JP4153188B2

JP4153188B2 - 軸流ファン

Info

Publication number: JP4153188B2
Application number: JP2001309443A
Authority: JP
Inventors: エデュアルドモジーヴィッツロベルト; ピーカルスキーリスザード
Original assignee: Diandra SA
Current assignee: Diandra SA
Priority date: 2000-10-05
Filing date: 2001-10-05
Publication date: 2008-09-17
Anticipated expiration: 2021-10-05
Also published as: RU2270936C2; DK1195527T3; DE60117656T2; EP1195527A1; EP1195527B1; DE60117656D1; US20030002984A1; ATE319936T1; BR0104385B1; US6715989B2; JP2002161893A; BR0104385A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は軸流ファンの分野、より詳細には、回転自在のハブにファンブレードを取り付けるための改良された手段に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
軸流ファンは機械的エネルギーの伝達に幅広く使用され、この機械的エネルギーはモータによって空気の移動のために供給される。軸流ファンは、空気または他のガスの排出または供給が必要なあらゆる所で使用される。
【０００３】
本発明は、ハブと、このハブより半径方向外向きに延在する多数のアームと、ブレード部材とを具え、各ブレード部材が各アームに固定されている形式の軸流ファンに関するものである。
【０００４】
軸流ファンは通常、主として内側端部、すなわちブレード根元部分に作用する相当な荷重を受ける。ブレードに作用する荷重は、主としてブレードを空気の流れとは反対の軸線方向に押圧するように作用する引張力と、その次の、ブレードを空気の流れの方向に戻そうとしてブレードを押圧するように作用する遠心力から構成される。その結果、これらの荷重のあるもの、およびこれらの荷重の変化はブレードからその根元部分、そして動力伝達グループ（ハブおよび駆動部）への振動の伝搬の形で伝わり、ファン構造の実質的な摩耗をもたらすこととなる。それゆえ、ブレードの内側端部とハブとの結合は厳しいものとなる。疲労による割れから生じる破損の元となり得るからである。
【０００５】
現在、ブレードに作用する荷重の低減は、例えば、ブレードを空気の流れと反対方向に、回転面に対して傾斜させて固定する取り付けから構成される方法によって得られている。このような組立体は図1に見られ、図ではハブ1とブレード2がアーム3によって結合する状態が示されている。アーム3は締結具4によってハブ1に固定され、ブレード2は固定具5によってアーム3に固定されている。ブレードは、回転軸線AA'に直角な回転面に対して角度αで傾斜している。ブレード2に作用する主な力は遠心力CFおよび引張力TFである。ここで空気の流れの方向は矢印AFで示す。
【０００６】
ブレードを傾斜させて固定した結果として、ファンを元の計算によって見積もった条件で正確に動作させた場合、すなわち所定かつ一定の回転速度で動作させた場合にのみ、荷重を釣り合わせることができる。
【０００７】
従来技術のもう一つの方法は、ハブとブレードの根元部分をヒンジによって結合することを提案するものであり、それによってファン動作時にブレードが浮上することを可能とするものである。このような組立体は図2に見られ、ここでは図1と同様に、ブレード2がハブ1とアーム3'によって結合している。アーム3'は締結具4によってハブ1に固定され、ブレード2は固定具5によってアーム3'に固定されている。ブレード2に作用する主な力は遠心力CFおよび引張力TFである。ここで空気の流れの方向は矢印AFで示す。符号6はヒンジを示し、このヒンジ6はブレード2とハブ1との間の柔軟性のある結合をもたらす。ヒンジの双方の部品はお互いに対して移動可能であるが、これら部品は摩耗に晒され、頻繁な保守が必要である。さらに、さらに、ヒンジの二つの部品間の隙間は、腐食性要素の侵入または堆積物を形成させる空間をもたらし、これらは究極的にはヒンジの両部品の相対運動の妨げとなり得るものであり、ヒンジのブレードに作用する引張力および遠心力を釣り合わせる機能を十分に果たすことを妨げるものとなる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、構造が単純で、荷重の変化と、それによる振動を実質的に低減させる軸流ファンを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、この目的は、ハブと、このハブより半径方向外向きに延在する多数のアームと、ブレード部材とを具え、各ブレード部材が前記各アームに固定されており、前記アームが可撓要素から構成され、この可撓要素が、動作時において前記ブレード部材に作用する遠心力と、前記ブレード部材に作用する引張力とが釣り合う所定の角度に前記ブレード部材を傾斜させるような曲げ剛性を有することを特徴とする軸流ファンによって達成される。
【００１０】
本発明に係る軸流ファンにおいて、可撓要素は、以下のようなファンの動作上の要求に従って、すなわち、ファンの使用時にブレードが、引張力TFによって発生する曲げモーメントが、遠心力によって発生する反対方向への曲げモーメントと釣り合うように大きさが設定される。その結果、ブレードの根元部分に作用する荷重は互いに打ち消し合う傾向となり、また同時に、荷重の変化とそれによるブレードから動力伝達グループへ伝わる振動も実質的に減少し、それゆえファンブレードおよび駆動機構の寿命が増加する。本発明によるファンは、従来のファンよりも疲労に対する高い耐久性を有する。
【００１１】
本発明により得られる、ブレードの振動の低減は、より低価格な材料、より薄い材料、あるいはこれらの組み合わせの使用による設計を可能とするが、これは本発明のさらなる利点を構成するものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
ここで、本発明を添付図面を参照して、例示によって説明する。
【００１３】
図3（3a，3b）は本発明の第1の実施形態を示し、ここでは軸流ファンは、ハブ1に可撓要素7によって結合する多数のブレード部材12を具える。各可撓要素は、ハブ1とは締結具4（既に公知のものであるため、ここではさらなる説明はしない）によって、またブレード部材12とは固定具5（既に公知のものであるため、ここではさらなる説明はしない）によって固定される。従来のファンに関連して上述したように、ブレード部材12は回転面に対して角度αで取り付けられることが有利であり、この回転面は回転軸線AA'と直角をなす。ブレード部材12に作用する主な力は遠心力CFおよび引張力TFである。なお、空気の流れる方向は矢印AFで示す。
【００１４】
可撓要素7は空気力学的断面、例えば円形断面を有することが望ましい。しかしながら、ブレード部材12に加わる抗力を補償するための曲げ機能を充たす限りにおいて、多数の異なる形状のものとして設計しても良い。
【００１５】
可撓要素7の製造に用いる材料は、例えば繊維強化樹脂からなり、これは、実質的に小さな力が加わった時でも曲がることが可能となるような弾性係数を有することが知られている。
【００１６】
積層構造体のような他の材料が、可撓要素7に使用することができる。こうした積層構造体の両先端部には、ブレード部材12およびハブ1の対応する部分と適合する端部を設けることができる。これら端部は積層構造体と一体化した部品として形成することが好ましい。この他、ブレード部材12を積層構造体からなるものとし、それによって可撓要素7は、ブレード部材12と一体化した部分を形成する。
【００１７】
図4に示す第2の実施形態において、軸流ファンは、ハブ1に可撓要素7によって結合した、多数の翼型形状のブレード部材12'を具える。翼型形状のブレード部材12'は、通常、中空構造を有する空気力学的外形に形成した翼形状に曲げたシートからなる。
【００１８】
このことは、図4より理解されるように、可撓要素7がブレード部材12'の中空構造内に固定されることを可能とし、ここでは可撓要素7は、固定具5によってブレード部材12'に、また締結具4によってハブ1に固定される。従来のファンに関連して上述したように、ブレード部材12'は回転面に対して角度αで取り付けられることが有利であり、この回転面は回転軸線AA'と直角をなす。ブレード部材12'に作用する主な力は遠心力CFおよび引張力TFである。なお、空気の流れる方向は矢印AFで示す。
【００１９】
もし、ブレード部材(12，12')を回転面に対して可変の角度αで取り付ける必要がなければ、積層型の可撓要素7を使用することができ、可撓要素7は直接ハブ1に取り付ける。
【００２０】
低荷重の翼型形状を有するブレード部材12'の傾斜角αを増加させることが望まれる場合、可撓要素7をブレード部材12'内部へ延在させ、その後さらに外側で固定する。ファンが動作している時、ブレード部材12'（より高い剛性を有する）と可撓要素7との間の干渉を避けるため、これら二つの部品を、これらの間に必要な空間が残るような大きさとする。
【００２１】
図3および図4に例示した実施形態において、可撓要素7の一方の先端部分は、ハブ1に強固に固定された締結具4によって支持され、可撓要素7のもう一方の先端部分はブレード部材(12，12')の本体に固定される。前記の実施形態は、ブレード部材(12，12')をファンの回転面に対して可変の角度αで取り付ける必要がある場合に、有効に使用することには適していない。
【００２２】
実際、（積層型の本体から通常構成される）可撓要素7の正しい動作のためには、可撓要素7がファンの回転面に対して直角な曲げを単独で達成するように促されることが必要である。すなわち、可撓要素7の大きい方の側部が、（できる限り）ファンの回転面に位置しなければならない。
【００２３】
（図3および図4の実施形態において）ブレード部材(12，12')を取り付ける、回転面に対する角度αを変化させたとき、ブレード部材(12，12')と一体化した可撓要素7もまた回転し、可撓要素7の大きい方の側はもはやファンの回転面内には位置せず、それゆえ空気流AFによって応力が加わることとなる。これは可撓要素7の曲げ剛性を増加させることとなり、（可撓要素7を破壊する荷重が加わらない時でさえも）可撓要素7が所望の働きをすることを許容しない。
【００２４】
図5(5a，5b)は本発明の他の実施形態を示すものであり、これはファンの回転面に対して可変の角度αでブレード部材(12，12')を取り付けて有効に使用するのに適したものであって、図3および図4に示した実施形態とは異なるものである。それは、可撓要素7の一方の先端部がファンのハブ1に強固に固定され、一方、可撓要素7の他方の先端部はブレード部材(12，12')の根元の領域を支持する締結具4に固定されていることによる。可撓要素7の大きい側は常にファンの回転面内にあり（それゆえ可撓要素7は動作する、あるいは常に最適な方法で動作することができる）、一方、（締結具4に作用する）ブレード部材(12，12')が取り付けられている回転面に対する角度αは、可撓要素7の回転を含まない特定用途による要求に応じて変更することができ、この場合、可撓要素7は、もはやブレード部材(12，12')とは一体化していない。
【００２５】
ファンが静止している時、ブレード部材(12，12')の重量および、可撓要素7の曲げ応力は、ブレード部材(12，12')が過剰に、あるいはファンの他の要素と干渉する範囲まで傾斜させることとなり得る。
【００２６】
こうした場合、ハブに固定した支持要素（図示せず）を、ブレード部材を支持するために設けることができる。
【００２７】
この支持要素は、例えば単純なディスクとすることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術に係る軸流ファンの第1の例の側面図である。
【図２】従来技術に係る軸流ファンの第2の例の側面図である。
【図３】本発明の第1の実施形態に係る軸流ファンを示す図であり、図3aは側面図、図3bは上面図を示し、ここでは可撓要素がブレードの根元に固定されている。
【図４】本発明の第2の実施形態に係る軸流ファンを示す図であり、図4aは側面図、図4bは上面図を示し、ここではブレード部材が中空ブレードであり、可撓要素が中空ブレードの内側に固定されている。
【図５】本発明の第3の実施形態に係る軸流ファンを示す図であり、図5aは側面図、図5bは上面図を示し、ここでは可撓要素がブレードに固定されている。
【符号の説明】
1 ハブ
2 ブレード
3 アーム
4 締結具
5 固定具
7 可撓要素
12 ブレード部材

Claims

ハブ(1)と、このハブ(1)より半径方向外向きに延在する多数のアームと、ブレード部材(12,12')とを具え、各ブレード部材(12,12')が前記各アームに固定されている軸流ファンであって、前記アームが可撓要素(7)から構成され、この可撓要素が気流の流れ方向に関して所定の曲げ剛性を有し、該所定の曲げ剛性が、動作時において前記ブレード部材(12,12')に作用する遠心力(CF)と、軸流ファンの回転軸線と平行な方向で前記ブレード部材(12,12')に作用する引張力(TF)とが釣り合う角度に前記ブレード部材(12,12')を、気流の流れ方向で傾斜させる曲げ剛性であることを特徴とする軸流ファン。
前記ブレード部材(12,12')が中空構造を有する空気力学的外形に形成した翼型に曲げ加工したシートから構成されることを特徴とする、請求項１記載の軸流ファン。
前記可撓要素(7)を前記ブレード部材(12,12')内側の中空構造内部に固定したことを特徴とする、請求項２記載の軸流ファン。
前記可撓要素(7)が円形断面を有することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の軸流ファン。
前記可撓要素(7)が繊維強化樹脂製であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の軸流ファン。
前記可撓要素(7)が積層構造体から構成されることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の軸流ファン。
前記積層構造体が、その両側の先端部において、前記ブレード部材(12,12')および前記ハブ(1)の対応する部分に適合させた端部を具えることを特徴とする、請求項６記載の軸流ファン。
前記端部を前記積層構造体と一体化した部品として形成したことを特徴とする、請求項７記載の軸流ファン。
前記ブレード部材(12,12')が積層構造体から構成され、前記可撓要素(7)の積層構造体が前記ブレード部材(12,12')の一体化した部分を形成することを特徴とする、請求項６〜８のいずれか一項に記載の軸流ファン。
前記可撓要素(7)の一方の先端部が前記ハブ(1)に強固に固定された締結具(4)に支持され、前記可撓要素(7)の他方の先端部が前記ブレード部材(12,12')に固定されることを特徴とする、請求項１記載の軸流ファン。
前記可撓要素(7)の一方の先端部が前記ハブ(1)に強固に固定され、前記可撓要素(7)の他方の先端部が前記ブレード部材(12,12')の根元の領域を支持する締結具(4)に固定されることを特徴とする、請求項１記載の軸流ファン。
前記ブレード部材(12,12')が、静止時には前記ハブ(1)に固定された支持要素に支持されることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の軸流ファン。