JP5925997B2 - Blade of rotor for fluid equipment - Google Patents
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Description
本発明は、流体機器用ロータのブレードに係り、特にブレードの翼厚が厚く、剛性に優れ、かつブレードの背面の流体を正面の前方向へ、高速で流動させ得るようにした流体機器用ロータのブレードに関する。 The present invention relates to a blade for a fluid device rotor, and more particularly to a blade for a fluid device, wherein the blade has a large blade thickness, excellent rigidity, and allows fluid on the back surface of the blade to flow forward at a high speed. Related to the blade.
従来、推進機や送風機等に用いられているロータのブレードは、全体的に薄く、かつ回転方向に対して、流体押出し面は捻れており、翼根部分において、回転時にキャビテーションが生じ易い。
また、全体的に捻れているので、製造時に精度を出すことにコストがかかる。キャビテーションが生じにくいブレードの例が、特許文献1及び2に記載されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, rotor blades used in propulsion devices, blowers, and the like are thin overall, and the fluid extrusion surface is twisted with respect to the rotational direction, and cavitation tends to occur at the blade root portion during rotation.
Moreover, since it is twisted as a whole, it is costly to produce accuracy during manufacturing. Examples of blades that do not easily cause cavitation are described in
従来型のロータのブレードは、正面で流体を押出す形態のものであり、大きな動力を要し、相対的に押出し面の面積を、大とする必要がある。
また、迎角を付与するためには、三次元の立体形成に、設計上の困難が伴い、製造上のコスト負担も大となる。
本発明は、ブレードの形状が極めてシンプルで、剛性に優れ、キャビテーションが生じず、ブレードの表面における流体圧の変化を利用した、小さな動力で流体の送出し機能に優れた、流体機器用ロータのブレードを提供するものである。
The blades of the conventional rotor are configured to extrude a fluid from the front, require a large amount of power, and require a relatively large area of the extrusion surface.
In addition, in order to provide an angle of attack, three-dimensional solid formation is accompanied by design difficulties and increases the manufacturing cost burden.
The present invention provides a fluid device rotor that has a very simple blade shape, excellent rigidity, no cavitation, and excellent fluid discharge function with small power using the change in fluid pressure on the blade surface. A blade is provided.
本発明は、回転時に、ブレードの正面よりも背面に高速流を生じさせ、それにより生じる流体圧の差を利用して、ブレードの背面の流体を、正面前方向へ流動させるようにした、ロータのブレードに関するものである。
本発明の具体的な内容は、次の通りである。
According to the present invention, when rotating, a high-speed flow is generated on the back surface rather than the front surface of the blade, and the fluid on the back surface of the blade is caused to flow in the front front direction by utilizing a difference in fluid pressure generated thereby. Is related to the blade.
The specific contents of the present invention are as follows.
(1) ハブの周面に、放射方向を向く複数の揚力型ブレードを突設した流体機器用ロータの揚力型ブレードにおいて、揚力型ブレードの翼端を上向き状態とした側面視において、正面を垂直とし、背面を翼根から翼端へかけて正面方向へ次第に傾斜させて翼厚を翼端へかけて次第に薄くし、かつ平面視における正面は前縁から後縁へかけて平坦面とし、背面は、弦長方向の前縁寄り部分の最大翼厚を、翼根ではその部分の弦長と略同とし、最大弦長部では、その部分の弦長の15%〜25%の範囲として、後縁を薄くした凸曲面とし、回転時のコアンダ効果により、背面に添って正面前方向へ流動する流体速度を、正面に添う流速よりも高速として、背面から正面前方向へ通過する流体により、流体送出力を得るようにしたことを特徴とする流体機器用ロータのブレード。 (1) In the lift type blade of a fluid device rotor in which a plurality of lift type blades facing the radial direction are provided on the peripheral surface of the hub, the front is vertical when viewed from the side with the blade tip of the lift type blade facing upward. The back surface is gradually inclined in the front direction from the blade root to the blade tip, the blade thickness is gradually decreased from the blade tip to the blade tip, and the front surface in plan view is a flat surface from the leading edge to the trailing edge. The maximum blade thickness near the leading edge in the chord length direction is approximately the same as the chord length of the portion at the blade root, and in the maximum chord length range from 15% to 25% of the chord length of the portion, and thinned convex curved trailing edge, by the Coanda effect at the time of rotation, the fluid velocity flowing along the back to the front front direction, and faster than the flow rate accompany the front, fluid passing from the back to the front forward Accordingly, the fluid, characterized in that to obtain a fluid delivery force Dexterity rotor blade.
(2) 前記ブレードは、背面における翼端部を、背面から正面の翼端に向けて面取りして、背面に生じるコアンダ効果による高速流体が、正面前方向に通過するように先端凸曲面としたことを特徴とする請求項1に記載の流体機器用ロータのブレード。
(2) The blade is chamfered from the back toward the front blade tip from the back, and the blade has a convex convex tip so that high-speed fluid due to the Coanda effect generated on the back passes in the front front direction . The blade of the rotor for fluidic devices according to
(3) ブレードの翼端を上向き状態とした平面視において、正面は回転方向に対して、前縁から後縁へかけて正面前方向へ傾斜する迎角としている前記(1)または(2)に記載の流体機器用ロータのブレード。 (3) In a plan view in which the blade tip of the blade is in an upward state, the front surface has an angle of attack inclined forward from the front edge to the rear edge with respect to the rotational direction. 2) A blade of a rotor for a fluid device described in 2).
(4) ブレードの翼端を上向き状態としたブレードの側面視において、正面は翼根から翼端へかけて垂直状で、背面は翼根から翼端へかけて次第に正面方向へ傾斜され、最大弦長部分から翼端を、正面斜上方向へ先尖りに突出する斜突出部とし、その正面は最大弦長部から翼端へかけて直線面とし、その背面は、最大弦長部分から翼端へかけて、中間が外方へ大きく膨出する翼端凸曲面とし、厚さの厚い前縁部から後縁へかけて次第に薄くした前記(1)〜(3)のいずれかに記載の流体機器用ロータのブレード。 (4) In a side view of the blade with the blade tip facing upward, the front surface is vertical from the blade root to the blade tip, and the back surface is gradually inclined forward from the blade root to the blade tip. The wing tip from the chord length part is a slanted projecting part that projects sharply upward in the front diagonal direction, the front is a straight surface from the maximum chord length part to the wing tip, and the back is the wing tip from the maximum chord length part to the wing The blade tip convex curved surface that bulges outward greatly toward the end, and gradually thinned from the thick leading edge to the trailing edge, according to any one of (1) to (3) Blade of rotor for fluid equipment.
本発明によると、次のような効果が奏せられる。 According to the present invention, the following effects can be obtained.
前記(1)に記載のロータのブレードは、正面は平坦面とし、背面は、最大弦長部において、弦長方向における前縁寄り部分の最大翼厚を弦長の15%〜25%とし、後縁を薄くした湾曲面としてあるので、正面よりも背面の弦長方向の長さが長く、回転時において、正面よりも背面に沿って、正面方向へ流動する流体の速度が高速となって、流体圧に差が生じる。
背面の弦方向へ沿う高速流は、コアンダ効果によって、背面の湾曲面に沿って後縁から正面の前方向へ流動するので、これによって、ブレードの正面で流体を押出さずに、流体を背面から正面の前方へ送り出すことができる。
ブレードの正面と背面における流体圧の差によって、流体が流動するので、ブレードの正面で押出すための動力を要しないため、小さな動力で大きな流動をさせることができる。
In the rotor blade described in (1), the front surface is a flat surface, and the back surface is the maximum chord length portion, the maximum blade thickness of the portion near the leading edge in the chord length direction is 15% to 25% of the chord length, As the curved surface has a thin trailing edge, the length in the chord length direction on the back side is longer than that on the front side, and the speed of fluid flowing in the front direction along the back side is higher than that on the front side when rotating. A difference occurs in the fluid pressure.
The high velocity flow along the chord direction on the back surface flows from the trailing edge to the front front direction along the curved surface of the back surface due to the Coanda effect, so that the fluid is pushed back without pushing the fluid in front of the blade. Can be sent forward from the front.
Since the fluid flows due to the difference in fluid pressure between the front surface and the back surface of the blade, no power is required for extrusion at the front surface of the blade, so that a large flow can be achieved with small power.
前記(2)に記載のブレードは、背面における翼端部を、背面から正面の翼端に向けて面取りして、先端凸曲面としてあるので、回転時における翼端失速が生じず、回転軸から遠い部分の弦長が大であるため、流体を効率良く流動させる。 In the blade described in (2), the blade tip portion on the back surface is chamfered from the back surface to the blade tip on the front surface, and the tip is a convex curved surface. Since the chord length of the distant part is large, the fluid flows efficiently.
前記(3)に記載のブレードは、翼端を上向き状態とした平面視において、正面は回転方向に対して、前縁から後縁へかけて正面方向へ傾斜しているので、背面方向から風または水流を受けたとき、風車、水車として利用することができる。 In the blade described in (3) above, the front surface is inclined in the front direction from the front edge to the rear edge with respect to the rotation direction in a plan view with the blade tip facing upward. Or when it receives a water current, it can be used as a windmill or a watermill.
前記(4)に記載のブレードは、翼端を上向き状態としたブレードの側面視において、正面は翼根から翼端へかけて垂直状で、背面は翼根から翼端へかけて次第に正面方向へ傾斜され、最大弦長部分から翼端を、正面斜め上方向へ突出する斜突出部とし、その正面は弦長部から翼端へかけて直線面とし、その背面は、最大弦長部分から正面の翼端へかけて、中間が外方へ大きく膨出する翼端凸曲面としてあるので、回転時に、背面に添う流動水は、翼端方向へ移動し、凸曲面を滑って正面の前方向へ流動する。 In the blade described in (4), the front surface is vertical from the blade root to the blade tip in a side view of the blade with the blade tip facing upward, and the back surface is gradually in the front direction from the blade root to the blade tip. The wing tip from the maximum chord length part is a slant projecting part that protrudes diagonally upward, and the front surface is a straight surface from the chord length part to the wing tip, and the back surface is from the maximum chord length part. Since the blade tip convex curved surface that bulges outward outward from the front blade tip, the flowing water that moves along the rear surface moves toward the blade tip during rotation and slides along the convex curve in front of the front. Flow in the direction.
本発明の実施例を、図面を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1に示す流体機器用ロータ1(以下単にロータという)は、ハブ2の周面に、放射方向を向く複数(図では2枚)のブレード3、3を固定して形成されている。各ブレード3は、翼端を上向きとした状態の正面視において、翼根から翼端方向へ向かって、次第に弦長を大とした後、最大弦長部3Cから翼端へかけて先細状に尖らせている。
A fluid device rotor 1 (hereinafter simply referred to as a rotor) shown in FIG. 1 is formed by fixing a plurality of (two in the drawing)
図2に示すように、ブレード3の正面3Dは、回転方向の前縁3Aから、後縁3Bへかけて、ロータ軸4の中心線Sに対して、直交する平坦面としてある。
前縁3Aの部分の断面は円弧状で、背面3Fは、弦方向において、前縁3A寄りの中間の翼厚を最大翼厚部3Eとし、後縁3Bに向かって湾曲面としてある。
As shown in FIG. 2, the
The cross section of the
最大翼厚部3Eの厚さは、最大弦長の15%〜25%、好ましくは約23%としてある。15%以下では、正面3Dと背面3Fの幅の比が小さくて、背面3Fに効果的な高速流が生じにくい。また25%以上では、回転時の抵抗が大となり、回転効率が低下する。
The thickness of the maximum
ブレード3の回転に伴い、背面3Fを、前縁3Aから後縁3Bへ流動する流体は、正面3Dに沿う流体よりも高速となり、コアンダ効果により、図2におけるb矢示方向へ高速で流動する。
As the
ブレード3の側面視は、図3に示すように、翼根から翼端へかけて、正面3Dは回転中心線Sと直交状とし、背面3Fは、翼根の厚さを大として、翼端へかけて次第に正面方向へ傾斜して薄くしてある。翼根の最大厚さは、翼根の弦長とほぼ同寸としてある。
As shown in FIG. 3, the side view of the
また背面3Fにおける翼端部は、図3に示すように、背面から正面の翼端へ向かって面取りをして、経方向かつ正面3D方向へ凸曲する、翼端の凸曲面3Gとしてある。そのため、ロータ1の回転時に、ブレード3の背面3Fを翼端方向へ移動する流体は、翼端の凸曲面3Gに沿って前方a矢示方向へ流れる。
Further, as shown in FIG. 3, the blade tip portion on the
図4は、図1におけるIV−IV線横断拡大平面図である。最大翼厚部3Eの厚さは、図1に示す最大弦長部3Cにおける翼厚の約2倍であり、弦長は、最大弦長部3Cにおけるそれよりも小となっている。
FIG. 4 is an enlarged plan view taken along the line IV-IV in FIG. The thickness of the maximum
そのため、弦長方向における背面3Fの凸曲度は大となっており、背面3Fを前縁3Aから後縁3B方向へ流れる流体は、正面の内側方向、すなわちc矢示方向へ流れ、回転中心線Sに近づくことになる。
Therefore, the convex curvature of the
図5は、図1に示すロータ1が回転する時の、流体の状態を示す模式図である。ロータ1の回転に伴い、ブレード3の前縁3Aに当る相対流Yは、背面3Fを、前縁3Aから最大翼厚部3Eを超えて高速化され、後縁3Bへ向かう高速のb矢示流となる。ブレード3の各部位における回転半径の違いにより、回転中心線Sに近づくc矢示流よりも、b矢示流の速度の方が高速となる。
FIG. 5 is a schematic diagram showing a fluid state when the
ロータ1の回転時に、ブレード3の背面3Fの翼根部分を、前縁3Aから後縁3Bへ高速で滑る流体はc矢示流となり、中心線Sに近づいて行く。
このb矢示流とc矢示流との間の斜線部分は、高速流であり、正面視では環状となり、内側よりも外側の方が高速となっている。
When the
The hatched portion between the flow indicated by the arrow b and the flow indicated by the arrow c is a high-speed flow, is circular when viewed from the front, and is faster on the outer side than on the inner side.
高速流においては、流体の密度が低下しているから、流体圧は低下する。図5においては、周囲からX矢示の常圧流が、流体圧の差によって、低圧となっているb、c間の、斜線で示す流体帯に合流して、中心線S方向へ押しつつ、正面3Dより前方向へ流れる。 In high-speed flow, the fluid pressure decreases because the density of the fluid decreases. In FIG. 5, the normal pressure flow indicated by the arrow X from the surroundings merges with the fluid band indicated by the slanted line between b and c which are low pressure due to the difference in fluid pressure, and pushes in the direction of the center line S. Flows forward from the front 3D.
従って、ブレード3の正面3Dが、中心線Sと直交する平坦面であって、回転時に流体を押出すことが出来なくても、ブレード3の背面3Fの凸曲面3Gに沿って流動する大量の流体を、正面3Dの前方向へ、流体圧の差によって流動させることができる。
Therefore, even if the
このように、このロータ1のブレード3は、ロータ軸4を動力で駆動する推進機、送風機などに適する。また、従来型のブレードは、翼厚が薄いので、風が止むと正面側に渦流が生じて失速するが、本発明のブレード3は、前縁3A部の翼厚を大としたため、風が止んだ時に、正面3D側の流速が上って失速せず、再度風を受けると加速して回転する。
Thus, the
図6は、ロータ1の実施例2を示す側面図、図7は、その最大弦長部3Cにおける横断平面図である。
前例と同じ部材には、同じ符号を付して説明を省略する。
FIG. 6 is a side view showing a second embodiment of the
The same members as those of the previous example are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
この実施例2では、ブレード3の正面3Dにおいて、翼根部分は回転方向と平行とし、最大弦長部3C部分を、回転方向に対して、3度〜7度の迎角θを持たせたものとしてある。
In Example 2, in the
ロータ1の回転に伴い、ブレード3の前縁3Aに当る相対流Yは、迎角θを持つ正面3Dの最大弦長部3Cに押されて、d矢示流となる。このd矢示流は常圧流であるが、相対流Yよりは高速である。翼根部分は迎角を有していないので、流速は変らず、キャビテーションが生じることはない。
As the
図6に示すように、最大弦長部3Cは、垂直に対して回転軸4の中心線S方へ傾斜しているので、この最大弦長部3Cにより押される流体は、中心方向へ傾斜して押出される。これによって、図5におけるb矢示流とc矢示流は、d矢示流を囲みながら流動し、その外域からX矢示流が包むように流動し、大きな流れとなる。
As shown in FIG. 6, the maximum
図7において、ブレード3の正面3Dの迎角θを、回転方向に対して、前縁3Aから後縁3Bへかけて、正面方向へ向いて傾斜させた。
図7において、背面3F方向から流体を受けると、ブレード3は回転するので、水車や風車として利用することができる。
In FIG. 7, the angle of attack θ of the
In FIG. 7, when the fluid is received from the direction of the
従来型のブレードは、翼厚が薄いので、風が止むと正面側に渦流が生じて失速するが、本発明のブレード3は、前縁3A部分の翼厚を最大としたことにより、風が止んだ時に、正面側の流速が上り失速せず、再度風を受けると、加速して回転する。
Since the blade of the conventional type has a thin blade thickness, when the wind stops, an eddy current is generated on the front side and stalls. However, the
図8は、ロータ1の実施例3を示す側面図で、図9は同じく拡大平面図である。前例と同じ部材には同じ符号を付して、説明を省略する。
この実施例は、翼端を上向きとしたブレード3の翼端における、最大弦長部3Cから翼端へかけての部分を、正面の斜上向に突出する斜突出部31としてある。
FIG. 8 is a side view showing the third embodiment of the
In this embodiment, the portion from the maximum
斜突出部31における正面31Dは、側面視で垂直に対して35度〜45度傾斜する直線面とし、斜突出部31は、最大弦長部3Cから翼端へかけて次第に薄く、かつ斜突出部31の背面31Fは、最大弦長部3Cから翼端へ向けて中間が膨らんだ凸曲面31Fとしてある。
The
図8において、ブレード3が回転すると、翼根よりも翼端の方が回転周速が早いので、翼根に沿って流れる流体の速度よりも、翼端に沿って流れる流体の速度が早くなり、流体圧が低下するので、翼根から翼端方向へ流体が移動し、正面3Dにおいては、斜突出部31の正面31Dを滑って、e矢示方向へ流れる。また背面3Fに沿う流体は、斜突出部31の背面の凸曲面31Fを翼端方向へ滑り、e矢示方向へ流れる。
In FIG. 8, when the
これによって、ブレード3の回転に伴い、背面3Fに当る流体は、翼端方向へ移動するものは、斜突出部31の背面の凸曲面31Fに沿って、正面3Dにおける前方向のe矢示方向へ高速で流動する。
As a result, as the
このe矢示流は、斜突出部31の背面31Fが、回転軸4から最遠の位置にあるため、回転周速は最大であり、図5、図6におけるb矢示、及びc矢示流よりも高速で、これらを外側から環状に囲って、周囲の常圧流を吸収して流速を高める。
In this e-arrow flow, since the
また、図6において、背面3F方向からブレード3に流体が当ると、b、c方向へ高速で流れ、その反動で、ブレード3は前縁3A方向へ回転する。回転に伴い、相対流もb、c方向へ高速で流れ、ブレード3の回転速度は高まる。従って、風車や水車に好ましく利用することができる。
In FIG. 6, when a fluid hits the
以上詳述したように、本発明のロータのブレードは、その構造が簡単で、剛性と送流機能に優れているので、飛行機や船舶の推進機や、空調機器などの送風、送水ポンプなどに有効に利用することができる。
また、流体を受けて回転する、風車や水車にも利用することができる。
As described in detail above, the rotor blade of the present invention has a simple structure and is excellent in rigidity and flow feeding function. Therefore, it can be used in airplanes, ship propulsion devices, air blowers, water pumps, etc. It can be used effectively.
It can also be used for wind turbines and water turbines that rotate by receiving fluid.
ブレードの構造が単純であり、高速流を流動できるので、推進機、送風機、送水機、或いは、背面に流体を受けて回転する水車や風車などに、効果的に利用することができる。 Since the structure of the blade is simple and a high-speed flow can flow, the blade can be effectively used for a propulsion device, a blower, a water supply, or a water wheel or a windmill that rotates by receiving fluid on the back surface.
1.ロータ
2.ハブ
3.揚力型ブレード
3A.前縁
3B.後縁
3C.最大弦長部
3D.正面
3E.最大翼厚部
3F.背面
3G.翼端凸曲面
31.斜突出部
31D.斜突出部の正面
31F.凸曲面
4.ロータ軸
1.
31.Slant protrusion
31D. Front of oblique projection
31F.
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