JP2011122535A - 軸流送風機 - Google Patents

Abstract

【課題】製作コストが安く、効率の高い静翼を具備した軸流送風機を提供する。
【解決手段】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、この動翼の上流または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、前記静翼に用いる翼型をトータル設計システムＮＡＣＡ ＳＰ−３６により計算し、これより得た翼の反り線を揚力係数に基いて円弧に近似させて修正したものに一定の厚みをつけて静翼を構成する。
【選択図】図２

Description

本発明は軸流送風機に係り、特に、静翼列に用いる翼型を改良した軸流送風機に関する。

従来、軸流送風機の翼型には文献「ＮＡＣＡ、 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。
特許文献１（特開平１−９６４９９号）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。
特許文献２（特開２００１−２３４８９３号）には、ＮＡＣＡ６５系統の翼型における、後縁付近での減速、剥離による損失増加の問題や、前縁付近が薄いために起きる、前縁剥離による損失増加の問題、作動範囲が狭くなる問題を解決する為に、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。 もしくは、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した翼型により構成される軸流送風機が示されている。

特開平１−９６４９９号公報 特開２００１−２３４８９３号公報

前記背景技術にもあるように、送風機性能を向上させるためには動静翼の翼形状、厚み分布、最大反り位置の決定が重要な要素となる。しかしながら、上記翼形状を製作するためには鋳物での製造か、2枚板の張り合せ、もしくはＮＣでの削り出し加工等が必要であり、いずれも製造コストを増加させてしまう問題がある。

本発明は、上記従来技術に鑑み、損失低下や騒音増大を起すことなく製造コストを低減させた軸流送風機を提供するものである。

本発明は上記課題を解決するために、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、この動翼の上流または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、
前記静翼に用いる翼型を、トータル設計システムＮＡＣＡ ＳＰ−３６により反り線を算出し、この反り線に一定の厚みをつけて構成したことを特徴とする。

また、前記の軸流送風機において、前記トータル設計システムＮＡＣＡ ＳＰ−３６により反り線を算出し、この反り線を揚力係数に基いて円弧に近似したものに一定の厚みをつけて構成したことを特徴とする。

また、前記の軸流送風機において、翼の先端および根元の径より計算される二乗平均径の高さを翼の代表径とし、代表径の翼型をトータル設計システムＮＡＣＡ ＳＰ−３６により計算し、得られた反り線を揚力係数に基いて円弧に近似したものに一定の厚みをつけ、先端径から根元径まで延長して一定形状に構成したことを特徴とする。

本発明によれば、静翼の流れ方向上流側から下流側にかけて翼の厚さを一定にするため、プレス機によって１枚の板を曲げるだけで静翼形状を製造できるため、安価に製造できる。トータル設計システムＮＡＣＡ ＳＰ−３６により計算した翼の反り線を揚力係数に基いて円弧に近似修正するため、後縁部分での流れのはく離がなく、従来の平板静翼に比べて高い効率が得られる。

本発明の翼型が適用される軸流送風機の翼列部断面図。 本発明の実施例１に係る静翼形状を示した図。 本発明の実施例１と従来の翼型との反り線分布を比較した図。 本発明の実施例１と従来の翼型との厚み分布を比較した図。 翼型の決定フロー図。 本発明の実施例１の静翼を図２の上側から見た図。 本発明の実施例１と従来の翼型との比較した図。 本発明の実施例２の静翼を上側から見た平面図。 本発明の実施例３の静翼を上側から見た平面図。

以下本発明の実施例を図面を用いて説明する。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。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、静翼列２に適用されるものである。

図２は本発明の実施例１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は翼型の中心線である反り線、１１は最大反り高さ位置である。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。
図３は、本実施例の翼型での反り線９-（ａ）と、従来使用されている６５系翼型の反り線９-（ｂ）とを比較したものである。横軸は前縁７からの距離（Ｘ）と翼弦長(Ｃ)１２との比（Ｘ／Ｃ）を示しており、縦軸は反り線９の高さ(Ｙｃ)と翼弦長１２との比（Ｙｃ／Ｃ）を示している。

また、図４は、本実施例の翼型の厚み分布（白丸で示す）と、６５系翼型（黒丸で示す）とを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（Ｘ／Ｃ）を、縦軸は厚み１３の翼弦長１２に対する比（ｔ／Ｃ）を示している。
軸流送風機や軸流圧縮機に用いられる図１に示した静翼２の各断面（ｒ方向）での基本の翼型は、ＮＡＣＡ６５翼の基本反り線９-（ｂ）をＮＡＣＡ ＳＰ−３６に基づいて計算された、各断面における揚力係数Ｃｌ_０、スタッガ角γ（主流方向と翼前縁の食違い角度）および、図４の厚み分布で変換して構成する。

図５は翼型の決定方法のフローを示したもので、翼型の決定では、先ず、設計システムＳＰ−３６で、翼枚数、コード長を入力して、静翼の基本的な反り線９-（ｂ）および、翼先端から根元までの各断面の揚力係数、スタッガ角が算出される(ステップ５−１)。次いで、算出された基本的な反り線は、円弧に近似９-（ａ）して円弧基本反り線とし、その後各断面毎の揚力係数にて、円弧反りに変換される(ステップ５−２)。次に、厚みを入力し、前記で修正された反り線に厚みを付加する。この際、単板で製作するために厚み分布を反り線に一定に付加するようにし、厚みをプレス曲げが可能な板厚５〜４０ｍｍ程度の値とする(ステップ５−３)。最後に、設計システムＳＰ−３６より出力されたスタッガ角となる様に、半径方向の各断面の翼弦を、翼の前縁７を中心として回転させる。実際には各断面の角度が入力され、ひねりが加えられ(ステップ５−４)、翼型が決定される（ステップ５−５）。

本実施例１では、翼先端ｒ−ｔｉｐから翌先端ｒ−ｒｏｏｔにおける、半径方向各断面について最大反り高さ位置１１（図２）を、図３に示した６５系翼型の反り線に一致させるようにして円弧で近似した反り線９-（ａ）を計算する。このとき最大反り高さは翼弦長１２の５．５１６％、この反り線９-（ａ）に一定の厚み分布をつけ、翼の前縁部７と、翼の後縁部８はＲ形状とする。

この半径方向ｒにおける各断面形状における図６に示す翼弦と通風方向とがなす角γが設計システムＳＰ−３６により計算されたスタッガ角の値となるように角度をつける。この結果、図６に示すように、図２で翼２を上部から見た場合のひねりのある静翼形状が構成される。

図７は実施例１の反り線分布と厚み分布より構成した翼型（実線で示す）と、従来の６５系統の翼型（破線で示す）とを比較したものである。本実施例１の翼型形状は、静翼の中心が従来の６５翼型の反り線近傍を通る形状となっている。本実施例ではひねりのある形状の為、一定の厚み分布をもつ板材を３次元線曲げプレス機もしくは、金型を使用したプレス曲げによる静翼の成形が有効であり、若干効率が劣るものの、成形コストの低減に大いに役立つ。

本発明の実施例２では、実施例１で形成した静翼のうち、図１に示す翼の先端（ｒ-ｔｉｐ）および根元（ｒ-ｒｏｏｔ）の径より下記式で計算される二乗平均径の高さを翼の代表径ｒ’とし、代表径の形状を先端径から根元径まで延長して一定形状に構成する。
ｒ’＝（（ｒ-ｔｉｐ^２＋ｒ-ｒｏｏｔ^２）／２）^０．５
この結果、図８に示すように、翼上部から見た場合にひねりの無い形状となる。本実施例は、そこそこの性能が得ながら、線曲げプレス機によって１枚の板を曲げるだけで静翼形状を製造できるため、工程が単純で非常に安価となる。

本発明の実施例３では、設計システムＳＰ−３６により計算された、翼先端ｒ-ｔｉｐからｒ-ｒｏｏｔまでの６５系翼型の反り線９−（ａ）について、一定の厚み分布を与え、翼の前縁部７と、翼の後縁部８はＲ形状とする。この半径方向ｒにおける各断面形状にて図６に示す、翼弦と通風方向がなす角γが設計システムＳＰ−３６により計算されたスタッガ角となるように角度をつける。この結果図９に示すように、翼上部から見た場合にひねりのある形状となる。

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、１１…反り線の接続点、１２…翼弦長、１３…翼厚み、１４…最大厚み位置。

Claims (3)

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、この動翼の上流または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、
   前記静翼に用いる翼型を、トータル設計システムＮＡＣＡ ＳＰ−３６により反り線を算出し、この反り線に一定の厚みをつけて構成したことを特徴とする軸流送風機。
2. 請求項１記載の軸流送風機において、前記トータル設計システムＮＡＣＡ ＳＰ−３６により反り線を算出し、この反り線を揚力係数に基いて円弧に近似したものに一定の厚みをつけて構成したことを特徴とする軸流送風機。
3. 請求項２に記載の軸流送風機において、翼の先端および根元の径より計算される二乗平均径の高さを翼の代表径とし、代表径の翼型をトータル設計システムＮＡＣＡ ＳＰ−３６により計算し、得られた反り線を揚力係数に基いて円弧に近似したものに一定の厚みをつけ、先端径から根元径まで延長して一定形状に構成したことを特徴とする軸流送風機。

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