JPH0596738U

JPH0596738U - 渦発生器の軸流羽根構造

Info

Publication number: JPH0596738U
Application number: JP296491U
Authority: JP
Inventors: 士慶楊
Original assignee: 財団法人工業技術研究院
Priority date: 1991-01-31
Filing date: 1991-01-31
Publication date: 1993-12-27

Abstract

(57)【要約】【目的】軸流羽根に対して内側，外側および垂直参考
面を仮定することで軸流羽根の幾何学的な構造を数式に
より算出する。【構成】外径Ｒ₁を有し、一端に噴射リング面（１
０）を設けた燃料噴射管（１）と、この燃料噴射管
（１）を遊挿し、内径Ｒ₂の給気管（２）と、燃料噴射
管（１）の外周面から直径方向へ平行かつ所定の曲率で
軸方向へ湾曲した複数の軸流羽根（５）とを備える渦発
生器において、各軸流羽根（５）に対して内側，外側お
よび垂直参考面Ｃ，Ｄ，Ｅを仮定し、内側ライン５０お
よび外側ライン５１を分割してｘｙ座標に変換すること
で、湾曲面５４の平面展開形状を得ることを特徴とす
る。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

この考案は、渦発生器の軸流羽根構造に関し、特に、燃焼器に使用されて燃焼室に必要な渦気流を発生する渦発生器の軸流羽根構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】

従来の渦発生器において、軸流羽根を備えたものは各種存在したが、長方形の羽根形状となったもので大部分であったとともに、羽根の形状および曲率を決定する際、試作品を風洞実験などにより性能テストして、期待される結果が得られたものを製品化していた。そして、製品化にあたっては、結果が良好な試作品を解体して羽根の形状および曲率を実測により測定し、軸流羽根など必要な部品を製作していた。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら、試作品をいちいち解体するのは面倒であったとともに、解体時に発生する軸流羽根の変形等により正確な測定値が得にくいという問題点があった。

【０００４】

【課題を解決するための手段】

この考案は、軸流羽根の内側ライン及び外側ラインを内側，外側および垂直参考面を仮定することで数量計算し、平面状に展開した内側および外側参考面から軸流羽根の平面展開形状を得ることを主要な特徴とする。渦発生器を解体することなく、軸流羽根の幾何学的な形状を正確に算出するという目的を、三種類の参考面を仮定することで簡単に実現した。

【０００５】

【実施例】

図１から図３において、この考案にかかわる渦発生器は、内部が中空な円筒状で燃料Ａを黒い矢印方向へ噴射する燃料噴射管１と、この燃料噴射管１を同心状かつ回転自在に遊挿して空気Ｂを白い矢印方向へ供給する給気管２と、燃料噴射管１の図１および図２左側で軸線に対して垂直となるように形成した噴射リング面３と、給気管２の噴射リング面３寄りに設けた漏斗状のディフューザ部４と、燃料噴射管１の外周面に直径方向へそれぞれ突出し、お互いに平行かつ所定の曲率で軸方向へ湾曲した複数の軸流羽根５，５…を備えている。そして、燃料噴射管１が外径Ｒ₁を、給気管２が内径Ｒ₂（正確には軸流羽根５の外径、以下同じ）を有するとともに、これら外径Ｒ₁および内径Ｒ₂は、燃焼に必要な燃料流量および空気流量に基づいて設定される。

【０００６】図１および図４において、この考案の本実施例にかかわる一枚の軸流羽根５は、燃料噴射管１の外周面に所定の曲率で固定される内側ライン５０と、給気管２の内周面に対して接触しない程度にぎりぎりまで近接するとともに所定の曲率を有する外側ライン５１と、空気Ｂの吹出し側となる吹出し辺５２と、空気Ｂの進入側となる風切り辺５３と、平面展開形状が円弧状であり、吹出し辺５２から風切り辺５３の間において一定の曲率で湾曲する湾曲面５４とを備えるとともに、内側ライン５０および外側ライン５１が吹出し辺５２にそれぞれ公差する点を内側点Ｐ₁および外側点Ｐ₂としている。

【０００７】図４において、軸流羽根５の立体的な構造を幾何学的に確定するために、内側点Ｐ₁において燃料噴射管１の外周面に接触する内側参考面Ｃと、外側点Ｐ₂において内側参考面Ｃに平行となるように配置される外側参考面Ｄと、燃料噴射管１の軸心線Ｌ−Ｌを通り、内側参考面Ｃに対して垂直となる平面状の垂直参考面Ｅとを仮定する。なお、内側参考面Ｃおよび外側参考面Ｄは図示では平面状となっているが、いずれも外径Ｒ₁および内径Ｒ₂に沿った円筒周面状のそり面となっている。

【０００８】図５と図６とにおいて、内側参考面Ｃ上の内側ライン５０が、曲率半径ｒ₁を有し、曲率中心Ｏに中心角αを有するとすると、外側参考面Ｄ上の外側ライン５１は、曲率半径ｒ₂を有するとともに、曲率中心における中心角は同じくαとなる。これは、内側ライン５０および外側ライン５１が同一の出口角αを有するためで、この関係において、ｒ₂＝ｒ₁×（Ｒ₂／Ｒ₁）が成立し、曲率半径ｒ₁を測定することにより曲率半径ｒ₂が得られる。

【０００９】図７において、内側ライン５０の幾何学的な形状を把握しやすくするために、図５に示した扇形を連続したＮ個の小扇形に等分する。つまり、中間角αをＮ等分して、それぞれ△α₁，△α₂，△α₃，…，△α_n（△α₁＝△α₂＝△α ₃ ＝…＝△α_n＝α／Ｎ）とし、内側ライン５０上の分割点をＥ₁，Ｅ₂，Ｅ₃ ，…，Ｅ_n-1，Ｅ_nとすると、各扇形の円弧の横長さはＨ１₁，Ｈ１₂，Ｈ１₃ ，…，Ｈ１_nとなるとともに、Ｈ１₁＝Ｈ１₂＝Ｈ１₃…＝Ｈ１_n＝Ｈ１となる。そして、外側ライン５１についても、図示していないが、同様にＨ２₁，Ｈ２ ₂ ，Ｈ２₃，…Ｈ２_n（Ｈ２₁＝Ｈ２₂＝Ｈ２₃＝…Ｈ２_n＝Ｈ２）で各小扇形の円弧の横長さが表される。そこで、Ｎの値を十分に大きくとりＨ１で表される横長さを直線に近いものにすると、Ｈ１_n＝２ｒ₁×sin （△α_n／２）＝２ｒ₁×sin （α／２Ｎ）によりＨ１_nが算出できる。

【００１０】同様にＨ２_nをＨ２_n＝２ｒ₂×sin （α／２Ｎ）により算出する。

【００１１】次に、（ラインＯＰ₁に垂直な）垂直参考面Ｅ（図４を参照）に基づいて内側ライン５０の分割点Ｅ₁，Ｅ₂，Ｅ₃，…，Ｅ_n間の各縦長さをＹ１₁，Ｙ１₂ ，Ｙ１₃，…Ｙ１_nとすると、

【００１２】

【数２】

【００１３】で、Ｙ１が求められる。図７と図８とにおいて、内側ライン５０の第ｎ番目の分割点Ｅ_nと内側点Ｐ₁ を通る水平面Ｆとの距離をＤ１_nと定義し、同一分割点Ｅ_nの垂直参考面Ｅからの距離をＴ１_nと定義すると、Ｔ１_n1は、

【００１４】

【数３】

【００１５】で求められ、Ｄ１_n1は数式４で求められる。

【００１６】

【数４】

【００１７】同様に、図示していないが、外側ライン５１の第ｎ番目の分割点Ｅ_nと外側点Ｐ₂を通る水平面Ｆとの距離をＤ２_nと定義し、同一分割点Ｅ_nの垂直参考面からの距離をＴ２_nと定義すると、Ｔ２_n1は、

【００１８】

【数５】

【００１９】で求められ、Ｄ２_nは、

【００２０】

【数６】

【００２１】で求められる。以下、図１から図８において、実際に軸流羽根５の幾何学的な形状を算出する手順を説明すると、ステップ（Ａ）〜（Ｈ）に分けられる。

【００２２】ステップＡ：燃焼に必要な燃料および空気の流量から燃料噴射管１の外径Ｒ₁ および給気管２の内径Ｒ₂を求める。

【００２３】ステップＢ：必要とする渦数に基づいて軸流羽根５の出口角を決定する。ステップＣ：軸流羽根５の幾何学的な形状が十分なめらかなものとなるようにＮの値を設定する。

【００２４】ステップＤ：軸流羽根５の内側ライン５０について適切な曲率半径ｒ₁を設定し、数式１により、外側ライン５１の曲率半径ｒ₂を求める。

【００２５】ステップＥ〜Ｆ：軸流羽根５の形状を確定するために、前記Ｄ１_n，Ｄ２_nを数式２〜８で算出する。

【００２６】ここで、この計算を具体的な数値を決めて計算してみる。Ｒ₁＝４８mm、Ｒ₂ ＝９４mm、ｒ₁＝７５mmとすると、数式１からｒ₂＝１５０mmとなり、中心角α ＝５９°、△α＝５°として、前記Ｈ１，Ｈ２，Ｄ１_n，Ｄ２_n（ｎ＝１，２，３，…，１１）を数式２〜８を使って計算すると、以下の結果を得た。

【００２７】Ｈ１＝６．６Ｈ２＝１２．８Ｄ１₁＝０．００３Ｄ２₁＝０．００８Ｄ１₂＝０．０３Ｄ２₂＝０．０７Ｄ１₃＝０．１２Ｄ２₃＝０．２９Ｄ１₄＝０．３３Ｄ２₄＝０．８２Ｄ１₅＝０．７４Ｄ２₅＝１．８３Ｄ１₆＝１．４４Ｄ２₆＝３．６Ｄ１₇＝２．５４Ｄ２₇＝６．３６Ｄ１₈＝４．２０Ｄ２₈＝１０．６Ｄ１₉＝６．６０Ｄ２₉＝１６．９Ｄ１₁₀＝９．９０Ｄ２₁₀＝２６．６Ｄ１₁₁＝１４．７Ｄ２₁₁＝４３．１結果に基づいて以下のステップＧ，Ｈを進行させる。

【００２８】ステップＧ：Ｈ１_i＝ｎ×Ｈ１およびＲ１−Ｄ１_n（ｎ＝１，２，３，…，１１）を横座標および縦座標とすると、内側ライン５０のｘｙ座標が確定され、Ｈ２_i＝ｎ×Ｈ２およびＲ₂−Ｄ２_n（ｎ＝１，２，３，…，１１）を横座標および縦座標とすると、外側ライン５１のｘｙ座標が確定される。

【００２９】図９において、ステップＧで得られた軸流羽根５の平面展開形状（一具体例）を示す。

【００３０】ステップＨ：図９に示す軸流羽根５は、平面に展開された形状を示しているので、内側ライン５０および外側ライン５１の曲率半径ｒ₁，ｒ₂が前記外径Ｒ₁ 及び内径Ｒ₂と一致するように湾曲面５４を湾曲成形して、軸流羽根５の最終的な構成を完成する。

【００３１】

【考案の効果】

この考案は、軸流羽根の内側ラインを内側，外側および垂直参考面を仮定することで数量計算により、平面形状を得るので、渦発生器を分解することなく軸流羽根の立体形状を正確に算出することができる。つまり、従来、実測に頼っていた煩雑な形状確定作業をコンピュータによる数量計算により短時間で簡単に完了することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】軸流羽根を取り付けた渦発生器を示す部分破断
表示の斜視図である。

【図２】軸流羽根を有する渦発生器を示す断面図であ
る。

【図３】軸流羽根および燃料噴射管を示す正面図であ
る。

【図４】軸流羽根に対して３枚の参考面を仮定した状態
を示す説明図である。

【図５】内側ラインの曲率半径を示す説明図である。

【図６】外側ラインの曲率半径を示す説明図である。

【図７】内側ラインを分割して状態を示す説明図であ
る。

【図８】内側ラインの垂直参考面から距離を示す説明図
である。

【図９】軸流羽根の平面展開形状の一具体例を示す説明
図である。

【符号の説明】

１燃料噴射管２給気管３噴射リング面４ディフューザ部５軸流羽根Ａ燃料Ｂ空気Ｃ内側参考面Ｄ外側参考面Ｅ垂直参考面Ｐ₁ 内側点Ｐ₂ 外側点５０内側ライン５１外側ライン５２吹出し辺５３風切り辺５４湾曲面

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】外径Ｒ₁を有し、その一端に噴射リング
面を設けた円筒状の燃料噴射管と、内径Ｒ₂を有し、燃
料噴射管を同心状に遊挿して噴射リング面側にディフュ
ーザ部を設けた円筒状の給気管と、燃料噴射管の外周面
から直径方向へそれぞれ突出され、互いに平行かつ所定
の曲率で軸方向へ湾曲した複数の軸流羽根とを備えると
ともに、ディフューザ部で燃焼室と連絡されて、燃焼室
に必要な渦気流を発生する渦発生器において、各軸流羽根が、それぞれ燃料噴射管の外周面に対して直
径方向へ固定されることにより形成される内側ライン
と、給気管の内周面に対して直径方向から近接する外側
ラインを備えるとともに、各軸流羽根が、内側ラインのディフューザ部側の内側点
Ｐ₁および外側ラインの外側点Ｐ₂を含む吹出し辺から
所定の曲率で軸方向へ湾曲した湾曲面を風切り辺へと延
設し、かつ当該湾曲面が内側ラインに曲率半径ｒ₁を、
外側ラインに曲率半径ｒ₂をそれぞれ有することで、（Ａ）必要な燃料および空気の流量に基づいて、燃料噴
射管の外径Ｒ₁及び給気管の内径Ｒ₂を決定するステッ
プと、（Ｂ）各軸流羽根の内部ラインについて適切な曲率半径
ｒ₁を設定した後、外部ラインの曲率半径ｒ₂をｒ₂＝ｒ₁×（Ｒ₂／Ｒ₁）より算出するステップと、（Ｃ）必要な渦数Ｓに基づき各軸流羽根の出口角を設定
するステップと、（Ｄ）内側点Ｐ₁において燃料噴射管の外周面に当接す
る内側参考面および外側点Ｐ₂において内側参考面に対
して平行となる外側参考面を仮定するステップと、（Ｅ）各軸流羽根の内側ラインおよび外側ラインをそれ
ぞれＮ個の連続した小扇形に均等分割して、曲率中心で
中心角αをＮ分割する角度とすると、内側ラインの分割
された長さＨ１および外側ラインの分割された長さＨ２
を有することになるので、Ｈ１＝２ｒ₁×sin （α／２Ｎ）Ｈ２＝２ｒ₂×sin （α／２Ｎ）で算出するステップと、（Ｆ）内側参考面の内側ラインの第ｎ番目の距離をＤ１
_nで表し、外側参考面の第ｎ番目の距離をＤ２_nで表し
て、【数１】により算出するステップと、（Ｇ）平面状に展開された内側参考面上の内側ラインに
ついてＮ個の並列した分割点が、ｎ×Ｈ１およびＲ１−
Ｄ１_n（ｎ＝１，２，３，…，ｎ）によりそれぞれ横座
標および縦座標として定義されるステップと、（Ｆ）以上のようにして得られる各湾曲面の平面展開状
を内側ラインおよび外側ラインの各曲率半径ｒ₁，ｒ₂
が外径Ｒ₁および内径Ｒ₂に一致するように湾曲し、最
終形状として成形するステップとによって各軸流羽根の
構造を完成する渦発生器の軸流羽根構造。
【請求項２】上記軸流羽根が、互いに２０°〜４５°
望ましくは３０°角度の重なり角度を有することを特徴
とする請求項１記載の渦発生器の軸流羽根構造。
【請求項３】上記軸流羽根が、その湾曲面を平面展開
した形状を円弧とすることを特徴とする請求項１記載の
渦発生器の軸流羽根構造。