JP6577694B2 - Impeller and axial flow fan provided with the impeller - Google Patents
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本発明は羽根車及びこれを備えた軸流送風機に関する。 The present invention relates to an impeller and an axial fan provided with the impeller.
軸流送風機は、運転中、或る特定の回転数(回転速度)のとき、大きな振動を発生することがある。これは、軸流送風機の羽根車が固有値として持つ共振周波数が軸流送風機の運転周波数と一致したことによる共振現象であり、プロペラ形の羽根車の場合、羽根が片持ち支持になっているので、特に著しい。 An axial blower may generate a large vibration during operation at a specific rotation speed (rotation speed). This is a resonance phenomenon caused by the fact that the resonance frequency of the impeller of the axial fan is equal to the operating frequency of the axial fan. In the case of a propeller-type impeller, the blade is cantilevered. Especially remarkable.
また、このようなプロペラ形の羽根車には、扇風機など比較的小型の場合を除き、金属板の羽根をボス部に取り付けたものが一般的であるが、このとき羽根の取り付けに溶接を用いた、いわゆる溶接羽根車においては、ボスプレートに羽根をリベット付けしたリベット付け型の場合と比較して、リベット付け型は、ボスプレートと羽根が別体であるのでそれぞれの厚さを容易に変えられるのに対して、溶接羽根車は1枚の羽根の厚さが一様であるので、共振時での大振幅により大きな応力が羽根の取り付け部に働いてしまう可能性が高い。 In addition, such propeller-type impellers are generally equipped with metal plate blades attached to the bosses, except in the case of relatively small fans and the like. At this time, welding is used to attach the blades. In the so-called welding impeller, compared to the case of the rivet type in which the boss plate is riveted, the rivet type can be easily changed in thickness because the boss plate and the blade are separate. On the other hand, in the welding impeller, since the thickness of one blade is uniform, there is a high possibility that a large stress acts on the blade attachment portion due to a large amplitude at the time of resonance.
そこで、従来の軸流送風機では、共振周波数を避けた運転周波数で運転する必要があり、軸流送風機を設計する際は、運転周波数と固有値が重ならないようにしていた。また、駆動軸に対する羽根車の取り付けに制振作用を有する介在物を装着する方法が特開平4−203296号公報(特許文献1)に記載されている。 Therefore, in the conventional axial flow fan, it is necessary to operate at an operation frequency that avoids the resonance frequency, and when the axial flow fan is designed, the operation frequency and the eigenvalue do not overlap. Japanese Patent Laid-Open No. 4-203296 (Patent Document 1) describes a method of mounting an inclusion having a damping action on the impeller attached to the drive shaft.
上記特許文献1は、軸流送風機の運転回転数の変更に対する共振について配慮がされておらず、単に振動を小さくするのみで、可変速運転の適用に問題があった。 In the above-mentioned Patent Document 1, no consideration is given to the resonance with respect to the change in the operating rotational speed of the axial blower, and there is a problem in applying variable speed operation simply by reducing the vibration.
近年、省エネ意識が高まり、軸流送風機の運転周波数をインバータ制御などにより変化させ、可能な限り回転数を下げ、消費電力を抑えた運転をしたいという需要が増えているが、この場合、運転周波数の設定は使用者によって異なるため、広範囲にわたる運転周波数を前提にする必要がある。 In recent years, energy conservation awareness has increased, and there is an increasing demand to operate with reduced power consumption by changing the operating frequency of the axial blower by inverter control, etc., and reducing power consumption as much as possible. Since the setting differs depending on the user, it is necessary to assume a wide range of operating frequencies.
しかし、既に説明したように、軸流送風機の羽根車は必ず固有周波数を持つため、広範囲の運転周波数に対応させた場合、軸流送風機の運転周波数と軸流送風機の固有周波数が重なる可能性があり、このときは共振現象が発生し、異常振動や過大な応力が発生して、製品の信頼性が著しく低下することになり、従って、従来技術では可変速運転の適用に問題が生じてしまう場合がある。 However, as already explained, since the impeller of an axial flow fan always has a natural frequency, there is a possibility that the operation frequency of the axial flow fan and the natural frequency of the axial flow fan overlap when corresponding to a wide range of operation frequencies. In this case, a resonance phenomenon occurs, abnormal vibration and excessive stress occur, and the reliability of the product is remarkably lowered. Therefore, the conventional technology has a problem in applying variable speed operation. There is a case.
この問題に対する従来の解決方法の一例では、部材の板厚を厚くすることで固有振動数を増加させ、共振周波数を回避する方法があるが、鋼板製の溶接構造の羽根車では、低コストのために板厚が一様である鋼板を使用するため、板厚を厚くすると重量が増加するために遠心力が増加し羽根の根元部分に発生する応力が大きくなってしまい、製品の信頼性が低下してしまう問題があった。 In an example of a conventional solution to this problem, there is a method of increasing the natural frequency by increasing the plate thickness of the member and avoiding the resonance frequency. However, in the impeller of a steel plate welded structure, the cost is low. For this reason, since a steel plate with a uniform thickness is used, increasing the plate thickness increases the weight, which increases the centrifugal force and increases the stress generated at the base of the blade, resulting in product reliability. There was a problem that would decrease.
本発明の目的は、可変速運転に際しても異常振動や過大な応力発生の虞のない軸流送風機を提供することにある。 An object of the present invention is to provide an axial blower that is free from the occurrence of abnormal vibration or excessive stress even during variable speed operation.
上記目的は、カップ状のボス部材の外周面に複数のブレードが取り付けられた羽根車であって、前記複数のブレードのそれぞれに部分的に鋼板プレートを設けたことで達成される。 The above object is achieved by an impeller in which a plurality of blades are attached to the outer peripheral surface of a cup-shaped boss member, and a steel plate is partially provided on each of the plurality of blades.
本発明によれば、可変速運転に際しても異常振動や過大な応力が発生する虞がなく、高信頼性の軸流送風機を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, there is no possibility that an abnormal vibration and excessive stress will generate | occur | produce at the time of variable speed operation, and a highly reliable axial-flow fan can be provided.
以下、実施例を図面を用いて説明する。 Hereinafter, examples will be described with reference to the drawings.
まず、図1は、本実施例の軸流送風機を示したものである。なお、図1(a)は一部断面による側面図、同(b)は正面図を示している。図1において、1は電動機、2は回転軸、3は羽根車、4はブレード(羽根)、5はボス部材、6はハブ部材、7はワッシャ(座金)、8はボルト、9は鋼板プレートである。 First, FIG. 1 shows an axial blower of the present embodiment. 1A is a side view with a partial cross section, and FIG. 1B is a front view. In FIG. 1, 1 is an electric motor, 2 is a rotating shaft, 3 is an impeller, 4 is a blade, 5 is a boss member, 6 is a hub member, 7 is a washer, 8 is a bolt, and 9 is a steel plate. It is.
ここで、まず電動機1は、例えばVVVF(可変電圧可変周波数)インバータ給電により可変速駆動される誘導電動機であり、その回転軸2にプロペラ型の羽根車3が取付けられ、軸流送風機の主要部を構成している。このとき、図示してないが、羽根車3の周辺を覆うダクト又はシュラウドと呼ばれる略円筒状の部材を備えた筐体があり、これに電動機1が保持されている。
Here, the electric motor 1 is an induction motor that is driven at a variable speed by, for example, a VVVF (variable voltage variable frequency) inverter power supply. A propeller-
次に、羽根車3は、ブレード4を複数枚、例えば図示のように8枚、略カップ状に作られているボス部材5の外周面に取り付けたもので、このときボス部材5の中心には、羽根車3を電動機1の回転軸2に取り付けるための肉厚短円筒形をしたハブ部材6が設けてある。そこで、このハブ部材6の孔を回転軸2に嵌合させ、この後、ワッシャ7を介してボルト8を回転軸2に締定することにより、羽根車3を回転軸2に取り付けることができる。
Next, the
この軸流送風機は、樹脂で成形される羽根車を使用する一般家庭用の換気扇に比べて大風量、高静圧が得られるものである。また、羽根車の材質は使用環境、使用温度などの関係で鋼板製が要求され、さらに羽根車の強度は強固なものが要求される。 This axial-flow fan can obtain a large air volume and a high static pressure as compared with a general household ventilation fan using an impeller formed of resin. Further, the material of the impeller is required to be made of a steel plate in relation to the use environment, the use temperature, and the like, and the impeller is required to have a strong strength.
次に、羽根車3について詳しく説明する。図2は、羽根車3を詳細に示したもので、図1(b)A−A断面を下側から見た図である。図2において、ブレード4は、金属板、例えば鋼板を、例えばプレス加工して所定の平面形状に打ち抜かれた後、鋼板プレート9を重ね合わせて、例えばレーザ溶接、あるいはスポット溶接にて接合した後、所定の曲面形状に成形される。
Next, the
ボス部材5は、これも例えば鋼板で作られ、同じくプレス加工によりカップ状に成形されたものであり、このボス部材5の外周面にブレード4が溶接され、羽根車3として完成する。
The boss member 5 is also made of, for example, a steel plate, and is also formed into a cup shape by pressing. The
本実施例の特徴は、このブレード4に、鋼板プレート9が設けられていることである。
The feature of this embodiment is that a steel plate 9 is provided on the
ここで、固有振動数fは、一般的に、重量M、バネ定数Kとの関係で式(1)として表わされる。
f=√(K/M) …(1)
よって、羽根車にこれを適用した場合、バネ定数Kは、ブレード4の捩じれ易さ、または、撓り易さに対応し、捩じれにくい、または、撓りにくいほど、バネ定数Kが高くなる。よって、ブレード4の厚さを厚くするほど、バネ定数Kが高くなり、固有振動数fは高くなる。しかし、厚くするとブレード4の重量も増加するので固有振動数fを低くする方向に働く。よって、固有振動数fを高くするには、捩じれにくく、または、撓りにくくすると同時に、重量の増加を抑える必要がある。
Here, the natural frequency f is generally expressed as Equation (1) in relation to the weight M and the spring constant K.
f = √ (K / M) (1)
Therefore, when this is applied to the impeller, the spring constant K corresponds to the ease of twisting or bending of the
よって、本実施例では、ブレードに部分的に鋼板プレートを設けることで、実質的に、部分的にブレード4の厚さを厚くし、固有振動数fを高くし、軸流送風機の運転周波数の可変範囲よりも高い周波数に固有振動数を設定することが出来、共振現象を回避する。なお、固有振動数の低い方向は、軸流送風機の運転周波数をインバータ制御などにより変化させ、可能な限り回転数を下げ、消費電力を抑えた運転をしたいという需要が増えている点、および、筐体と一体となったとき、低い周波数が共振周波数となるのが一般的であるので、低い周波数での共振の可能性が高くなり、避けた方が望ましい。
Therefore, in this embodiment, by providing the steel plate partly on the blade, the thickness of the
したがって、鋼板プレート9の形状は、本実施例では、図1(b)に示すように、ブレード4のボス部材5への取付け部分である、ブレード4の根元部分での前縁部と後縁部との中心に沿って半径方向に、羽根車中心部のボス部材5と同一径(たとえば100mm以上)の位置から羽根車外径(たとえば200mm以上)と同一径の位置までに配置している。すなわち、ブレード4の根元から先端まで鋼板プレートで補強することで撓りにくくし、かつ、ブレード4の前縁部と後縁部との中心部分のみに配置する。これにより、ブレード4を、捩じれにくく、または、撓りにくくすると同時に、重量の増加を抑えることで、固有振動数を高くすることができる。
Therefore, in this embodiment, the shape of the steel plate 9 is such that, as shown in FIG. 1 (b), the front edge and the rear edge at the root portion of the
また、鋼板プレート9の形状の変形例を図3に示す。図3は、図1(b)における、複数枚のブレードのうち1枚のみを取り出して表示したもので、ブレードと鋼板プレートの関係を示したものである。図3に示すように、捩じれにくくするという観点で、鋼板プレートを、ブレード4のボス部材5への取付け部分である、ブレード4の根元部分に配置し、ブレード4の半径方向先端部には設けないようにして、重量の増加を抑えた形状としても良い。
Moreover, the modification of the shape of the steel plate 9 is shown in FIG. FIG. 3 shows only one of the plurality of blades in FIG. 1 (b), and shows the relationship between the blades and the steel plate. As shown in FIG. 3, from the viewpoint of making it difficult to twist, the steel plate is disposed at the root portion of the
また、鋼板プレート9の形状のさらなる変形例を図4に示す。図4は、図3と同様に、複数枚のブレードのうち1枚のみを取り出して表示したもので、ブレードと鋼板プレートの関係を示したものである。図4に示すように、ブレード4の根元部分に発生する応力が大きい部分にのみ鋼板プレートを配置することで、捩じれにくく、または、撓りにくくすることと、軽量化を図り、固有振動数を高くしてもよい。
Moreover, the further modification of the shape of the steel plate 9 is shown in FIG. FIG. 4 shows only one of a plurality of blades taken out and displayed as in FIG. 3, and shows the relationship between the blades and the steel plate. As shown in FIG. 4, by arranging the steel plate only in the portion where the stress generated at the base portion of the
また、図1(a)において、羽根車が回転すると、風は右側から左側に流れるが、羽根の左側の面、すなわち下流側は圧力が高いため、この面に鋼板プレート9を接合すると圧力変動が大きくなり騒音が増加してしまうため、羽根の右側の面、すなわち上流側に鋼板プレートを接合することで、騒音の増加を極力抑制している。 Further, in FIG. 1A, when the impeller rotates, the wind flows from the right side to the left side, but since the pressure is high on the left side of the blade, that is, the downstream side, pressure fluctuation occurs when the steel plate 9 is joined to this side. Therefore, the increase in noise is suppressed as much as possible by joining the steel plate to the right side of the blade, that is, the upstream side.
なお、鋼板プレート9は、ブレード4と分割されているため、それぞれの板厚を変更できるという利点がある。例えば、鋼板プレート9の板厚を厚く(たとえば約2.3mm以上)することで固有振動数が増加でき、ブレード4の板厚を薄く(たとえば約2.3mm以下)することで重量増加を抑制することができる。
In addition, since the steel plate 9 is divided | segmented from the
さらには、ブレード4の板厚をより薄くことで、鋼板プレートを付加する前よりも、重量を軽くすることも可能である。
Furthermore, by reducing the thickness of the
従って、本実施例によれば、ブレード上に部分的に鋼板プレートを設け、固有振動数を増加させながら重量増加を抑制し、共振周波数を回避するように構成した。よって、可変速運転した場合でも共振現象を回避することができるため、可変速運転に際しても異常振動や過大な応力が発生する虞がなく、高信頼性の軸流送風機を提供することができる。また、省エネ意識に応えることができるという効果もある。 Therefore, according to the present embodiment, the steel plate is partially provided on the blade, and the increase in weight is suppressed while the natural frequency is increased, and the resonance frequency is avoided. Therefore, since the resonance phenomenon can be avoided even when the variable speed operation is performed, there is no possibility that abnormal vibration or excessive stress occurs during the variable speed operation, and a highly reliable axial flow fan can be provided. It also has the effect of being able to respond to energy conservation awareness.
以上実施例について説明したが、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。 Although the embodiments have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes various modifications. For example, the above-described embodiments have been described in detail for easy understanding of the present invention, and are not necessarily limited to those having all the configurations described.
1:電動機 、2:回転軸、3:羽根車、4:ブレード(羽根)、5:ボス部材
6:ハブ部材、7:ワッシャ(座金)、8:ボルト、9:鋼板プレート
1: electric motor 2: rotating shaft 3: impeller 4: blade (blade) 5: boss member
6: Hub member, 7: Washer (washer), 8: Bolt, 9: Steel plate
Claims (3)
前記複数のブレードのそれぞれに、前記ブレードの前記ボス部材への取付け部分である根元部分での前縁部と後縁部との中心から半径方向に根元から先端まで鋼板プレートを設け、
かつ、該鋼板プレートは前記ブレードの前縁部と後縁部との中心部分のみに配置されていることを特徴とする羽根車。 An impeller in which a plurality of blades having a uniform plate thickness are attached to the outer peripheral surface of a cup-shaped boss member,
Each of the plurality of blades is provided with a steel plate from the root to the tip in the radial direction from the center of the front edge and the rear edge at the root portion which is the attachment portion of the blade to the boss member,
And an impeller, wherein the steel sheet plate which is arranged only in the central portion of the leading and trailing edges of the front Stories blade.
前記羽根車が取り付けられた状態で風が流れる前記ブレードの上流側の面に前記鋼板プレートを接合したことを特徴とする羽根車。 The impeller according to claim 1,
An impeller characterized in that the steel plate is joined to the upstream surface of the blade through which wind flows with the impeller attached.
該羽根車を回転させる電動機で構成されることを特徴とする軸流送風機。 The impeller according to claim 1 or 2,
An axial blower characterized by comprising an electric motor for rotating the impeller.
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