ機械。
  11. 【請求項１１】 シュラウドの内側表面は、シール手段を構成する粗面であ
    る請求項１のターボ機械。
  12. 【請求項１２】 空気を移動させるターボ機械であって、 縦軸の周りに位置するシュラウドと、 縦軸を中心として回転可能に取り付けられ、複数の動翼の先端部が連結された
    環状バンドが、該環状バンドの外側表面とシュラウドの内側表面との間に連続す
    るギャップが画定されるようにシュラウドに関して配置されたローター組立体と
    、 シュラウドの内側表面からギャップ内に延びて、渦流を減少させ、ギャップを
    介する空気の漏洩を最小限に抑えるために空気流を阻止する手段とより成るター
    ボ機械。
  13. 【請求項１３】 阻止手段は、複数の繊維、複数の剛毛及び複数のフィラメ
    ントのうちの１つより成る請求項１２のターボ機械。
  14. 【請求項１４】 阻止手段は、シュラウドの内側表面に装着されている請求
    項１２のターボ機械。
  15. 【請求項１５】 阻止手段は、シュラウドの内側表面に接着材により装着さ
    れている請求項１４のターボ機械。
  16. 【請求項１６】 阻止手段は、基板に装着された複数の弾性部材より成る請
    求項１５のターボ機械。
  17. 【請求項１７】 環状バンドは、半径方向に延びる壁部と、該半径方向に延
    びる壁部に連結された軸方向に延びる壁部とより成り、阻止手段は、軸方向に延
    びる壁部の外側表面とシュラウドの内側表面との間に設けられている請求項１２
    のターボ機械。
  18. 【請求項１８】 阻止手段は、シュラウドの内側表面に装着された可撓性材
    料より成る請求項１２のターボ機械。
  19. 【請求項１９】 前記材料は発泡材である請求項１８のターボ機械。
  20. 【請求項２０】 阻止手段は、シュラウドの内側表面に接着されたサンドペ
    ーパーより成る請求項１２のターボ機械。
  21. 【請求項２１】 阻止手段は、シュラウドの内側表面に接着されたワックス
    より成る請求項１２のターボ機械。
  22. 【請求項２２】 シュラウドの内側表面は、シール手段を構成する粗面であ
    る請求項１２のターボ機械。
  23. 【請求項２３】 縦軸の周りに位置するシュラウドと、縦軸を中心として回
    転可能に取り付けられ、複数の動翼の先端部が連結された環状バンドが、該環状
    バンドの外側表面とシュラウドの内側表面との間に連続するギャップが画定され
    るようにシュラウドに関して配置されたローター組立体との間の空気流の効果を
    減少させる方法であって、 シュラウドの内側表面からギャップ内に延びて、渦流を減少させ、ギャップを
    介する空気の漏洩を最小限に抑えるシール手段を提供するステップより成る方法
    。
  24. 【請求項２４】 シール手段は、複数の繊維、複数の剛毛及び複数のフィラ
    メントのうちの１つより成る請求項２３の方法。
  25. 【請求項２５】 シール手段は、シュラウドの内側表面に装着されている請
    求項２３の方法。
  26. 【請求項２６】 シール手段は、シュラウドの内側表面に接着材により装着
    されている請求項２４の方法。
  27. 【請求項２７】 シール手段は、基板に装着された複数の弾性部材より成る
    請求項２４の方法。
  28. 【請求項２８】 環状バンドは、半径方向に延びる壁部と、該半径方向に延
    びる壁部に連結された軸方向に延びる壁部とより成り、シール手段は、軸方向に
    延びる壁部の外側表面とシュラウドの内側表面との間に設けられている請求項２
    ３の方法。
  29. 【請求項２９】 シール手段は、シュラウドの内側表面に装着された可撓性
    材料より成る請求項２３の方法。
  30. 【請求項３０】 前記材料は発泡材である請求項２９の方法。
  31. 【請求項３１】 シール手段は、シュラウドの内側表面に接着されたサンド
    ペーパーより成る請求項２３の方法。
  32. 【請求項３２】 シール手段は、シュラウドの内側表面に接着されたワック
    スより成る請求項２３の方法。
  33. 【請求項３３】 シュラウドの内側表面は、シール手段を構成する粗面であ
    る請求項２３の方法。
JP2001580547A 2000-05-03 2001-05-02 ローター・シュラウド間のシール構造を有するターボ機械 Pending JP2003532013A (ja)

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