JPH0512559B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は空気調和機等に使用される軸流フア
ン、特にその低騒音化に関するものである。

〔従来の技術〕

第７図は特開昭54−115212号に公報に示された
従来の軸流フアンの平面図、第８図はその−
断面図、第９図はＹ−Ｙ断面図である。図におい
て、１は軸流フアン、１ａは羽根１の圧力面、１
ｂは羽根１の負圧面、２は半径方向断面における
極大、極小点、３は極大、極小点２を連ねた曲
線、４は羽根１の外周面に形成される翼端部、５
は羽根１の中心部に接続するボス、６は軸流フア
ンの回転軸、７は風の吸込み流れ、７ａは外側か
らの風の流れ、８は圧力面１ａから負圧面１ｂへ
の風の漏れ流れである。

上記のように構成された軸流フアンにおいて
は、ボス５に取付けられた羽根１が矢印Ｚの方向
に回転することにより、風の吸込み流れ７が発生
する。このとき第８図に示す羽根１の前縁部１ｃ
に近い−断面では、吸込み側９に凸の形状を
しているものの、羽根１の翼端部４が吸出し側１
０に大きく傾斜しているため、羽根１の負圧面１
ｂ上に発達する境界層は遠心力により厚くなつて
羽根面上で不安定化し、速度の乱れが増加する。
そして前縁部１ｃ付近では風の吸込み流れ７も外
側から流入する風の流れ７ａの量が多く、第８図
のような羽根断面であは羽根１の翼端部４の部分
で流れが剥離し、騒音が増加する。

また第９に示す後縁部１ｄに近いＹ−Ｙ断面で
は、反対に吹出し側１０に凸の形成になつている
ので、静圧がかかつた時圧力面１ａから負圧面１
ｂへの風の漏れ流れ８が増大し易い。そのため、
静圧が多少でも増加すると翼端部４では急激に仕
事をしなくなり、ついには吹出し側１０から吸込
み側９に流れが逆流する現象に陥り易く、騒音が
急激に増大する性質を持つ。

これらの原因は極大、極小点２を連ねた曲線３
が前縁部１ｃから始まり、後縁部１ｄで終つてお
り、羽根１の翼端部４を通過していないからであ
ると推定される。

〔発明が解決しようとする問題点〕

以上のように従来の軸流フアンは、羽根１の前
縁部１ｃでは境界層が発達し易いため乱流に遷移
し易く、翼端部４では流れが剥離し易いため、騒
音レベルが高く、また後縁部１ｄでは静圧の上昇
に伴い翼端失速になり易くて、高負荷に耐えるこ
とができず、騒音が急激に増大するなどの問題点
があつた。

この発明は上記のような問題点を解消するため
になされたもので、軸流フアンから発生する騒音
を低減させるとともに高静圧まで翼端失速を起こ
さず、かつ低騒音の有効動作領域が広い軸流フア
ンを得ることを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明に係る軸流フアンは、羽根の半径方向
を断面形状を全て吸込み側に凸の形状とし、その
断面の極大点を連ねる曲線が、羽根のボス部およ
び翼端部を通過し、羽根の１回転軸と適交する面
を基準として、前縁部付近の羽根面が吸込み側に
傾斜し、後縁部付近の羽根面が吹出し側に傾斜す
るような羽根の形状としたものである。また、こ
の発明の別の発明に係る軸流フアンは、羽根の半
径方向の断面形状を全て吸込み側に凸形状とし、
その断面の極大点を連ねる曲線が、羽根のボス部
および翼端部を通過するようにし、かつ羽根を軸
方向から見た平面図において、翼長が最大になる
半径位置における羽根間のピツチ角をθt、翼長角
をθsとしたとき、θs／θtが0.42〜0.83の範囲であ
るようにしとものである。

〔作用〕

この発明の軸流フアンにおいては、従来のもの
と同様に羽根の回転によつて風の吹込み流れが発
生するが、この場合羽根の半径方向の断面形状
は、前縁部付近の流れに対して境界層を薄くする
とともに、外側からの風の流れに対して抵抗にな
り難い。また後縁部近くの流れに対しては、圧力
面から負圧面への漏れ流れを抑制する。このため
騒音が低くなり、静圧がかかつた状態においても
騒音が増加しない。また、この発明の別の発明の
軸流フアンにおいては、上記発明の作用に加え
て、臨界損失係数が大きくなり、フアンを高静圧
を、動作でき、有効動作領域を広げることができ
る。

〔発明の実施例〕

以下、この発明の一実施例を図について説明す
る。第１図はこの発明の一実施例による軸流フア
ンの平面図、第２図はその羽根の半径方向のＡ〜
Ｖ断面を重ね合わせた断面図であり、図におい
て、第７図ないし第９図と同一符号は同一または
相当部分を示す。１１は羽根１の吸込み側９に凸
の形状となる半径方向断面の極大点、１２は半径
方向断面の極大点を連ねた曲線、１２ａは第２図
において各断面の極大点１１を連ねた曲線、αは
曲線１２ａの回転軸６に対する平均的な角度、θs
は翼長が最大となる半径位置における翼長の軸に
対する角度、θtは羽根１間の軸に対するピツチ角
度である。

羽根１は任意の半径方向の断面形状が吸込み側
９に凸の形状を有し、かつその断面の極大点１１
を連ねた曲線１２の始点がボス５部に、終点が翼
端部４にある形状を有している。

上記のように構成された軸流フアンにおいて
は、羽根１は半径方向の断面形状が吸込み側９に
凸の形状であり、羽根１の翼端部４から、ボス５
部まですべての半径の所で半径方向断面に極大点
１１が存在しているので、羽根１は曲線１２を境
に、回転軸６と適交する面を基準として、羽根面
が吸込み側９に傾斜している部分１ｅた、逆に吸
出し側１０に傾斜している部分１ｆとに分けられ
る。羽根面が吸込み側９に傾斜している部分１ｅ
は、羽根１の前縁部１ｃから羽根１のほぼ中央部
まで存在している。一般に薄板構造の羽根１の場
合、羽根の前縁部１ｃで流れは層流から乱流に遷
移し易い。そこで、前縁部１ｃ付近の羽根面に吸
込み側９の方向への傾斜を与えることにより、遠
心力の作用で境界層を圧縮して、境界層の層流か
ら乱流への遷移を遅らせることができ、羽根面上
の流れの乱れを抑制することができる。

しかし、羽根１の全体が吸込み側９に傾斜して
いると、静圧の上昇に伴い急激に騒音が増大す
る。すなわち、羽根１の吹出し側１０の圧力は高
く、吸込み側９は圧力が低いという羽根１の２面
性により、圧力面１ａと負圧面１ｂとが非常に近
い距離で存在する羽根１では、翼端部４におい
て、圧力面１ａから負圧面１ｂへと漏れ流れ８が
発生する。この漏れ流れ８により、羽根１の翼端
部４は空気に対して仕事をしなくなり、ついには
吹出し側１０から吸込み側９に逆流が発生し急激
に騒音が増大する。羽根面が吸込み側９へ傾斜す
ればするほど、圧力面１ａから負圧面１ｂへの漏
れ流れ８が発生しやすく、静圧上昇に伴い騒音が
急激に増加しやすい。

そこで本発明では、圧力面１ａから負圧面１ｂ
への漏れが多くなる羽根の中央部から後縁部１ｄ
にかけては、羽根面が吹出し側１０に傾斜してい
る部分１ｆによつて羽根１を構成している。特に
羽根１の後縁部１ｄに近い翼端部４では吹出し側
１０への傾斜角が大きく、圧力面１ａから負圧面
１ｂへの漏れ流れ８が発生し難くなつている。そ
の結果、多少静圧が上昇しても騒音は急激に増大
しない。

第３図に極大点１１を連ねた曲線１２の始点が
ボス５部で、終点となる翼端部４の位置が前縁か
ら1/15弦長の所に位置する羽根、前縁から1/3
弦長の所に位置する羽根、前縁から14/15弦長
の所に位置する羽根について、最小比騒音レベ
ルKsの値を示す。第３図より、極大点１１を連
ねた曲線１２によつて羽根面が２分割され、しか
も始点がボス５部、終点が翼端部４になるように
すれば、従来の軸流フアンと比べ充分比騒音レベ
ルが低い軸流フアンを得ることができることがわ
かる。

次に第２図の各方位角方向の半径方向断面を重
ね合わせた断面図において、極大点１１を連ねた
曲線１２ａの回転軸６に対する平均的な角度α
は、上記実施例では57゜であるが、この曲線１２
ａを直線で近似し、平均的な角度αの違いによる
空力騒音特性の影響を調べた結果が第４図に示さ
れている。第４図より、αが57゜のとき最も比騒
音レベルが低下するが、比騒音レベルの増加分
を、聴感的に許容できる音響エネルギが２倍にな
る3dBまで容認すれば、αの範囲を47〜65゜とし
ても充分比騒音レベルが低い軸流フアンを得るこ
とができる。

なお、第２図では羽根１の断面形状を線分で表
現しているが、実際の羽根１の断面形状はこの線
分を中心線として、上下方向に厚みをもつた形状
になる。

次に軸流フアンに静圧を印加すると、前述のよ
うに、翼端部４において圧力面１ａから負圧面１
ｂへの漏れ流れ８が発生するが、この流れは第５
図に示すように翼端部４で剥離し、翼端渦１３と
なつて翼間から吐出側へ流れ去る。この翼端渦１
３は羽根と羽根の間に存在するため、静圧が増加
すると増々発達し、実質的な羽根１間の流路幅１
４をより狭くする。このため隣接する羽根１の翼
端部４近くの流れは実質的に羽根１に対する抑え
角が増加したことになる。その結果羽根１の圧力
面１ａと負圧面１ｂの圧力差が更に増大し、翼端
渦１３より増強することになる。このような連鎖
反応により羽根１は翼端失速に陥り、騒音が急激
に増大する。

この翼端失速をできるだけ遅らせ、軸流フアン
の有効動作領域を拡大するためには、翼端渦１３
によつて羽根１間がブロツクされても、流路幅１
４を充分確保する必要がある。そこで第１図に示
すように、翼長が最大となる半径位置における羽
根ピツチ角θsの比であるブロツク係数θs／θtを変
更した直径30cmの羽根に関し特性試験を行つた。
ここで騒音が急激に増加し、羽根１が翼端失速状
態になつた時の風量、静圧をそれぞれQsm³／
min、Psmm／ｑとし、新たに臨界損失係数ε^* _s＝
Ps／Q²sを定義する。ε^* _sはフアンの動作ポイント
を示すパラメータで、この値が大きければ大きい
ほど、フアンは高静圧で動作し、有効動作領域が
広いことになる。

第６図に臨界損失係数ε^* _sとθs／θtの関係を示
す。第６図より、θs／θtが0.6前後で、ε^* _sは最大
となるものの、θs／θtを0.42〜0.83の範囲にすれ
ばε^* _s＝0.006以上の高負荷まで有効動作領域を広
げることができる。なおθs／θtが小さい領域でε^* _s
が減少しているのは、設計負荷が同一のため、θs
の減少により翼素負荷が急激に増加しているもの
と考えられる。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば、羽根の半径
方向の断面形状を吸込み側に凸の形状とし、その
断面の極大点を連ねた曲線の始点を羽根のボス部
に、曲線の終点を羽根の翼端部にしたため、騒音
が低く、しかも静圧がかかつた状態においても騒
音が増加し難いという効果がある。また羽根断面
が吸込み側に凸の形状をしているため、羽根の曲
げ強度が増大し、その分だけ羽根厚みを薄くで
き、コストを低減できる効果がある。

さらに従来の平板構造の羽根と異なり、羽根断
面が吸込み側に凸の形状になつているので、羽根
のプレス成形時において、スプリング・バツクが
大幅に減少し、成形精度の高い羽根を短時間で成
形することが可能になるなどの効果がある。ま
た、羽根を軸方向から見た平面図において、翼長
が最大になる半径位置における羽根間のピツチ角
をθt、翼長角をθsとしたとき、θs／θtが0.42〜
0.83の範囲であるようにすると、臨界損失係数が
大きくなり、フアンを高静厚で動作でき、有効動
作領域を広げることができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による軸流フアン
の平面図、第２図はその羽根の半径方向のＡ〜Ｖ
断面を重ね合わせた断面図、第３図は本実施例に
よる比騒音特性図、第４図は他の実施例による比
騒音特性図、第５図は翼端部近傍の最大翼長部に
おける羽根の断面図、第６図はブロツク係数の違
いによる臨界損失特性部、第７図は従来の軸流フ
アンの平面図、第８図はそのＸ−Ｘ断面図、第９
図はＹ−Ｙ断面図である。 各図中、同一符号は同一または相当部分を示
し、１は羽根、４は翼端部、５はボス、１１は極
大点、１２，１２ａは曲線である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 羽根の半径方向の断面形状が全て吸込み側に
   凸の形状を有し、かつその断面の極大点を連ねた
   曲線の始点が上記羽根のボス部に、上記曲線の終
   点が上記羽根の翼端部にあり、羽根の回転軸と直
   交する面を基準として、前縁部付近の羽根面が吸
   込み側に傾斜し、後縁部付近の羽根面が吹出し側
   に傾斜した羽根を備えたことを特徴とする軸流フ
   アン。 ２ 羽根の半径方向の断面を重ね合わせた断面図
   において、断面の極大点を連ねた曲線の回転軸に
   対する吸込み側からの平均的な角度が47〜65°の
   範囲であることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項に記載の軸流フアン。 ３ 羽根の断面の極大点を連ねた曲線の終点が、
   上記羽根の前縁から実質的に翼端長の1/3のとこ
   ろにあるように形成したことを特徴とする特許請
   求の範囲第１項または第２項記載の軸流フアン。 ４ 羽根を軸方向から見た平面図において、翼長
   が最大になる半径位置における羽根間のピツチ角
   をθt、翼長角をθsとしたとき、θs／θtが0.42〜
   0.83の範囲であることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項ないし第３項のいずれかに記載の軸流フ
   アン。 ５ 羽根の半径方向の断面を重ね合わせた断面図
   において、断面の極大点を連ねた曲線の回転軸に
   対する吸込み側からの平均点な角度が47〜65°の
   範囲であることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項ないし第４項のいずれかに記載の軸流フアン。