JP3575164B2 - 軸流ファン及びそれに用いるエアーセパレータ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、低流量特性を改善するためのエアーセパレータを備えた軸流ファンおよびそれに用いられるエアセパレータに関する。
【0002】
【従来の技術】
低流量特性改善のためのエアーセパレータを備えた軸流ファンは、例えば実開平3ー87900号公報に記載されている。図26及び図27は、このような従来のエアーセパレータを備えた軸流ファンを示しており、図26は、そのエアーセパレータ部の縦断側面図、図27は図26のI−I断面図である。図26において、1は動翼、2はケーシング、3,4はそれぞれエアーセパレータ5の流路6を形成する外壁と側壁である。また、7は前記外壁3と側壁4により構成された前記流路6内に設置された整流ベーンである。
【0003】
エアーセパレータ5は、前記外壁3と側壁4及び整流ベーン7により構成されており、整流ベーン7の内縁7aの位置は、ケーシング2の内径位置とほぼ同じ位置である。このエアーセパレータ5は、動翼1の上流側から該動翼1の軸方向翼長の中央付近にかけて前記流路6の入口となる開口部6aを有し、更に、動翼入口部の上流側に前記流路6の出口となる開口部6bを有し、前記整流ベーン7は、前記流路6の入口に設置され、整流ベーンの内縁7aは前記入口開口部6aに位置している。この整流ベーン7は、動翼1の先端からエアーセパレータ5の流路6の入口開口へ向かう気流8aの周方向成分を除去するために、動翼1の回転方向とは逆方向の反りを有している。
【0004】
図26において、エアーセパレータを持たない軸流ファンは、低流量状態での運転では、動翼1の先端側の翼間流路の小さな逆流領域に逆流気流8bが発生する。これが次第に成長すると動翼1が失速状態となるので、軸流ファンの作動範囲が制限される。しかし、エアーセパレータ5を備えた軸流ファンでは、動翼1の先端側に発生する逆流気流が遠心力により気流8aで示すようにエアーセパレータ5の入口開口部6aから流路6に流入する。エアーセパレータ5の流路6に流入した気流8aは、流路内の整流ベーン7により、周方向成分を持たない気流8cとなり、動翼1の上流の出口開口部6bから気流8dのように流出して主流9と合流する。
【0005】
このようにして動翼1の先端部での逆流8bを除去すれば、軸流ファンの低流量領域での作動範囲を拡大することができる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来のエアーセパレータ付き軸流ファンでは、整流ベーンの内縁の位置がケーシングの内径位置とほぼ同じ位置まで伸びているために、動翼からエアーセパレータへ流入する流れと整流ベーンとの干渉及び動翼の周囲に形成された圧力場と整流ベーンとの干渉が発生し、騒音の発生原因となる恐れがあった。◆
また、整流ベーンがエアーセパレータの入口部のみまたは出口部のみにしか設置されていなかったため、エアーセパレータ内を通過する気流のもつ周方向成分を除去する効果が小さく、エアーセパレータの有する作動範囲を拡大する機能の低下および圧力を上昇させる機能の低下という不具合があった。
【0007】
さらに、エアーセパレータの外壁と気流の周方向成分を除去するための整流ベーンを別個の部材で製作しているために、溶接等を用いて組み立てる必要があり、組み立て作業が面倒であった。◆
また、エアーセパレータの外壁とケーシングが平行であるために、エアーセパレータ内を通過する気流に強い乱れが発生し、エアーセパレータの有する作動範囲を拡大する機能の低下および圧力を上昇させる機能の低下という不具合があった。
【0008】
本発明は、このような従来の軸流ファンの課題を解決するためになされたもので、高性能でかつ広い作動範囲を有し低騒音であるエアーセパレータ付きの軸流ファンおよびそれに用いられるエアセパレータを提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、ハブの外周に周方向に間隔をおいて配置された複数枚の動翼と、この動翼と前記ハブとともに気体の流路を形成するケーシングと、このケーシングの一部の円周方向にリング状突起し前記動翼の先端を取り囲むようり設けられたエアーセパレータと、このエアーセパレータの流路に設けられた整流ベーンと、この整流ベーンを連結するための部材とを備え、前記動翼の回転によって吸込みケーシングから吸込んだ空気を加圧してディフューザに吐き出す軸流ファンにおいて、前記エアーセパレータの流路の入口となる開口部と、この開口部から連続して前記流路の出口となる開口部とを備え、前記入口側の開口部に位置する前記整流ベーンの内縁の位置が前記ケーシングの内径位置よりも外径側に後退するものであって、この後退幅は前記ハブから前記動翼の先端までの長さをH、前記整流ベーンの内縁の最小径位置と前記動翼の先端との距離をdとしたときに、d/Hで表される量が0.07以上0.13以下であることを特徴とする軸流ファンことにより達成される。
【0010】
また、上記目的は、ハブの外周に周方向に間隔をおいて配置された複数枚の動翼と、この動翼と前記ハブとともに気体の流路を形成するケーシングと、このケーシングの一部の円周方向にリング状に突起し前記動翼の先端を取り囲むように整流ベーンを備えたエアーセパレータと、前記整流ベーンを連結するための部材とを備え、前記動翼の回転によって吸込みケーシングから吸込んだ空気を加圧してディフューザに吐き出す軸流ファンにおいて、前記エアーセパレータは、前記動翼の先端側の流れをこの動翼の上流側に導く流路を形成する2つの側壁部材と、この側壁部材間を連結する外壁部材とを有し、この外壁部材は、周方向一部が切り欠かれた複数の管状部材を連結して形成され、この各々の管状部材の周方向一端部は前記流路に延在し、この延在した端部を周方向に連結する部材を備えるとともに、このエアーセパレータの流路の入口となる開口部と、この開口部から連続して前記流路の出口となる開口部とを備え、前記入口側の開口部に位置する前記整流ベーンの内縁の位置が前記ケーシングの内径位置よりも外径側に後退するものであって、この後退幅は前記ハブから前記動翼の先端までの長さをH、前記整流ベーンの内縁の最大径位置と前記動翼の先端との距離をdとしたときに、d/Hで表される量が0.07以上0.13以下であることにより達成される。
【0011】
また、上記目的は、前記整流ベーンの内縁は、底流量運転に設定したときの動翼位置に対峙する部分以外が前記カーシングの内径より半径方向に後退していることにより達成される。
【0012】
また、上記目的は、前記整流ベーンの流路入口部は、動翼の回転方向と逆方向の反りを有し、かつ、前記動翼が回転軸の軸方向となす取付角度より、前記整流ベーンが回転軸の軸方向となす角度が大きいことにより達成される。
【0024】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の様々な実施例を図面を参照して説明する。◆
(第1の実施例)◆
図1は、本発明になる軸流ファンの全体を示した概略図であり、図2は本発明の第1の実施例に係る該軸流ファンにおけるエアーセパレータ部分の断面斜視図である。また、図3はこの実施例における軸流ファンの要部縦断側面図、図4は図3のIV−IV断面図、図5は図3のVーV断面図である。前述した従来の軸流ファンと共通する構成部品には同一の参照符号を付す。
【0025】
図1において、ハブ25の外周に周方向に間隔をおいて配置された複数枚の動翼1は、ハブ25または内ケース12内、もしくは外部に設けられた電動機(図示せず)により駆動されて回転し、吸込みケーシング13から吸い込んだ空気を加圧してディフューザ14に吐き出す。動翼2の外周部にはこの動翼2とハブ25とともに気体の流路を形成するケーシング2が設けられている。ケーシング2の一部は円周方向にリング状に突起しており、エアーセパレータを形成している。このエアーセパレータ5は、動翼1の先端側に発生する逆流を防止する。動翼1の下流側には、動翼において気体に与えられた運動エネルギを圧力エネルギに変換するため円周方向に間隔をおいて配置された複数枚の静翼11が設けられている。このように構成された軸流ファンを支持するために、取付け脚15a〜15eが軸流ファンのケーシング2の下部に複数個取り付けられている。
【0026】
図2において、動翼1を取り囲むケーシング2の外側に外壁3と側壁4によつて形成されたエアーセパレータ5の流路6には整流ベーン16が設置されており、前記整流ベーン16は、動翼1の先端付近に設置された部材19により、連結されている。このエアーセパレータ5は、図3に示すように、動翼1の上流側から該動翼1の軸方向翼長の中央付近にかけて、該エアーセパレータ5の流路6の入口となる開口部6aを有し、更に、該動翼1の入口部の上流側に出口となる開口部6bを有している。そして、前記整流ベーン16は、図3に示すように、入口となる開口部6aから出口となる6bにかけて設置されている。また、該整流ベーン16は、図4及び図5に示すように、エアーセパレータ5の流路6の入口部6aで動翼1の回転方向とは逆方向の反りを有しているとともに、該整流ベーン16は、図5に示すように、適当なピッチで周方向に設けられており、エアーセパレータ5の流路6に流れ込む気流8aと出口に向かう気流8cから周方向成分を除去して軸方向へ整流する。
【0027】
騒音発生の1つの原因となる動翼1からエアーセパレータ5へ向かう気流8aの流速変動は、図3に示した点aから点bの間で図6のように変化する。また、騒音発生の他の原因となる動翼1の周囲に形成された圧力場により発生する圧力変動も図6と同様な変化特性である。
【0028】
本発明のこの第1の実施例では、流路6の入口開口部6aから出口開口部6bにかけて整流ベーン16を設置するとともに、流路6の入口開口6aの部分に位置する整流ベーン16の内縁16aの位置をケーシング2の内径位置よりも外径側に後退させている。これにより、流れ8cのもつ周方向成分の除去効果を大きくでき、エアーセパレータの作動範囲拡大効果と圧力上昇の低下が防止される。また、流速変動と圧力変動を減衰させるための動翼1と整流ベーン16の内縁16aとの距離を大きくすることができ、該整流ベーン16の内縁16aに発生する圧力変動を小さくでき、図7に示したように使用流量範囲(流量係数が0.3〜0.7)で発生騒音を低減できる。なお、図7の騒音増加量の基準値として、従来型エアーセパレータを有する軸流ファンの設計点流量における騒音値を用いた。
【0029】
(第2の実施例)◆
図8は、本発明の第2の実施例に係る軸流ファンにおける要部縦断側面図を示す。この第2の実施例では、エアーセパレータ5内の入口部6a部のみに整流ベーン7を設け、整流ベーン7の内縁7aをケーシング2の内径位置よりも外径側に後退させている。第1の実施例に比べ、気流8cのもつ周方向成分の除去効果は低下するが、第1の実施例と同様の騒音低減効果がある。
【0030】
図9は、図3に示した整流ベーン16の内縁16aと動翼1の先端間の距離dと動翼1の高さHとの比d/Hが、発生騒音に及ぼす影響を示したものである。発生騒音は、従来型のエアーセパレータでの発生騒音を基に無次元化した。図9より、d/Hが0.07以上では、発生騒音が緩やかに低減していることが分かる。d/Hを0.07から0.13の値に選んで実験したときの軸流ファンの性能を図10に示す。図中、黒丸印が本実施例による実験結果であり、白丸印が従来型のエアーセパレータを有する軸流ファン(d/Hは約0.01)の実験結果である。この図から分かるように、d/Hが0.13以下の範囲では作動範囲と圧力上昇のいずれも従来型の場合と同じである。しかし、d/Hを0.13以上とすると、動翼先端の隙間が大きくなりすぎ、整流ベーン16の効果がなくなり、図10中で波線で示したように、作動範囲は狭まり、圧力も低下する。
【0031】
(第3の実施例)◆
第3の実施例では、図9と図10に示した関係を用い、図3に示した整流ベーン16の内縁16aと動翼1の先端間の距離dと動翼1の高さHとの比d/Hを0.07以上0.13以下としている。第1の実施例と同様に、作動範囲はエアーセパレータにより拡大し、発生騒音も低減できるとともに、圧力上昇の低下を防止することができる。
【0032】
第3の実施例と同様、図8に示した第2の実施例において整流ベーン7の内縁7aと動翼1の先端間の距離dと動翼1の高さHとの比d/Hを、0.07以上0.13以下とすれば、第2の実施例と同様の騒音低減効果を得ることができるとともに、エアーセパレータ5により作動範囲の拡大と圧力上昇の低下防止を実現できる。
【0033】
(第4の実施例)◆
図11に、本発明の第4の実施例に係る軸流ファンにおける要部縦断側面図を、図12に、その動翼の翼面の圧力分布を示す。気流8aと整流ベーン16の内縁16bとの干渉及び該動翼1の周囲に形成された圧力場と該整流ベーン16の内縁16bとの干渉により発生する騒音は、図12に示した動翼の圧力面と負圧面の圧力差ΔPに依存する。
【0034】
この第4の実施例では、図11に示すように、動翼1と整流ベーン16の内縁16bとの距離(内縁の後退量)dを圧力差ΔPに比例させて変化させている。これにより、動翼1の回転に伴って発生する流速変動や圧力変動を有効に緩和することができ、整流ベーン16の内縁16bとの干渉により発生する騒音を低減することができる。
【0035】
図13は、機械学会編「機械の騒音発生機構と低騒音設計手法研究分科会成果報告書」(平成4年刊)に示されている騒音と動静翼間の距離との関係を示したものである。図13に示す特性によれば、動静翼間の距離が動翼1の弦長Cの数分の1もあれば、発生騒音は動静翼間の距離が短い場合の半分以下に減少することが分かる。気流と整流ベーンとの干渉及び動翼周囲に形成される圧力場と整流ベーンとの干渉による騒音の発生メカニズムも、動翼流出気流と静翼との干渉による騒音の発生メカニズムと同様であると考えられる。このため、図11に示した動翼1の先端と整流ベーン16の内縁16bの最大内径位置との距離dを図13に示した騒音と動静翼間の距離の関係を用いて決定しても、この第4の実施例と同様の騒音低減効果を得ることができる。
【0036】
動静翼間の距離が動翼1の弦長Cの数分の1もあれば、発生騒音は半分以下に減少するため、動翼1の先端と整流ベーン16の内縁16bとの距離dはそれほど大きくはならず、整流ベーン16が気流8aの周方向成分を除去する効果を損なうことなく、発生騒音を低減することができる。
【0037】
また、図9と図10に示した関係を用いて、動翼1の先端と整流ベーン16の内縁16bの最大内径位置との距離dと、動翼1の高さHとの比d/Hを0.07以上0.13以下とすれば、圧力上昇を維持したまま、発生騒音を低減することができる。
【0038】
図11に示した第4の実施例では、整流ベーン内縁形状を円弧状に形成しているが、最大内縁位置を頂点とする三角形状に切欠いた形状にしても発生騒音を低減することができる。また、最大内縁位置を頂点として、階段状に形成しても同様の効果が得られる。
【0039】
(第5の実施例)◆
図14は、本発明の第5の実施例に係る軸流ファンにおけるエアーセパレータ部分の縦断側面図である。この第5の実施例では、エアーセパレータ5の流路6の入口部分に位置する整流ベーン16の内縁16cの位置の後退量を下流側で大きくしている。これにより、気流8aと整流ベーン16との干渉及び動翼1の周囲に形成された圧力場と該整流ベーン16との干渉を緩和するための動翼1と整流ベーン16の内縁16cとの距離を下流側で大きくすることができると共に第4の実施例よりも整流ベーン16の加工を簡略化できる。また、この第5の実施例では、動翼1の前縁付近での該動翼1の先端と整流ベーン16の内縁16cとの距離が接近しているため、動翼1の前縁付近での騒音低減効果はやや低下するが、前記第1から第3の実施例よりも気流8aの周方向成分を除去する効果が大きく、エアーセパレータ5の作動範囲拡大効果の低下を更に軽減することができる。
【0040】
(第6の実施例)◆
第4の実施例と同様に、図14において動翼1の先端と整流ベーン16の内縁16bの最大内径位置との距離dと、動翼1の高さHとの比d/Hを0.07以上0.13以下とした本発明の第6の実施例では、圧力上昇を維持したまま、発生騒音を低減することができる。
【0041】
図14に示した第5の実施例では、整流ベーンの内縁形状を直線としているが、円弧または、下流方向へ高くなる階段形状にしても同様の発生騒音の低減効果が得られる。
【0042】
(第7の実施例)
図15は、本発明の第7の実施例に係る動翼可変の軸流ファンにおける動翼とエアーセパレータ部分の縦断側面図を示したものである。動翼可変の軸流ファンでは、低流量状態での運転時には、動翼角度を図16中の破線から実線のように変化させ、相対流れが17から17’に変化したのに対応して、動翼1の角度を修正し、効率の低下を防止している。このとき、動翼1の軸方向長さは、図16の破線から実線のように短くなる。
【0043】
この第7の実施例は、低流量状態での運転時の動翼1と対峙する部分以外の整流ベーン16の内縁16dの位置をケーシング2の内径位置よりも外径側に後退させている。これにより、大流量状態では動翼1(破線1a)の上流側部分と対峙する整流ベーン16の内縁16dの位置がケーシング2の内径位置よりも外側に後退しているので、気流8aと整流ベーン16との干渉及び動翼1の周囲に形成された圧力場と該整流ベーン16との干渉を緩和することができ、発生騒音が低減する。また、低流量状態では動翼1(実線表示状態)の上流側部分と整流ベーン16の内縁16dとが接近しているため、整流ベーン16が気流8aの周方向成分を除去する効果が大であり、エアーセパレータ5の作動範囲を拡大する効果を維持できる。
【0044】
(第8の実施例)◆
本発明の第8の実施例では、図15において動翼1の先端と整流ベーン16の内縁16bの最大内径位置間の距離dと、動翼1の高さHとの比d/Hを0.07以上0.13以下としている。これにより、大流量の運転範囲においても圧力上昇を維持したまま、発生騒音を低減できる。
【0045】
(第9の実施例)◆
図17は、本発明の第9の実施例に係る動翼可変の軸流ファンにおける要部縦断側面図である。この第9の実施例では、エアーセパレータ5の流路6の入口部分6aにおける整流ベーン16の内縁16eの位置の後退量を下流側で徐々に小さくしている。これにより、この第9の実施例における軸流ファンは、大流量運転状態(図中1aで示した動翼角度)では騒音低減量が減少し、低流量運転状態(図中1bで示した動翼角度)では周方向成分を除去する効果がやや低下するが、図17に実線で示した大流量と低流量との中間流量での運転時には、動翼1に対する気流8aと整流ベーン16との干渉及び動翼1の周囲に形成された圧力場と該整流ベーン16との干渉を緩和でき、発生騒音を低減できる。また、中間流量での運転時には、動翼1の先端と整流ベーン16の内縁16eとの距離が、前述した第7の実施例よりも接近しており、整流ベーン16が気流8aの周方向成分を除去する効果が維持され、エアーセパレータ5の作動範囲を拡大する効果が十分に発揮される。
【0046】
(第10の実施例)◆
第10の実施例では、図17において動翼1の先端と整流ベーン16の内縁16bの最大内径位置との間の距離dと、動翼1の高さHとの比d/Hを第8の実施例と同様0.07以上0.13以下としている。これにより、大流量の運転範囲においても圧力上昇を維持したまま、発生騒音を低減できる。
【0047】
(第11の実施例)◆
図18は、本発明の第11の実施例に係る軸流ファンにおけるエアーセパレータ部分の横断平面図である。この第11の実施例では、エアーセパレータ5の入口部分の整流ベーン16を動翼1の回転方向とは逆方向に反らせ、且つ回転軸とのなす角度αを動翼取り付け角度βよりも大きくしている。
【0048】
整流ベーン16の角度を動翼1の取り付け角度よりも大きくすると、エアーセパレータ5の流路6の入口部分6aにおける整流ベーン16と動翼1との重なりが軸方向に少なくなる。さらに、エアーセパレータ5の流路6への気流8aと整流ベーン16との干渉及び動翼1の周囲に形成された圧力場と該整流ベーン16との干渉により該整流ベーン16にかかる圧力変動の位相を周方向にずらすことができ、整流ベーン16の内縁の位置をケーシング2の内径位置よりも外径側へ後退させることなく、発生騒音を低減することができる。
【0049】
この第11の実施例を動翼可変軸流ファンに適用する場合には、エアーセパレータ5の入口部分の整流ベーン16を動翼1の回転方向とは逆方向に反らせ、且つ回転軸とのなす角度αを設計点での動翼取り付け角度βよりも大きくする。これにより、発生騒音が最も問題となる大流量から設計点流量の範囲で騒音を低減できる。
【0050】
(第12の実施例)◆
図19は、本発明の第12の実施例に係る軸流ファンの要部縦断側面図である。図18において、第1の実施例における整流ベーン16と同様に、エアーセパレータ5の流路6の入口部分6aにおける整流ベーン16の内縁16aの位置をケーシング2の内径位置よりも外径側に後退させている。これにより、気流8aと整流ベーン16との干渉及び動翼1の周囲に形成された圧力場と整流ベーン16との干渉を緩和することができると共に該整流ベーン16にかかる圧力変動の位相を周方向にずらすことができ、更なる騒音低減効果が得られる。
【0051】
なお、上述した第2ないし第10実施例において、エアーセパレータ5の入口部分における整流ベーン16を、図18に示すように、回転方向とは逆方向に反らせ、回転軸とのなす角度を動翼取り付け角度よりも大きくすれば、第12の実施例と同様に、更に騒音が低減する。
【0052】
(第13の実施例)◆
図20は、本発明の第13の実施例に係る軸流ファンにおけるエアーセパレータ部分の断面斜視図を示している。また、図21は図20に示したエアーセパレータの入口部の縦(半径方向)断面を上流側から見た図である。この第13の実施例では、第1の実施例におけるエアーセパレータ5の外壁3と整流ベーン5を金属管18の周壁の一部を切り欠いて形成したセパレータブロックで構成し、該セパレータブロックをケーシング2の外周上の側壁4の間に環状に複数個配置し、動翼1の先端付近に配置した部材19により、一体に連結してエアーセパレータを構成したものである。流路入口部分に位置する内縁18aは、前述した実施例と同様に後退している。
【0053】
このようにエアーセパレータ5を構成する外壁3と整流ベーン16を同一部材(金属管18)により製作すると、整流ベーン16が不要となり、第1の実施例よりもエアーセパレータ5の製作作業を簡略化することができる。また、金属管18の周壁の一部が整流ベーンとなるため、気流8a,8cの周方向成分を除去するための整流ベーンの反りを与えることができるとともに、エアーセパレータ5の入口部に位置する内縁18aを外径側へ後退させているため、第1の実施例と同様に、エアーセパレータ5の作動範囲拡大効果を維持したまま、発生騒音を低減できる。
【0054】
第13の実施例と同様に、第2の実施例から第10の実施例におけるエアーセパレータ5の外壁3と整流ベーン16を金属管の外周の一部を切り欠いて作成したセパレータブロックで構成し、該セパレータブロックをケーシング2の外周上の側壁4間に環状に複数個配置し、一体に連結して該エアーセパレータ5を構成するようにしても、この第13の実施例と同様の発生騒音の低減効果を得ることができると共に該エアーセパレータ5の作動範囲拡大効果を維持することができる。なお、この図20においては部材21を翼型を近似するようにパイプ21aと板21bとで構成したが、図2に示す平板状の部材19で形成しても本実施例と同様な作用・効果を奏する。
【0055】
(第14の実施例)◆
図22に本発明の第14の実施例に係る軸流ファンの要部縦断側面図である。この第14の実施例では、図4に示した整流ベーン16を連結する部材20の断面形状を翼形としている。流路入口部分に位置する内縁16aは、上述の実施例と同様に後退している。部材20の断面形状を翼形とすることにより、エアーセパレータ5の出口部からの流出流れ8dを滑らかに導くことができ、主流9と流れ8dとが混合する際の損失を低減でき、エアーセパレータによる作動範囲の拡大効果が得られれとともに、圧力上昇の低下を防止することができる。また、内縁16aがケーシング内径よりも外径側へ後退しており、発生騒音を低減できる。
【0056】
第2ないし第13の実施例において、第14の実施例と同様整流ベーンを連結する部材19の断面形状を翼形とすれば、エアーセパレータ5の出口部からの流出流れ8dを滑らかに導くことができ、上述の第14の実施例と同様の作用・効果を奏する。
【0057】
(第15の実施例)◆
図23に本発明の第15の実施例に係る軸流ファンの要部縦断側面図である。整流ベーン16を連結する翼形断面の部材21を円管21aと板材21bから構成するとともに、整流ベーン16の内縁16aをケーシング外径位置よりも後退させている。これにより、翼形断面を有する連結部材21の製作を容易にすることができる。また、第14の実施例と同様、エアーセパレータ5の出口部からの流出流れ8dを滑らかに導くことができ、第14に実施例と同様の作用・効果を奏する。さらに、整流ベーン16の内縁16aをケーシング外径位置よりも後退させており、発生騒音を低減できる。
【0058】
第1ないし第12の実施例において、整流ベーン16またはセパレータブロック18の連結部材20を、図23のように円管21aと板材21bから構成すれば、エアーセパレータを容易に製作できる。
【0059】
(第16の実施例)◆
図24は、本発明の第16の実施例に係る軸流ファンの要部縦断側面図を示している。エアーセパレータ5の流路6内における気流8a〜8cは、セパレータ5の入口部分6aから出口部分6bへ向かう際に整流ベーン16により周方向成分が除去される。その際にエアーセパレータ5の流路6内に損失の原因となる乱れが発生すると、該エアーセパレータ5の作動範囲拡大効果が低下する。
【0060】
この発明の第15の実施例では、このエアーセパレータ5の外径を下流側で徐々に大きくし、該エアーセパレータ5の流路6の断面積を上流方向に向けて徐々に小さくしている。このようにすると、エアーセパレータ5の流路6内では、入口部分6aから出口部分6bに向かう気流8cを加速することができ、該エアーセパレータ5の流路6内で発生する乱れを抑制し、上述したエアーセパレータ5の作動範囲拡大効果の低下を防止することができる。
【0061】
(第17の実施例)◆
図25は、本発明の第17の実施例に係る軸流ファンの要部縦断側面図を示している。この第17の実施例は、前述した第16の実施例に第1の実施例を組み合わせ、エアーセパレータ5の流路6の入口部分6aに位置する整流ベーン16の内縁16aの位置をケーシング2の内径位置よりも外側に後退させたものである。これにより、動翼1からの気流8aと整流ベーン16との干渉及び動翼の周囲に形成される圧力場と整流ベーン16との干渉を緩和できると共に該エアーセパレータ5内に発生する気流8cの乱れを抑制することができる。従って、この第17の実施例におけるエアーセパレータ5の作動範囲拡大効果の低下を防止できるのに加え、発生騒音も低減することができる。
【0062】
第17の実施例と同様に、第2の実施例ないし第10の実施例とこの第16の実施例を組み合わせれば、発生騒音の低減及びエアーセパレータ5の作動範囲拡大効果の低下を防止することができる。
【0063】
以上、本発明の第1から第17の実施例では、軸流ファンまたは動翼可変軸流ファンについて説明したが、本発明のエアーセパレータを遠心形または斜流形のターボ形流体機械に適用しても、作動範囲の拡大効果と圧力上昇の低下を防止することができるとともに、発生騒音を低減できる。
【0064】
【発明の効果】
本発明になるエアーセパレータ付き軸流ファンは、エアーセパレータにおける整流ベーンをエアーセパレータの入口部から出口部にかけて設置しているため、エアーセパレータの作動範囲拡大効果と圧力上昇の低下を防止できる。さらに入口部の整流ベーンの内縁位置をケーシングの内径位置よりも外径側に後退させているので、動翼の流出気流とエアーセパレータ内の整流ベーンとの干渉及び動翼の周囲の圧力場と整流ベーンとの干渉を緩和することができ、発生騒音を低減することができる。
【0065】
また、本発明のエアーセパレータ付き軸流ファンでは、エアーセパレータの外壁と整流ベーンを金属管の周壁の一部を切り欠いて作成したセパレータブロックで構成し、このセパレータブロックを一体に連結してケーシングの外周上に環状に配置している。これにより、気流の周方向成分を除去する動翼の回転方向とは逆方向の反りを整流ベーンに与えることができると共にエアーセパレータの製作を簡略化できる。
【0066】
さらに、本発明のエアーセパレータ付き軸流ファンは、エアーセパレータの外壁を下流側で徐々に大きくしているので、エアーセパレータ内に発生する気流の乱れを抑制することができ、エアーセパレータの作動範囲拡大効果の低下を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明になる軸流ファンの全体を示す縦断側面図である。
【図2】本発明の第1の実施例に係る軸流ファンにおけるエアーセパレータ部分の断面斜視図である。
【図3】本発明の第1の実施例に係る軸流ファンの要部縦断側面図である。
【図4】図3のIV−IV断面図である。
【図5】図3のV−V断面図である。
【図6】動翼流出流れの流速変動の半径方向への変化特性図である。
【図7】本発明の第1の実施例による騒音の流量変化。
【図8】本発明の第2の実施例に係る軸流ファンの要部縦断側面図である。
【図9】整流ベーン内縁と動翼先端間の距離と、動翼高さとの比の変化による、騒音の変化の特性図である。
【図10】本発明の第3の実施例による圧力上昇の変化。
【図11】本発明の第4の実施例に係る軸流ファンの要部縦断側面図である。
【図12】動翼翼面の圧力分布特性図である。
【図13】騒音と動静翼間距離の関係を示す特性図である。
【図14】本発明の第5の実施例に係る軸流ファンの要部縦断側面図である。
【図15】本発明の第7の実施例に係る軸流ファンの要部縦断側面図である。
【図16】図15に示す第7の軸流ファンにおける低流量側運転時の動翼角度の変化特性説明図である。
【図17】本発明の第9の実施例に係る軸流ファンの要部縦断側面図である。
【図18】本発明の第11の実施例に係る軸流ファンにおけるエアーセパレータ部分の横断平面図である。
【図19】本発明の第12の実施例に係る軸流ファンの要部縦断側面図である。
【図20】本発明の第13の実施例に係る軸流ファンにおけるエアーセパレータ部分の断面斜視図である。
【図21】図20に示した本発明の第13の実施例に係る軸流ファンにおけるエアーセパレータの縦断面を上流側から見た図面である。
【図22】本発明の第14の実施例に係る軸流ファンの要部縦断側面図である。
【図23】本発明の第15の実施例に係る軸流ファンの要部縦断側面図である。
【図24】本発明の第16の実施例に係る軸流ファンの要部縦断側面図である。
【図25】本発明の第17の実施例に係る軸流ファンの要部縦断側面図である。
【図26】従来のエアーセパレータ付き軸流ファンの要部縦断側面図である。
【図27】図27のI−I断面図である。
【符号の説明】
1…動翼、2…ケーシング、3…エアーセパレータの外壁、
4…エアーセパレータの側壁、5…エアーセパレータ、6…流路、
6a…流路入口部分、8a〜8d…気流、9…主流、12…内ケース、
16…整流ベーン、16a…整流ベーンの内縁、19…部材。
Claims (4)
- ハブの外周に周方向に間隔をおいて配置された複数枚の動翼と、この動翼と前記ハブとともに気体の流路を形成するケーシングと、このケーシングの一部の円周方向にリング状に突起し前記動翼の先端を取り囲むように整流ベーンを備えたエアーセパレータと、前記整流ベーンを連結するための部材とを備え、前記動翼の回転によって吸込みケーシングから吸込んだ空気を加圧してディフューザに吐き出す軸流ファンにおいて、
前記エアーセパレータの流路の入口となる開口部と、この開口部から連続して前記流路の出口となる開口部とを備え、前記入口側の開口部に位置する前記整流ベーンの内縁の位置が前記ケーシングの内径位置よりも外径側に後退するものであって、この後退幅は前記ハブから前記動翼の先端までの長さをH、前記整流ベーンの内縁の最大径位置と前記動翼の先端との距離をdとしたときに、d/Hで表される量が0.07以上0.13以下であることを特徴とする軸流ファン。 - ハブの外周に周方向に間隔をおいて配置された複数枚の動翼と、この動翼と前記ハブとともに気体の流路を形成するケーシングと、このケーシングの一部の円周方向にリング状に突起し前記動翼の先端を取り囲むように整流ベーンを備えたエアーセパレータと、前記整流ベーンを連結するための部材とを備え、前記動翼の回転によって吸込みケーシングから吸込んだ空気を加圧してディフューザに吐き出す軸流ファンにおいて、
前記エアーセパレータは、前記動翼の先端側の流れをこの動翼の上流側に導く流路を形成する2つの側壁部材と、この側壁部材間を連結する外壁部材とを有し、この外壁部材は、周方向一部が切り欠かれた複数の管状部材を連結して形成され、この各々の管状部材の周方向一端部は前記流路に延在し、この延在した端部を周方向に連結する部材を備えるとともに、このエアーセパレータの流路の入口となる開口部と、この開口部から連続して前記流路の出口となる開口部とを備え、前記入口側の開口部に位置する前記整流ベーンの内縁の位置が前記ケーシングの内径位置よりも外径側に後退するものであって、この後退幅は前記ハブから前記動翼の先端までの長さをH、前記整流ベーンの内縁の最大径位置と前記動翼の先端との距離をdとしたときに、d/Hで表される量が0.07以上0.13以下であることを特徴とする軸流ファン。 - 前記整流ベーンの内縁は、低流量運転に設定したときの動翼位置に対峙する部分以外が前記ケーシングの内径より半径方向に後退していることを特徴とする請求項1記載の軸流ファン。
- 前記整流ベーンの流路入口部は、動翼の回転方向と逆方向の反りを有し、かつ、前記動翼が回転軸の軸方向となす取付角度より、前記整流ベーンが回転軸の軸方向となす角度が大きいことを特徴とする請求項1記載の軸流ファン。
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