JP7286339B2 - Rotor blade, blower provided with the same, and rotor blade manufacturing method - Google Patents
Rotor blade, blower provided with the same, and rotor blade manufacturing method Download PDFInfo
- Publication number
- JP7286339B2 JP7286339B2 JP2019027452A JP2019027452A JP7286339B2 JP 7286339 B2 JP7286339 B2 JP 7286339B2 JP 2019027452 A JP2019027452 A JP 2019027452A JP 2019027452 A JP2019027452 A JP 2019027452A JP 7286339 B2 JP7286339 B2 JP 7286339B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- rotor blade
- reinforcing member
- blade body
- manufacturing
- longitudinal axis
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Landscapes
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
Description
本開示は、動翼、これを備えた送風機、及び動翼の製造方法に関するものである。 TECHNICAL FIELD The present disclosure relates to a rotor blade, a blower having the rotor blade, and a method for manufacturing the rotor blade.
例えば火力発電プラントには、燃料燃焼用空気を送風する軸流ファン(FDF(Forced Draft Fan):押し込み通風機)や、固体燃料粉砕機の微粒粉搬送用ガスを送風するプライマリファン等がある。これらの軸流ファンに適用される動翼を軽量化することを目的として、中空構造の動翼を製造する技術に注目が集まってきている。例えば特許文献1には、中空構造の動翼を三次元積層造形機(3Dプリンタ)を用いて作製する技術が報告されている。また、特許文献2には、正方形等の横断面を有するセグメントにより構成された羽根車が報告されている。
For example, thermal power plants include an axial fan (Forced Draft Fan (FDF)) that blows air for fuel combustion, a primary fan that blows fine powder carrier gas for a solid fuel crusher, and the like. For the purpose of reducing the weight of the rotor blades applied to these axial fans, attention has been focused on techniques for manufacturing hollow rotor blades. For example,
このように、送風機の送風効率を損なうことなく軽量で必要な強度を有する動翼が求められてきている。また、動翼は交換部品の一つとなるため、製造にかかるコスト及びリードタイム(製作時間)の削減も課題となっている。 Thus, there is a demand for a rotor blade that is lightweight and has the necessary strength without impairing the blowing efficiency of the blower. In addition, since the rotor blade is one of the replacement parts, reducing manufacturing costs and lead time (manufacturing time) is also an issue.
本開示は、このような事情に鑑みてなされたものであって、軽量であるとともに十分な強度を有し、容易に製造可能な動翼及び動翼の製造方法を提供することを目的とする。 The present disclosure has been made in view of such circumstances, and an object of the present disclosure is to provide a rotor blade that is lightweight, has sufficient strength, and can be easily manufactured, and a method for manufacturing the rotor blade. .
上記課題を解決するために、本開示は以下の手段を採用する。
本開示の動翼は、内部に空間部が形成された動翼本体と、該動翼本体の前記空間部に連続配置して設けられ、内部の少なくとも一部には中空部が形成された立方体形状の複数の補強部材と、を備える。
In order to solve the above problems, the present disclosure employs the following means.
The rotor blade of the present disclosure includes a rotor blade body having a space formed therein, and a cube provided continuously in the space of the rotor blade body and having a hollow portion formed in at least a part of the interior. and a plurality of shaped stiffening members.
本開示の動翼においては、動翼本体の内部に形成された空間部に、内部の少なくとも一部には中空部が形成された立方体形状の複数の補強部材が(例えば隣接する立方体形状の面同士を共用するように)連続配置して設けられている。各補強部材の形状が立方体形状であるため、本開示の動翼は多方向(動翼本体の長手軸線方向及び長手軸線方向に交差する方向)に対して強度分布の均等性を得て、十分な強度を有する。また、各補強部材は内部に中空部が形成されているため、本開示の動翼は軽量となる。このため、動翼本体の強度の確保に必要な各補強部材や、翼根部の支持構造が簡略化できる。また、各補強部材を立方体形状とすることで、三次元積層造形機(3Dプリンタ)による動翼製造が可能となる。これにより、複雑な形状の動翼製造に当たって金型を複数使用する必要がなくなるため、動翼製造にかかるコスト及びリードタイム(製作時間)を削減して、製造を容易にすることができる。 In the moving blade of the present disclosure, a plurality of cubic reinforcing members (for example, adjacent cubic surfaces are provided in a continuous arrangement so as to share each other). Since each reinforcing member has a cubic shape, the rotor blade of the present disclosure can obtain uniform strength distribution in multiple directions (longitudinal axis direction of the rotor blade body and direction intersecting with the longitudinal axis direction), and sufficiently strength. Also, since each reinforcing member has a hollow inside, the blade of the present disclosure is lightweight. Therefore, it is possible to simplify each reinforcing member necessary for securing the strength of the moving blade main body and the supporting structure of the blade root portion. Further, by forming each reinforcing member into a cubic shape, it is possible to manufacture the rotor blade by a three-dimensional layered modeling machine (3D printer). As a result, there is no need to use a plurality of molds to manufacture a moving blade having a complicated shape, so the cost and lead time (manufacturing time) required for manufacturing the moving blade can be reduced, and the manufacturing can be facilitated.
上記動翼において、前記複数の補強部材の立方体形状の各辺は、前記動翼本体の長手軸線との直交面に対していずれの方向から見ても所定角度で傾斜するように設けられている。 In the moving blade, each side of the cubic shape of the plurality of reinforcing members is provided so as to be inclined at a predetermined angle when viewed from any direction with respect to a plane perpendicular to the longitudinal axis of the moving blade body. .
各補強部材の立方体形状の各辺が動翼本体の長手軸線との直交面(本実施形態では例えば動翼本体の底面)に対していずれの方向から見ても所定角度で傾斜するように設けられた動翼および動翼本体であれば、3Dプリンタによる製造がより容易となる。従って、動翼製造にかかるコスト及びリードタイムを一層削減することができる。 Each side of the cubic shape of each reinforcing member is provided so as to be inclined at a predetermined angle with respect to a plane perpendicular to the longitudinal axis of the rotor blade body (for example, the bottom surface of the rotor blade body in this embodiment) when viewed from any direction. A molded blade and blade body are easier to manufacture with a 3D printer. Therefore, it is possible to further reduce the cost and lead time required for rotor blade manufacturing.
上記動翼において、前記複数の補強部材の立方体形状の各辺に対して、前記所定角度が45°±1°となるように設けられていることが好ましい。 In the rotor blade, it is preferable that the predetermined angle is 45°±1° with respect to each side of the cubic shape of the plurality of reinforcing members.
各補強部材の立方体形状の各辺が、動翼本体の長手軸線との直交面(本実施形態では例えば動翼本体の底面)に対して交差するいずれの方向から見ても長手軸線との直交面に対する傾斜角の所定角度が45°±1°となるように設けられていれば、3Dプリンタによる動翼製造が一層容易となる。また、傾斜角の所定角度を45°±1°とすることで、製造された動翼においては、各補強部材が動翼本体の長手軸線方向に対して軸対称となるため、強度分布の均一性を向上するとともに、強度的に長手軸線に対するバランスのとれた構造となり、偏荷重の発生を抑制して損傷発生を抑制する。 Each side of the cubic shape of each reinforcing member intersects a plane perpendicular to the longitudinal axis of the rotor blade body (for example, the bottom surface of the rotor blade body in this embodiment). If the predetermined angle of inclination with respect to the surface is set to 45°±1°, it becomes easier to manufacture the moving blade using a 3D printer. In addition, by setting the predetermined angle of inclination to 45°±1°, each reinforcing member is axially symmetrical with respect to the longitudinal axis of the rotor blade body in the manufactured rotor blade, so that the strength distribution is uniform. In addition to improving the strength, the structure is balanced with respect to the longitudinal axis in terms of strength, suppressing the occurrence of unbalanced load and suppressing the occurrence of damage.
上記動翼において、前記空間部の体積における、前記複数の補強部材の前記中空部以外の中実部分の体積が占める割合は11.5%以上であることが好ましい。 In the rotor blade, it is preferable that the volume of the solid portions of the plurality of reinforcing members other than the hollow portions accounts for 11.5% or more of the volume of the spaces.
動翼本体の空間部の体積における各補強部材の中空部以外の中実部分の体積が占める割合(各補強部材を構成する構成部材が動翼本体の空間部を占める割合:充填密度)が11.5%以上であれば、動翼の強度や耐久性を十分に確保することができる。具体的には、動翼の翼端の周速が120~130m/sのときに必要とされる十分な強度を確保するには、上記の通り充填密度を11.5%以上とするのが好ましい。 The ratio of the volume of the solid portion other than the hollow portion of each reinforcing member to the volume of the space of the rotor blade body (ratio of the space of the rotor blade body occupied by the components constituting each reinforcing member: packing density) is 11. If it is 0.5% or more, the strength and durability of the moving blade can be sufficiently secured. Specifically, in order to ensure sufficient strength required when the peripheral speed of the blade tip of the moving blade is 120 to 130 m/s, it is preferable to set the packing density to 11.5% or more as described above. preferable.
本開示の送風機は、上記の動翼を備える。 The blower of the present disclosure includes the rotor blades described above.
本開示の送風機であれば、上述の動翼を備えているため、軽量化による動翼本体の補強部材構造や翼根部の支持構造が簡易化するとともに、動翼製造にかかるコスト及びリードタイムを削減することができる。従って、経済性の高い送風機となる。 Since the blower of the present disclosure includes the above-described moving blades, the reinforcing member structure of the moving blade main body and the supporting structure of the blade root are simplified by weight reduction, and the cost and lead time required for manufacturing moving blades are reduced. can be reduced. Therefore, it becomes a blower with high economic efficiency.
本開示の動翼の製造方法は、内部に空間部が形成された動翼本体の前記空間部に、内部の少なくとも一部に中空部が形成された立方体形状の複数の補強部材を、前記複数の補強部材の立方体形状の各辺が、前記動翼本体の長手軸線との直交面に対していずれの方向から見ても所定角度で傾斜するように連続配置して設ける工程を有する。 In the rotor blade manufacturing method of the present disclosure, a plurality of cubic reinforcing members each having a hollow portion formed in at least a part thereof are provided in the space portion of a rotor blade body having a space portion formed therein. Each side of the cubic shape of the reinforcing member is continuously arranged so as to be inclined at a predetermined angle when viewed from any direction with respect to a plane perpendicular to the longitudinal axis of the rotor blade body.
本開示の動翼の製造方法においては、内部に空間部が形成された動翼本体の空間部に、内部の少なくとも一部に中空部が形成された立方体形状の複数の補強部材を(例えば隣接する立方体形状の面同士を共有するように)連続配置して設ける。各補強部材の形状が立方体形状であるため、多方向(動翼本体の長手軸線方向及び長手軸線方向に交差する方向)に対して強度分布の均等性を得て、十分な強度を有する動翼を製造することができる。また、各補強部材は内部に中空部が形成されているため、軽量な動翼を製造することができる。このため、動翼本体の強度の確保に必要な各補強部材や、翼根部の支持構造が簡略化できて、製造が容易化する。また、各補強部材を立方体形状とすることで、3Dプリンタによる動翼製造が可能となる。これにより、複雑な形状の動翼製造に当たって金型を複数使用する必要がなくなるため、動翼製造にかかるコスト及びリードタイム(製作時間)を削減することができて、製造が容易になる。 In the rotor blade manufacturing method of the present disclosure, a plurality of cubic reinforcement members (for example, adjacent are arranged continuously so as to share the cubic-shaped faces of each other). Since each reinforcing member has a cubic shape, the rotor blade has sufficient strength by obtaining uniform strength distribution in multiple directions (the longitudinal axis direction of the rotor blade body and the direction crossing the longitudinal axis direction). can be manufactured. In addition, since each reinforcing member has a hollow portion formed therein, a lightweight moving blade can be manufactured. Therefore, each reinforcing member necessary for securing the strength of the rotor blade main body and the supporting structure of the blade root can be simplified, thereby facilitating manufacturing. Further, by forming each reinforcing member into a cubic shape, it becomes possible to manufacture the rotor blade by a 3D printer. As a result, there is no need to use a plurality of molds in manufacturing a rotor blade of a complicated shape, so the cost and lead time (manufacturing time) required for manufacturing the rotor blade can be reduced, and the manufacturing is facilitated.
本開示の動翼及び動翼の製造方法によれば、軽量であるとともに十分な強度を有し、容易に製造可能な動翼が得られる。 According to the rotor blade and the method for manufacturing the rotor blade of the present disclosure, a rotor blade that is lightweight, has sufficient strength, and can be easily manufactured is obtained.
以下に添付図面を参照して、本開示に係る好適な実施形態について図面を参照して説明する。なお、本実施形態では、上方とは鉛直上側の方向を、下方とは鉛直下側の方向を示している。 Preferred embodiments according to the present disclosure will be described below with reference to the accompanying drawings. In the present embodiment, "upward" means the vertically upward direction, and "downward" means the vertically downward direction.
〔送風機〕
以下、本開示の一実施形態に係る軸流ファン(送風機)1について、図1を用いて説明する。図1では、動翼7の回転軸方向又は流路10の流れる方向が図の水平方向である場合を示しているが、必ずしも流路方向が水平方向である必要はなく、水平方向より傾斜していてもよい。
〔Blower〕
An axial fan (blower) 1 according to an embodiment of the present disclosure will be described below with reference to FIG. FIG. 1 shows a case in which the rotating shaft direction of the
軸流ファン1は、主軸2と、主軸2に設置固定された翼車3と、電動機4と、内筒5と、外筒6などを備える。翼車3には、複数枚の動翼7が翼車3の周方向に設置されている。主軸2と翼車3は、電動機4によって生じる動力が伝達されて、回転軸(図1の一点鎖線)周りに回転する。内筒5と外筒6の間には、空気や気体などの流体が流通可能な流路10が形成される。翼車3に設けられた動翼7は、内筒5と外筒6との間に形成された流路10の延長上に位置し、翼車3に設けた動翼7が回転することによって、流体が内筒5と外筒6との間に形成された流路10内を流通する。
ここで翼車3は、動翼7を取り付けて支持する動翼取付環状部であり、翼車とは本実施形態で用いる呼び名称であり、この形状やサイズは流体の通過流量や流通圧力などにより適宜決定される。
The
Here, the
なお、以下では、送風機の一例として軸流ファン1を挙げて、軸流ファン1に本開示を適用する場合について説明するが、本開示はこの例に限定されない。本開示は、例えば火力発電プラントの燃焼空気の送風用の軸流ファン(FDF)のほか、固体燃料粉砕機の微粒粉搬送用ガスを送風するプライマリファン等にも適用できる。また本実施形態の軸流ファンは、常温レベルで腐食性のないガスの送風に適している。
In the following, an
翼車3には、翼車3の回転軸方向に対して垂直な面内に側板8が設置される。側板8は、図1に示すように、翼車3の軸方向端部に設置される。側板8は、翼車3の両端部の側面に設置されてもよいし、いずれか一方の端部の側面のみに設置されてもよい。また、側板8の表面には、側板8の周方向に沿って、環状の溝9が形成されることで、流路10との間でガス流通を抑制している。
A
〔動翼〕
次に、図2A~図2Bを示して本実施形態に係る動翼について説明する。本実施形態に係る動翼は、例えば図1の軸流ファン1に適用される。
[Rotor blade]
Next, the rotor blade according to this embodiment will be described with reference to FIGS. 2A and 2B. The rotor blade according to this embodiment is applied to, for example, the
図2Aに示すように、動翼7は、動翼本体11と、動翼本体11における底面12側(Y軸方向における動翼本体11の一端側)に設けられ、翼車3側に埋め込まれて支持される翼根部13と、を備えている。動翼本体11の内部には、後述するように空間部が形成されている。本実施形態では、動翼本体11における底面12とは反対側(Y軸方向における動翼本体11の他端側)は開放されて開放部14となっている。開放部14は後述する空間部の一部と連通している。なお、動翼本体11に開放部14を設けることは必ずしも必要とされる構造ではない。
As shown in FIG. 2A, the
図2Bに示すように、動翼本体11の内部には、動翼本体11の長手軸線AX方向における一端側から他端側にかけて空間部15が形成されている。動翼本体11の空間部15には、長手軸線AX方向における一端側から他端側にかけて、内部の少なくとも一部には中空部22が形成された立方体形状の補強部材21が複数連続配置されている。図2Bでは、動翼本体11の内部の空間部15は、補強部材21を簡略化して記載している。動翼本体11及び補強部材21は例えば同じ材料で形成される。これらを形成する材料としては、例えば材質としてはプラスチック系や金属系を挙げることができる。具体的には、ポリカーボネート材やナイロン系材、及びこれらにカーボンファイバーを混ぜて補強したもの等を挙げることができる。動翼本体11の空間部15に対する補強部材21の具体的な連続配置の仕方については後述する。
As shown in FIG. 2B , a
次に、図3A~図3Dを示して本実施形態に係る動翼本体の内部形状について具体的に説明する。図3Aは本実施形態に係る動翼本体11の内部を示す正面図である。なお、図3A~図3Dでは翼根部13の図示を省略している。
Next, referring to FIGS. 3A to 3D, the internal shape of the rotor blade body according to this embodiment will be specifically described. FIG. 3A is a front view showing the inside of the
図3Aに示すように、動翼本体11は、底面12と外周面16とを有しており、他端となる上部には開放部14が形成されている。動翼本体11の内部には、動翼本体11の長手軸線AX方向における一端側から他端側、かつ動翼本体11の長手軸線AX方向の中心から外周面16にかけて空間部15が形成されている。
As shown in FIG. 3A, the moving blade
空間部15には、動翼本体11の長手軸線AX方向における一端側から他端側、かつ動翼本体11の長手軸線AX方向の中心から外周面16にかけて、内部の少なくとも一部には中空部22が形成された立方体形状の補強部材21が複数連続配置されている。具体的には、正面視で動翼本体11の内部構造が格子状となるように補強部材21が複数連続配置されている。なお、図3A中の補強部材21の立方体形状の各辺を示す実線は、補強部材21を構成する面の周囲の辺を示しており、補強部材21を構成する各面の厚さは、材質と製造条件等から、例えば2mm以上である。本実施形態では、各補強部材21を構成する各面の厚さは等しくされている。
The
空間部15に設けられる各補強部材21の立方体形状の各辺は動翼本体11の長手軸線AXとの直交面に対して所定角度で傾斜して設けられている。所定角度は材質、製造条件、製造誤差等を考慮して選定されるが、45°±1°で傾斜するように設けられている。本実施形態では、空間部15に設けられる補強部材21のうち、最下端に設けられるもの(例えば図3A中の補強部材21A,21B,21C)の立方体形状の最下端の辺はいずれも動翼本体11の底面12と点で接続しており、設計、製作の基準位置の管理を容易にしている。なお、補強部材21の立方体形状の最下端の辺と底面12との接続箇所は、補強部材21の頂角部分に限定されない。
Each side of the cubic shape of each reinforcing
図3Aに示すように、本実施形態においては、各補強部材21について、立方体形状の各辺の一辺の長さ、各面の厚さ、及び傾斜角度はいずれも等しくされて、強度分布の均等性を向上している。一方、動翼本体11の特定方向に異方性強度を必要とする場合は、これに限定されない。
As shown in FIG. 3A, in this embodiment, each reinforcing
図3Bは図3Aの動翼本体11のA-A側断面図である。具体的には、図3Bは図3A中、補強部材21A及び補強部材21Bが正面視で点で接続している点を含む側断面図である。図3Bにおいても、各補強部材21の立方体形状の各辺は、動翼本体11の長手軸線AXとの直交面に対して所定角度として45°±1°(以降は、範囲を省略して45°と記載する)傾斜するように格子状に連続配置されている。図3Bにおいても、最下端に設けられる補強部材21の立方体形状の最下端の辺はいずれも動翼本体11の底面12と点で接続している。なお、図3B中、白抜き矢印は正面方向を示しており、図3C,図3Dでも同様である。
FIG. 3B is a cross-sectional view of the
図3Cは図3Aの動翼本体11のB-B側断面図である。具体的には、図3Cは図3A中、補強部材21Bが動翼本体11の底面12と点で接続している点を含む側断面図である。図3Cに示すように、正面側に設けられている補強部材21Bは、立方体形状のうち正面側の略半分が欠けた形状となっている。図3Cにおいても、各補強部材21の立方体形状の各辺は動翼本体11の長手軸線AXとの直交面に対して所定角度として45°傾斜するように格子状に連続配置されている。図3Cにおいても、最下端に設けられる補強部材21の立方体形状の最下端の辺はいずれも動翼本体11の底面12と点で接続している。
FIG. 3C is a BB side sectional view of the
図3Dは図3Aの動翼本体のC-C側断面図である。具体的には、図3Dは図3A中、補強部材21Cの立方体形状の各辺が隣接する他の補強部材や底面12と正面視で点で接続していない部分における側断面図である。図3Dに示すように、正面側に設けられている補強部材21Cは、立方体形状のうち正面側の一部が欠けた形状となっている。図3Dにおいても、各補強部材21の立方体形状の各辺は動翼本体11の長手軸線AXとの直交面に対して所定角度として45°傾斜するように格子状に連続配置されている。
FIG. 3D is a CC side sectional view of the rotor blade body of FIG. 3A. Specifically, FIG. 3D is a side cross-sectional view of a portion in FIG. 3A where each side of the cubic shape of the reinforcing
図3A~図3Dに示すように、動翼本体11の内部においては、各補強部材21の立方体形状の各辺が、動翼本体11の長手軸線AX方向に対して交差するいずれの方向(正面方向や側断面方向等)から見ても動翼本体11の長手軸線AXとの直交面に対する傾斜角が所定角度として45°となるように設けられている。即ち、動翼7においては、各補強部材21が動翼本体11の長手軸線AX方向に対して軸対称な形状となるため、強度的にバランスのとれた構造となる。
As shown in FIGS. 3A to 3D, inside the
次に、図4A~図4Cを示して本実施形態における補強部材の具体的な連続配置の仕方について具体的に説明する。なお、図4A~図4Cで示す立方体は、動翼7の内部の補強部材21の構造を説明するために立方体を個別にイメージで図示したものである。本実施形態では、補強部材21で複数の立方体を個別に製造しておき、各立方体を並べて繋げることで動翼本体11の空間部15に補強部材21を設ける製造方法を用いない。動翼7の製造時に、三次元積層造形機(3Dプリンタ)を用いて、動翼本体11の空間部15に立方体を連続配置して、隣接する立方体形状の面同士を共用とする構造となるように補強する。この構造により、図4A~図4Cで示す各補強部材21が複数連続配置されるように構成した動翼本体11の内部構造となる。
Next, referring to FIGS. 4A to 4C, a specific method of continuously arranging the reinforcing members in this embodiment will be described in detail. The cubes shown in FIGS. 4A to 4C are images of individual cubes for explaining the structure of the reinforcing
図4Aは1個の補強部材21を動翼本体11の底面12に配置した状態を示すイメージ図である。本実施形態では、動翼本体11の長手軸線AXとの直交面が底面12となっている。図4Aに示すように、XY軸平面において、補強部材21の立方体形状の各辺は動翼本体11の底面12に対する傾斜角が所定角度として45°となるように設けられている。なお、図示しないが、YZ軸平面及びXZ軸平面においても、補強部材21の立方体形状の各辺は動翼本体11の底面12に対する傾斜角が45°となるように設けられている。立方体形状の補強部材21の立方体形状の各辺の一辺の長さ(補強部材21のピッチ)Lは、3Dプリンタによる動翼7の製造の容易性を考慮すると、補強部材21の壁面の厚さ以上とし、例えば2mm以上とすればよい。また、動翼本体11の強度確保からは、補強部材21の一辺の長さLには上限があり、本実施形態では後述するように例えば50mmが上限となる。このため、好ましくは、Lは2mm~50mmの範囲である。
FIG. 4A is an image diagram showing a state in which one reinforcing
図4Bは6個の補強部材21を互いに直交する2つの方向に連続配置した状態を示すイメージ図である。具体的には、底面12側から、補強部材21が3個、2個、1個の順となるように、隣接する立方体形状の面同士を共有するように(隣接する補強部材21同士の面が重なった位置になるように)連続配置される。図4Bにおいても、各補強部材21の立方体形状の各辺が、XY軸平面、YZ軸平面、及びXZ軸平面において動翼本体11の底面12に対する傾斜角が45°となるように設けられている。
FIG. 4B is an image diagram showing a state in which six reinforcing
図4Cは18個の補強部材21を互いに直交する3つの方向に連続配置した状態を示すイメージ図である。具体的には、図4Bのように積み上げた6個の補強部材21に対し、図4Bと同様に積み上げた6個の補強部材21を2組用意し、これらを紙面奥行方向側に1組ずつ積み上げている。図4Cにおいても、各補強部材21の立方体形状の各辺が、XY軸平面、YZ軸平面、及びXZ軸平面において動翼本体11の底面12に対する傾斜角が45°となるように設けられている。
FIG. 4C is an image diagram showing a state in which 18 reinforcing
次に、図5を示して動翼本体11の空間部15の体積における各補強部材21の中空部22以外の中実部分の体積が占める割合(各補強部材21を構成する構成部材が動翼本体11の空間部15を占める割合:充填密度)の好適な範囲を決定する手法について具体的に説明する。
空間部15における補強部材21の充填密度は、補強部材21を構成する面の厚さ及び補強部材21の一辺の長さLにより決定される。
Next, referring to FIG. 5, the ratio of the volume of the solid portion of each reinforcing
The packing density of the reinforcing
図5は補強部材21の充填密度と補強部材21の一辺の長さLとの関係を示すグラフである。図5中、縦軸は補強部材21の充填密度(%)を示し、横軸は補強部材21の一辺の長さLを示している。図5中、実線で示すグラフは、補強部材21を構成する面の厚さを2mmとした場合のグラフである。図5中、一点鎖線で示すグラフは、補強部材21を構成する面の厚さを2mmより厚くした場合のグラフである。図5中、破線で示すグラフは、補強部材21を構成する面の厚さを2mm未満とした場合のグラフである。
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the packing density of the reinforcing
一例として、動翼7の翼端の周速が120~130m/sとしたときに動翼7及び動翼本体11に必要な強度を確保する場合を挙げて説明する。この場合、図5中の実線のグラフに示すように、補強部材21を構成する面の厚さを2mmとし、補強部材21の一辺の長さLを2mm以上50mm以下とすれば(即ち、補強部材21の充填密度を11.5%以上100%未満とすれば)、十分に動翼本体11の強度を確保することができる。即ち、動翼7の翼端の周速が120~130m/sとした場合、補強部材21の充填密度が11.5%以上100%未満となる範囲が、動翼本体11に必要とされる強度を十分に確保することができる範囲(強度確保範囲)となる。なお、強度確保範囲は、動翼7の翼端の周速の値に基づいて適宜決定される。Lを2mm以上とすることで、補強部材21の壁面の厚さ以上として、製造管理が容易となる。また、動翼本体11に必要な強度に対して効率的にLを大きくすることで、中空部22が減少することによる高コスト化や重量の増加を防止することができる。一方、Lを50mm以下とすることで、動翼本体11の変形等により送風機の送風効率を損なうことなく動翼7及び動翼本体11の強度及び耐久性を十分に確保することができる。
As an example, a case will be described in which the necessary strength is ensured for the moving
補強部材21を構成する面の厚さが厚くなればなるほど各補強部材21の中空部22以外の中実部分の割合が増大(即ち、充填密度が増大)する。補強部材21を構成する面の厚さが薄くなればなるほど各補強部材21の中空部22以外の中実部分の割合が減少(即ち、充填密度が減少)する。従って、補強部材21を構成する面の厚さが2mmを超える場合、図5中一点鎖線のグラフに示す通り、厚さが厚くなるにつれて強度確保範囲の充填密度を得るためのLの上限値及び下限値は厚さ2mmの場合に比べて大きくなっていく。一方、補強部材21を構成する面の厚さが2mm未満となる場合、厚さが薄くなるにつれて強度確保範囲の充填密度を得るためのLの上限値及び下限値は厚さ2mmの場合に比べて小さくなっていく。これらを考慮して、動翼7及び動翼本体11のサイズと必要とされる強度に応じて適切に補強部材21の一辺の長さであるLを選定する。
As the thickness of the surface forming the reinforcing
〔動翼の製造方法〕
次に、本開示の動翼の製造方法の一例について説明する。
本開示の動翼の製造方法は、内部に空間部が形成された動翼本体の空間部に、内部の少なくとも一部に中空部が形成された立方体形状の複数の補強部材を連続配置して設ける工程を有する。
[Manufacturing method of rotor blade]
Next, an example of the manufacturing method of the rotor blade of the present disclosure will be described.
In the rotor blade manufacturing method of the present disclosure, a plurality of cubic reinforcing members each having a hollow portion formed in at least a part thereof are continuously arranged in a space portion of a rotor blade body having a space portion formed therein. It has a step of providing.
なお、以下では、図2Aに示す動翼7を製造する場合を一例として説明するが、これに限定されない。
In addition, although the case of manufacturing the
本実施形態の動翼7の製造方法においては、動翼本体11の空間部15に、内部の少なくとも一部に中空部22が形成された立方体形状の複数の補強部材21を連続配置して設ける。補強部材21の連続配置の仕方としては、例えば上記した図4A~図4Cの通り、補強部材21を動翼本体11の底面12に隣接する立方体形状の面同士を共用とするように連続配置する手法を挙げることができる。
In the method for manufacturing the moving
動翼7の製造は、例えば三次元積層造形機(3Dプリンタ)を用いて行うことができる。具体的には、FDM(Fused Deposition Modeling:熱溶解積層)方式の3Dプリンタによって、動翼7を製造時に動翼本体11の空間部15を立方体が連続配置されたような構造として補強できるように、各補強部材21が複数連続配置されるような動翼本体11の内部構造とすることが可能である。
The
以上に説明の構成により、本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
本実施形態の動翼7においては、動翼本体11の内部に形成された空間部15に、内部の少なくとも一部には中空部22が形成された立方体形状の複数の補強部材21が(例えば隣接する立方体形状の面同士を共用するように)連続配置して設けられている。各補強部材21の形状が立方体形状であるため、本実施形態の動翼7は多方向(動翼本体11の長手軸線AX方向及び長手軸線AX方向に交差する方向)に対して強度分布の均等性を得て、十分な強度を有する。また、各補強部材21は内部に中空部22が形成されているため、本実施形態の動翼7は軽量となる。このため、動翼本体11の強度の確保に必要な各補強部材21や、翼根部13の支持構造が簡略化できる。また、各補強部材21を立方体形状とすることで、3Dプリンタによる動翼製造が可能となる。これにより、複雑な形状の動翼製造に当たって金型を複数使用する必要がなくなるため、動翼製造にかかるコスト及びリードタイムを削減して、製造を容易にすることができる。
With the configuration described above, according to this embodiment, the following effects are obtained.
In the moving
各補強部材21の立方体形状の各辺が、動翼本体11の長手軸線AXとの直交面(本実施形態では例えば動翼本体11の底面12)に対していずれの方向から見ても所定角度で傾斜するように設けられた動翼7及び動翼本体11であれば、3Dプリンタによる製造がより容易となる。従って、動翼製造にかかるコスト及びリードタイムを一層削減することができる。
Each side of the cubic shape of each reinforcing
各補強部材21の立方体形状の各辺が、動翼本体11の長手軸線AXとの直交面(本実施形態では例えば動翼本体11の底面12)に対して交差するいずれの方向から見ても、長手軸線AXとの直交面に対する傾斜角度が所定角度として45°±1°となるように設けられた動翼7及び動翼本体11であれば、3Dプリンタによる動翼7の製造が一層容易となる。また、傾斜角の所定角度を45°±1°とすることで、製造された動翼7においては、各補強部材21が動翼本体11の長手軸線AX方向に対して軸対称となるため、強度分布の均一性を向上するとともに、強度的にバランスのとれた構造となり、偏荷重の発生を抑制して損傷発生を抑制する。
When viewed from any direction in which each side of the cubic shape of each reinforcing
動翼本体11の空間部15の体積における各補強部材21の中空部22以外の中実部分の体積が占める割合(各補強部材21を構成する構成部材が動翼本体11の空間部15を占める割合:充填密度)が11.5%以上であれば、動翼7の強度や耐久性を十分に確保することができる。具体的には、動翼7の翼端の周速が120~130m/sとしたときに必要とされる十分な強度を確保するには、上記の通り充填密度を11.5%以上とするのが好ましい。
The ratio of the volume of the solid portion of each reinforcing
本実施形態の送風機1であれば、上述の動翼7を備えているため、軽量化による動翼本体11の補強部材構造や翼根部13の支持構造が簡易化するとともに、動翼製造にかかるコスト及びリードタイムを削減することができる。従って、経済性の高い送風機1となる。
Since the
本実施形態の動翼7の製造方法においては、内部に空間部15が形成された動翼本体11の空間部15に、内部の少なくとも一部に中空部22が形成された立方体形状の複数の補強部材21を(例えば隣接する立方体形状の面同士を共用するように)連続配置して設ける。各補強部材21の形状が立方体形状であるため、多方向(動翼本体11の長手軸線AX方向及び長手軸線AX方向に交差する方向)に対して強度分布の均等性を得て、十分な強度を有する動翼7を製造することができる。また、各補強部材21は内部に中空部22が形成されているため、軽量な動翼7を製造することができる。このため、動翼本体11の強度の確保に必要な各補強部材21や、翼根部13の支持構造が簡略化できて、製造が容易化する。また、各補強部材21を立方体形状とすることで、3Dプリンタによる動翼製造が可能となる。これにより、複雑な形状の動翼製造に当たって金型を複数使用する必要がなくなるため、動翼製造にかかるコスト及びリードタイムを削減することができて、製造が容易になる。
In the method for manufacturing the
なお、上記した実施形態では、動翼本体11の上端が開放されて開放部14が設けられている場合を一例として説明したが、これに限定されない。例えば、動翼本体11の上端が閉塞された態様としてもよい。なお、動翼本体11の上端に開放部14を設けることで製造コストを低減できる上、動翼本体11の長手軸線AX方向の長さや補強部材21の大きさ(一辺の長さL)に拠らず、動翼7を製造することが容易となる。また、開放部14から動翼本体11の内部にアクセスして充填材等の材料を盛り、動翼7の固有値を調整することができる。また、開放部14に必要に応じてカウンタウエイトを設置することができるため、送風機(軸流ファン)1の回転バランスを取る際にも有効である。
In the above-described embodiment, the case where the upper end of the
なお、上記した実施形態では、補強部材21を動翼本体の長手軸線AXとの直交面に対していずれの方向から見ても傾斜するように設ける場合を一例として説明したが、これに限定されない。例えば、各補強部材21が動翼本体11の底面12に平行となるように(底面12と面接触するように)各補強部材21を空間部15に設ける態様としてもよい。
In the above-described embodiment, the case where the reinforcing
また、上記した本開示の動翼は、送風機に設ける動翼の全てに適用される必要はなく、例えば動翼の他端側となる上端を含む先端領域等、動翼の一部に適用される態様としてもよい。 In addition, the rotor blades of the present disclosure described above need not be applied to all of the rotor blades provided in the blower. It is good also as a mode to carry out.
1 軸流ファン(送風機)
2 主軸
3 翼車
4 電動機
5 内筒
6 外筒
7 動翼
8 側板
9 溝
10 流路
11 動翼本体
12 底面
13 翼根部
14 開放部
15 空間部
16 外周面
21,21A,21B,21C 補強部材
22 中空部
AX 長手軸線
L 一辺の長さ
1 Axial fan (blower)
2
Claims (5)
該動翼本体の前記空間部に連続配置して設けられ、内部の少なくとも一部には中空部が形成された立方体形状の複数の補強部材と、
を備え、
前記複数の補強部材の立方体形状の各辺は、前記動翼本体の長手軸線との直交面に対していずれの方向から見ても所定角度で傾斜するように設けられている動翼。 a rotor blade body having a space formed therein;
a plurality of cubic reinforcing members continuously arranged in the space of the rotor blade body and having a hollow portion formed in at least a part of the interior thereof;
with
Each side of the cubic shape of the plurality of reinforcing members is provided so as to be inclined at a predetermined angle with respect to a plane orthogonal to the longitudinal axis of the rotor blade body when viewed from any direction.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019027452A JP7286339B2 (en) | 2019-02-19 | 2019-02-19 | Rotor blade, blower provided with the same, and rotor blade manufacturing method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019027452A JP7286339B2 (en) | 2019-02-19 | 2019-02-19 | Rotor blade, blower provided with the same, and rotor blade manufacturing method |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2020133483A JP2020133483A (en) | 2020-08-31 |
JP7286339B2 true JP7286339B2 (en) | 2023-06-05 |
Family
ID=72262675
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2019027452A Active JP7286339B2 (en) | 2019-02-19 | 2019-02-19 | Rotor blade, blower provided with the same, and rotor blade manufacturing method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP7286339B2 (en) |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20150345304A1 (en) | 2012-12-28 | 2015-12-03 | United Technologies Corporation | Gas turbine engine component having vascular engineered lattice structure |
JP2016033365A (en) | 2014-07-31 | 2016-03-10 | 株式会社東芝 | Rotor blade and rotor blade manufacturing method |
JP2017207036A (en) | 2016-05-20 | 2017-11-24 | 株式会社Ihi | Lattice structure |
JP2017207037A (en) | 2016-05-20 | 2017-11-24 | 株式会社Ihi | Lattice structure |
JP2017207035A (en) | 2016-05-20 | 2017-11-24 | 株式会社Ihi | Lattice structure |
CN207076100U (en) | 2017-08-04 | 2018-03-09 | 张英仁 | Intelligent magic box |
CN109110125A (en) | 2018-09-03 | 2019-01-01 | 南京航空航天大学 | A kind of rotor blade construction design method |
-
2019
- 2019-02-19 JP JP2019027452A patent/JP7286339B2/en active Active
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20150345304A1 (en) | 2012-12-28 | 2015-12-03 | United Technologies Corporation | Gas turbine engine component having vascular engineered lattice structure |
JP2016033365A (en) | 2014-07-31 | 2016-03-10 | 株式会社東芝 | Rotor blade and rotor blade manufacturing method |
JP2017207036A (en) | 2016-05-20 | 2017-11-24 | 株式会社Ihi | Lattice structure |
JP2017207037A (en) | 2016-05-20 | 2017-11-24 | 株式会社Ihi | Lattice structure |
JP2017207035A (en) | 2016-05-20 | 2017-11-24 | 株式会社Ihi | Lattice structure |
CN207076100U (en) | 2017-08-04 | 2018-03-09 | 张英仁 | Intelligent magic box |
CN109110125A (en) | 2018-09-03 | 2019-01-01 | 南京航空航天大学 | A kind of rotor blade construction design method |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2020133483A (en) | 2020-08-31 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8870528B2 (en) | Ventilation fan | |
CN104061134B (en) | Rotor blade with segmented support structure and method for manufacturing the same | |
CN105545370B (en) | The lattice blade of axial flow turbo compressor | |
US20150064015A1 (en) | Composite Blade Made by Additive Manufacturing | |
CN104420889A (en) | Composite blade made by additive manufacturing | |
US2714499A (en) | Blading for turbomachines | |
CN102381469B (en) | For the screw propeller of aircraft | |
EP1736663A2 (en) | Boundary layer suction for the tower of a horizontal axis wind turbine | |
BRPI0907846B1 (en) | hybrid flow fan assembly | |
JP6003660B2 (en) | Ceramic matrix composite | |
BR112015001398B1 (en) | ROTOR OF AN EXHAUST GAS TURBOCOMPRESSOR | |
JP2017082794A (en) | Component for gas turbine engine | |
JP2016514803A (en) | Wind turbine rotor blades | |
CN203743064U (en) | Cooling fan | |
EP2889489B1 (en) | Cross-flow fan | |
GB2556142A (en) | A dual walled component for a gas turbine engine | |
JP7286339B2 (en) | Rotor blade, blower provided with the same, and rotor blade manufacturing method | |
CA2886873A1 (en) | Composite casing for a compressor of an axial-flow turbomachine | |
CA2897889A1 (en) | Blade with sealed lattice in a shroud of an axial turbomachine compressor | |
CN109812437A (en) | Pressure fan | |
CN100343487C (en) | Turbine blade wall cooling device and producing method thereof | |
JP2021513029A (en) | Enhanced vacuum system components | |
US20140205462A1 (en) | Hvata-hybrid vertical axis turbine assembly operable under omni-directional flow for power generating systems | |
CN207835321U (en) | Blower motor | |
BR102015021916A2 (en) | cooling tower fan |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A625 | Written request for application examination (by other person) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A625 Effective date: 20220107 |
|
A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712 Effective date: 20220121 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20221031 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20221206 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20230119 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20230425 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20230524 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7286339 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |