JP4049538B2

JP4049538B2 - ターボファン

Info

Publication number: JP4049538B2
Application number: JP2001018588A
Authority: JP
Inventors: 毅睦三島; 章洋竹内
Original assignee: Toshiba Carrier Corp
Current assignee: Toshiba Carrier Corp
Priority date: 2001-01-26
Filing date: 2001-01-26
Publication date: 2008-02-20
Anticipated expiration: 2021-01-26
Also published as: JP2002221192A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、遠心ファンの一例である複数の後向き翼を備えたターボファンに係り、特に、これら翼がノーズを通過する際に発生する翼通過周波数音の低減を図ったターボファンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、この種のターボファンの翼枚数は、少な過ぎると気流が翼面に沿わずに剥離を起こして送風効率の低下と剥離騒音を発生させる一方、多過ぎると摩擦損失が増加して送風効率の低下と乱流騒音の発生を引き起こすとされ、従来より翼枚数の最適値を与える式が幾つか提案されている。
【０００３】
【外１】

【０００４】
Ｅｃｋｅｒｔの式は以下の通りである。
【０００５】
【数３】

【０００６】
また、Ｐｆｌｅｉｄｅｒｅｒの式は以下の通りである。
【０００７】
【数４】

【０００８】
したがって、これらの数式によると、最適な翼枚数Ｚ１，Ｚ２はファン内径Ｄ１，ファン外径Ｄ２，翼車流路の翼入口角β１，翼出口角β２の４つの要素でおおよそ決まる。そして求まる翼枚数は、同じ遠心ファンではあるが前向き翼を備えたシロッコファン（多翼ファン）に比べてかなり少なく、十数枚以下となることが多い。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ターボファンを回転させると、翼がファンケースのノーズを通過する際に、これらの間で圧力干渉が発生するために、後向き翼の翼枚数と単位時間あたりの回転数（Ｎ［ｒｐｍ］／６０）によって周波数（ｆ［Ｈｚ］＝Ｚ×Ｎ／６０）の決まる翼通過周波数音が発生し、しばしば２倍周波数音や３倍周波数音、それ以上の倍数音が発生する。しかしながら、通常ターボファンは先に述べたように翼枚数が少ない分、高速回転で使用されるため基本翼通過周波数が高くなり、また高速回転すなわち高風量ゆえの送風音では、それら翼通過周波数音をカバーできなくなる。このとき、これらの周波数音は極めて高いピーク値をもち、しばしばターボファンのオーバオール騒音値（騒音積分値）との差が小さいため、耳障りな音として強く特徴的に聞こえてしまう。このような耳障りな音が顕著になると、このターボファンを空気調和機等の家庭用機器に組み込む場合には商品性を大きく損うという課題があった。
【００１０】
図６は上記数式により求められた最適翼枚数Ｚ１の後向き翼を有する従来のターボファン１を具備した送風機の一部切欠概略平面図である。このターボファン１はファンケーシング２内に収容され、ファンケーシング２は空気吸込口２ａと吹出口２ｂとノーズ２ｃとを具備している。
【００１１】
ターボファン１は円板状の主板３上に、図中矢印で示す回転方向に対して後向きに湾曲傾斜した複数の後向き翼４，４，…を、周方向に所定の間隔を置いて立設し、主板３の中心部には図示しないモータの回転軸を固定するためのボス部を設けており、主板３をこのモータにより回転駆動するようになっている。
【００１２】
そして、ターボファン１は、例えばファン内径Ｄ１が６０ｍｍ、ファン外径Ｄ２が１３５ｍｍ、翼車流路５の翼入口角β１が６０°、同翼出口角β２が４０°のときに、後向き翼４の枚数を上記Ｅｃｋｅｒｔの翼枚数算出式（１）より求め、この式より推奨される翼枚数Ｚ１として１３〜１７枚に設定している。そこで、このターボファン１は、例えば翼枚数Ｚ１を１３枚に設定したときには、ターボファン１の回転数が４０００ｒｐｍならば、基本翼通過周波数音１ｆが８６７Ｈｚ、２倍周波数音の２ｆが１７３３Ｈｚ、３倍周波数音の２ｆが２６００Ｈｚとなり、これら周波数音は、図７の騒音の周波数分析（ＦＦＴ）結果に示すように、いずれも際立って高い周波数音となっている。このとき基本翼通過周波数音１ｆと送風機のオーバオール騒音との騒音差が約５ｄＢ、２倍周波数音２ｆが約７ｄＢ、３倍周波数音３ｆが約１８ｄＢとなり、特に差が１０ｄＢよりも小さい基本翼通過周波数音とその２倍周波数音は、際立って特徴的な音として聴感されてしまうという課題がある。
【００１３】
そこで本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、その目的は低速回転（低回転数）で使用しても基本翼通過周波数音、２倍周波数音、３倍周波数音の周波数を高くかつ小さくし、低速回転、すなわち低風量の送風音でもマスキングして聴感上、翼通過周波数音が強く特徴的に聞こえにくくすることができるターボファンを提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本願請求項１に係る発明は、回転方向に対し後向きに湾曲傾斜した複数の後向き翼を備えたターボファンにおいて、上記後向き翼の枚数を、下記（１）式により求めた翼枚数Ｚ１の２倍以上に設定してなることを特徴とするターボファンである。
【００１５】
【数５】

【００１６】
この発明によれば、後向き翼の枚数を、Ｅｃｋｅｒｔの数式である（１）式により求めた枚数の２倍以上に設定しているので、このターボファンを低回転数（低速回転）で使用した場合でも基本翼通過周波数音と、２倍周波数音や３倍周波数音等の倍数音周波数を高くかつ小さくし、低回転数すなわち低風量の送風音でもマスキングできるので、聴感上、翼通過周波数音が強く特徴的には聞こえにくくすることができる。
【００１７】
請求項２に係る発明は、回転方向に対し後向きに湾曲傾斜した複数の後向き翼を備えたターボファンにおいて、上記後向き翼の枚数を、下記（２）式により求めた翼枚数Ｚ２の２倍以上に設定してなることを特徴とするターボファンにある。
【００１８】
【数６】

【００１９】
この発明によれば、後向き翼の枚数を、Ｐｆｌｅｉｄｅｒｅｒの数式である（２）式により求めた枚数の２倍以上に設定しているので、このターボファンを低回転数（低速回転）で使用した場合でも基本翼通過周波数音と、２倍周波数音や３倍周波数音等の倍数音周波数を高くかつ小さくし、低回転数すなわち低風量の送風音でもマスキングできるので、聴感上、翼通過周波数音が強く特徴的には聞こえにくくすることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図１〜図５に基づいて説明する。なお、図１，図２中同一または相当部分には同一符号を付している。
【００２１】
図１はファンケーシングとターボファンとを具備した送風機の一部切欠概略平面図、図２は図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。これらの図に示すようにターボファン１１は渦巻状のファンケーシング１２内に回転自在に収容され、ファンケーシング１２はその一面（図２では上面）の中央部に、ほぼ円形の空気吸込口１２ａを形成すると共に、その開口端縁部を内方へ折曲してベルマウスに形成する一方、渦巻端部に空気吹出口１２ｂを形成し、その近傍にノーズ１２ｃを形成している。
【００２２】
ターボファン１１は円板状の主板１３の一面（図２では上面）上に、図１で示すターボファン１１の回転方向に対して後向きに湾曲傾斜する複数の後向き翼１４，１４，…を周方向に所定の間隔を置いて立設し、各後向き翼１４の内端縁を空気吸込口１２ａのベルマウス状開口先端縁にほぼ一致させている。ターボファン１１は主板１３の周方向で隣り合う後向き翼１４，１４同士の間隙を、空気を通す翼車流路１４ａに形成し、この翼車流路１４ａの空気吸込口１２ａ側端部を翼入口１４ｂに、その反対側は翼出口１４ｃに形成している。
【００２３】
また、主板１３のほぼ中心部にはファンモータ１５の回転軸１５ａを固定するボス等の固定部を設けており、ファンモータ１５によりターボファン１１を例えば図１中矢印で示す方向へ回転させることにより図中矢印に示すように空気吸込口１２ａから空気を吸込み、周方向で隣り合う各後向き翼１４同士間の翼車流路１４ａを翼入口１４ｂから翼出口１４ｃへ通して空気吹出口１２ｂから外部へ吹き出すようになっている。また、このターボファン１１の回転により各後向き翼１４がノーズ１２ｃを通過する際に、この後向き翼１４とノーズ１２ｃとの間に圧力干渉が発生するために上述した翼通過周波数音が発生し、その基本周波数音とその倍数の周波数音が発生する。
【００２４】
そして、図１に示すようにこのターボファン１１のファン内径Ｄ１が６０ｍｍ、ファン外径Ｄ２が１３５ｍｍ、各後向き翼１４の翼入口１４ｂ側端部とその接線とがなす角度である翼入口角β１が６０°、各後向き翼１４の翼出口１４ｃ側端部とその接線とがなす角度である翼出口角β２が４０°であるときに後向き翼１４の枚数を３１枚に設定している。すなわち、上記後向き翼１４の枚数は、上記Ｅｃｋｅｒｔの翼枚数算出式（１）により推奨翼枚数Ｚ１を求め、さらに、その推奨翼枚数Ｚ１の２倍の２６〜３４枚のうちの３１枚に設定している。
【００２５】
図３はこの後向き翼１４の枚数が３１枚のターボファン１１の低速回転時の翼通過周波数音の周波数分析（ＦＦＴ）結果を示すグラフである。この図３に示すように、基本翼通過周波数音ｆが２０６７Ｈｚ、２倍周波数音２ｆが４１３３Ｈｚ、３倍周波数音３ｆが６２００Ｈｚであるが、２倍周波数音２ｆが大きく減衰してピークすら消滅している。また、２０６７Ｈｚの基本翼通過周波数音と送風機のオーバオール騒音（騒音積分値）との騒音差が約１２ｄＢであり、送風機全体騒音よりも十分に低いので、この基本翼通過周波数音が送風機全体騒音に紛れてマスキングされる。このために、この基本翼通過周波数音として送風機全体騒音から際立って特徴的な音として聞こえることが殆どなくなった。
【００２６】
また、上記後向き翼１４の枚数は、３１枚に限定されるものではなく、上記Ｅｃｋｅｒｅｔ式の推奨翼枚数Ｚ１の２倍以上の例えば４１枚でもよい。この場合は図４で示すように基本翼通過周波数の２７３３Ｈｚの音と送風機のオーバオール騒音との騒音差が約１６ｄＢで十分に大きいので、基本翼通過周波数音が聴感上殆ど気にならないレベルまで低下する。
【００２７】
さらに、上記後向き翼１４の枚数は、上記Ｐｆｌｅｉｄｅｒｅｒの翼枚数算出式により求めた推奨枚数の２倍以上でもよい。例えばターボファン１１の上記ファン内径Ｄ１が１３５ｍｍ、ファン外径Ｄ２が６０ｍｍ、翼車流路１４ａの翼入口角β１が６０°、翼出口角β２が４０°であるときに、上記Ｐｆｌｅｉｄｅｒｅｒの翼枚数算出式（２）により求められる推奨翼枚数は１０〜１６枚である。そこで、これをさらに２倍の２０〜３２枚以上に選定してもよく、この場合も聴感上問題となる翼通過周波数音を低減することができる。
【００２８】
図５は上記ターボファン１１の後向き翼１４の翼枚数と翼通過周波数音の騒音レベルとの相対関係を示すグラフであり、後向き翼１４の翼枚数を増して行くと、翼通過周波数音のピーク騒音値が減衰していく傾向にあることが図６に示されている。さらにこの翼枚数を漸次増やしていく過程で、まず３倍周波数音３ｆが減衰し、次に２倍周波数音２ｆが減衰していくことが示されている。つまり後向き翼１４の翼枚数を増やす効果とは、周波数音が高周波数側へシフトしていきながら３倍周波数音３ｆ、２倍周波数音２ｆが聞こえなくなった上で、なおかつ基本翼通過周波数１ｆも小さくなって行き、結果としてこれら周波数音が低回転数すなわち低風量の送風音で紛れて聞こえなくなる点にある。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、ターボファンの後向き翼の枚数を、ＥｃｋｅｒｔまたはＰｆｌｅｉｄｅｒｅｒの翼枚数算出式で求めた枚数の２倍以上に設定したので、このターボファンを低速回転で使用する場合でも基本翼通過周波数音と、２倍周波数音や３倍周波数音等の倍数音周波数を高くかつ小さくし、低回転数すなわち低風量の送風音でもマスキングできるので、聴感上、翼通過周波数音が強く特徴的には聞こえにくくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るターボファンを具備した送風機の一部切欠概略平面図。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図。
【図３】図１で示す翼枚数が３１枚のターボファンが４０００ｒｐｍで回転したときの周波数分析（ＦＦＴ）結果を示すグラフ。
【図４】翼枚数が４１枚のターボファンが４００ｒｐｍで回転したときのＦＦＴ結果を示すグラフ。
【図５】翼枚数と翼通過周波数音の騒音レベルとの相対関係を示すグラフ。
【図６】従来のターボファンを具備した送風機の一部切欠概略平面図。
【図７】図６で示す従来のターボファンの４０００ｒｐｍで回転したときのＦＦＴ結果を示すグラフ。
【符号の説明】
１１ターボファン
１２ファンケーシング
１２ａ空気吸込口
１２ｂ空気吹出口
１２ｃノーズ
１３主板
１４後向き翼
１４ａ翼車流路
１５ファンモータ
１５ａファンモータの回転軸
Ｄ１ファン内径
Ｄ２ファン外径
β１翼入口角
β２翼出口角

Claims

回転方向に対し後向きに湾曲傾斜した複数の後向き翼を備えたターボファンにおいて、
上記後向き翼の枚数を、下記（１）式により求めた翼枚数Ｚ１の２倍以上に設定してなることを特徴とするターボファン。
回転方向に対し後向きに湾曲傾斜した複数の後向き翼を備えたターボファンにおいて、
上記後向き翼の枚数を、下記（２）式により求めた翼枚数Ｚ２の２倍以上に設定してなることを特徴とするターボファン。