JP4691788B2

JP4691788B2 - 軸流ファンの動翼

Info

Publication number: JP4691788B2
Application number: JP2001019915A
Authority: JP
Inventors: 聡外山
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2001-01-29
Filing date: 2001-01-29
Publication date: 2011-06-01
Anticipated expiration: 2021-01-29
Also published as: JP2002221195A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、軸流ファン、特に低圧軸流ファンの動翼に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
低圧軸流ファンは、従来から種々の送風機として、業務用から家庭用まで幅広く使用されている。このような低圧軸流ファンは、通常、円筒ケーシングの内部に設置された動翼と静翼とで構成される。又、静翼が無く、動翼のみを備えているものもある。
【０００３】
図６は従来の低圧軸流ファンの一例を示したものであり、図６の例では、円筒状のケーシング１の内部に、ケーシング１と同軸のボス部２と、該ボス部２の外周に固定された複数（図では十字方向に４枚）の動翼３とから低圧軸流ファン４が構成されている。
【０００４】
このような低圧軸流ファン４の動翼３を設計する場合には、一般の動翼３は翼弦長に比べて翼高さ（半径方向長さ）が大きい、即ちアスペクト比が大きいために、ボス部２に固定される動翼３の翼基端３Ａ（ＲＯＯＴ部）及び翼先端３Ｂ（ＴＩＰ部）の両翼端３Ａ，３Ｂ付近を除いて、翼高さ方向の大部分の箇所での流れの状態は同一であり、二次元的な流れであるのが好ましいとされてきた。又、アスペクト比がそれほど大きくない場合でも、両翼端３Ａ，３Ｂに図示しない所要の大きさの仕切り板を一体に固定して半径方向の流れを抑制するようにしたものにおいては、翼高さ方向の全域に亘って二次元的な流れの状態であるとみなされている。
【０００５】
こうした二次元的な流れ場では、流線はすべて動翼３の軸に直交する断面内にあり、しかもどの断面でも同じ流れのパターンとなる。そこで、動翼３の流体特性を考えるに当たっては、二次元流れ場の単位幅を持つ翼とした取扱いが現在でも主流となっており、その揚力分布は自由渦分布と呼ばれ、図１に破線で示すように翼基端３Ａから翼先端３Ｂに向かう翼高さ方向の揚力分布が一定値５となるように翼形状を決定していた。
【０００６】
図６において、流体の軸流と回転流の合速度に対して揚力を発生しない無揚力角αに、動翼３の持つ迎角βを加えたものがピッチ角Ｐである。
【０００７】
このときの翼基端３Ａから翼先端３Ｂに向かうピッチ角Ｐは、図７に示すように直線変化６となっている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来の低圧軸流ファン４の動翼３では、以下のような問題が生じる。
【０００９】
従来は、動翼３の翼高さ方向全体に亘って一定の揚力（直線変化６）を発生させることが良いとされているために、翼基端３Ａ及び翼先端３Ｂまで揚力を発生させるようにしており、従って、ケーシング１及びボス部２に近接した両翼端３Ａ，３Ｂで急激に揚力がなくなることによって、流体の剥離現象が発生し、この剥離現象のために騒音或いは振動が発生するという問題を有していた。
【００１０】
又、動翼３の翼先端３Ｂまで一定の揚力を発生させるためには、動翼３の翼先端３Ｂとケーシング１内面とのクリアランスを極力小さく仕上げることが要求される。即ち、このクリアランスが大きくなると、動翼３の翼先端３Ｂにおいて揚力が急激に低下してしまう問題がある。
【００１１】
しかし、上記したように動翼３の翼先端３Ｂとケーシング１内面とのクリアランスを極力小さくするためには、ボス部２の回転軸芯を正確に芯出しする必要があると共に、各動翼３の翼先端３Ｂの高さ、形状を正確に一致させるように製作する必要があり、更に、ケーシング１内面も高い精度で仕上げる必要がある。このために、低圧軸流ファン４の製作に高い精度が要求されることになって、製作に時間が掛かり製作コストが増加するという問題を有していた。
【００１２】
本発明は、かかる従来装置のもつ問題点を解決すべくなしたもので、騒音や振動が生じ難く、動翼の翼先端とケーシング内面とのクリアランスを小さくするという制約をなくして、従来と同一の性能を維持しながら大幅な低コスト化を達成できるようにした軸流ファンの動翼を提供することを目的としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、動翼の翼高さ方向両翼端で揚力が発生せず中間部の揚力が最大になるように、翼高さ方向の揚力を楕円分布としたことを特徴とする軸流ファンの動翼、に係るものである。
【００１４】
上記手段において、動翼の翼高さ方向両翼端のピッチ角が小さく中間部のピッチ角が大きいピッチ角分布を有している。
【００１５】
本発明では、動翼の翼高さ方向の揚力分布が楕円分布となるようにしたことにより、動翼の翼基端と翼先端とで揚力が発生しなくなり、よって低圧軸流ファンに適用した場合に、ケーシング及びボス部に近接した両翼端で流体の剥離現象が生じることがなくなり、剥離現象による騒音及び振動を防止できる。
【００１６】
又、上記問題の防止により、翼先端とケーシング内面とのクリアランスを極力小さく仕上げるという制約をなくすことができ、そのため、ボス部の回転軸芯を正確に芯出したり、各動翼の翼先端の高さ、形状を正確に一致させたり、ケーシング内面を高い精度で仕上げるといった従来行っていた面倒な作業をなくして製作工程を著しく簡素化することができる。よって、製作時間を短縮して製作コストを大幅に低減できる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１８】
図２、図３は本発明を実施する低圧軸流ファンの動翼７の一例を示したものであり、本発明の動翼７は、図２、図３に示すように、動翼７の翼基端７Ａと翼先端７Ｂのピッチ角は小さく、中間部のピッチ角は大きいピッチ角分布８を有している。このピッチ角分布８は、図３に示すように楕円或いは放物線の一部を形成するような曲線を有しており、比較のために破線で示した従来の動翼の場合の直線変化６とは著しく相違している。
【００１９】
そして、図１に本発明の動翼７を実線で示したように、翼基端７Ａと翼先端７Ｂで揚力が発生せず、中間部の揚力が最大となって、翼高さ方向の揚力分布が楕円分布９となるように、前記したピッチ角分布８を決定する。
【００２０】
上記した本発明の動翼７は、図１の実線で示す楕円分布９の内側の面積で表わされる全揚力を発生することになり、この面積が、破線で示す従来の一定値５の揚力分布の内側の面積と一致するように設定すると、従来の動翼と同一の性能を発揮することになる。
【００２１】
図４は前記動翼７により低圧軸流ファンを製作する際における設計方法の一例を示すフローチャートである。
【００２２】
低圧軸流ファンを製作するに当たっては、先ず、工程Ａにて、低圧軸流ファンの要求風量、ファン回転数・直径などを決定する。続いて、工程Ｂにて、動翼７の所要揚力を決定する。次に、工程Ｃにて、ＮＡＣＡ型などの翼型を選定する。続いて、工程Ｄにて、動翼７の輪郭（各半径位置での翼弦張）を設定する。次に、工程Ｅにて、翼面上の揚力分布が楕円分布となるように各半径位置での揚力を設定する。次に、工程Ｆにて、各半径位置での揚力を出すための迎角を設定する。次に、工程Ｇにて、翼特性図での検討を行う。次に、工程Ｈにて、設定した迎角で失速しないか、抗力は小さいかを判定する。
【００２３】
この時、図５に示す迎角カーブ１０と抗力カーブ１１の関係線図を用いて、迎角と抗力を判定する。図５において、１２は、抗力が最小となる迎角の好適範囲を表わしている。
【００２４】
上記工程Ｈにおいて、失速を起こしてしまう迎角であったり、抗力が大きい場合には、工程Ｄに戻って動翼７の輪郭の設定からやり直す。
【００２５】
工程Ｈにて、失速しない迎角で、抗力が小さいと判定されると、工程Ｉにて、ピッチ角分布の決定が行われる。ピッチ角分布が良好であれば、設計は終了する。一方、ピッチ角分布が良好でなかった場合には、工程Ｃに戻って翼型選定からやり直す。
【００２６】
上記したように、翼高さ方向の揚力分布が図１の楕円分布９になるようにピッチ角分布８を決定した動翼７によれば、動翼７の翼基端７Ａと翼先端７Ｂとで揚力が発生しないために、図６に示す低圧軸流ファンに適用した場合に、ケーシング１及びボス部２に近接した両翼端３Ａ，３Ｂで流体の剥離現象が生じることがなくなり、よって剥離現象による騒音及び振動が発生するのを防止できる。
【００２７】
又、こうした問題が防止されることにより、翼先端７Ｂとケーシング１内面とのクリアランスを極力小さく仕上げるという制約をなくすことができ、よって、ボス部２の回転軸芯を正確に芯出しすること、各動翼７の翼先端７Ｂの高さ、形状を正確に一致させること、ケーシング１内面を高い精度で仕上げることなど、従来必要としていた高い精度での低圧軸流ファン４の製作工程を著しく簡素化することができ、よって製作時間を短縮して製作コストを大幅に低減することができる。
【００２８】
尚、本発明は上記形態例にのみ限定されるものではなく、動翼の翼型、輪郭などには限定されないこと、その他本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ること、などは勿論である。
【００２９】
【発明の効果】
本発明によれば、動翼の翼高さ方向の揚力分布が楕円分布となるようにしたことにより、動翼の翼基端と翼先端とで揚力が発生しなくなり、よって低圧軸流ファンに適用した場合に、ケーシング及びボス部に近接した両翼端で流体の剥離現象が生じることがなくなり、剥離現象による騒音及び振動を防止できる効果がある。
【００３０】
又、上記問題の防止により、翼先端とケーシング内面とのクリアランスを極力小さく仕上げるという制約をなくすことができ、そのため、ボス部の回転軸芯を正確に芯出したり、各動翼の翼先端の高さ、形状を正確に一致させたり、ケーシング内面を高い精度で仕上げるといった従来行っていた面倒な作業をなくして製作工程を著しく簡素化することができ、よって製作時間を短縮して製作コストを大幅に低減できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の低圧軸流ファンの動翼の揚力分布と、従来の動翼の揚力分布とを比較して示した線図である。
【図２】本発明の動翼のピッチ角分布を示す線図である。
【図３】本発明の動翼のピッチ角分布と従来の動翼のピッチ角分布を比較して示した線図である。
【図４】本発明の動翼により低圧軸流ファンを製作する際における設計方法の一例を示すフローチャートである。
【図５】迎角カーブと抗力カーブの関係線図である。
【図６】従来の低圧軸流ファンの一例を示す切断側面図である。
【図７】従来の動翼のピッチ角分布を示す線図である。
【符号の説明】
７動翼
７Ａ翼基端
７Ｂ翼先端
８ピッチ角分布
９楕円分布

Claims

動翼の翼高さ方向両翼端で揚力が発生せず中間部の揚力が最大になるように、翼高さ方向の揚力を楕円分布としたことを特徴とする軸流ファンの動翼。
動翼の翼高さ方向両翼端のピッチ角が小さく中間部のピッチ角が大きいピッチ角分布を有していることを特徴とする請求項１記載の軸流ファンの動翼。