JP2005188390A - 遠心ファン - Google Patents

Abstract

【課題】旋回失速の発生を抑制可能な遠心ファンを提供する。
【解決手段】インレットボックス２の吸込み口に複数のインレットダンパー翼１Ｗを有するインレットダンパー１が設けられた遠心ファン１０であって、前記複数のインレットダンパー翼は、複数の組Ａ、Ｂに分けられ、第１の前記組に含まれる前記インレットダンパー翼は、第２の前記組に含まれる前記インレットダンパー翼と異なる開度となるように制御される。前記インレットダンパーによって案内されて流体が前記インレットボックスに流入する方向とは反対側に位置する前記組に含まれる前記インレットダンパー翼から閉まり始め、順次前記流入する方向に位置する前記組に含まれる前記インレットダンパー翼が閉まるように制御されることを特徴としている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、遠心ファンに関し、特に、旋回失速開始流量を小さくすることが可能な遠心ファンに関する。

図７及び図８を参照して、従来の遠心ファンの一例について説明する。図７は、遠心ファンを示す縦断面図であり、図８は、図７のＢ−Ｂ矢に沿う横断面図である。図７及び図８において、符号２０は遠心ファン、１はインレットダンパー、２はインレットボックス、３は羽根車、４は吐出ケーシング、６は隔壁、６ａはインレットコーン、７は軸受、８は回転軸、９は駆動モータである。隔壁６は、インレットボックス２と吐出ケーシング４とを仕切る隔壁である。インレットボックス２の側壁である壁面２ａ及び壁面２ｂのそれぞれと、底壁２ｃとの間には、斜面２ｄ及び斜面２ｅが形成されており、インレットボックス２は全体として、図８において左右対称に構成されている。

遠心ファン２０の運転時、駆動モータ９によって回転軸８が駆動されると、これに固定された羽根車３が回転し、これに伴って空気がインレットダンパー１の複数枚のインレットダンパー翼１Ｗの間隙及びインレットボックス２を通って羽根車３に吸入され、この羽根車３によって昇圧された後、吐出ケーシング４を通って吐出される。遠心ファン２０の風量及び圧力は、インレットダンパー１の開度θを調節することによって制御される。

上述したように、図８において、遠心ファン２０のインレットボックス２の吸込み口には、インレットボックス２に流入する流量を制御するためのインレットダンパー１が設けられている。インレットダンパー１は、複数のインレットダンパー翼１Ｗを備えている。インレットボックス２の吸込み口の流路は、吸込み方向と直交する断面積が矩形に形成されている。そのインレットボックス２の吸込み口の流路に、インレットダンパー１の複数枚のインレットダンパー翼１Ｗが回動自在に設けられている。インレットダンパー１の開度θは、全てのインレットダンパー翼１Ｗが連動して制御され、全てのインレットダンパー翼１Ｗの開度θが同じ角度となるように構成されている。

インレットダンパー１の開度θが全開（例えば９０°）であるとき以外（部分負荷の場合）は、インレットダンパー１を通過した流れは、インレットボックス２の壁面２ａ、斜面２ｄ、斜面２ｅ、壁面２ｂに沿って回転軸８周りの流れになる。従来一般に、インレットダンパー１の開度θが全開（例えば９０°）であるとき（インレットボックス２内に旋回流が生じない場合）の効率を考慮してインレットボックス２は、図８に示すように、左右対称に形成されている。

図１０は、遠心ファン２０の適用範囲（流量−圧力特性）を示している。図１０において、符号ａで示す曲線は、インレットダンパー１の開度θが全開（例えば９０°）であるときの全開特性を示している。符号ｂで示す曲線は、インレットダンパー１の開度θが中間開度（例えば６０°）であるときの中間開度特性を示している。符号ｃで示す曲線は、インレットダンパー１の開度θが例えば２０°であるときの特性を示している。符号ｄは、インレットダンパー１の開度θが全閉（例えば０〜５°）であるときの全閉特性を示している。

符号ｅで示す曲線は、抵抗に対応している。遠心ファン２０が適用されるプラントにおいては、負荷が大きく変更されることはなく、一定値（定常運転時）である。遠心ファン２０が適用されるプラントにおいては、負荷は設計点Ｍでの流量Ｑｄからその２０％までこの一定抵抗線ｅ上で使用されることが多い。斜線で示す領域Ｓは、遠心ファン２０に旋回失速が発生する範囲を示している。

上記の旋回失速発生領域Ｓに示されるように、遠心ファン２０が一定抵抗ｅの下で運転されているときにおいては、インレットダンパー１の開度θが約２０°以下であるとき（曲線ｅの線上であって、曲線ｃよりも左側の領域に相当する）に、旋回失速が発生する。

符号ｆで示すように、抵抗が抵抗ｅよりも大きい場合には、インレットダンパー１の開度θが２０°よりも大きな開度のときから旋回失速が発生する。このように、旋回失速が発生するインレットダンパー１の開度θは、遠心ファン２０が運転される際の抵抗の大きさによって左右される。但し、図１０に示されるように、抵抗の大きさに依らず、インレットダンパー１の開度θが２０〜３０°よりも小さい場合には、旋回失速が発生する。

特開平９−１１２４８８号公報 実開平６−３４１９８号公報 特開平７−２８６５９８号公報

上記従来の遠心ファンにおいては、インレットダンパーの開度θを約２０〜３０％以下にすることによって遠心ファンの風量を低減させると、羽根車に旋回失速が発生し、これに基づく羽根車の回転数Ｎの約２／３の周波数の圧力変動によって、遠心ファン及びその前後のダクトに振動が発生するという不具合があった。

即ち、インレットダンパーを全開から全閉に閉鎖していき流量を制御する際に、ダンパー開度がある角度を超して小さくなると、インペラ（羽根車）に旋回失速が発生し、低周波の圧力変動と騒音を発生し、遠心ファンが設置されたプラントの構造を加振し、構造の破損を招いたり騒音公害を引き起こすという問題を有している。

本発明の目的は、旋回失速の発生を抑制可能な遠心ファンを提供することである。

本発明の遠心ファンは、インレットボックスの吸込み口に複数のインレットダンパー翼を有するインレットダンパーが設けられた遠心ファンであって、前記複数のインレットダンパー翼は、複数の組に分けられ、第１の前記組に含まれる前記インレットダンパー翼は、第２の前記組に含まれる前記インレットダンパー翼と異なる開度となるように制御されることを特徴としている。

上記本発明によれば、前記複数のインレットダンパー翼は、複数の組に分けられ、第１の前記組に含まれる前記インレットダンパー翼は、第２の前記組に含まれる前記インレットダンパー翼と異なる開度となるように制御される。これにより、全てのインレットダンパー翼が同じ開度に制御されていた場合と比べて、同じ流量が流入されるときに、前記第１及び第２の組のいずれか一方に含まれるインレットダンパー翼の開度を小さくし（全閉を含む）、前記第１及び第２の組のいずれか他方に含まれるインレットダンパー翼の開度を大きく設定することができる。全てのインレットダンパー翼が同じ開度に制御されていた場合に比べて、その開度が大きく設定された前記第１及び第２の組のいずれか他方に含まれるインレットダンパー翼とインレットダンパー翼との間から流入する空気の流れは、インレットボックス内に形成される旋回流の接線に沿うように流れるため、旋回流の旋回流速が高速になる。これにより、旋回失速開始流量を小さくすることができる。更に、上記本発明では、同じ流量が流入されるときに、全てのインレットダンパー翼が同じ開度に制御されていた場合に比べて、開度の大きなインレットダンパー翼によって、流入する空気が案内されるため、流れがインレットボックスの側壁面に衝突することが抑制される。これにより、旋回流の旋回流速の低下が抑制される。

本発明の遠心ファンにおいて、前記複数のインレットダンパー翼の全てが仮想的に同じ開度に制御された場合と比べて、同じ流量が前記インレットボックスに流入されるときに、前記第１及び第２の組のいずれか一方に含まれる前記インレットダンパー翼の開度は、相対的に小さく制御され、前記第１及び第２の組のいずれか他方に含まれる前記インレットダンパー翼の開度は、相対的に大きく制御されることを特徴としている。

上記本発明によれば、前記開度が前記相対的に大きく制御された前記第１及び第２の組のいずれか他方に含まれる前記インレットダンパー翼の間から流入する流れによって、前記インレットボックス内に形成される旋回流の旋回流速が高められる。これにより、旋回失速開始流量を小さくすることができる。

本発明の遠心ファンにおいて、前記第１及び第２の組のそれぞれに含まれる前記インレットダンパー翼の開度は、前記インレットボックスに流入される流量の大部分が前記インレットボックス内に形成される旋回流に沿う向きに流れるように、制御されることを特徴としている。

上記本発明によれば、前記第１及び第２の組のそれぞれに含まれる前記インレットダンパー翼の開度が、前記インレットボックスに流入される流量の大部分（相対的に流速が高い部分を含む）が前記インレットボックス内に形成される旋回流に沿う向きに流れるように、制御されるため、前記インレットボックス内に形成される旋回流の旋回流速が高められる。これにより、旋回失速開始流量を小さくすることができる。

本発明の遠心ファンにおいて、前記第１の組に含まれるインレットダンパー翼は、互いに連動して回動するように制御され、前記第２の組に含まれるインレットダンパー翼は、互いに連動して回動するように制御されることを特徴としている。

上記本発明によれば、前記第１及び第２の組のそれぞれに含まれるインレットダンパー翼が、それぞれ連動して回動するように制御されるため、各々のインレットダンパー翼を独立して操作するシステムに比べて、インレットダンパー翼を操作するシステム構成が簡便にすることができる。

本発明の遠心ファンにおいて、前記第１の組に含まれるインレットダンパー翼は、第１のリンク機構で連結され、前記第２の組に含まれるインレットダンパー翼は、第２のリンク機構で連結されていることを特徴としている。

本発明の遠心ファンにおいて、前記インレットダンパーによって案内されて流体が前記インレットボックスに流入する方向とは反対側に位置する前記組に含まれる前記インレットダンパー翼から閉まり始め、順次前記流入する方向に位置する前記組に含まれる前記インレットダンパー翼が閉まるように制御されることを特徴としている。

上記本発明では、前記インレットダンパーによって案内されて流体が前記インレットボックスに流入する方向とは反対側に位置する前記組に含まれる前記インレットダンパー翼から閉まり始め、順次前記流入する方向に位置する前記組に含まれる前記インレットダンパー翼が閉まるように制御される。このことから、全てのインレットダンパー翼が同じ開度に制御されていた場合と比べて、同じ流量が流入されるときに、前記流入する方向に位置する前記組に含まれるインレットダンパー翼の開度を大きく設定することができる。これにより、その開度が大きく設定された前記組に含まれるインレットダンパー翼とインレットダンパー翼との間から流入する空気の流れは、インレットボックス内に形成される旋回流の接線に沿うように流れることが可能となり、旋回流の旋回流速が高速になる。これにより、旋回失速開始流量を小さくすることができる。また、上記本発明のように、流体が前記インレットボックスに流入する方向とは反対側に位置する前記組に含まれる前記インレットダンパー翼から閉まり始め、順次前記流入する方向に位置する前記組に含まれる前記インレットダンパー翼が閉まるように制御されることで、インレットボックスに流入した空気がインレットボックスの壁面に衝突することが抑制される。これにより、旋回流の旋回流速の低下が抑制される。

本発明の遠心ファンにおいて、前記インレットボックスの両端側に対応する前記インレットダンパー翼から閉まり始め、前記インレットボックスの中央部に対応する前記インレットダンパー翼が遅れて閉まるように制御されることを特徴としている。

上記本発明では、前記インレットボックスの両端側に対応する前記インレットダンパー翼から閉まり始め、前記インレットボックスの中央部に対応する前記インレットダンパー翼が遅れて閉まるように制御される。このことから、全てのインレットダンパー翼が同じ開度に制御されていた場合と比べて、同じ流量が流入されるときに、インレットボックスの中央部に対応するインレットダンパー翼の開度を大きく設定することができる。これにより、その開度が大きく設定された前記組に含まれるインレットダンパー翼とインレットダンパー翼との間から流入する空気の流れは、インレットボックス内に形成される旋回流の接線に沿うように流れることが可能となり、旋回流の旋回流速が高速になる。これにより、旋回失速開始流量を小さくすることができる。また、上記本発明のように、前記インレットボックスの両端側に対応する前記インレットダンパー翼から閉まり始め、前記インレットボックスの中央部に対応する前記インレットダンパー翼が遅れて閉まるように制御されることで、インレットボックスに流入した空気がインレットボックスの壁面に衝突することが最小限に抑制される。これにより、旋回流の旋回流速の低下が抑制される。

本発明の遠心ファンにおいて、前記複数のインレットダンパー翼の配列方向に平行である前記インレットダンパーの近傍の仮想線上において、前記インレットボックス内に形成される旋回流の上流側に対応する前記インレットダンパー翼の開度よりも、前記仮想線上において前記旋回流の下流側に対応する前記インレットダンパー翼の開度の方が相対的に大きくなるように制御されることを特徴としている。

その開度が相対的に大きく設定されたインレットダンパー翼とインレットダンパー翼との間から流入する空気の流れは、インレットボックス内に形成される旋回流の流れに沿うように流れることが可能となり、旋回流の旋回流速が高速になる。これにより、旋回失速開始流量を小さくすることができる。また、上記本発明のように、その開度が相対的に大きく設定されたインレットダンパー翼とインレットダンパー翼との間から流入する空気の流れは、インレットボックスの壁面に衝突することが抑制される。これにより、旋回流の旋回流速の低下が抑制される。

本発明の遠心ファンにおいて、前記複数のインレットダンパー翼の配列方向に平行である前記インレットダンパーの近傍の仮想線上において、前記インレットボックス内に形成される旋回流の上流側及び下流側のそれぞれに対応する前記インレットダンパー翼の開度よりも、前記仮想線上において前記旋回流の前記上流側及び下流側の間に対応する前記インレットダンパー翼の開度の方が相対的に大きくなるように制御されることを特徴としている。

その開度が相対的に大きく設定されたインレットダンパー翼とインレットダンパー翼との間から流入する空気の流れは、インレットボックス内に形成される旋回流の流れに沿うように流れることが可能となり、旋回流の旋回流速が高速になる。これにより、旋回失速開始流量を小さくすることができる。また、上記本発明のように、前記仮想線上において前記旋回流の前記上流側及び下流側の間に対応し、インレットボックスの両側壁面から離間した位置において、その開度が相対的に大きく設定されたインレットダンパー翼とインレットダンパー翼との間から流入する空気の流れは、インレットボックスの壁面に衝突することが抑制される。これにより、旋回流の旋回流速の低下が最小限に抑制される。

本発明の遠心ファンにおいて、前記第１の組に含まれるインレットダンパー翼は、前記第２の組に含まれるインレットダンパー翼が全閉とされた状態で、開いている状態に制御されることを特徴としている。

上記本発明によれば、第２組のインレットダンパー翼が全閉とされた状態で、第１組のインレットダンパー翼の開度が所定の中間開度に制御される。この場合、全てのインレットダンパー翼が同じ開度に制御されていた場合と比べて、同じ流量が流入されるときに、第１組のインレットダンパー翼の開度を大きく設定することができる。これにより、その開度が大きく設定された第１組に含まれるインレットダンパー翼とインレットダンパー翼との間から流入する空気の流れは、インレットボックス内に形成される旋回流の接線に沿うように流れることが可能となり、旋回流の旋回流速が高速になる。これにより、旋回失速開始流量を小さくすることができる。また、その開度が大きく設定された第１組に含まれるインレットダンパー翼とインレットダンパー翼との間から流入した空気がインレットボックスの壁面に衝突することが抑制される。これにより、旋回流の旋回流速の低下が抑制される。

本発明の遠心ファンにおいて、前記第１の組に含まれるインレットダンパー翼を操作するシステムと、前記第２の組に含まれるインレットダンパー翼を操作するシステムとは、独立に構成されていることを特徴としている。

上記本発明によれば、システムが簡便にできると共に、一方のシステムに不具合が生じた場合にも他方のシステムだけで遠心ファンの制御が可能である。

本発明の遠心ファンにおいて、前記第１の組及び前記第２の組のそれぞれに含まれるインレットダンパー翼は、単一の操作系を介して連結され、前記単一の操作系の操作により、前記第１の組及び前記第２の組のそれぞれに含まれるインレットダンパー翼が互いに独立して連動して回動するように構成されていることを特徴としている。

上記本発明において、前記単一の操作系は、リンク機構であることができる。

遠心ファンのインレットボックスの吸込み口の開口面が矩形に形成された流路に複数枚回動自在に設置される流量制御用のインレットダンパーは、従来、全てのインレットダンパー翼が連動して角度制御が行われていたのに対し、本発明では、その複数枚のインレットダンパー翼が複数組に分割されて、それぞれの組が連動して回動するように構成されている。

その開度調整に際しては、全開時（インレットダンパー翼が流路に平行に設定された状態）から全閉時の間で、インレットダンパー翼が中間開度のときに一部の複数枚のインレットダンパー翼（Ａ組）から閉まり始め、複数枚のインレットダンパー翼（Ｂ組）が遅れて順次閉鎖するように制御される。また、全閉時近傍で流量が少なくなる両端の複数の翼から閉まり始め、中央部の複数の翼が遅れて閉まるように制御される。

Ｂ組の複数の翼列を通過する流れは、Ｂ組の翼角が大きいため、この翼列を通過する際の圧力損失を小さくすることができる。その結果ダンパーによる損失が小さくなり効率を向上できる。また、上流から流入する流れを、従来翼列では図示左側の壁面にぶつかるように流入するため損失が増加するのと同時に羽根車回転軸に対して接線方向に入らないために回転軸周りの回転対称な流れができないが、本発明では左壁面に沿って流入するため、回転軸に対して接線方向の流れとなり、回転軸に回転対称な流れとなる。回転対称の羽根車に流入する流れが非回転対称な旋回流の場合、最も旋回流速が小さいところから失速が始めるので、旋回失速開始流量が大きくなる。これを回転対称な旋回流にすることで旋回失速開始流量を小さくすることができる。

本発明の遠心ファンによれば、旋回流の発生が抑制される。

以下、本発明の遠心ファンの一実施形態につき図面を参照しつつ詳細に説明する。

（第１実施形態）
まず、図１及び図２を参照して、第１実施形態について説明する。
図１は、第１実施形態の遠心ファン１０を示している。遠心ファン１０は、上記図８の遠心ファン２０と基本的構造は同一である。図１において、符号１はインレットダンパー、２はインレットボックス、６は隔壁、６ａはインレットコーン、８は回転軸である。インレットボックス２の側壁である壁面２a及び壁面２ｂのそれぞれと、底壁２ｃとの間には、斜面２ｄ及び２ｅが形成されており、インレットボックス２は全体として左右対称に構成されている。

図２は、遠心ファン１０の適用範囲（流量−圧力特性）を示している。図２の適用範囲は、図１０に示した適用範囲と原則として同一である。第１実施形態において、上述した内容と共通する部分については同じ符号を付して、その詳細な説明は省略する。

なお、本実施形態では、図２の符号ｇで示す範囲で発生する旋回失速については、考慮しないものとする。本実施形態の遠心ファン１０が適用されるプラントでは、遠心ファン１０の抵抗は、最高効率点近傍の設計点Ｍを通る一定抵抗値ｅの上で運転され、符号ｇで示す範囲の旋回失速が問題となるような抵抗の下において、遠心ファン１０が運転されることはないためである。

図１に示されるように、遠心ファン１０のインレットダンパー１の複数のインレットダンパー翼１Ｗは、複数組（本例ではＡ、Ｂの２組）に分割されている。各組の複数のインレットダンパー翼１Ｗが連動して回動するように制御されている。インレットダンパー翼１Ｗの開度θが全開時（インレットダンパー翼ＩＷがインレットボックス２の吸込み口の流路に平行に設定された状態）から全閉時の間で、インレットダンパー翼１Ｗが中間開度のときに一部の複数枚のインレットダンパー翼１Ｗ（Ａの組）から閉まり始め、複数枚のインレットダンパー翼１Ｗの組Ｂが遅れて順次閉鎖するように制御される。

インレットダンパー翼１Ｗが中間開度のときに、流れが流出する方向（インレットダンパー１によって案内されてインレットボックス２に空気が流入する方向）と逆の位置にある複数枚のインレットダンパー翼１Ｗ（Ａの組）から閉まり始め、流れが流出する方向（Ｂの組の方向）に順次閉鎖するように制御する。複数のインレットダンパー翼１Ｗの列方向（配列方向、図中左右方向）に平行であるインレットダンパー１の近傍の仮想線Ｌ上において、旋回流９０の上流側Ｌａ（壁面２ｂ側）にＡ組が設定され、下流側Ｌｂ（壁面２ａ側）にＢ組が設定されている。本例では、Ａ、Ｂの２組であるが、３組以上ある場合には、図１の例では、インレットボックス２の図中右側の壁部２ｂに近い側の組のインレットダンパー翼１Ｗから閉まり始め、順次図中左側の壁面２ａに近い組のインレットダンパー翼１Ｗが閉まり、最後に壁面２ａに最も近い組のインレットダンパー翼１Ｗが閉まる。本例では、インレットダンパー１の全体の１／２がＡ組であり、残りの１／２がＢ組であるが、各組の割合は、均等でなくてもよい。

次に、本実施形態のＡ、Ｂの２組のインレットダンパー翼１Ｗの閉鎖動作の制御方法について説明する。

図３に示すように、Ａ、Ｂの２組のインレットダンパー翼１Ｗが同じタイミングで閉まり始め、Ａ、Ｂの２組のインレットダンパー翼１Ｗともに、開から閉に開度θが連続的に操作され、Ａ組のインレットダンパー翼１Ｗの方がＢ組のインレットダンパー翼１Ｗに比べて、早い時期に閉鎖される。図３の方法に代えて、図４の方法を採用することもできる。図４に示すように、Ａ組のインレットダンパー翼１Ｗが最初に全開状態から全閉状態に操作され、Ａ組のインレットダンパー翼１Ｗが全閉状態に操作された後に、Ｂ組のインレットダンパー翼１Ｗが全開状態から全閉状態に操作される。

特に、図４に示す方法が採用される場合には、Ａ、Ｂ組の操作システムを独立に構成することができ、システムが簡便になるとともに、一方のシステムに不具合が生じた場合にも他方のシステムの制御が可能であるという利点がある。

次に、本実施形態の作用・効果について説明する。

まず、従来の遠心ファン２０の羽根車３における旋回失速の発生について説明する。
図９は、従来の遠心ファン２０のインレットダンパー１の開度θが２０°以下のときにインレットボックス２に流入する空気の流れを示している。従来の遠心ファン２０では、インレットダンパー１の全てのインレットダンパー翼１Ｗの開度θが同じ角度に制御されている。インレットダンパー１は、符号Ｇ１に示すように、回転軸８の回りに回転軸８の接線方向に流れを流すことにより回転軸８の回りに旋回流９０を作る作用が有る。図９において、符号Ｇ１は、インレットダンパー１からインレットボックス２内に流入した空気の流れの中で最も流量が大きい箇所を示しており、それは、インレットダンパー１における左右方向の概ね中央部からインレットボックス２内に流入した空気に対応している（その理由は後述する）。符号Ｒ₀は、インレットボックス２の内壁の平均的な半径を示し、符号Ｒ_iは、インレットコーン６ａの半径（図７参照）を示し、符号Ｒは、旋回流９０の代表半径を示し、Ｒ＝（Ｒ₀＋Ｒ_i）／２により求められる。以下では、旋回流９０とは、代表半径Ｒの円に沿う流れとして説明する。

図５−１は、羽根車３の正面図である。
図５−２は、図５−１の拡大図であり、設計点Ｍ（図１０参照）での入口の流れを拡大して示す図である。
図５−３は、図５−１の拡大図であり、インレットダンパー１の角度θが約２０°であるときの入口の流れを拡大して示し、羽根車３の旋回失速限界を説明するための図である。

図５−１に示すように、羽根車３は、回転速度Ｕで回転している。
図５−２において、符号β_kは羽根車３の翼角である。羽根車３は、上記のように、速度Ｕで旋回しており、設計点Ｍでは、半径方向流速Ｃｒ_Mで空気が入ることから、羽根車３には、かつ相対流速Ｗ_Mの空気が相対流れ角β_Mで当たることになる。設計点Ｍでは相対流れ角β_Mは翼角β_Kとほぼ等しくなるように設計される。なお、設計点Ｍは、図１０に示すように、一定抵抗ｅの下においてインレットダンパー１の開度θが全開であるときの作動点に対応している。インレットダンパー１の開度θが全開である設計点Ｍでは、旋回流９０は形成されないため、旋回流９０の入口旋回流ＣｕＭ＝０である。

図１０に示すように、インレットダンパー１の角度θが約２０°である場合、一定抵抗ｅの下において曲線Ｃとの交点Ｎで運転される。この場合の流量はＱ_Nになる。このＮ点の流量Ｑ_Nは、設計点Ｍでの流量Ｑ_dの約１／３に減少する。
図５−３に示すように、θ＝約２０°の時、インレットボックス２内に旋回流９０が生じ、この流れが羽根車３に流入し旋回流速Ｃｕ_Nが生じる。このときの半径方向流速Ｃｒ_Nは流量Ｑ_Nに比例する。Ｑ_N≒Ｑ_d／３であるので、Ｃｒ_N≒Ｃｒ_M／３に減少する。なお、羽根車３の旋回流速Ｕは、図５−２のときと同様である。

以上のことから、図５−３に示すように、流れ角β_Nが翼角β_kに対して小さくなり、β_K−β_N＝iで定義されるインシデンスiが大きくなり、翼が失速し羽根車３に旋回失速が発生する。この時のインシデンスを旋回失速開始の限界値i_CRと示す。

本実施形態では、同じ流量（Ｑ_N）が流入されるときのインレットボックス２内に発生する旋回流９０の旋回流速（Ｃｕ_N）を大きくすることで、相対流れ角（β_N）を大きくし、インシデンスｉを小さくして羽根車３の旋回失速の発生を抑制している。これにより、旋回失速開始流量を小さくする。

図１０にて旋回失速が発生し始めるＮ点での流れを図９に示す。図９は、インレットダンパー１の開度θが２０°以下の場合を示している。
インレットボックス２内に旋回流９０が発生すると、図８の「高」、「低」の文字に示すように、回転軸８近傍の圧力が低下し、この圧力分布が同芯円状にできるのでインレットダンパー１の出口は、中央で圧力が低く両側は圧力が高くなる。更に、符号２ｓで示す側部では、流れが淀むため圧力が高くなり、符号２ｔで示す側部では、インレットダンパー１から流入した流れが左側面２ａにぶつかるため圧力が高くなる。その結果、図９のインレットダンパー１出口近傍の矢印に示すように、インレットダンパー１の中央部から流入する流速が速く（流量が大きく、矢印Ｇ１）、両側で低く（流量が小さく）なる。この時のベーンの角度が約２０°であると、この流れは左壁面２ａに向って流れ左壁面２ａにぶつかって圧力損失を生じ、流速が低下するため、旋回流９０の流速が低下し、旋回失速の発生域が広くなるという欠点がある。

次に、図１を参照して、本実施形態の場合について説明する。
図１は、Ａ組をθ＝１０°、Ｂ組をθ＝３０°に設定し平均的に２０°にした場合を示す。図１において、インレットダンパー１の出口の矢印に示すように、インレットダンパー１の中央部から流入する流速が速く（流量が大きく、矢印Ｇ１）、両側で低く（流量が小さく）なる。その理由については前述の通りである。本実施形態では、流量が最も多い流れＧ１が、旋回流９０の流れに概ね一致して、旋回流９０の流速が速くなるように、インレットダンパー１のＡ、Ｂ組の角度が設定される。

インレットダンパー翼１Ｗの開度θは、インレットダンパー翼１Ｗの開口面積に対応するから、開度θが１０°のインレットダンパー翼１Ｗに比べて、３０°のインレットダンパー翼１Ｗの開口面積は、３倍である。よって、流入する全流量（上記例ではＱ_N）の約３／４の流量が、インレットダンパー１の全体の１／２のＢ組から流入することになる。これにより、流入する角度が大きくなり、旋回流９０に対して接線方向に滑らかに流入する。その結果、旋回流９０の旋回流速が速くなり、旋回失速が発生する領域が狭くなる（旋回失速開始流量が小さくなる）。

上記においては、Ａ組をθ＝１０°、Ｂ組をθ＝３０°に設定した例を示したが、各組の開度θが上記の角度に限定されないのはいうまでもない。本実施形態では、インレットダンパー１から流入した空気の全体的な流れ（特に流量が多い箇所の流れ）の向きが旋回流９０の流れに沿うように形成され、旋回流９０の流速が高まる作用が生じれば、各組の開度θは任意に設定することができる。例えば、Ａ組をθ＝０°（全閉）、Ｂ組をθ＝４０°に設定することも可能である。また、インレットダンパー１の全てのインレットダンパー翼１Ｗのうち、各組に含まれるインレットダンパー翼１Ｗの数（割合）も特に限定されない。

インレットボックス２に同一の流量が流入される場合、従来の遠心ファン２０では、全てのインレットダンパー翼１Ｗが同じ開度θに制御されていたのに対し、本実施形態の遠心ファン１０では、全体の半分のインレットダンパー翼１Ｗ（Ａ組）が従来の遠心ファン２０における同じ開度θと比べて小さく設定され、残りの半分のインレットダンパー翼１Ｗ（Ｂ組）の開度θは、従来の遠心ファン２０における同じ開度θと比べて、大きく設定される。これにより、相対的に大きな開度θのインレットダンパー翼１Ｗ（Ｂ組）から全流入量（上記例ではＱ_N）の大半が流れるため、流れが左壁面２ａにぶつかることを抑制することが可能となり、また、流入する角度が大きくなり、旋回流９０に対して接線方向に滑らかに流入させることが可能となる。

以上に述べたように、第１実施形態によれば、旋回失速が開始される流量を小さくすることができる。よって、遠心ファンにおいて、旋回失速が生じることなく運転できる領域を拡大することができる。

なお、図１に示すように、インレットボックス２は、回転軸８の軸心からインレットダンパー１までの高さＨは、インレットダンパー１の幅（吸込み口の流路の幅）ｂの１／２〜２／３程度の大きさとなるような縦横比に設計されている。このような縦横比を大幅に越えて縦長のインレットボックスにおいては、本実施形態のように、Ａ、Ｂ組の各組の開度θを上記のように設定したとしても、インレットダンパーから流入した空気の全体的な流れ（特に流量が多い箇所の流れ）の向きが旋回流の流れに沿うように形成することは困難であり、左壁面にぶつかってしまう。但し、通常一般のインレットボックスの形状は、本実施形態が有効な縦横比に設計されていることが多い。

（第２実施形態）
図６を参照して、第２実施形態について説明する。なお、第２実施形態において、上記第１実施形態と共通する部分についての説明は省略する。

第２実施形態の遠心ファン１０’においては、インレットボックス２の左右の壁面２ａ、壁面２ｂに近い側のインレットダンパー翼１ＷがＡ組に設定され、中央のインレットダンパー翼１ＷがＢ組に設定される。複数のインレットダンパー翼１Ｗの列方向（図中左右方向）に平行であるインレットダンパー１の近傍の仮想線Ｌ上において、旋回流９０の上流側Ｌａと下流側ＬｂのそれぞれにＡ組が設定され、上流側Ｌａと下流側Ｌｂの間にＢ組が設定されている。インレットボックス２に流入される空気の流量が少なくなるときには、遠心ファン１０’では、両端側の複数のインレットダンパー翼１Ｗ（Ａ組）から閉まり始め、中央部の複数のインレットダンパー翼１Ｗ（Ｂ組）が遅れて閉まるように制御される。

図６は、Ａ組をθ＝１０°、Ｂ組をθ＝３０°に設定した例を示している。図６において、インレットダンパー１の出口の矢印に示すように、インレットダンパー１の中央部から流入する流速が速く（流量が大きく、矢印Ｇ１）、両側で低く（流量が小さく）なる。その理由は前述の通りである。この例では、図８に示した圧力分布において圧力の低い部分と、開度θが大きい部分が一致しているため、図１のＢ組から流入する量（流速）よりも図６のＢ組から流入する量（流速）の方が大きい。全てのインレットダンパー翼１Ｗが同じ開度θに制御されていた従来の遠心ファン２０に比べて、流入する角度が大きくなる上に流量の中心が旋回流９０の代表半径（図９のＲ）に滑らかに接するようになる。また、流入した流れが左壁面２ａにぶつかることが最小限に抑制される。これらのことから、第１実施形態以上に旋回流９０の流速が大きくなり旋回失速が発生する領域が狭くなる。

以上に述べたように、第２実施形態によれば、旋回失速が開始される流量を小さくすることができる。よって、遠心ファンにおいて、旋回失速が生じることなく運転できる領域を拡大することができる。

なお、インレットボックス２の縦横比については、上記第１実施形態の場合と同様である。即ち、図６に示すように、インレットボックス２は、回転軸８の軸心からインレットダンパー１までの高さＨは、インレットダンパー１の幅（吸込み口の流路の幅）ｂの１／２〜２／３程度の大きさとなるような縦横比に設計されている。このような縦横比を大幅に越えて縦長のインレットボックスにおいては、本実施形態のように、Ａ、Ｂ組の各組の開度θを上記のように設定したとしても、インレットダンパーから流入した空気の全体的な流れ（特に流量が多い箇所の流れ）の向きが旋回流の流れに沿うように形成することは困難であり、左壁面にぶつかってしまう。但し、通常一般のインレットボックスの形状は、本実施形態が有効な縦横比に設計されていることが多い。

なお、第１及び第２実施形態は、適宜組合わせることが可能である。例えば、図６において、Ａ組のインレットダンパー翼１Ｗのうち、壁面２ｂ側のインレットダンパー翼１Ｗよりも、壁面２ａ側のインレットダンパー翼１Ｗの方をより遅く閉めることができる。

本発明の遠心ファンの第１実施形態の横断面図である。 本発明の遠心ファンの第１実施形態の適用範囲（流量−圧力特性）を示す図である。 本発明の遠心ファンの第１実施形態のインレットダンパー翼の閉鎖動作の一例を示す図である。 本発明の遠心ファンの第１実施形態のインレットダンパー翼の閉鎖動作の他の例を示す図である。 遠心ファンの羽根車を示す正面図である。 遠心ファンの羽根車の翼において設計点での入口の流れを示す図である。 遠心ファンの羽根車の翼において旋回失速限界を説明するための図である。 本発明の遠心ファンの第２実施形態の横断面図である。 従来の遠心ファンを示す縦断面図である。 図７のＢ−Ｂ矢に沿う横断面図である。 図７の遠心ファンのインレットボックスに流入した空気の流れを示す図である。 遠心ファンの適用範囲（流量−圧力特性）を示す図である。

符号の説明

１ インレットダンパー
１Ｗ インレットダンパー翼
２ インレットボックス
２ａ 壁面
２ｂ 壁面
２ｃ 底面
２ｄ 斜面
２ｅ 斜面
３ 羽根車
４ 吐出ケーシング
６ 隔壁
６ａ インレットコーン
７ 軸受
８ 回転軸
９ 駆動モータ
１０ 遠心ファン
１０’ 遠心ファン
２０ 遠心ファン
θ 開度

Claims (13)

1. インレットボックスの吸込み口に複数のインレットダンパー翼を有するインレットダンパーが設けられた遠心ファンであって、
   前記複数のインレットダンパー翼は、複数の組に分けられ、第１の前記組に含まれる前記インレットダンパー翼は、第２の前記組に含まれる前記インレットダンパー翼と異なる開度となるように制御される
   ことを特徴とする遠心ファン。
2. 請求項１記載の遠心ファンにおいて、
   前記複数のインレットダンパー翼の全てが仮想的に同じ開度に制御された場合と比べて、同じ流量が前記インレットボックスに流入されるときに、前記第１及び第２の組のいずれか一方に含まれる前記インレットダンパー翼の開度は、相対的に小さく制御され、前記第１及び第２の組のいずれか他方に含まれる前記インレットダンパー翼の開度は、相対的に大きく制御される
   ことを特徴とする遠心ファン。
3. 請求項１または２に記載の遠心ファンにおいて、
   前記第１及び第２の組のそれぞれに含まれる前記インレットダンパー翼の開度は、前記インレットボックスに流入される流量の大部分が前記インレットボックス内に形成される旋回流に沿う向きに流れるように、制御される
   ことを特徴とする遠心ファン。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の遠心ファンにおいて、
   前記第１の組に含まれるインレットダンパー翼は、互いに連動して回動するように制御され、前記第２の組に含まれるインレットダンパー翼は、互いに連動して回動するように制御される
   ことを特徴とする遠心ファン。
5. 請求項４記載の遠心ファンにおいて、
   前記第１の組に含まれるインレットダンパー翼は、第１のリンク機構で連結され、前記第２の組に含まれるインレットダンパー翼は、第２のリンク機構で連結されている
   ことを特徴とする遠心ファン。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載の遠心ファンにおいて、
   前記インレットダンパーによって案内されて流体が前記インレットボックスに流入する方向とは反対側に位置する前記組に含まれる前記インレットダンパー翼から閉まり始め、順次前記流入する方向に位置する前記組に含まれる前記インレットダンパー翼が閉まるように制御される
   ことを特徴とする遠心ファン。
7. 請求項１から５のいずれか１項に記載の遠心ファンにおいて、
   前記インレットボックスの両端側に対応する前記インレットダンパー翼から閉まり始め、前記インレットボックスの中央部に対応する前記インレットダンパー翼が遅れて閉まるように制御される
   ことを特徴とする遠心ファン。
8. 請求項１から６のいずれか１項に記載の遠心ファンにおいて、
   前記複数のインレットダンパー翼の配列方向に平行である前記インレットダンパーの近傍の仮想線上において、前記インレットボックス内に形成される旋回流の上流側に対応する前記インレットダンパー翼の開度よりも、前記仮想線上において前記旋回流の下流側に対応する前記インレットダンパー翼の開度の方が相対的に大きくなるように制御される
   ことを特徴とする遠心ファン。
9. 請求項１から５及び７のいずれか１項に記載の遠心ファンにおいて、
   前記複数のインレットダンパー翼の配列方向に平行である前記インレットダンパーの近傍の仮想線上において、前記インレットボックス内に形成される旋回流の上流側及び下流側のそれぞれに対応する前記インレットダンパー翼の開度よりも、前記仮想線上において前記旋回流の前記上流側及び下流側の間に対応する前記インレットダンパー翼の開度の方が相対的に大きくなるように制御される
   ことを特徴とする遠心ファン。
10. 請求項１から９のいずれか１項に記載の遠心ファンにおいて、
    前記インレットダンパーの開度が中間開度のときに、前記第１の組に含まれるインレットダンパー翼から閉まり始め、前記第２の組に含まれるインレットダンパー翼が遅れて閉まるように制御される
    ことを特徴とする遠心ファン。
11. 請求項１から１０のいずれか１項に記載の遠心ファンにおいて、
    前記第１の組に含まれるインレットダンパー翼は、前記第２の組に含まれるインレットダンパー翼が全閉とされた状態で、開いている状態に制御される
    ことを特徴とする遠心ファン。
12. 請求項１から１１のいずれか１項に記載の遠心ファンにおいて、
    前記第１の組に含まれるインレットダンパー翼を操作するシステムと、前記第２の組に含まれるインレットダンパー翼を操作するシステムとは、独立に構成されている
    ことを特徴とする遠心ファン。
13. 請求項１から１１のいずれか１項に記載の遠心ファンにおいて、
    前記第１の組及び前記第２の組のそれぞれに含まれるインレットダンパー翼は、単一の操作系を介して連結され、前記単一の操作系の操作により、前記第１の組及び前記第２の組のそれぞれに含まれるインレットダンパー翼が互いに独立して連動して回動するように構成されている
    ことを特徴とする遠心ファン。

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