JP4784393B2

JP4784393B2 - 軸流送風機

Info

Publication number: JP4784393B2
Application number: JP2006142329A
Authority: JP
Inventors: 正義上甲; 卓宏西岡; 俊男菅野
Original assignee: Hitachi Plant Technologies Ltd
Current assignee: Hitachi Plant Technologies Ltd
Priority date: 2006-05-23
Filing date: 2006-05-23
Publication date: 2011-10-05
Anticipated expiration: 2026-05-23
Also published as: JP2007315176A

Description

本発明は、軸流送風機に係わり、例えば、高速自動車道又は自動車専用道路等のトンネル換気用に好適な軸流送風機に関するものである。

トンネル換気用の軸流送風機は、一般的にトンネルの天井部に取付けられる円筒状のケーシングと、このケーシング内に支持台によって配置された電動機と、この電動機の回転軸に設けた羽根車と、この羽根車の前方側直前に設けた内筒とを備え、内筒は、先端部から羽根車の方向に徐々に直径が増加する流線形状に形成されている（例えば、特許文献１参照。）。

特開平４−３５８７９７号公報（段落０００５、図１）

上記従来技術における流線形状に形成された内筒は、その外周面とケーシングの内周面とで形成される流路を通過する流体の流速を、漸次増加させて、流体の速度分布を均一化させるために、内筒の先端部から羽根車の入口までの軸方向の寸法を、比較的長めに設定している。この設定は、整流効果及び消音効果を向上させることを意図しているものである。

近年、都市部近郊の開発及び交通渋滞の緩和のために、都市部近郊にトンネルが設けられるケースが多くなってきている。このため、上記従来技術に示されているように、円筒の軸線方向の寸法を大きくして、トンネルからの騒音を低減させる要求が出てきている。一方、円筒の軸方向の寸法を長くすると、騒音を低減することができるが、軸流送風機の消費動力が増加するとともに、円筒の製作加工が難しくなるという問題が派生する。このため、現状では、円筒を半円球形状にしたものを用いているのが現状である。

本発明は、上述の事柄に基づいてなされたもので、円筒の製作加工が容易で、消費動力を削減し、効率を向上させることができる軸流送風機を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、第１の発明は、円筒状のケーシングと、このケーシング内に支持台によって配置された電動機と、この電動機の回転軸に設けた羽根車と、この羽根車の直前部に配置した円筒とを備えた軸流送風機において、前記円筒は、先端部とこれに接合される筒状の後端部とからなり、その円筒の外周面を、その外周面と前記円筒状のケーシングの内面とで形成される流路断面積が一定の割合で変化するように形成したことを特徴とする。

また、第２の発明は、円筒状のケーシングと、このケーシング内に支持台によって配置された電動機と、この電動機の回転軸に設けた羽根車と、この羽根車の直前部に配置した円筒とを備えた軸流送風機において、前記円筒は、先端部とこれに接合される筒状の後端部とこの後端部に接合される円筒部とからなり、その円筒における先端部と後端部とで形成される外周面を、その外周面と前記円筒状のケーシングの内面とで形成される流路断面積が一定の割合で変化するように形成したことを特徴とする。

更に、第３の発明は、第１または第２の発明において、前記円筒は、一端を前記ケーングの内面に固定したステーによって、羽根車の直前部に支持固定したことを特徴とする。

また、第４の発明は、第１または第２の発明において、前記円筒は、前記羽根車に一体的に固定したことを特徴とする。

更に、第５の発明は、円筒状のケーシングと、このケーシング内に支持台によって配置された電動機と、この電動機の回転軸に設けた羽根車と、この羽根車の直前部に配置した円筒とを備えた軸流送風機において、前記円筒は、先端部とこれに接合される筒状の後端部とからなり、その円筒の外周面を、その外周面と前記円筒状のケーシングの内面とで形成される流路断面積が線形の一次式となるように形成したことを特徴とする。

本発明の軸流送風機によれば、羽根車の直前部に配置される円筒を、先端部とこれに接合する筒状の後端部とで構成したので、円筒の製作加工が容易であり、その生産性を向上させることができる。また、円筒部分での気流の流れを滑らかにしたので、圧力変動が抑えられ、軸流送風機の消費動力の低減を図り、その効率を向上させることができる。

以下、本発明の軸流送風機およびこれを用いたトンネル換気設備の実施の形態を図面を用いて説明する。
図１は、本発明の軸流送風機の一実施の形態を備えたトンネル換気設備の実施の形態を示す縦断面図、図２は図１に示すトンネル換気設備をII−II矢視から見た横断面である。これらの図において、１はトンネルを示す。２はトンネル１の天井部に吊り下げ支持された軸流送風機である。

軸流送風機２は、両端面が開口した円筒状のケーシング３と、このケーシング３内に配置した気流発生部４とを備えている。この気流発生部４は、外周部が通路壁を構成し、両側に回転軸５，６を有する電動機７と、この電動機７の回転軸５，６にそれぞれ設けた羽根車８，９と、羽根車８，９の外側部にそれぞれ配置した円筒１０，１１とで構成されている。

羽根車８，９は、回転軸５，６に固定される羽根ボス部８ａ，９ａと、この羽根ボス部８ａ，９ａに周方向にほぼ等間隔に配置された複数（この例では６枚）の羽根８ｂ，９ｂとで構成されている。

電動機７は、回転方向を双方に切り替え可能であり、ベース１２上に固定されている。ベース１２は、電動機７の軸方向及び径方向の４箇所に設けたステー１３によって支持されている。円筒１０，１１は、それぞれステー１４によって支持されている。このステー１３及びステー１４は、丸棒または平板体のものが用いられている。平板体を用いる場合、空気抵抗を小さくするために、その幅方向が、円筒状のケーシング３の軸線と平行になるように配置される。

円筒１０，１１は、それぞれ先端に丸みを有する先端部１０ａ，１１ａと、先端部１０ａ，１１ａに接合される筒状の後端部１０ｂ，１１ｂとで構成されている。先端部１０ａ，１１ａは、例えば、板材を深絞り加工することによって形成される。また、筒状の後端部１０ｂ，１１ｂは、板材をへら又はローラで型に押し付けて行うへら絞り加工によって形成される。これらの先端部１０ａ，１１ａの後端面と、筒状の後端部１０ｂ，１１ｂの先端面とは、溶接等で接合される。

上述した円筒１０，１１は、は、先端部とこれに接合される筒状の後端部とからなり、その先端部１０ａ，１１ａと後端部１０ｂ，１１ｂとで形成される外周面と前記円筒状のケーシング３の内面とで形成される流路断面積が、一定の割合で変化するように形成されている。特に、円筒１０，１１における流路の大半を占める筒状の後端部１０ｂ，１１ｂの外周面とケーシング３の内面とで形成される流路断面積Q（＝（R²−ｒ²）π／４）は、次の１次式の関数で設定することができる。
Q＝A・X＋ａ
但し、Ｒ：ケーシング３の半径
ｒ：円筒１０，１１の半径方向の長さ
X：円筒１０，１１の軸方向長さ
ａ：円筒１０，１１における後端部１０ａ，１１ａの後端の流路断面積
A：勾配を表す係数
上記の１次式の関数で得られる円筒１０，１１の外周面とケーシング３の内面とで形成される流路断面積の変化特性、及び円筒１０，１１の外周面形状の一例を図３及び図４を用いて説明する。
図３は、本発明の円筒１０，１１と従来における半円状の円筒部との流路断面積の変化を示す特性図、図４は図３の流路断面積に基づく本発明の円筒１０，１１と従来における半円状の円筒部との外形形状を示す図である。

図３において、その横軸は円筒１０，１１の軸線方向の長さＸを、縦軸は流路断面積Ｑを示す。この図３中の特性曲線Ｐは、従来における半円状の円筒部の流路断面積の変化を示す。また、図３中の特性曲線Ｍ，Ｎは、従来の半円状の円筒部の最大と最小の流路断面積の値をもとに一次式の関数で設定した本発明の円筒１０，１１の流路断面積の変化特性を示している。なお、特性曲線Ｍは、本発明の円筒１０，１１の軸線方向長さＸを、従来の半円状の円筒部の軸線方向長さＸと同一にした場合であり、特性曲線Ｎは、本発明の円筒１０，１１の軸線方向長さＸを、従来の半円状の円筒部の軸線方向長さＸに対して１．５倍にした場合である。

上記の図３に基づいて得られる本発明の円筒１０，１１と従来における半円状の円筒部との外形形状を、図４に示す。
この図４において、横軸は、円筒の軸線方向の長さＸ、縦軸はその径方向の長さＲである。図中の曲線ｐは、図３の特性曲線Ｐに対応する従来における半円状の円筒部の外形線を、図中の曲線ｍは、図３の特性曲線Ｍに対応する本発明の筒状の後端部１０ｂ，１１ｂの外形線を、図中の曲線ｎは、図３の特性曲線Ｎに対応する本発明の筒状の後端部１０ｂ，１１ｂの外形線を示す。

上記図３及び図４において、それぞれ特性曲線Ｍ，Ｎ及び特性曲線ｍ，ｎの２種類の特性曲線を設定したが、これは性能及び加工の観点を考慮して設定したものである。即ち、特性曲線Ｍ，ｍにおける軸線方向の長さＸを、従来における半円状の円筒部のそれよりも小さくした場合には、流路断面積が急激に狭められることになり、流路中での流体が剥離現象を生じる。また、特性曲線Ｎ，ｎにおける軸線方向の長さＸを、更に大きくすると、筒状の後端部１０ｂ，１１ｂが先細り形状となり、そのへら絞り加工によって成形が難しくなる。

したがって、流路断面積の変化特性を設定する場合には、前述した図３における特性曲線Ｍ，Ｎの範囲内に設定することが好ましい。なお、図３における特性曲線Ｍ，Ｎの勾配Ａの値を多少変動させることは可能である。上述した円筒１０，１１の外形における流体性能は、解析上、良好であることを確認した。

次に、上述した本発明の軸流送風機の一実施の形態の動作を説明する。
電動機７が一方向に回転すると、その前後の羽根車８，９も同方向に回転する。これにより、ケーシング３の一方の開口から吸込まれた空気は、加圧されて、ケーシング３の他方の開口から吐出される。

ケーシング３の一方の開口から矢印Ａ方向に吸込まれた空気は、ケーシング３の内面と円筒１０の外周面とで形成された流路を通過するが、この部分の流路は、一定の割合で変化する断面積の流路となっているので、気流は、圧力損失や圧力変動を生じることなく、前段側の羽根車８の羽根８ｂに滑らかに流入する。この結果、軸流送風機の消費動力を削減することができ、その効率を高めることができる。

その後、気流は、前段側の羽根車８の羽根８ｂによって、後段側の羽根車９の羽根９ｂに送り込まれる。後段側の羽根９ｂは、前段側の羽根８ｂと同一回転方向および同一回転速度で回転している。そこで、後段側の羽根９ｂの出口角を、前段側の羽根８ｂから噴出される気流の方向とほぼ同じに設定しておくと、後段側の羽根９ｂにおける仕事が減少する。後段側の羽根９ｂを通過した気流は、羽根９ｂの直後に設けた円筒１１とケーシング３との間の流路を通過し、ケーシング３の他方の開口から排出される。

上述したように、本発明の一実施の形態によれば、羽根車の直前部に配置される円筒を、先端部とこれに接合する筒状の後端部とで構成したので、この円筒の製作加工が容易であり、その生産性を向上させることができる。また、この円筒の構成により、羽根車の入り口までの流路断面積を一定の割合で変化するように構成したので、圧力損失や圧力変動に伴う、軸流送風機の消費動力の低減を図ることができ、その効率を高めることができる。

なお、上述の実施の形態においては、双方向流れが可能な軸流送風機について説明したが、一方向流れを可能とした軸流送風機にも適用することができる。

また、上述の実施の形態においては、円筒１０，１１をステー１３によって固定支持したが、円筒１０，１１をそれぞれ羽根車８，９に一体的に設けて羽根車８，９とともに回転するように構成することも可能である。

また、本発明においては、円筒１０，１１における後端部１０ｂ，１１ｂの後方に、更に円筒状の筒部を設けることも可能である。この構成によれば、前述した実施の形態とどうように、円筒１０，１１の製作容易で、円筒１０，１１部分での気流の流れを改善し、消費動力を削減することができる。また、円筒１０，１１の軸方向寸法を長くすることができるので、流体性能が向上し、整流効果や消音効果も期待することができる。

本発明の軸流送風機の一実施の形態を示す縦断側面図である。図１に示す本発明の軸流送風機の一実施の形態をII−II矢視から見た横断面図である。本発明の軸流送風機に係る円筒とケーシングとで形成される流路面積の特性線図である。図３に示した流路面積の特性線によって得られる円筒の外形を示す図である。本発明の軸流送風機の他の実施の形態を示す縦断側面図である。

符号の説明

１トンネル
２軸流送風機
３ケーシング
４気流発生部
５回転軸
６回転軸
７電動機
８羽根車
９羽根車
１０円筒
１１円筒
１０ａ先端部
１１ａ先端部
１０ｂ後端部
１１ｂ後端部

Claims

円筒状のケーシングと、このケーシング内に支持台によって配置された電動機と、この電動機の回転軸に設けた羽根車と、この羽根車の直前部に配置した円筒とを備えた軸流送風機において、前記円筒は、先端部とこれに接合される筒状の後端部とからなり、その円筒の外周面を、その外周面と前記円筒状のケーシングの内面とで形成される流路断面積が一定の割合で変化するように形成したことを特徴とする軸流送風機。
円筒状のケーシングと、このケーシング内に支持台によって配置された電動機と、この電動機の回転軸に設けた羽根車と、この羽根車の直前部に配置した円筒とを備えた軸流送風機において、前記円筒は、先端部とこれに接合される筒状の後端部とこの後端部に接合される円筒部とからなり、その円筒における先端部と後端部とで形成される外周面を、その外周面と前記円筒状のケーシングの内面とで形成される流路断面積が一定の割合で変化するように形成したことを特徴とする軸流送風機。
前記円筒は、一端を前記ケーングの内面に固定したステーによって、羽根車の直前部に支持固定したことを特徴とする請求項１又は２に記載の軸流送風機。
前記円筒は、前記羽根車に一体的に固定したことを特徴とする請求項１又は２に記載の軸流送風機。
円筒状のケーシングと、このケーシング内に支持台によって配置された電動機と、この電動機の回転軸に設けた羽根車と、この羽根車の直前部に配置した円筒とを備えた軸流送風機において、前記円筒は、先端部とこれに接合される筒状の後端部とからなり、その円筒の外周面を、その外周面と前記円筒状のケーシングの内面とで形成される流路断面積が線形の一次式となるように形成したことを特徴とする軸流送風機。