JP3568645B2 - Fan blade and method of manufacturing the same - Google Patents

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    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/26—Rotors specially for elastic fluids
    • F04D29/32—Rotors specially for elastic fluids for axial flow pumps
    • F04D29/34—Blade mountings

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、クーリングタワーの送風ファン等のファン用のブレードに関する。さらに特定すれば、本発明はアルミニウム等の金属材料の押出型材を使用し、空力特性が良好であるとともに構造が簡単でかつ強度が高いファン用ブレードおよびこのブレードを製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ファン用のブレードは翼端部に向かって迎え角が減少するように全体に捩りが与えられており、また翼根部にはハブ部に取り付けるためのステム部が形成されており、複雑な形状をなしている。また、ファンの回転数を高めるために軽量化が要求されているとともに、上記の翼根部のステム部には集中荷重が作用する等、その構造的な強度も要求される。このため、このファン用ブレードは製造工程が複雑になり、コスト低減にも限界があった。
【０００３】
たとえば、従来のファン用ブレードには一枚または複数枚の金属薄板を折り曲げて溶接したいわゆる板金加工のものがある。このものは、製造が面倒であるとともに、形状の精度が低く、また強度的にも十分ではなかった。
【０００４】
このため、最近ではアルミニウム等の金属材料の押出型材を使用したブレードがある。このものは、所定の翼形断面の押出型材を形成し、この翼形断面の押出型材を所定の寸法に切断し、全体を所定の捩り角度に塑性捩り変形させ、翼根部にステム部を取り付けたものである。
【０００５】
このような押出型材を使用したブレードは、形状の精度が高く、また表面の精度も良いため、空力的な特性も良好である。また、押出成形の際の金属材料の流れ方向がスパン方向と一致しているため、スパン方向の引っ張り強度が高く、遠心力の作用するファン用ブレードとしては好都合である。
【０００６】
ところで、従来のブレードでは、上記のステム部はブレード本体とは別部材であるステム部材を押出型材であるブレード本体の端部内に挿入し、このブレード本体の端部とこのステム部材とを貫通した孔を形成し、この孔にボルト等を挿通してこのステム部材とブレード本体の端部とを共締めしてステム部材を取り付けていた。
【０００７】
しかし、上記のような押出型材で形成されたブレード本体は、全体が比較的薄肉であるとともにその金属材料も比較的軟質であるため、上記のような局部的な荷重が作用するボルト結合ではボルト１本当たりの結合強度が十分ではない。このため、従来のものは上記の結合ボルトの数を多くする必要があり、重量の増大を招くとともに、外観も不体裁となる。また、このブレード本体の翼根部に多数のボルト頭やナットが露出しているので、空力特性を損なうとともに騒音の原因となる、等の不具合があった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は以上の事情に基づいてなされたもので、翼形断面の押出型材を使用してブレード本体を形成するとともに、ステム部をこのブレード本体と一体に形成し、軽量かつ高強度であるとともに、空力的な特性が良好であるファン用ブレードおよびこのようなブレードを製造する方法を提供するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載された本発明のファン用ブレードは、翼形断面を有する押出型材から構成されたブレード本体を備え、このブレード本体内には一体に形成されこのブレードのスパン方向に沿って形成された断面が偏平な形状の筒状のトルクボックス部が形成されている。そして、このブレード本体の翼根部において上記のトルクボックス部を翼厚方向に膨出させて断面円形のステム部が形成されている。
【００１０】
このような特徴によれば、上記のステム部はブレード本体を構成する押出型材に一体に形成されたトルクボックス部を断面円形に膨出させて形成したので、このステム部はブレード本体のトルクボックス部と一体であり、かつ押出成形のさいの材料の流れが連続しているので、軽量でかつ強度が高い。また、このブレード本体の翼根部には上記のトルクボックス部の膨出部分が形成されているだけであり、しかもこの膨出部の形状は滑らかであるため、このブレードの空力的特性を損なうことはなく、また騒音等の発生源になることもない。
【００１１】
また、請求項３のブレードは、上記のステム部内に丸棒状のプラグ部材が挿入されており、このステム部をボス部に取り付ける際の補強をなしている。
また、請求項５に記載されている本発明の製造方法は、翼形断面を有しかつその内部に長手方向に沿って断面が偏平形状の筒状のトルクボックス部を一体に有する金属の押出型材を所定の長さに切断してブレード本体を形成し、このブレード本体の一端部の上記トルクボックス部内にプラグ金型を挿入し、このトルクボックス部をブレード本体の翼厚方向に膨出させてこのトルクボックス部の一部を断面円形に塑性変形させて円筒状のステム部を形成するものである。したがって、工程が単純で作業能率が高く、製造コストを低減することができる。
【００１２】
また、請求項７の本発明の製造方法では、前記のトルクボックス部は前縁側部分の前縁ウエブ部、後縁側部分の後縁ウエブ部、翼形の上面側部分の上面部、および下面側部分の下面部とから構成されている。上記の前縁ウエブ部および後縁ウエブ部は、上記のステム部の最終加工形状の円筒径の周壁の一部を構成する円弧面に形成されている。そして、上記のステム部を形成する工程のプラグ金型は上記のトルクボックス部の前縁ウエブ部および後縁ウエブ部の内面に密接してこの前縁ウエブ部および後縁ウエブ部は変形させずに上記の上面部および下面部のみを上方および下方に膨出させてこのトルクボックス部を断面円形に形成するものである。したがって、上記のステム部の加工の際に、このブレード本体の翼根部が翼弦方向に縮むようなことがない。
【００１３】
また、請求項８の本発明の製造方法は、前記の押出型材のトルクボックス部の上面部および下面部の肉厚は前記の前縁ウエブ部および後縁ウエブ部の肉厚より厚く形成されている。したがって、このトルクボックス部の上面部および下面部を膨出させて断面円形のステム部を形成した場合に、このステム部の周壁の肉厚が均一になる。
【００１４】
さらに、請求項９の本発明の製造方法は、前記のトルクボックス部の翼弦方向の幅はこの翼形の押出型材の翼弦長の３０％以下であり、またこのトルクボックス部を円筒形に膨出させてステム部を形成する際のこのトルクボックス部の上面部および下面部の膨出高さはこのブレードの翼形断面の翼厚の２０％以下である。これによって、このトルクボックス部を膨出させてステム部を形成する際に各部の過大な塑性変形が生じることがなく、無理なくステム部を形成することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照して本発明の一実施形態のブレードおよびその製造方法を説明する。この一実形態のブレードは、クーリングタワーの送風ファン用のブレードである。図１には本発明の一実施形態のブレードの斜視図を示し、図２はその分解斜視図である。
【００１６】
図中の１はこのブレードのブレード本体であって、このブレード本体１は金属材料たとえばアルミニウムの押出型材で形成され、その長さすなわちスパンは１０１０ｍｍ、翼弦長は２７０ｍｍである。
【００１７】
このブレード本体１は、図６に示すような断面形状の押出型材を使用したもので、所定の形状の翼形をなしている。また、このブレード本体１の略中央部には、筒状のトルクボックス部５が一体に形成され、またこのトルクボックス部５の前方側には前縁部６、後方側には後縁部７が一体に形成されている。上記のトルクボックス部５は偏平な形状をなし、前縁側の前縁ウエブ部８、後縁側の後縁ウエブ部９、上面側の上面部１０、下面側の下面部１１とから構成されている。そして、上記の前縁ウエブ部８および後縁ウエブ部９は円筒の周壁の一部を構成する円弧状に形成され、また上面部１０および下面部１１の外形は上記の前縁部６および後縁部７と円滑に連続しており、上記の所定の翼形を構成している。
【００１８】
このブレード本体１は、全体に所定の捩りが与えられており、たとえば翼端側にゆくに従って１ｍ当たり迎え角が２３°減少するような捩り下げが与えられている。なお、このような捩りは、このブレード本体１を構成する押出型材を塑性捩り変形することによって与えられる。
【００１９】
また、このブレード本体１の翼根部には、ステム部２０が形成されている。このステム部２０は、このブレード本体１の翼根部のトルクボックス部５を断面円形に膨出させて形成させたもので、このトルクボックス部５と一体である。このステム部２０は、図５に示すように上記のトルクボックス部５の上面部１０および下面部１１を上方および下方に円弧状に膨出させた膨出部１０ａ，１１ａ、および円弧状の前縁ウエブ部８および後縁ウエブ部９で形成された円筒状をなしている。
【００２０】
また、このブレード１の翼根部では、上記の前縁部６および後縁部７の一部が切削等の機械加工によって切除されており、この部分ではこのステム部２０は完全な円筒状の円筒部２１に形成されている。また、この円筒部２１の基端にはフランジ部２２が一体に形成されている。また、このステム部２０内には、金属材料からなる円柱状のプラグ部材２３が圧入されている。また、上記のブレード本体１の翼根部端面には翼根カバー２４，２５が取り付けられ、また翼端部の端面には翼端カバー２６が取り付けられている。
【００２１】
上記のようなブレードは、その複数枚をファンのハブ部（図示せず）に取り付けてファンを構成する。この場合に、これらのブレードのステム部２０をこのファンのハブ部に取り付ける。このステム部２０とハブ部の取り付け構造はハブ部の構造によっても相違するが、たとえばハブ部の取り付け金具にこのステム部２０を抱持させ、この取り付け金具、ステム部２０およびこのステム部内のプラグ部材２３を共に締め付けて固定する。この場合に、上記のステム部２０内にはプラグ部材２３が挿入されているので、このステム部２０が潰れることはない。
【００２２】
上記のようなブレードは、押出型材を使用しているので、その形状が正確でかつ表面が平滑であるので、空力特性が良好であり、また軽量である。また、上記のステム部２０は、ブレード本体１のトルクボックス部５を円筒形に膨出させて形成したものであり、このトルクボックス部５と一体であるとともに押出型材の押出し成形の際の材料の流れを切断していないので、強度が高く、軽量である。また、このステム部２０は上記のようにトルクボックス部５の一部を膨出させて形成したもので、ブレード本体１の翼根部には膨出部１０ａ，１１ａが突出しているだけであり、しかもこれら膨出部は円滑に突出しているので、空力特性を損なうことがなく、また騒音の発生がない。
【００２３】
次に、上記のようなブレードを製造する方法を図７ないし図１２を参照して説明する。
まず、前述したような断面形状の押出型材を形成し、この押出型材を所定の長さに形成して図７に示すようなブレード本体１を形成する。次に、図８に示すように、このブレード本体１の両端部を適切なクランプ３１，３２で把持し、このブレード本体１に所定の引っ張り荷重を与えつつクランプ３２を回転させ、このブレード本体１に所定の塑性捩り変形を与える。なお、この実施形態の場合の、この捩りは１ｍにつき２３°の捩り下げである。なお、上記の捩り加工の際に、クランプ３１，３２の把持によって変形した部分は捩り加工後に切除する。
【００２４】
次に、図９に示すように、このブレード本体１の翼根部のトルクボックス部５内にプラグ金型３３を圧入し、このトルクボックス部５の一部を図５に示すように断面円形に膨出させ、ステム部２０を形成する。この場合に、このプラグ金型３３は径の相違する複数のものを用意し、径の小さいものから順次挿入して複数段階に別けて上記の膨出加工を行う。
【００２５】
また、上記のブレード本体１を構成する押出型材は、図６に示すような断面形状のものであるが、前述のようにそのトルクボックス部５の前縁ウエブ部８および後縁ウエブ部９は、上記の断面円形のステム部２０の周壁の一部を構成するような円弧状をなしている。そして、上記のプラグ金型３３は、これら前縁ウエブ部８および後縁ウエブ部９の内周面に密嵌するような形状に形成されている。よって、これらのプラグ金型３３を挿入する際には、上記の前縁ウエブ部８および後縁ウエブ部９の部分は変形されず、上面部１０および下面部１１のみが翼弦方向に引き伸ばされて図５に示すように円弧状に膨出する。したがって、このようなステム部２０の成形の際に、ブレード本体１の翼根部の前縁部６や後縁部７に不所望な変形が生じることはない。
【００２６】
なお、この実施形態の場合、上記の前縁ウエブ部８および後縁ウエブ部９の厚さは４．８ｍｍであり、上記の上面部１０および下面部１１の厚さはこれらより厚い５．４ｍｍに設定されている。従って、これらの上面部１０および下面部１１が上記のように引き伸ばされて円弧状に膨出した場合にその厚さが減少し、上記の前縁ウエブ部８および後縁ウエブ部９と略等しい厚さとなる。よって、図５に示すように、周壁部の厚さが略均一の円筒状のステム部２０が形成される。なお、この実施形態の場合、前記の前縁部６および後縁部７の厚さは２．２ｍｍである。
【００２７】
また、上記のようなステム部２０を膨出形成する場合の条件としては、たとえば、この押出型材の材料を６０６３−Ｔ１ ＪＩＳ Ｈ ４１００ アルミニウム合金とした場合に、上記のトルクボックス部５の翼弦方向の幅は、翼弦長の３０％以下、また膨出部１０ａ，１１ａの膨出高さはそれぞれ翼厚の２０％以下であることが好ましく、実験の結果この範囲内での膨出加工であれば、加工に伴う割れ、前縁部６や後縁部７等の他の部分の不所望な変形等を確実に防止できる。なお、上記の前縁部６および後縁部７の肉厚は、加工の際の変形を防止するためには、強度、押出成形の条件等の許す限り薄い方が良い。
【００２８】
次に、上記のように膨出加工の終了したブレードは、図１１に示すようにその翼根部の所定の部分３４の前縁部６および後縁部７を切削加工等の機械加工により切除し、この部分のステム部２０を円筒部２１として成形する。
【００２９】
次に、図１２に示すように、この円筒部２１の基端をフォーミング加工してフランジ部２２を形成する。そして、前述のプラグ部材２３をこのステム部２０内に圧入する。そして、前述の翼根カバー２４，２５、翼端カバー２６を取り付け、このブレードを完成する。
【００３０】
なお、本発明は上記の実施例には限定されない。たとえば、ステム部の形状、構造は取り付けるべきボス部との取り付け構造等に対応して適宜変更されるものであり、上記のような構造、形状には限定されない。
【００３１】
【発明の効果】
上述の如く、請求項１に記載された本発明のファン用ブレードは、翼形断面を有する押出型材から構成されたブレード本体のトルクボックス部を翼厚方向に膨出させて断面円形のステム部を形成したので、このステム部はブレード本体のトルクボックス部と一体であり、かつ押出成形のさいの材料の流れが連続しているので、軽量でかつ強度が高い。また、このブレード本体の翼根部には上記のトルクボックス部の膨出部分が形成されているだけであり、しかもこの膨出部の形状は滑らかであるため、このブレードの空力的特性を損なうことはなく、また騒音等の発生源になることもない。
【００３２】
また、請求項３のブレードは、上記のステム部内に丸棒状のプラグ部材が挿入されているので、このステム部をボス部に取り付ける際の補強をなしている。
また、請求項５に記載されている本発明の製造方法は、ブレード本体の一端部の上記トルクボックス部内にプラグ金型を挿入し、このトルクボックス部をブレード本体の翼厚方向に膨出させてこのトルクボックス部の一部を断面円形に塑性変形させて円筒状のステム部を形成したので、工程が単純で作業能率が高く、製造コストを低減することができる。
【００３３】
また、請求項７の本発明の製造方法は、上記のステム部を形成する工程のプラグ金型は上記のトルクボックス部の前縁ウエブ部および後縁ウエブ部の内面に密接してこの前縁ウエブ部および後縁ウエブ部は変形させずに上記の上面部および下面部のみを上方および下方に膨出させてこのトルクボックス部を断面円形に形成したので、このステム部の加工の際に、このブレード本体の翼根部が翼弦方向に縮むようなことがない。
【００３４】
また、請求項８の本発明の製造方法は、前記の押出型材のトルクボックス部の上面部および下面部の肉厚は前記の前縁ウエブ部および後縁ウエブ部の肉厚より厚くしたので、このトルクボックス部の上面部および下面部を膨出させて断面円形のステム部を形成した場合に、このステム部の周壁の肉厚が均一になる。
【００３５】
さらに、請求項９の本発明の製造方法は、前記のトルクボックス部の翼弦方向の幅はこの押出型材の翼型断面の翼弦長の３０％以下、またこのトルクボックス部を円筒形に膨出させてステム部を形成する際のこのトルクボックス部の上面部および下面部の膨出高さは翼厚の２０％以下に規制したので、このトルクボックス部を膨出させてステム部を形成する際に各部の過大な塑性変形が生じることがなく、無理なくステム部を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態のブレードの斜視図。
【図２】本発明の一実施形態のブレードの分解斜視図。
【図３】図１の３−３矢視図。
【図４】図１の４−４線に沿う断面図。
【図５】図１の５−５線に沿う断面図。
【図６】図１の６−６線に沿う断面図。
【図７】本発明の製造方法の一実施形態の一工程を説明する斜視図。
【図８】本発明の製造方法の一実施形態の別の工程を説明する斜視図。
【図９】本発明の製造方法の一実施形態の別の工程を説明する斜視図。
【図１０】本発明の製造方法の一実施形態の別の工程を説明する斜視図。
【図１１】本発明の製造方法の一実施形態の別の工程を説明する斜視図。
【図１２】本発明の製造方法の一実施形態の別の工程を説明する斜視図。
【符号の説明】
１…ブレード
５…トルクボックス部
８…前縁ウエブ部
９…後縁ウエブ部
１０…上面部
１１下面部
１０ａ…膨出部
１１ａ…膨出部
２０…ステム部
２３…プラグ部材[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a blade for a fan such as a fan for a cooling tower. More specifically, the present invention relates to a fan blade having excellent aerodynamic characteristics, a simple structure, and high strength, and a method of manufacturing the blade using an extruded member made of a metal material such as aluminum.
[0002]
[Prior art]
Generally, the blade for a fan is twisted as a whole so that the angle of attack decreases toward the tip of the wing, and a stem for attaching to the hub is formed at the root of the wing. It has a shape. Further, in order to increase the number of rotations of the fan, a reduction in weight is required, and a structural strength is required such that a concentrated load acts on the stem portion of the blade root. For this reason, the manufacturing process of this fan blade is complicated, and there is a limit in cost reduction.
[0003]
For example, a conventional fan blade includes a so-called sheet metal processing in which one or a plurality of thin metal sheets are bent and welded. This product was troublesome to manufacture, had low accuracy in shape, and was insufficient in strength.
[0004]
For this reason, there has recently been a blade using an extruded member made of a metal material such as aluminum. In this method, an extruded material having a predetermined airfoil cross section is formed, the extruded material having the airfoil cross section is cut into a predetermined size, the whole is plastically torsional deformed to a predetermined torsion angle, and a stem portion is attached to a blade root portion. It is a thing.
[0005]
A blade using such an extruded material has a high shape accuracy and a good surface accuracy, and therefore has good aerodynamic characteristics. Further, since the flow direction of the metal material at the time of the extrusion molding coincides with the span direction, the tensile strength in the span direction is high, which is advantageous as a fan blade on which centrifugal force acts.
[0006]
By the way, in the conventional blade, the stem portion inserts a stem member, which is a separate member from the blade body, into the end of the blade body, which is an extruded material, and penetrates the end of the blade body and the stem member. A hole is formed, a bolt or the like is inserted into the hole, and the stem member and the end of the blade body are fastened together to attach the stem member.
[0007]
However, since the blade main body formed of the above-described extruded material is relatively thin as a whole and its metal material is also relatively soft, the bolt connection in which a local load acts as described above requires a bolt. The bonding strength per wire is not sufficient. For this reason, in the conventional one, it is necessary to increase the number of the connection bolts, which causes an increase in weight and an unsightly appearance. Further, since a large number of bolt heads and nuts are exposed at the blade root portion of the blade body, there are problems such as impairing aerodynamic characteristics and causing noise.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made based on the above circumstances, and forms a blade main body by using an extruded member having an airfoil cross section, and forms a stem portion integrally with the blade main body, and is lightweight and has high strength. Another object of the present invention is to provide a fan blade having good aerodynamic characteristics and a method for manufacturing such a blade.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The fan blade according to the first aspect of the present invention includes a blade body made of an extruded member having an airfoil cross section, and is integrally formed in the blade body and formed along the span direction of the blade. A cylindrical torque box having a flattened cross section is formed. At the blade root portion of the blade body, the torque box portion is bulged in the blade thickness direction to form a stem portion having a circular cross section.
[0010]
According to such a feature, the stem portion is formed by expanding a torque box portion formed integrally with the extrusion material constituting the blade body into a circular cross section, so that the stem portion is formed by a torque box of the blade body. Since it is integral with the part and the flow of the material during extrusion is continuous, it is lightweight and has high strength. Further, only the bulging portion of the torque box portion is formed at the blade root portion of the blade body, and the shape of the bulging portion is smooth, which impairs the aerodynamic characteristics of the blade. There is no noise source.
[0011]
In the blade according to the third aspect, a round bar-shaped plug member is inserted into the stem, and the blade is reinforced when the stem is attached to the boss.
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a method for extruding a metal having an airfoil cross-section and a tubular torque box portion having a flat cross-section along a longitudinal direction therein. The mold material is cut into a predetermined length to form a blade body, a plug mold is inserted into the torque box at one end of the blade body, and the torque box is bulged in the blade thickness direction of the blade body. A part of the lever box is plastically deformed into a circular cross section to form a cylindrical stem. Therefore, the process is simple, the working efficiency is high, and the manufacturing cost can be reduced.
[0012]
In the manufacturing method according to the present invention, the torque box portion may include a leading edge web portion of a leading edge portion, a trailing edge web portion of a trailing edge portion, an upper surface portion of an airfoil upper surface portion, and a lower surface side. And the lower surface of the portion. The leading edge web portion and the trailing edge web portion are formed on an arc surface that forms a part of a peripheral wall having a cylindrical diameter of the final processed shape of the stem portion. The plug mold in the step of forming the stem portion is in close contact with the inner surfaces of the leading edge web portion and the trailing edge web portion of the torque box portion, and the leading edge web portion and the trailing edge web portion are not deformed. Then, only the upper surface and the lower surface are bulged upward and downward to form a torque box having a circular cross section. Therefore, during the processing of the stem portion, the blade root of the blade body does not shrink in the chord direction.
[0013]
Further, in the manufacturing method according to the present invention, the upper surface and the lower surface of the torque box portion of the extrusion die are formed to be thicker than the thickness of the front edge web portion and the rear edge web portion. I have. Therefore, when the upper surface and the lower surface of the torque box are bulged to form a stem having a circular cross section, the thickness of the peripheral wall of the stem becomes uniform.
[0014]
Further, according to a ninth aspect of the present invention, in the chordwise width of the torque box portion, the width of the chord direction is 30% or less of the chord length of the extruded member having the airfoil shape. The height of the upper and lower portions of the torque box when the stem is formed by bulging the blade is not more than 20% of the blade thickness of the blade-shaped cross section of the blade. Thus, when the torque box section is expanded to form the stem section, excessive plastic deformation of each section does not occur, and the stem section can be formed without difficulty.
[0015]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, a blade and a method of manufacturing the blade according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. This embodiment of the blade is a blade for a cooling fan of a cooling tower. FIG. 1 is a perspective view of a blade according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an exploded perspective view thereof.
[0016]
In the figure, reference numeral 1 denotes a blade main body of the blade. The blade main body 1 is formed of an extruded member made of a metal material such as aluminum, and has a length, that is, a span of 1010 mm and a chord length of 270 mm.
[0017]
The blade main body 1 uses an extruded member having a cross-sectional shape as shown in FIG. 6 and has a predetermined airfoil shape. A cylindrical torque box 5 is formed integrally with the blade body 1 at a substantially central portion thereof. A front edge 6 is provided on the front side of the torque box 5 and a rear edge 7 is provided on the rear side. Are formed integrally. The torque box section 5 has a flat shape and includes a front edge web section 8 on a front edge side, a rear edge web section 9 on a rear edge side, an upper surface section 10 on an upper surface side, and a lower surface section 11 on a lower surface side. . The leading edge web portion 8 and the trailing edge web portion 9 are formed in an arc shape that forms a part of the peripheral wall of the cylinder, and the outer shapes of the upper surface portion 10 and the lower surface portion 11 are the same as the leading edge portion 6 and the rear edge portion. It is smoothly continuous with the edge 7 and forms the above-mentioned predetermined airfoil.
[0018]
The blade body 1 is given a predetermined torsion as a whole. For example, the blade body 1 is given a torsion drop such that the angle of attack decreases by 23 ° per meter as it goes to the blade tip side. Note that such torsion is given by plastically torsionally deforming the extrusion material constituting the blade main body 1.
[0019]
A stem 20 is formed at the blade root of the blade body 1. The stem portion 20 is formed by bulging the torque box portion 5 of the blade root portion of the blade body 1 into a circular cross section, and is integral with the torque box portion 5. As shown in FIG. 5, the stem portion 20 has bulging portions 10a and 11a in which the upper surface portion 10 and the lower surface portion 11 of the torque box portion 5 bulge upward and downward in an arc shape, and an arc-shaped front portion. It has a cylindrical shape formed by the edge web portion 8 and the trailing edge web portion 9.
[0020]
In the blade root portion of the blade 1, a part of the leading edge portion 6 and the trailing edge portion 7 are cut off by machining such as cutting, and in this portion, the stem portion 20 is completely cylindrical. The portion 21 is formed. A flange 22 is integrally formed at the base end of the cylindrical portion 21. A cylindrical plug member 23 made of a metal material is press-fitted into the stem portion 20. Further, blade root covers 24 and 25 are attached to the blade root end face of the blade body 1, and a blade tip cover 26 is attached to the blade tip end face.
[0021]
A plurality of blades as described above are mounted on a hub (not shown) of the fan to form a fan. In this case, the stems 20 of these blades are attached to the hub of the fan. The mounting structure of the stem portion 20 and the hub portion is different depending on the structure of the hub portion. For example, the mounting portion of the hub portion holds the stem portion 20 and the mounting portion, the stem portion 20 and the plug in the stem portion. The members 23 are tightened and fixed together. In this case, since the plug member 23 is inserted into the stem portion 20, the stem portion 20 does not collapse.
[0022]
Since the above-mentioned blade uses an extruded material, its shape is accurate and its surface is smooth, so that it has good aerodynamic characteristics and is lightweight. The stem portion 20 is formed by expanding the torque box portion 5 of the blade body 1 into a cylindrical shape. The stem portion 20 is integral with the torque box portion 5 and is made of a material for extrusion molding of an extrusion material. Since the flow is not cut, the strength is high and the weight is low. Further, the stem portion 20 is formed by expanding a part of the torque box portion 5 as described above, and only the swelling portions 10a and 11a protrude from the blade root portion of the blade body 1. In addition, since these bulging portions protrude smoothly, aerodynamic characteristics are not impaired and no noise is generated.
[0023]
Next, a method of manufacturing the above-described blade will be described with reference to FIGS.
First, an extrusion die having a cross-sectional shape as described above is formed, and this extrusion die is formed to a predetermined length to form a blade main body 1 as shown in FIG. Next, as shown in FIG. 8, both ends of the blade main body 1 are gripped by appropriate clamps 31 and 32, and the clamp 32 is rotated while applying a predetermined tensile load to the blade main body 1, and the blade main body 1 is rotated. Is given a predetermined plastic torsional deformation. In addition, in the case of this embodiment, this torsion is 23 ° down per meter. At the time of the above-mentioned torsion processing, portions deformed by gripping the clamps 31 and 32 are cut off after the torsion processing.
[0024]
Next, as shown in FIG. 9, a plug mold 33 is press-fitted into the torque box 5 at the blade root of the blade body 1, and a part of the torque box 5 is formed into a circular cross section as shown in FIG. The stem portion 20 is formed by swelling. In this case, a plurality of plug dies 33 having different diameters are prepared, and the plug dies 33 are sequentially inserted in order of smaller diameter, and the above-described bulging process is performed in a plurality of stages.
[0025]
Further, the extrusion material constituting the blade main body 1 has a sectional shape as shown in FIG. 6, but as described above, the front edge web portion 8 and the rear edge web portion 9 of the torque box portion 5 It has an arc shape that forms a part of the peripheral wall of the stem section 20 having a circular cross section. The plug mold 33 is formed in such a shape as to closely fit the inner peripheral surfaces of the front edge web portion 8 and the rear edge web portion 9. Therefore, when these plug dies 33 are inserted, the above-described front edge web portion 8 and rear edge web portion 9 are not deformed, and only the upper surface portion 10 and the lower surface portion 11 are stretched in the chord direction. As shown in FIG. Therefore, when the stem 20 is formed, undesired deformation does not occur in the front edge 6 and the rear edge 7 of the blade root of the blade body 1.
[0026]
In the case of this embodiment, the thickness of the leading edge web portion 8 and the trailing edge web portion 9 is 4.8 mm, and the thickness of the upper surface portion 10 and the lower surface portion 11 is 5.4 mm, which is thicker than these. Is set to Therefore, when the upper surface portion 10 and the lower surface portion 11 are stretched and bulged in an arc shape as described above, the thickness thereof is reduced, and is substantially equal to the front edge web portion 8 and the rear edge web portion 9 described above. It will be thick. Therefore, as shown in FIG. 5, a cylindrical stem portion 20 having a substantially uniform thickness of the peripheral wall portion is formed. In the case of this embodiment, the thickness of the front edge portion 6 and the rear edge portion 7 is 2.2 mm.
[0027]
The conditions for forming the stem portion 20 as described above are, for example, assuming that the material of the extruded die is 6063-T1 JIS H 4100 aluminum alloy, the chord of the torque box portion 5 is set. The width in the direction is preferably 30% or less of the chord length, and the swelling height of each of the bulging portions 10a and 11a is preferably 20% or less of the blade thickness. If this is the case, it is possible to reliably prevent cracks due to processing, undesired deformation of other portions such as the front edge portion 6 and the rear edge portion 7, and the like. The thickness of the front edge 6 and the rear edge 7 is preferably as thin as possible, such as strength and extrusion conditions, in order to prevent deformation during processing.
[0028]
Next, as shown in FIG. 11, the blade which has completed the bulging process is cut off the leading edge 6 and the trailing edge 7 of the predetermined portion 34 of the blade root by machining such as cutting. The stem 20 of this portion is formed as a cylindrical portion 21.
[0029]
Next, as shown in FIG. 12, the base end of the cylindrical portion 21 is formed to form a flange portion 22. Then, the above-described plug member 23 is pressed into the stem portion 20. Then, the blade root covers 24 and 25 and the blade tip cover 26 are attached to complete the blade.
[0030]
Note that the present invention is not limited to the above embodiment. For example, the shape and structure of the stem portion are appropriately changed in accordance with the mounting structure with the boss portion to be mounted, and are not limited to the above-described structure and shape.
[0031]
【The invention's effect】
As described above, the fan blade of the present invention according to the first aspect has a stem portion having a circular cross-section by expanding a torque box portion of a blade main body formed of an extruded material having an airfoil cross-section in the blade thickness direction. Is formed, the stem portion is integral with the torque box portion of the blade body, and the flow of the material during extrusion is continuous, so that the stem portion is lightweight and has high strength. Further, only the bulging portion of the torque box portion is formed at the blade root portion of the blade body, and the shape of the bulging portion is smooth, which impairs the aerodynamic characteristics of the blade. There is no noise source.
[0032]
In the blade of the third aspect, since the round bar-shaped plug member is inserted into the stem portion, the stem portion is reinforced when attached to the boss portion.
According to a fifth aspect of the present invention, a plug mold is inserted into the torque box at one end of the blade body, and the torque box is expanded in the blade thickness direction of the blade body. Since a part of the lever box is plastically deformed into a circular cross section to form a cylindrical stem, the process is simple, the working efficiency is high, and the manufacturing cost can be reduced.
[0033]
According to a seventh aspect of the present invention, the plug mold in the step of forming the stem portion is in close contact with the inner surfaces of the front edge web portion and the rear edge web portion of the torque box portion. Since the web portion and the trailing edge web portion were not deformed but only the above upper surface portion and lower surface portion were bulged upward and downward to form the torque box portion with a circular cross section, when processing this stem portion, The blade root of the blade body does not shrink in the chord direction.
[0034]
Further, according to the manufacturing method of the present invention of claim 8, since the thickness of the upper surface portion and the lower surface portion of the torque box portion of the extruded die is thicker than the thickness of the front edge web portion and the rear edge web portion, When the upper surface and the lower surface of the torque box are bulged to form a stem having a circular cross section, the thickness of the peripheral wall of the stem becomes uniform.
[0035]
According to a ninth aspect of the present invention, the chordwise width of the torque box portion is 30% or less of the chord length of the airfoil cross section of the extruded material, and the torque box portion has a cylindrical shape. The swelling height of the upper surface and the lower surface of the torque box when the stem is formed by swelling is restricted to 20% or less of the blade thickness. Therefore, the stem is expanded by swelling the torque box. Excessive plastic deformation of each part does not occur at the time of formation, and the stem part can be formed without difficulty.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view of a blade according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an exploded perspective view of the blade according to the embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a view taken in the direction of arrows 3-3 in FIG. 1;
FIG. 4 is a sectional view taken along the line 4-4 in FIG. 1;
FIG. 5 is a sectional view taken along the line 5-5 in FIG. 1;
FIG. 6 is a sectional view taken along the line 6-6 in FIG. 1;
FIG. 7 is a perspective view illustrating one step of an embodiment of the manufacturing method of the present invention.
FIG. 8 is a perspective view illustrating another process of the embodiment of the manufacturing method of the present invention.
FIG. 9 is a perspective view illustrating another step of the embodiment of the manufacturing method of the present invention.
FIG. 10 is a perspective view illustrating another process of the embodiment of the manufacturing method of the present invention.
FIG. 11 is a perspective view illustrating another step of the embodiment of the manufacturing method of the present invention.
FIG. 12 is a perspective view illustrating another step of the embodiment of the manufacturing method of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Blade 5 ... Torque box part 8 ... Leading edge web part 9 ... Trailing edge web part 10 ... Upper surface part 11 Lower surface part 10a ... Swelling part 11a ... Swelling part 20 ... Stem part 23 ... Plug member

Claims (9)

金属の押出型材からなる翼形断面を有するブレード本体と、このブレード本体内に一体に形成されこのブレードのスパン方向に沿って形成された断面が偏平な形状の筒状のトルクボックス部と、このブレード本体の翼根部において上記のトルクボックス部を翼厚方向に膨出させて形成された断面円形のステム部とを有することを特徴とするファン用ブレード。A blade main body having an airfoil cross section made of a metal extruded material, a tubular torque box portion integrally formed in the blade main body and having a flat cross section formed along the span direction of the blade; A fan section having a circular cross section formed by expanding the torque box section in the blade thickness direction at the blade root of the blade body. 前記のブレードの翼根部は、前記のステム部の前後の前縁部分および後縁部分が切除されていることを特徴とする請求項１のファン用ブレード。The fan blade according to claim 1, wherein the blade root portion of the blade has a front edge portion and a rear edge portion in front and rear of the stem portion cut off. 前記のステム部内には、丸棒状のプラグ部材が挿入されていることを特徴とする請求項１のファン用ブレード。2. A fan blade according to claim 1, wherein a round bar-shaped plug member is inserted into said stem portion. 前記のブレード本体は、その翼端部の迎え角が小さくなるように全体が塑性捩り変形されていることを特徴とする請求項１のファン用ブレード。2. The fan blade according to claim 1, wherein the blade body is plastically torsional deformed so that the angle of attack of the blade tip becomes small. 翼形断面を有しかつその内部に長手方向に沿って断面が偏平形状の筒状のトルクボックス部を一体に有する金属の押出型材を所定の長さに切断してブレード本体を形成する工程と、
前記のブレード本体の一端部の前記のトルクボックス部内にプラグ金型を挿入し、このトルクボックス部をブレード本体の翼厚方向に膨出させてこのトルクボックス部の一部を断面円形に塑性変形させて円筒状のステム部を形成する工程とを具備したことを特徴とするファン用ブレードの製造方法。Forming a blade body by cutting an extruded metal material having an airfoil cross-section and integrally having a tubular torque box portion having a flattened cross-section along the longitudinal direction therein into a predetermined length; ,
A plug mold is inserted into the torque box at one end of the blade body, and the torque box is expanded in the blade thickness direction of the blade body, and a part of the torque box is plastically deformed into a circular cross section. Forming a cylindrical stem portion. 前記のブレード本体の形成工程の後にこのブレード本体の両端部を把持してこのブレード本体全体を塑性捩り変形させる工程を備え、また前記のステム部の形成工程の後にこのステム部の前後の前縁部分および後縁部分を機械加工により切除する工程を備えたことを特徴とする請求項５のファン用ブレードの製造方法。A step of gripping both ends of the blade main body after the step of forming the blade main body and plastically deforming the entire blade main body, and a front and rear front edge of the stem after the step of forming the stem main body. 6. The method for manufacturing a fan blade according to claim 5, further comprising a step of cutting off the portion and the trailing edge portion by machining. 前記のトルクボックス部は前縁側部分の前縁ウエブ部、後縁側部分の後縁ウエブ部、翼形の上面側部分の上面部、および下面側部分の下面部とから構成されており、上記の前縁ウエブ部および後縁ウエブ部は、前記のステム部の最終加工形状の円筒形の周壁の一部を構成する円弧面に形成されており、また前記のステム部を形成する工程のプラグ金型は上記のトルクボックス部の前縁ウエブ部および後縁ウエブ部の内面に密接してこの前縁ウエブ部および後縁ウエブ部は変形させずに上記の上面部および下面部のみを上方および下方に膨出させてこのトルクボックス部を断面円形に形成するものであることを特徴とする請求項５のファン用ブレードの製造方法。The torque box portion includes a leading edge web portion of a leading edge portion, a trailing edge web portion of a trailing edge portion, an upper surface portion of an upper surface portion of an airfoil, and a lower surface portion of a lower surface portion. The leading edge web portion and the trailing edge web portion are formed on an arcuate surface that constitutes a part of a cylindrical peripheral wall of a final processed shape of the stem portion. The mold is in close contact with the inner surfaces of the leading edge web portion and the trailing edge web portion of the torque box portion, and the leading edge web portion and the trailing edge web portion are not deformed, and only the upper surface portion and the lower surface portion are raised and lowered. 6. The method for manufacturing a fan blade according to claim 5, wherein the torque box portion is formed to have a circular cross section by swelling. 前記の押出型材のトルクボックス部の上面部および下面部の肉厚は前記の前縁ウエブ部および後縁ウエブ部の肉厚より厚く形成されていることを特徴とする請求項７のファン用ブレードの製造方法。8. The fan blade according to claim 7, wherein the upper surface and the lower surface of the torque box portion of the extruded material are formed to be thicker than the front edge web portion and the rear edge web portion. Manufacturing method. 前記のトルクボックス部の翼弦方向の幅はこの翼形の押出型材の翼弦長の３０％以下であり、またこのトルクボックス部を円筒形に膨出させてステム部を形成する際のこのトルクボックス部の上面部および下面部の膨出高さは翼厚の２０％以下であることを特徴とする請求項５のファン用ブレードの製造方法。The width in the chord direction of the torque box portion is 30% or less of the chord length of the extruded shape of the airfoil. Also, when the torque box portion is expanded into a cylindrical shape to form a stem portion, 6. The method for manufacturing a fan blade according to claim 5, wherein the bulging height of the upper surface and the lower surface of the torque box is not more than 20% of the blade thickness.
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