JP4972756B2 - 軸流流体機械のプロペラを強制軸平行流れ機構付き羽で構成したプロペラ。 - Google Patents

Description

軸流流体機械のプロペラは旋回力で、流体を羽表面の直角方向へ押し出し羽の枚数分の流れを軸中心部へ捩れ状態を起こし軸中心部は捩流で、羽表面の流体で旋回力を受ける流体で羽に沿って羽回転側端面から羽回転側と反対の端面へ移動する様な流れを起こすと、羽回転側と反対側端面から遠心力により流体は羽先端部へ振切られる流れになり、遠心力が捩流より強くなると方向が不安定になり、プロペラの外周部で完全に遠心力が強くプロペラ外周部で負圧発生、渦。渦列が発生し、プロペラ外周部推進力が減少する。

軸流流体機械のプロペラの回転で発生する遠心力による流れとは、プロペラの旋回する力が羽表面の流体を羽回転側から羽回転側と反対の端面へ移動する様な流れを起こす事により、羽回転側と反対の端面に流れた流体は羽軸心から羽先端へ羽回転側と反対側の端面に沿って遠心力に依り羽から振切られる様にプロペラの外周方向へ流され、羽に反りが有ると旋回力が反りの分強く作用し羽の回転側と反対側の端面から先端へ振切る流体の量が多くなり、プロペラ外周部の渦は増加するので、此の遠心力に依るプロペラ外周の渦を防止するには遠心力を軸に平行に強制的に流せる機構が必要である。

軸流流体機械のプロペラの羽は、プロペラの回転時、羽回転側の端面を丸く曲面状に処理しても楔形処理しても鋸型処理しても流体との衝撃波等の渦が発生するので、流体との抵抗を小さく、抵抗に成り難い形状、推進力を妨げる渦を発生しない形として、羽の回転側端面を複数の鎌の刃先型の斬込みを設けた鎌刃先型形状にし、羽回転側鎌刃先型端面を楔形処理する必要がある。

軸流機械の羽に付いて、業界誌、メーカーの会社案内、一般提案者に軸平行流れを強制する改善を表示をしたものの中で完成した製品が無い。

流体力学 １９６２年３月 槇書店
Ｐ２１８〜Ｐ２２８ 工学博士 原田 幸夫 著

ジェットエンジン理論（ターボ機械）１９５７年１２月２０日発行 コロナ社
濱島 操 著

業界誌（平成１７年１０月） タービン製造技術の現状 三菱重工業株式会社

プロペラの知識 １９７０年５月１２日発行 かもめプロペラ株式会社
工学博士 中谷新治 工学博士 鬼頭史城 鑑修 かもめプロペラ設計室編集

機械工学便覧 １９６１年１０月２０日発行 財団法人 日本機械学会発行
財団法人 日本機械学会編集

船用プロペラと軸系 １９８６年３月２５日発行 株式会社成山堂書店
隅 元士 著

船用補機の基礎 １９８８年８月２５日発行 株式会社成山堂書店
海上保安大学校名誉教授 重川 亘
海上保安大学校 助教授 島田 伸和 共 著

軸系とプロペラ□□□ １９８５年１０月１５日発行 海文堂出版株式会社
海技大学校 助教授 池西 憲治 著

ポンプ １９６２年１月１５日発行 丸善株式社
日本機械学会水力機械部門委員編

水力機械 １９６２年１月３０日発行 コロナ社 工学博士 草間 秀俊 著

Ｐｒｏｐｅｌｌｅｒ Ｂｏｓｓ Ｃａｐ Ｆｉｎｓ（ＰＢＣＦ） ２０００年１月 商船三井テクノトレード株式会社

軸流ファンモーター ２００７年１１月 Ｚｉｅｈｌ−Ａｂｅｇｇ社

プロペラ型ベルシオン式風車 ２００９年１１月 株式会社タジマモーターコーポレーション

軸流流体機械のプロペラの羽が発生する渦は、機械の推進エネルギー効率上無駄なもので、改善するには羽の形状変更、羽の回転側端面変更、羽の旋回に依る遠心力と羽ピッチ角に依る流体の捩流を軸平行流れにする形を羽に設ける必要があり、課題となる。

課題を解決る為の手段

羽は（図１）で板材であって羽回転側端面▲２▼に複数の鎌刃先型斬込みを設け、羽回転側端面▲２▼を楔形処理（ク）を施し、（図２）（図３）の帯状体は羽表面の流れを軸平行に制御する帯状体スタビライザーと称する部品図で、軸平行に溶接する調整代を（θ）部に含み帯状体を軸平行に取付ける調整代を設けた部品で（前記図３）の帯状体は羽の長さ方向で軸心部▲３▼から羽の回転側先端部（前記図１、羽の▲１▼）の位置に軸平行に連続溶接構造で取付け開放方向端面楔形処理（ク）をする部品、（前記図２）の帯状体は（前記図１、羽）の巾方向羽表面に軸と同心円弧状（前記図１のＤｎの位置）に軸平行に連続溶接構造で取付け開放方向端面楔形処理（ク）をする部品、此の（前記図２）、（前記図３）の帯状体スタビライザーを（前記θ）の溶接調整代を用いて（前記図１の羽）に取付け、１枚の羽が完成する。

（前記図１）の▲１▼に帯状体の部品（前記図３）の帯状体スタビライザーを羽長さ方向軸平行に連続溶接構造で取付け（前記図２）の帯状体スタビライザーを羽巾方向羽表面に、連続溶接構造軸平行に取付け完成した羽をボス部（図４のヘ、ピ）の位置に羽ピッチ角度を調整し、帯状体の高さ（Ｈ _０ ）が全て合致する様に位置を調整して羽を組込み、ピッチ角を調整しプロペラが完成する。軸中心部（前記軸心０）で軸方向の羽の段差に依る空間は現状と同様の空間である。プロペラシャフトの丸穴は取付け位置のみを示す。

発明の効果

軸流流体機械のプロペラ外周部に発生する渦流が占める部分の体積比が小さくても渦が発生する位置がプロペラの最大トルク発生の部位である場合は、改善することによるプロペラの出力改善効果は大きい。

プロペラから吹き出す風をプロペラ回転軸に平行の、スタビライザーと称する帯状体は風力発電時に、プロペラに風を効率良く受け入れ羽の回転力に変える働きをする為、通常の羽で０．１９Ｖ〜０．２０Ｖの発電電力のモーターに、同じ外徑の帯状体付きの羽のプロペラを取付け０．２０Ｖ〜０．２３Ｖの発電電力を得たのでその羽の帯状体を外した時、０．１５Ｖ〜０．１９Ｖの発電電圧となった。

外周スタビライザー、羽表面スタビライザー、（図３、符号サ２）、（図２符合サ１）は取付時キャンバーが付き半径方向剛性、羽表面で羽の幅方向で剛性が高まり、図６、スタビライザー接合部が羽、剛性アップし、羽（図１符合ハ）は、板厚を軽量化可能。（全図）

羽が板材加工可能、軸心部ボス部鋳物加工工程減少、全製造工程研磨工数削減、製造工数削減可能、製品価格低減化可能。

流体抗力減少形状羽、外観形状図。 羽表面、軸方向平行面流強制スタビライザー、外観形状図。 羽外周部、軸心部軸方向平行面流強制スタビライザー、外観形状図。 軸ボス部部品、外観形状図。 ４枚羽プロペラ、外観形状図。 ４枚羽プロペラ、平面図。

テスト品。（非商品）の確認テスト。従来品との比較テスト、テスト品の比較テスト。ローソクの火炎消化力テスト。糸の流れの目視テスト。羽外周部、煙の流れ、渦、目視テスト。

０・・・・・・・軸中心。
▲１▼・・・・・羽外周部。（羽の回転する側と反対側全端面と羽回転側端面の先端）
▲２▼・・・・・羽の流体面積抗力減少対策端面。（羽回転側楔形処理端面）
▲３▼・・・・・軸からボス部外周部迄帯状体の１部、ボス部と羽の接合部。
Ｄ_０・・・・・・軸部ボス半径．設計値。
Ｄ_ｎ・・・・・・軸心からの半径。実機テストに依る。
Ｈ_０・・・・・・帯状体スタビライザー高さ。実機テストに依る。＿＿＿＿＿＿
Ｈ_１・・・・・・プロペラのボス部高さ。設計値。＿＿＿＿
Ｒ・・・・・・・羽回転側の反対側端面曲線部形状。設計値。
ア・・・・・・・プロペラの軸部プロペラシャフト接合部。（廻止め部省略）設計値。
カ・・・・・・・羽接合部。設計値。
ク・・・・・・・羽回転側端面、帯状体の各端面楔型処理部分。実機テストに依る。
サ１・・・・・・羽表面羽巾方向に取付ける軸平行流れ強制帯状体スタビライザー。
実機テストによる。＿＿
サ２・・・・・・羽外周部取付け用軸平行流れ強制帯状体スタビライザー。
実機テストに依る。
ハ・・・・・・・羽本体。実機テストに依る。
ピ・・・・・・・ボス部、羽取付けピッチ角位置決め用ポイント。設計値。
ヘ・・・・・・・ボス部、羽取付け位置決め用ポイント。設計値。
ボ・・・・・・・プロペラ中心ボス部。設計値。
ジ・・・・・・・軸心部の平行補助線。
θ・・・・・・・羽に接合時軸平行する面へ調整する調整代。
α・・・・・・・ボス部で羽に接合時、軸に平行する面へ調整する調整代。

Claims (1)

1. 軸流流体機械であって、羽は板材からなり、羽回転側端面側に複数の鎌刃先型斬込みを設けその回転側端面を楔形処理し、羽回転側と反対の羽端面で軸心部と全端面から羽回転側鎌刃先型先端端面迄軸平行にスタビライザーと称する帯状体を連続溶接構構造で取付け開放方向端面を楔形処理し、又羽巾方向羽表面に羽回転側端面から羽回転側と反対に軸平行で取付けた前記帯状体スタビライザー迄、軸と同心円弧状に連続溶接構造で軸平行で取付け開放方向端面を楔形処理し、回転側と反対の端面に取付けた前記帯状体スタビライザーと前記羽の巾方向羽表面に取付けた帯状体スタビライザーの２種類の帯状体スタビライザーで羽表面の流体を軸平行の流れに強制しうる事を特徴とするプロペラ。

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