JP7394614B2 - centrifugal blower - Google Patents
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Description
本発明は、複数のブレードが環状に配列されたファンが回転軸を中心に回転する遠心送風機に関するものである。 The present invention relates to a centrifugal blower in which a fan having a plurality of blades arranged in a ring shape rotates around a rotating shaft.
従来より車両用空調装置では、複数のブレードが環状に配列されたファンを備え、このファンが回転軸を中心として回転する遠心送風機が用いられている。特に、車両用空気調和装置では、車室内の騒音低減が必須となるが、この場合、遠心送風機で発生する騒音には、ブレードの負圧面(回転方向とは反対側に位置する面)における気流の剥離が大きく関わってくる。 2. Description of the Related Art Conventionally, a centrifugal blower has been used in a vehicle air conditioner, which includes a fan having a plurality of blades arranged in an annular manner and rotates around a rotation axis. In particular, in vehicle air conditioners, it is essential to reduce noise inside the vehicle interior. Peeling is greatly involved.
図13は従来の一般的な遠心送風機のファンに設けられたブレード100の平断面形状とブレード間の空気の流れを説明する図である。この場合、ブレード100は回転軸の周りに環状に配置されている。ブレード100の正圧面(ファンの回転方向に位置する面)101は、凹面形状を呈しており、その反対側に位置する負圧面102は凸面形状をしている。また、従来のブレード100は正圧面101の最大反り位置Ppと負圧面102の最大反り位置Pnが略中央に存在していた。
FIG. 13 is a diagram illustrating the planar cross-sectional shape of a
そして、空気はファンの回転に伴い、ブレード100の前縁部103からブレード間に流入するが、凸面形状の負圧面を回り込むように空気が流れるため、空気は曲率が大きい負圧面102の凸面形状に追随できず、前縁部103付近の剥離点104で剥離した後、再付着点106で再度付着するようになる。
As the fan rotates, air flows between the blades from the
この剥離点104と再付着点106の間の剥離域は剥離泡(107)と呼ばれており、この剥離泡107と負圧面102側の空気の主流108との境界が、乱れが強い剪断層域109となって騒音の原因となるが、従来では再付着点106がブレード100の後縁部111付近となっていたため、剪断層域109がブレード間内部を大きく占めてしまい、その分騒音が大きくなるという問題があった。
The separation area between this
そこで、例えば特許文献1ではブレード(羽根)の負圧面(背面)の所定の位置に曲面が不連続となる境界部分P7とP9を形成し、この境界部分P7を剥離点、境界部分P9を再付着点として固定化することで、剥離泡(剥離領域S3)を縮小する案が検討されていた。
Therefore, for example, in
しかしながら、特許文献1のようなブレード(羽根)の負圧面形状(背面形状)では、境界部分P9の空気下流側で気流の乱れが発生し、この部分において逆に送風音が増大してしまう欠点があった。
However, the negative pressure surface shape (back surface shape) of the blade (vane) as in
本発明は、係る従来の技術的課題を解決するためになされたものであり、ブレードの負圧面に生じる剥離泡を縮小し、剪断層域に起因する騒音を効果的に低減することができる遠心送風機を提供することを目的とする。 The present invention has been made in order to solve the conventional technical problems, and is a centrifugal technology that can reduce the separation bubbles generated on the suction surface of the blade and effectively reduce the noise caused by the shear layer region. The purpose is to provide blowers.
上記課題を解決するために、本発明の遠心送風機は、複数のブレードが環状に配列されたファンを備え、このファンが回転軸を中心に回転するものであって、各ブレードは、ファンの回転方向に位置する凹面形状の正圧面と、回転方向とは反対側に位置する凸面形状の負圧面と、ファンの半径方向内側の端部に位置する前縁部と、半径方向外側の端部に位置する後縁部と、を備え、少なくとも負圧面は、滑らかに連続する凸面形状とされており、前縁部と後縁部とを結ぶ線分である翼弦線Lから正圧面に垂線Mpを引いた場合に、当該垂線Mpの寸法が最大となる正圧面の位置を最大反り位置Pp、翼弦線Lから負圧面に垂線Mnを引いた場合に、当該垂線Mnの寸法が最大となる負圧面の位置を最大反り位置Pn、前縁部から最大反り位置Ppまでの翼弦方向寸法をLp、前縁部から最大反り位置Pnまでの翼弦方向寸法をLnとした場合、Lp<Lnの関係とされていることを特徴とする。 In order to solve the above problems, a centrifugal blower of the present invention includes a fan in which a plurality of blades are arranged in an annular shape, and this fan rotates around a rotation axis, and each blade is connected to the rotation of the fan. a concave pressure surface located in the direction of rotation, a convex suction surface located opposite to the direction of rotation, a leading edge located at the radially inner end of the fan, and a radially outer end of the fan. At least the suction surface has a smoothly continuous convex shape, and has a perpendicular line Mp from the chord line L, which is a line segment connecting the leading edge and the trailing edge, to the pressure surface. When drawing, the position of the pressure surface where the dimension of the perpendicular line Mp is maximum is the maximum warp position Pp, and when the perpendicular line Mn is drawn from the chord line L to the suction surface, the dimension of the perpendicular line Mn is the maximum If the position of the suction surface is the maximum warp position Pn, the chord direction dimension from the leading edge to the maximum warp position Pp is Lp, and the chord direction dimension from the leading edge to the maximum warp position Pn is Ln, then Lp<Ln It is characterized by the relationship between
請求項2の発明の遠心送風機は、上記発明において正圧面及び負圧面は、それぞれ曲率半径が異なる複数の円弧にて構成されており、正圧面は各円弧が滑らかに連続する凹面形状とされ、負圧面は各円弧が滑らかに連続する凸面形状とされていることを特徴とする。
In the centrifugal blower of the invention according to
請求項3の発明の遠心送風機は、上記各発明において翼弦線Lの寸法である翼弦長をLcとした場合、翼弦方向寸法Lnと翼弦長Lcとの比Ln/Lcが、0.2≦Ln/Lc≦0.62の範囲にあることを特徴とする。 In the centrifugal blower according to the third aspect of the invention, when the chord length, which is the dimension of the chord line L, is Lc, the ratio Ln/Lc of the chord direction dimension Ln to the chord length Lc is 0. .2≦Ln/Lc≦0.62.
請求項4の発明の遠心送風機は、上記発明において翼弦方向寸法Lnと翼弦長Lcとの比Ln/Lcが、0.4≦Ln/Lc≦0.5の範囲にあることを特徴とする。
The centrifugal blower of the invention according to
請求項5の発明の遠心送風機は、上記各発明において翼弦線Lの寸法である翼弦長をLcとし、最大反り位置Pnで最大となる垂線Mnの寸法である最大反り高さをHとした場合、当該最大反り高さHと翼弦長Lcとの比H/Lcが、0.18≦H/Lc≦0.35の範囲にあることを特徴とする。 In the centrifugal blower of the invention of claim 5, in each of the above inventions, the chord length, which is the dimension of the chord line L, is Lc, and the maximum warp height, which is the dimension of the perpendicular Mn that is maximum at the maximum warp position Pn, is H. In this case, the ratio H/Lc between the maximum warp height H and the chord length Lc is in the range of 0.18≦H/Lc≦0.35.
請求項6の発明の遠心送風機は、上記各発明において翼弦線Lの寸法である翼弦長をLcとし、最大反り位置Pnを通る翼弦線Lの平行線Wnと、最大反り位置Ppを通る翼弦線Lの平行線Wpとの間の距離である最大反り厚みをTとした場合、当該最大反り厚みTと翼弦長Lcとの比T/Lcが、0.035≦T/Lc≦0.14の範囲にあることを特徴とする。
In the centrifugal blower according to the invention of
請求項7の発明の遠心送風機は、上記各発明において、ブレードの内接円位置における、内接円の接線とブレードの接線との間の角度である翼入口角β1が、65°≦β1≦85°の範囲にあることを特徴とする。
In the centrifugal blower of the invention of
請求項8の発明の遠心送風機は、上記各発明において、ブレードの外接円位置における、外接円の接線とブレードの接線との間の角度である翼出口角β2が、145°≦β2≦165°の範囲にあることを特徴とする。
In the centrifugal blower of the invention according to
本発明によれば、複数のブレードが環状に配列されたファンを備え、このファンが回転軸を中心に回転する遠心送風機において、各ブレードが、ファンの回転方向に位置する凹面形状の正圧面と、回転方向とは反対側に位置する凸面形状の負圧面と、ファンの半径方向内側の端部に位置する前縁部と、半径方向外側の端部に位置する後縁部と、を備え、少なくとも負圧面が、滑らかに連続する凸面形状とされており、前縁部と後縁部とを結ぶ線分である翼弦線Lから正圧面に垂線Mpを引いた場合に、当該垂線Mpの寸法が最大となる正圧面の位置を最大反り位置Pp、翼弦線Lから負圧面に垂線Mnを引いた場合に、当該垂線Mnの寸法が最大となる負圧面の位置を最大反り位置Pn、前縁部から最大反り位置Ppまでの翼弦方向寸法をLp、前縁部から最大反り位置Pnまでの翼弦方向寸法をLnとした場合に、Lp<Lnの関係とされているので、隣接するブレード間に流入した空気の主流は、曲率が比較的小さくなる正圧面の最大反り位置Ppにより、回転方向側で隣接するブレードの負圧面の最大反り位置Pnに向かって流れが曲げられるようになる。 According to the present invention, in a centrifugal blower including a fan in which a plurality of blades are arranged in an annular shape and the fan rotates around a rotation axis, each blade has a concave positive pressure surface located in the rotation direction of the fan. , a convex suction surface located on the opposite side to the rotation direction, a leading edge located at the radially inner end of the fan, and a trailing edge located at the radially outer end of the fan, At least the suction surface has a smoothly continuous convex shape, and when a perpendicular Mp is drawn from the chord line L, which is a line segment connecting the leading edge and the trailing edge, to the pressure surface, the perpendicular Mp The position of the pressure surface where the dimension is maximum is the maximum warpage position Pp, and when a perpendicular line Mn is drawn from the chord line L to the suction surface, the position of the suction surface where the dimension of the perpendicular line Mn is maximum is the maximum warp position Pn, If the chord direction dimension from the leading edge to the maximum warp position Pp is Lp, and the chord direction dimension from the leading edge to the maximum warp position Pn is Ln, the relationship Lp<Ln holds, so the adjacent The main flow of air that has flowed between the blades is bent so that the flow is bent toward the maximum curvature position Pn of the suction surface of the adjacent blade on the rotation direction side by the maximum curvature position Pp of the pressure surface where the curvature is relatively small. Become.
このとき、ブレードの負圧面は滑らかに連続する凸面形状とされているので、最大反り位置Pnで大きく膨らんだ凸面形状により、ブレード間を流れる空気の主流は負圧面の最大反り位置Pn付近で早期に再付着されるようになる。これにより、ブレードの負圧面に生じる剥離泡(剥離域)が縮小され、剪断層域も小さくなるため、当該剪断層域に起因する騒音が効果的に低減される。また、最大反り位置Pnでの気流の乱れも解消、若しくは、低減されるので、再付着点での騒音の発生も抑制され、総じて遠心送風機の送風音を効果的に低減させることができるようになる。 At this time, since the suction surface of the blade has a smoothly continuous convex shape, the convex shape that bulges out greatly at the maximum warp position Pn causes the main flow of air between the blades to flow quickly near the maximum warp position Pn of the suction surface. Becomes reattached to. As a result, the separation bubbles (separation area) generated on the suction surface of the blade are reduced, and the shear layer area is also reduced, so that noise caused by the shear layer area is effectively reduced. In addition, since the turbulence of the airflow at the maximum warp position Pn is eliminated or reduced, the generation of noise at the reattachment point is also suppressed, and overall the air blowing noise of the centrifugal blower can be effectively reduced. Become.
また、請求項2の発明の如く正圧面及び負圧面を、それぞれ曲率半径が異なる複数の円弧にて構成し、正圧面を各円弧が滑らかに連続する凹面形状とし、負圧面も各円弧が滑らかに連続する凸面形状とすることで、上記遠心送風機の送風音を一層効果的に低減させることが可能となる。
In addition, as in the invention of
ここで、ブレードの負圧面の最大反り位置Pnが前縁部に近すぎると、回転方向反対側で隣接するブレードの正圧面の最大反り位置Ppで曲げられた主流が最大反り位置Pnを通り過ぎてしまい、再付着し難くなる。逆に最大反り位置Pnが後縁部に近すぎると、再付着点が後縁部に近くなって剪断層域が拡大されてしまう。 Here, if the maximum curvature position Pn of the suction surface of the blade is too close to the leading edge, the mainstream bent at the maximum curvature position Pp of the pressure surface of the adjacent blade on the opposite side in the rotation direction will pass the maximum curvature position Pn. It gets stuck and becomes difficult to reattach. On the other hand, if the maximum warp position Pn is too close to the trailing edge, the reattachment point will be close to the trailing edge and the shear layer region will be expanded.
そこで、請求項3の発明の如く翼弦線Lの寸法である翼弦長をLcとした場合、翼弦方向寸法Lnと翼弦長Lcとの比Ln/Lcが、0.2≦Ln/Lc≦0.62の範囲となるように設定することで、的確に剥離泡を縮小して、遠心送風機の低騒音化を図ることが可能となる。 Therefore, when the chord length, which is the dimension of the chord line L, is Lc, the ratio Ln/Lc of the chordwise dimension Ln to the chord length Lc is 0.2≦Ln/ By setting Lc≦0.62, it is possible to accurately reduce the separation bubbles and reduce the noise of the centrifugal blower.
上記について、より好ましくは請求項4の発明の如く、翼弦方向寸法Lnと翼弦長Lcとの比Ln/Lcを、0.4≦Ln/Lc≦0.5の範囲に設定することが効果的である。
Regarding the above, more preferably, as in the invention of
また、ブレードの負圧面の反りが多きすぎると、ブレードの正圧面と、それの回転方向側に位置するブレードの負圧面との間の間隔が狭くなり、ブレード間内部を通過する空気の流速が増加して騒音も増加する。逆に負圧面の反りが小さすぎると、回転方向反対側で隣接するブレードの正圧面の最大反り位置Ppで曲げられた主流が回転方向側のブレードの負圧面に再付着する点(再付着点)が後縁部側に寄ることになる。 Additionally, if the suction side of the blade is warped too much, the gap between the pressure side of the blade and the suction side of the blade located on the rotational side of the blade becomes narrower, reducing the flow rate of air passing between the blades. As the noise increases, so does the noise. On the other hand, if the warpage of the suction surface is too small, the main flow bent at the maximum warp position Pp of the pressure surface of the adjacent blade on the opposite side of the rotation direction will reattach to the suction surface of the blade on the rotation direction side (reattachment point). ) will be closer to the rear edge.
そこで、請求項5の発明の如く翼弦線Lの寸法である翼弦長をLcとし、最大反り位置Pnで最大となる垂線Mnの寸法である最大反り高さをHとした場合、当該最大反り高さHと翼弦長Lcとの比H/Lcが、0.18≦H/Lc≦0.35の範囲となるように設定することで、流速の増加と剪断層域の拡大による騒音を効果的に抑制することができるようになる。 Therefore, as in the invention of claim 5, if the chord length, which is the dimension of the chord line L, is Lc, and the maximum warp height, which is the dimension of the perpendicular Mn that is maximum at the maximum warp position Pn, is H, then the maximum By setting the ratio H/Lc of warpage height H to blade chord length Lc to be in the range of 0.18≦H/Lc≦0.35, noise due to increased flow velocity and expansion of shear layer area can be reduced. can be effectively suppressed.
また、ブレードの正圧面の最大反り位置Ppと負圧面の最大反り位置Pnの間の所謂反り方向の距離が小さすぎると、ブレードの正圧面と、それと回転方向側で隣接するブレードの負圧面との間の間隔が大きくなり、前縁部で剥離した気流が負圧面で再付着する点(再付着点)が後縁部側に寄りすぎるようになる。そのため、剥離泡が大きくなり、剪断層域が拡大してブレード間内部の乱れが増大し、騒音が増加する。逆に反り方向の距離が大きすぎると、ブレードの正圧面と、それの回転方向側に位置するブレードの負圧面との間の間隔が狭くなり、ブレード間内部を通過する空気の流速が増加して騒音も増加する。 Additionally, if the distance in the so-called warp direction between the maximum warp position Pp of the pressure side of the blade and the maximum warp position Pn of the suction side is too small, the pressure side of the blade and the suction side of the blade adjacent to it in the rotation direction may The distance between the two ends becomes larger, and the point where the airflow separated at the leading edge reattachs on the negative pressure surface (reattachment point) becomes too close to the trailing edge. As a result, the separation bubbles become larger, the shear layer region expands, the internal turbulence between the blades increases, and the noise increases. On the other hand, if the distance in the warping direction is too large, the gap between the pressure surface of the blade and the suction surface of the blade located on the rotational side of the blade becomes narrower, and the flow rate of air passing between the blades increases. The noise will also increase.
そこで、請求項6発明の如く翼弦線Lの寸法である翼弦長をLcとし、最大反り位置Pnを通る翼弦線Lの平行線Wnと、最大反り位置Ppを通る翼弦線Lの平行線Wpとの間の距離である最大反り厚みをTとした場合、当該最大反り厚みTと翼弦長Lcとの比T/Lcが、0.035≦T/Lc≦0.14の範囲となるように設定することで、剪断層域の拡大と流速の増加による騒音を効果的に抑制することができるようになる。 Therefore, as in the sixth aspect of the invention, the chord length, which is the dimension of the chord line L, is set as Lc, and the parallel line Wn of the chord line L passing through the maximum warp position Pn and the line Wn of the blade chord line L passing through the maximum warp position Pp. When the maximum warp thickness, which is the distance between the parallel line Wp, is T, the ratio T/Lc between the maximum warp thickness T and the chord length Lc is in the range of 0.035≦T/Lc≦0.14. By setting this, it becomes possible to effectively suppress noise caused by expansion of the shear layer area and increase in flow velocity.
また、請求項7の発明の如くブレードの内接円位置における、内接円の接線とブレードの接線との間の角度である翼入口角β1を、65°≦β1≦85°の範囲に設定することで、ブレード間に流入した空気の流れを最適な状態に制御し、より確実に低騒音化を図ることができるようになる。
Further, as in the invention of
更に、請求項8の発明の如くブレードの外接円位置における、外接円の接線とブレードの接線との間の角度である翼出口角β2を、145°≦β2≦165°の範囲に設定することで、ブレード間における空気流の流出速度を最適な範囲に制御しつつ、剪断層域を縮小して、より確実に低騒音化を図ることができるようになる。
Furthermore, according to the invention of
以下、本発明の実施の形態について、図面に基づき詳細に説明する。実施例の遠心送風機1は、車両用空調装置の送風ユニットに用いられるもので、図示しない内外気切換ダンパと熱交換器(蒸発器)との間に配置されるものである。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail based on the drawings. The
図1乃至図4において、遠心送風機1は、駆動手段となる電動モータ2とこの電動モータ2によって回転駆動される円筒状のファン3と、スクロールケーシング4から構成される。ファン3はボトムプレート6を有し、ボトムプレート6の中央には、ファン3の軸線方向に膨出した略円錐状のコーン部6Aが形成されている。このコーン部6Aの中央にはボス部6Bが形成されており、このボス部6Bは、電動モータ2の回転軸7に嵌合されている。
1 to 4, a
ボトムプレート6の外周部は鍔状を呈し、この外周部上には複数のブレード(翼)8の基端が固定されている。尚、ブレード8の形状については後に詳述する。これらのブレード8は、電動モータ2の回転軸7を中心とした同心上において環状に配列されており、実施例の場合、各ブレード8は電動モータ2の回転軸7と平行に延在している。これらのブレード8の間には所定の間隔(等間隔)が確保されており、ブレード8の先端部はボトムプレート6と同軸的に設けられた環状のリム9によって連結されている。
The outer periphery of the
そして、このファン3は、例えば硬質樹脂製の前記スクロールケーシング4内に収納されており、スクロールケーシング4は、前記送風ユニットのダクトの一部を構成する。即ち、スクロールケーシング4は、吸込口11、吹出口12及び内部の流路を有し、この内部の流路中にファン3は介挿されている。
The
スクロールケーシング4はファン3の径方向に位置する外周壁13を有し、吹出口12はこの外周壁13の端部にて開口している。図1、図2、図4に示すように外周壁13は、所定の螺旋状に延在するスクロール壁部14を備え、このスクロール壁部14は、螺旋の巻き始めからファン3の回転方向への角度が増大するに従って回転軸7の中心(ファン3の中心)からの半径方向の距離が徐々に拡大するように湾曲している。
The
更に外周壁13は、螺旋の巻き始めに位置する舌部16と、この舌部16の外側に連続する平面部17と、螺旋の巻き終わりに連続する接線部18を備え、この接線部18と平面部17の端部の間に前記吹出口12が形成されている。外周壁13はファン3の周囲に螺旋状に延在する渦巻状流路19を画成し、この渦巻状流路19はスクロールケーシング4内部の流路の一部を構成する。
Furthermore, the outer
また、外周壁13とファン3との間の径方向の距離は、舌部16において最も小さくなり、舌部16は渦巻状流路19の上流端に位置してこの渦巻状流路19の巻き終わりから巻き始めへの空気の流入を抑制する役割を果たす。そして、この渦巻状流路19の巻き終わりの下流端に前記吹出口12が位置する。
Further, the radial distance between the outer
また、スクロールケーシング4は図1乃至図3に示すように回転軸7の軸方向一端側(先端側)に位置する第1端壁21と、回転軸7の軸方向他端側(電動モータ2側)に位置する第2端壁22を備えており、外周壁13はこれら第1端壁21及び第2端壁22の外縁間に渡り、それらと共に前記渦巻状流路19を形成する。
Further, as shown in FIGS. 1 to 3, the
電動モータ2側の第2端壁22は、ファン3の軸線(回転軸7の軸方向)に直交する平面に平行な壁であり、ファン3の軸線方向から見てファン3のボトムプレート6の近傍に位置している。第2端壁22には電動モータ2の本体23が嵌合するモータ取付孔24が形成されており、このモータ取付孔24を囲む第2端壁22の壁がファン3のボトムプレート6と対向し、それに連続する渦巻状流路19の下流側に位置する壁が接線部18と平面部17間に渡っている。
The
一方、回転軸7の軸方向一端側に位置する第1端壁21には前記吸込口11が形成されており、この吸込口11はファン3と同軸に位置している。この吸込口11の周囲には、第1端壁21からファン3より離間する方向に略垂直(回転軸7の軸方向)に起立した後、吸込口11側に折り返された形状の起立壁26が形成されており、この起立壁26の吸込口11側の面は、ベルマウス状に湾曲されている。以下、この湾曲する部分をベルマウス27と称する。そして、このベルマウス27の内側に吸込口11が構成され、その内径はリム9の内径よりも少許小さく設定される。
On the other hand, the
また、第1端壁21の回転軸7の軸方向における高さ(第2端壁22との間の距離)は、図1乃至図3に示すように渦巻状流路19の巻き始めから吹出口12に向かって徐々に拡大するように所定の角度で傾斜している。これにより、渦巻状流路19の流路断面積が、上流(巻き始め)から下流(巻き終わり)に向けて徐々に拡大するように構成されている。尚、この実施例では図3に示すように第2端壁22の軸方向における位置が渦巻状流路19の巻き始めから吹出口12に渡って変化していないが、軸方向において第1端壁21から離れる方向に渦巻状流路19の巻き始めから吹出口12に向かって徐々に所定の角度で傾斜させてもよい。
Further, the height of the
そして、遠心送風機1の電動モータ2に電力が供給されると、電動モータ2はファン3を図4中時計回りに回転駆動する。ファン3が回転すると、ブレード8は隣接する各ブレード8間に規定された間隔内の空気を半径方向外側に押し出す。これにより、ファン3の半径方向内側から間隔を通じて半径方向外側に向かう空気流が生成される。この空気流の生成に伴い、スクロールケーシング4内には吸込口11のベルマウス27を経て空気が流入し、この流入した空気はファン3のブレード8間の間隔、渦巻状流路19及び吹出口12を経てスクロールケーシング4の外部に流出する。
When electric power is supplied to the
次に、図5~図12を参照しながら、前述した如くファン3に設けられた各ブレード8の形状について詳述する。図5は図4の如くファン3に設けられた複数のブレード8のうちの隣接する二枚のブレード8、8の平断面を拡大して示しており、この図5に本発明の遠心送風機1のブレード8で定義する各パラメータを示している。また、図7はブレード8の翼入口角β1と翼出口各β2を説明するためにブレード8を拡大した模式図である。
Next, the shape of each
各ブレード8は同一の形状を呈しており、ファン3の回転方向(図4、図5中時計回り)に位置する正圧面28と、回転方向とは反対側に位置する負圧面29と、ファン3の半径方向内側の端部に位置する前縁部31と、ファン3の半径方向外側の端部に位置する後縁部32を備えている。
Each
ブレード8の正圧面28は、実施例では図6に示す如く曲率半径が異なる複数の円弧C1(円A1)、C2(円A2)、C3(円A3)から構成されており、これらのうち円弧C1は最も曲率半径が小さく、ブレード8の前縁部31側に位置している。円弧C2は円弧C1よりも曲率半径が大きく、ブレード8の後縁部32側に位置している。円弧C3は円弧C1、C2よりも曲率半径が大きく、円弧C1とC2の間に位置している。そして、これら円弧C1と円弧C3と円弧C2が滑らかに連続されており、これによって実施例の正圧面28は、滑らかに連続する凹面形状とされている。
In the embodiment, the
ブレード8の負圧面29も、実施例では図6に示す如く曲率半径が異なる複数の円弧C4(円A4)、C5(円A5)、C6(円A6)から構成されており、これらのうち円弧C4は最も曲率半径が小さく、ブレード8の前縁部31側に位置している。円弧C6はこれらのうち最も曲率半径が大きく、ブレード8の後縁部32側に位置している。円弧C5は円弧C4、C6の間の曲率半径を有し、円弧C4とC6の間に位置している。そして、これら円弧C4と円弧C5と円弧C6が滑らかに連続されており、これによって負圧面29は、滑らかに連続する凸面形状とされている。
In the embodiment, the
次に、図5中の向かって右側のブレード8を用いて、当該ブレード8の形状を説明するための各パラメータについて定義する。図5において、Lはブレード8の翼弦線で、この翼弦線Lはブレード8の前縁部31と後縁部32とを結ぶ線分である。Lcは翼弦長であり、翼弦線Lの寸法である。
Next, using the
尚、実施例ではブレード8の前縁部31と後縁部32が何れも円弧形状を呈しており、翼弦線Lは前縁部31と後縁部32の各円弧の中心を結んでいるが、それに限らず、翼弦線Lを前縁部31と後縁部32の回転方向の端部間を結ぶ線分と定義してもよい。また、前縁部31と後縁部32円弧形状ではない場合(例えば、尖った形状である場合)にも、回転方向の端部間を結ぶ線分を翼弦線Lと定義すればよい。
In the embodiment, both the
図5において、Ppは正圧面28の最大反り位置である。正圧面28の最大反り位置Ppは、翼弦線Lから正圧面28に垂線Mpを引いた場合に、この垂線Mpの寸法が最大となる正圧面28の位置である。また、図5において、Lpは前縁部31から最大反り位置Ppまでの翼弦方向寸法である。
In FIG. 5, Pp is the maximum warpage position of the
また、図5においてPnは負圧面29の最大反り位置である。負圧面29の最大反り位置Pnは、翼弦線Lから負圧面29に垂線Mnを引いた場合に、この垂線Mnの寸法が最大となる負圧面29の位置である。また、図5において、Lnは前縁部31から最大反り位置Pnまでの翼弦方向寸法である。
Further, in FIG. 5, Pn is the maximum warpage position of the
また、図5において、Hはブレード8の最大反り高さである。この最大反り高さHは、前述した垂線Mnの寸法である。更に、図5において、Tはブレード8の最大反り厚みである。この最大反り厚みTは、最大反り位置Pnを通る翼弦線Lの平行線Wnと、最大反り位置Ppを通る翼弦線Lの平行線Wpとの間の距離である。
Further, in FIG. 5, H is the maximum warp height of the
次に、図7において、β1(deg)はブレード8の翼入口角であり、β2(deg)はブレード8の翼出口角である。翼入口角β1は、ブレード8の内接円位置における、内接円X1の接線X2とブレード8の接線X3との間の角度である。また、翼出口角β2は、ブレード8の外接円位置における、外接円X4の接線X5とブレード8の接線X6との間の角度である。
Next, in FIG. 7, β1 (deg) is the blade inlet angle of the
(1)ブレード8の正圧面28の最大反り位置Ppと負圧面29の最大反り位置Pnの位置関係
以上の如く定義したブレード8の前縁部31から正圧面28の最大反り位置Ppまでの翼弦方向寸法Lpと、前縁部31から負圧面29の最大反り位置Pnまでの翼弦方向寸法Lnの関係は、本発明ではLp<Lnの関係とされている。即ち、本発明では正圧面28の最大反り位置Ppはブレード8の前縁部31側に位置し、負圧面29の最大反り位置Pnは、正圧面28の最大反り位置Ppよりも後縁部32側に位置している。
(1) Positional relationship between the maximum warp position Pp of the
ファン3が回転すると、空気は図8に矢印で示すようにブレード8の前縁部31からブレード8、8間に流入するが、凸面形状の負圧面29を回り込むように空気が流れるため、前述した如く空気は負圧面29の凸面形状に追随できずに前縁部31付近の剥離点33で剥離した後、再付着点34で再度付着するようになる。
When the
この剥離点33と再付着点34の間の剥離域が前述した剥離泡36となり、この剥離泡36と負圧面29側の空気の主流37との境界が、乱れが強い剪断層域38となって騒音の原因となるが、本発明では隣接するブレード8、8間に流入した空気の正圧面28側の主流39が、曲率が比較的小さくなる正圧面28の最大反り位置Pp及びその周辺の凹曲面41(図8に破線の楕円で示す)により、回転方向側で隣接するブレード8(図8の向かって右側)の負圧面29の最大反り位置Pnに向かって流れが曲げられ、それにより、空気の主流全体が負圧面29の最大反り位置Pnに向かって曲げられるようになる。
The separation region between this
このとき、本発明ではブレード8の負圧面29は滑らかに連続する凸面形状とされているので、最大反り位置Pnで大きく膨らんだ凸面形状により、ブレード8、8間を流れる空気の主流37は、負圧面29の最大反り位置Pn付近で早期に再付着されるようになる。図8ではこの最大反り位置Pn付近の再付着点34の領域を破線の楕円で示す。
At this time, in the present invention, since the
これにより、ブレード8の負圧面29に生じる剥離泡36(剥離域)が縮小され、剪断層域38も小さくなるため、この剪断層域38に起因する騒音が効果的に低減されるようになる。また、この最大反り位置Pnも滑らかに連続する凸面形状のなかにあるため、最大反り位置Pnでの気流の乱れも解消、若しくは、低減される。これにより、再付着点34での騒音の発生も抑制され、総じて遠心送風機1の送風音を効果的に低減させることができるようになる。
As a result, the separation bubbles 36 (separation area) generated on the
また、実施例ではブレード8の正圧面28及び負圧面29を、それぞれ曲率半径が異なる複数の円弧C1~C3、C4~C6にて構成し、正圧面28を各円弧C1~C3が滑らかに連続する凹面形状とし、負圧面29も各円弧C4~C6が滑らかに連続する凸面形状としているので、遠心送風機1の送風音は一層効果的に低減されるようになる。
In addition, in the embodiment, the
(2)ブレード8の翼弦方向寸法Lnと翼弦長Lcとの比Ln/Lcの範囲
次に、図9は上述したブレード8(図5、図8)の前縁部31から負圧面29の最大反り位置Pnの翼弦方向寸法Lnと翼弦長Lcとの比Ln/Lcを変化させた場合の遠心送風機1の比騒音を測定した結果を示している。
(2) Range of the ratio Ln/Lc of the chord direction dimension Ln of the
上述した如くブレード8の前縁部31から正圧面28の最大反り位置Ppまでの翼弦方向寸法Lpと、前縁部31から負圧面29の最大反り位置Pnまでの翼弦方向寸法Lnの関係をLp<Lnとすることで、遠心送風機1の送風音を低減することが可能となる。しかしながら、ブレード8の負圧面29の最大反り位置Pnが前縁部31に近すぎると、回転方向反対側で隣接するブレード8(図8の向かって左側)の正圧面28の最大反り位置Pp及びその付近の凹曲面41で曲げられた主流39、37が最大反り位置Pnを通り過ぎてしまい、再付着し難くなる。逆に最大反り位置Pnが後縁部32に近すぎると、再付着点34が後縁部32に近くなって剪断層域38が拡大されてしまう。
As described above, the relationship between the chordwise dimension Lp from the leading
以上の如き理由で、翼弦方向寸法Lnと翼弦長Lcとの比Ln/Lcを変化させた場合、比騒音は図9に示す如く、比Ln/Lcが略0.4で最も小さくなり、その前後で大きくなる傾向を示す。そこで、実施例では従来の遠心送風機の比騒音よりも低い所定の許容値Z1(図9)を設定し、比騒音がこの許容値Z1以下となる0.2以上、0.62以下の範囲に翼弦方向寸法Lnと翼弦長Lcとの比Ln/Lcを設定している(0.2≦Ln/Lc≦0.62)。これにより、的確に剥離泡36を縮小させて、遠心送風機1の低騒音化を図ることが可能となる。
For the above reasons, when the ratio Ln/Lc between the chordwise dimension Ln and the chord length Lc is changed, the specific noise becomes the smallest when the ratio Ln/Lc is approximately 0.4, as shown in FIG. , shows a tendency to increase before and after that. Therefore, in the embodiment, a predetermined tolerance value Z1 (Fig. 9) lower than the specific noise of the conventional centrifugal blower is set, and the specific noise is set in the range of 0.2 or more and 0.62 or less, where the specific noise is less than this tolerance value Z1. The ratio Ln/Lc between the chord direction dimension Ln and the chord length Lc is set (0.2≦Ln/Lc≦0.62). This makes it possible to accurately reduce the size of the separation bubbles 36 and reduce the noise of the
尚、図10は上述したブレード8(図5、図8)の前縁部31から正圧面28の最大反り位置Ppの翼弦方向寸法Lpと翼弦長Lcとの比Lp/Lcを変化させた場合の遠心送風機1の比騒音を測定した結果を示している。この図からも明らかな如く、比Lp/Lcが小さくなる程、即ち、正圧面28の最大反り位置Ppが前縁部31に近づく程、比騒音は小さくなり、0.4以下では略変化しなくなる傾向となる。
In addition, FIG. 10 shows the ratio Lp/Lc between the chord direction dimension Lp of the maximum warp position Pp of the
一方、比Ln/Lcが小さい範囲、即ち、負圧面29の最大反り位置Pnが前縁部31に近づくと、それよりも正圧面28の最大反り位置Ppが前縁部31に近くなるので、図10の如く比騒音は殆ど変化しなくなる。また、正圧面28の最大反り位置Ppが前端部31に近づき過ぎると、正圧面28の滑らかに連続する凹面形状を形成することが難しくなるので、比Ln/Lcは、0.4≦Ln/Lc≦0.5の範囲に設定することが好ましい。その場合には、比Lp/Lcはそれより小さい範囲、即ち、0.5に近いがそれより小さい値を最大値とし、0.4より小さい値を最小値とする適切な範囲に設定することになる。これにより、遠心送風機1の送風音をより効果的に低減させることができる。
On the other hand, in a range where the ratio Ln/Lc is small, that is, when the maximum warpage position Pn of the
(3)ブレード8の最大反り高さHと翼弦長Lcとの比H/Lcの範囲
次に、図11は上述したブレード8(図5、図8)の最大反り高さH(最大反り位置Pnで最大となる垂線Mnの寸法)と翼弦長Lcとの比H/Lcを変化させた場合の遠心送風機1の比騒音を測定した結果を示している。
(3) Range of ratio H/Lc between maximum warpage height H of
上述した如くブレード8の前縁部31から正圧面28の最大反り位置Ppまでの翼弦方向寸法Lpと、前縁部31から負圧面29の最大反り位置Pnまでの翼弦方向寸法Lnの関係をLp<Lnとすることで、遠心送風機1の送風音を低減することが可能となる。しかしながら、ブレード8の負圧面29の反りが多きすぎると、ブレード8の正圧面28と、それの回転方向側に位置するブレード8(図8の向かって右側)の負圧面29との間の間隔が狭くなり、ブレード8、8間内部を通過する空気の流速が増加する。
As described above, the relationship between the chordwise dimension Lp from the leading
このタイプの遠心送風機における流体騒音は、Lighthillの理論から流速の6乗に比例して増加することが知られている。このことから、ブレード8、8間内部の流速が増加することで、発生する騒音も増加してしまうことになる。逆に負圧面29の反りが小さすぎると、回転方向反対側で隣接するブレード8(図8の向かって左側)の正圧面28の最大反り位置Ppで曲げられた主流37が回転方向側のブレード8(図8の向かって右側)の負圧面29に再付着する点(再付着点34)が後縁部32側に寄り、剪断層域38が拡大することになる。
It is known from Lighthill's theory that fluid noise in this type of centrifugal blower increases in proportion to the sixth power of the flow velocity. Therefore, as the flow velocity inside the
以上の如き理由で、最大反り高さHと翼弦長Lcとの比H/Lcを変化させた場合、比騒音は図11に示す如く、比H/Lcが0.25付近で最も小さくなり、その前後で大きくなる傾向を示す。そこで、実施例では比騒音が前述した許容値Z1(図11)以下となる0.18以上、0.35以下の範囲に最大反り高さHと翼弦長Lcとの比H/Lcを設定している(0.18≦H/Lc≦0.35)。これにより、流速の増加と剪断層域38の拡大による騒音を効果的に抑制することができるようになる。
For the above reasons, when the ratio H/Lc between the maximum warp height H and the blade chord length Lc is changed, the specific noise becomes the lowest when the ratio H/Lc is around 0.25, as shown in Fig. 11. , shows a tendency to increase before and after that. Therefore, in the embodiment, the ratio H/Lc of the maximum warp height H to the blade chord length Lc is set in a range of 0.18 or more and 0.35 or less, where the specific noise is below the above-mentioned allowable value Z1 (Fig. 11). (0.18≦H/Lc≦0.35). This makes it possible to effectively suppress noise caused by an increase in flow velocity and an expansion of the
(4)ブレード8の最大反り厚みTと翼弦長Lcとの比T/Lcの範囲
次に、図12は上述したブレード8(図5、図8)の最大反り厚みT(最大反り位置Pnを通る翼弦線Lの平行線Wnと最大反り位置Ppを通る翼弦線Lの平行線Wpとの間の距離)と翼弦長Lcとの比T/Lcを変化させた場合の遠心送風機1の比騒音を測定した結果を示している。尚、図12は最大反り高さHを固定し、最大反り厚みTを変更している。
(4) Range of the ratio T/Lc between the maximum warp thickness T of the
上述した如くブレード8の前縁部31から正圧面28の最大反り位置Ppまでの翼弦方向寸法Lpと、前縁部31から負圧面29の最大反り位置Pnまでの翼弦方向寸法Lnの関係をLp<Lnとすることで、遠心送風機1の送風音を低減することが可能となる。しかしながら、ブレード8の正圧面28の最大反り位置Ppと負圧面29の最大反り位置Pnの間の反り方向の距離が小さすぎると、ブレード8の正圧面28と、それと回転方向側で隣接するブレード8(図8の向かって右側)の負圧面29との間の間隔が大きくなり、前縁部31の剥離点33で剥離した気流が負圧面29で再付着する点(再付着点34)が後縁部32側に寄りすぎるようになる。
As described above, the relationship between the chordwise dimension Lp from the leading
そのため、剥離泡36が大きくなり、剪断層域38が拡大してブレード8、8間内部の乱れが増大し、騒音が増加する。逆に反り方向の距離が大きすぎると、ブレード8の正圧面28と、それの回転方向側に位置するブレード8(図8の向かって右側)の負圧面29との間の間隔が狭くなり、ブレード8、8間内部を通過する空気の流速が増加する。流速が増加すると、前述したLighthillの理論により、発生する騒音も増加してしまうことになる。
Therefore, the separation bubbles 36 become larger, the
以上の如き理由で、最大反り厚みTと翼弦長Lcとの比T/Lcを変化させた場合、比騒音は図12に示す如く、比T/Lcが0.09付近で最も小さくなり、その前後で大きくなる傾向を示す。そこで、実施例では比騒音が前述した許容値Z1(図11)以下となる0.035以上、0.14以下の範囲に最大反り厚みTと翼弦長Lcとの比T/Lcを設定している(0.035≦T/Lc≦0.14)。これにより、剪断層域38の拡大と流速の増加による騒音を効果的に抑制することができるようになる。
For the above reasons, when the ratio T/Lc between the maximum warpage thickness T and the blade chord length Lc is changed, the specific noise becomes the smallest when the ratio T/Lc is around 0.09, as shown in FIG. It shows a tendency to increase before and after that. Therefore, in the embodiment, the ratio T/Lc of the maximum warpage thickness T and the blade chord length Lc is set in a range of 0.035 or more and 0.14 or less, where the specific noise is below the above-mentioned allowable value Z1 (Fig. 11). (0.035≦T/Lc≦0.14). This makes it possible to effectively suppress noise caused by expansion of the
(5)ブレード8の翼入口角β1の範囲
また、前述したブレード8の翼入口角β1(図7)が大きい場合、ブレード8、8間に流入する空気の流入角と翼入口角β1との差が大きいため、ブレード8の前縁部31での剥離が大きくなり、騒音が大きくなる。逆に翼入口角β1が小さい場合、ブレード8、8間に流入した空気が流入してから流出するまでの転向が大きくなり、やはり騒音が大きくなる。
(5) Range of the blade inlet angle β1 of the
そこで、実施例ではブレード8の翼入口角β1を、65°≦β1≦85°の範囲に設定している。この範囲は比騒音が前述した許容値Z1以下となる適正範囲であり、実験により求めたものである。これにより、ブレード8、8間に流入した空気の流れを最適な状態に制御し、より確実に低騒音化を図ることができるようになる。
Therefore, in the embodiment, the blade inlet angle β1 of the
(6)ブレード8の翼出口角β2の範囲
更に、前述した翼出口角β2(図7)が大きい場合、ブレード8、8間の空気流は再付着できるものの、ブレード8、8の間隔が小さくなるため、流出速度が増大し、それによって、騒音が大きくなる。逆に翼出口角β2が小さい場合、ブレード8、8間の空気流は再付着し難くなり、剪断領域38が拡大して乱れによる騒音が大きくなる。
(6) Range of the blade exit angle β2 of the
そこで、実施例ではブレード8の翼出口角β2を、145°≦β2≦165°の範囲に設定している。この範囲は比騒音が前述した許容値Z1以下となる適正範囲であり、実験により求めたものである。これにより、ブレード8、8間における空気流の流出速度を最適な範囲に制御しつつ、剪断層域38を縮小して、より確実に低騒音化を図ることができるようになる。
Therefore, in the embodiment, the blade exit angle β2 of the
尚、実施例では車両用空調装置に設けられる遠心送風機で本発明を説明したが、それに限らず、各種機器に搭載される遠心送風機に本発明は有効である。 In the embodiments, the present invention has been described using a centrifugal blower installed in a vehicle air conditioner, but the present invention is not limited thereto, and is effective for centrifugal blowers installed in various types of equipment.
1 遠心送風機
2 電動モータ
3 ファン
7 回転軸
8 ブレード
28 正圧面
29 負圧面
31 前縁部
32 後縁部
1
Claims (8)
前記各ブレードは、
前記ファンの回転方向に位置する凹面形状の正圧面と、
前記回転方向とは反対側に位置する凸面形状の負圧面と、
前記ファンの半径方向内側の端部に位置する前縁部と、
前記半径方向外側の端部に位置する後縁部と、を備え、
少なくとも前記負圧面は、滑らかに連続する凸面形状とされており、
前記前縁部と後縁部とを結ぶ線分である翼弦線Lから前記正圧面に垂線Mpを引いた場合に、当該垂線Mpの寸法が最大となる前記正圧面の位置を最大反り位置Pp、
前記翼弦線Lから前記負圧面に垂線Mnを引いた場合に、当該垂線Mnの寸法が最大となる前記負圧面の位置を最大反り位置Pn、
前記前縁部から前記最大反り位置Ppまでの翼弦方向寸法をLp、
前記前縁部から前記最大反り位置Pnまでの翼弦方向寸法をLnとした場合、Lp<Lnの関係とされていることを特徴とする遠心送風機。 A centrifugal blower comprising a fan in which a plurality of blades are arranged in a ring, the fan rotating around a rotation axis,
Each of the blades is
a concave positive pressure surface located in the rotational direction of the fan;
a convex negative pressure surface located on the opposite side to the rotation direction;
a leading edge located at a radially inner end of the fan;
a trailing edge located at the radially outer end;
At least the negative pressure surface has a smoothly continuous convex shape,
When a perpendicular line Mp is drawn from the chord line L, which is a line segment connecting the leading edge and the trailing edge, to the pressure surface, the position of the pressure surface where the dimension of the perpendicular Mp is maximum is defined as the maximum warp position. Pp,
When a perpendicular line Mn is drawn from the chord line L to the suction surface, the position of the suction surface where the dimension of the perpendicular line Mn is maximum is the maximum warping position Pn,
The chord direction dimension from the leading edge to the maximum warp position Pp is Lp,
A centrifugal blower characterized in that, where Ln is a dimension in the chord direction from the leading edge to the maximum warp position Pn, the relationship Lp<Ln holds.
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