JPS61234328A - 高圧低温風洞 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は高圧低温状態で運転され、高いレイノルズ数
での実験を可能とした風洞に関し、送風機部分の取付強
度と断熱性との両立をはかるようにしたものである。

〔従来の技術〕

揚力や抗力、種々な形状の物体に働く力やそれらの物体
のまわりの流れを測定する場合、直接被測定体を用いて
測定することは困難であり、外乱も多いことから風洞を
用いて実験を行なうことが多い。

この風洞を用いる実験で超高速状態に対応したで測定し
ようとすると、風洞内の流体の流速（Ｖ）を増大するに
は大きな送ｆｆｉ機等を必要とすることから限界があり
、代表直径りを大きくすることも風洞の大きさにより上
限があり、動粘性係数（ν）を小さくすることが有効で
ある。

このため流体を高圧低温にすることが考えられ、最高圧
力を８８ｔＩｌｌ程度とし、最低温度を一１６０℃程度
として高いレイノルズ数を達成することが考えられてお
り、こうすることにより、実物より小形の風洞で実際よ
り低い流速で流れを等価にすることも可能となる。

このような高圧低温風洞では、高圧や低温に耐え得る強
度と実験準備として必要な予冷の短縮化、省資源化が必
要な条件とされる。

このため風洞として二種類の構造が考えられ、一つは風
洞の胴壁の外側に断熱材層を設ける外部断熱構造であり
、もう一つは胴壁の内側に断熱材層を設ける内部断熱構
造である。

前者の外部断熱構造では、胴壁が常に高圧低温の気流に
触れるため、胴壁を高圧容器とすることができ低温時の
強度も高いステンレス鋼板等で作らねばならず非常に高
価となるとともに、実験準備として行なう予冷に、風洞
内部のみならず胴壁を冷却するのに必要な多量の液体窒
素（ＬＮ２）を消費してしまい運転経費が高い。

そこで、後者の内部断熱構造が考えられ、胴壁の内面に
断熱材層を設けることで、胴壁を断熱して常温で耐圧容
器とし得る強度の普通鋼板を用いることを可能とすると
ともに、予冷の際、胴壁までも冷却する必要がなく、運
転経費を低減できる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

このよう、に内部断熱構造とすることで外部断熱構造の
欠点は解消できるのであるが、風洞として必要不可欠な
送風機を風洞内にいかに支持するかが大きな問題となり
、常温設計の胴壁に熱を伝えないよう断熱状態で強固に
設置することができない。

また、運転にともない熱収縮が起っても回転部分が固定
部分と干渉することなく心出し状態を確保することが難
しい。

この発明は上記従来技術に鑑みてなされたもので、送風
機等を強固に取付けることができるとともに、熱収縮の
′影響を受けずに運転ができ、構造が簡単で建設費も安
く信頼性も高い高圧低温風洞の提供を目的とするもので
ある。

〔問題点を解決するための手段〕

かかる目的を達成するこの発明は、胴壁に断熱材層が設
けられた複数の胴を連結して閉風路が形成され高圧低温
状態で運転される高圧低温風洞において、送風機が取付
けられる送風製胴を胴壁外面に断熱材層が設けられる外
部断熱構造とし、この送Ｊｉｌｌ胴の前後に連結される
胴の送風機胴側を外部断熱構造とするとともに他側を胴
壁内面に断熱材層が設けられる内部断熱構造とし、前記
冬用の外部断熱構造とされた部分を胴の中心を通る垂直
方向にのみ摺動可能に支持する支持部と胴の中心を通る
水平面で摺動可能に支持する支持部とを具えた支持機構
で偏心しないよう熱収縮可能に支持する一方、直線上に
配置された冬用を連結する連結部材を屈曲部で干渉しな
いよう位相をずらして取付けたことを特徴とするもので
ある。

（作用） 高圧低温風洞の送風製胴を外部断熱構造とじて送風機を
胴壁に強固に取付けることを可能とし、この送風製胴に
連結される胴は外部断熱構造と内部断熱構造とを混合し
た構造として送Ｆ！Ａ１１ｒＩ４や他の全ての内部断熱
構造の胴との連結を容易とし、また送風機等が熱収縮で
胴の中心から偏心しないよう上下方向だけ摺動するよう
支持する支持部と下端位置のみを規制する支持部とでな
る支持機構で外部断熱構造部分を支持するようにし、さ
らに、直線上に配置される冬用を連結する連結部材を位
相を変えて屈曲部で干渉しないようにして、構造の簡素
化、運転経費や建設費の低減および信頼性の向上をはか
っている。

〔実施例〕

以下この発明の一実施例を図面に基づき詳細に説明する
。

高圧低温風洞１０は、その平断面構造を表わす第１図の
ように、被測定体１′１が側方から入れられる測定胴１
２と、この下流側に連結され予冷用等の液体窒素（ＬＮ
、）注入管１３が挿通された拡散胴１４と、測定胴１２
の上流側に連結され整流金網１５が取付けられた縮流用
１６とモータ１７等で駆動される送風機１８が設置され
た送風機胴１９と、この送風機胴１９の上流側および下
流側にそれぞれ連結される上流側連結ＷＡ２０および下
流側連結胴２１と、これら容態を連結して閉風路を形成
する連結用の複数の中間胴２２とで構成されており、屈
曲するコーナ部分の各胴内には、整流用のコーナーベー
ン２３が設置しである。

これら高圧低温風洞１０を構成する測定胴１２、拡散胴
１４、縮流ｒＭ１６、および複数の中間胴２２はいずれ
も胴壁の内周面に断熱材層が設けられ、この断熱材層の
内周面に耐低温材であるステンレス薄板を配置した二重
壁とされた内部断熱構造としである。

一方、送風機胴１９と、これに連結される上流側および
下流側連結胴２０．２１は、第１図中の■部分を拡大し
た第２図に示すように、送風機胴１９が胴壁１９ａの外
周面に断熱材層２４が取付けられた外部断熱構造とされ
、上流側および下流側連結胴２０．２１は送風機胴１９
との連結側が外部断熱構造とされるとともに中間より他
端側が胴壁２０ａ、２１ａの内周面に断熱材層２４が取
付けられた内部断熱構造とされ、中間胴２２への連結が
容易となるようにしである。

送風機胴１９は送風機１８を駆動するため設けられるモ
ータ１７と連結される中間軸２５ができるだけ短くなる
よう風洞１０のコーナ部分に配置されている。この送風
機胴１９は低温にさらされるためステンレス鋼板で構成
され、上流内側に前置静１！１８ａが取付けられるとと
もに、中心部のボス１８ｂに中間軸２５を支持する機内
軸受２６が取付けである。

また、この送風機Ｊｉ１９はその中間部に、第３図に示
すように、外側に突き出してフランジ２７が一体に取付
けてあり、床面に立設された一対の支持脚２８の上端面
に７ランジ２７に形成した水平な摺動面２７ａが載置さ
れ、下端位置を規制するよう送風機胴１９を支持すると
ともに、送風機胴１９の下端部に位置決め棒２９が取付
けてあり、この位置決め棒２９を床面に取付けた受金３
０に嵌合することで上下方向のみに摺動可能に支持され
ている。

さらに、フランジ２７の円周方向等間隔に３個の連結用
の孔２７ｂが形成しである。

そして、乙のような送風機胴１９の胴壁１９ａ外周に断
熱材層２４が設けてあり、フランジ２７の孔２７ｂは断
熱材層２４より外側に位置するようになっている。

この送風機胴１９の上流側に連結される上流側連結胴２
０はステンレス鋼板を用い、はぼ直角に曲がった形状と
されており、送風機胴１９側が外部断熱構造とされ、途
中から内部断熱構造とされた段付状態となっている。そ
して、外部断熱構造とされた小径部２０ｂの中間部には
、ステンレス鋼板で作られた伸縮接手２０ｃが介装して
あり、コーナ部分には、整流用のコーナーベーン２３の
上下方向両端部が固定されている。

このコーナーベーン２３が取付けられた上流側連結胴２
０の支持構造は、第４図に示すように、胴壁２０ａにコ
ーナーベーン２．３の上下端部が溶接固定されており、
胴壁２Ｑａ自体は、その両側に突き出して取付けられた
一対のステー３１の水平な摺動面３１ａが床面に立設さ
れた一対の支持脚３２の上端面に載置され、下端位置の
みを規制するよう支持されている。また、胴壁２０ａの
下端部には、位置決め棒３３が突き出して取付けられ、
床面に設けられた受金３４に嵌合することで上下方向に
のみ摺動可能に上流側連結胴２０を支持するようになっ
ている。

このような送風様態１９および上流側連結胴２０の支持
構造で胴壁から突き出して形成しである水平な摺動面２
７ａ、３１ａは風洞の中心と一致する高さＨとなるよう
にしてあり、位置決め棒２９．３３は一対の摺動面２７
ａ、３１ａを結ぶ線と垂直で、しかも風洞の中心線上に
あるようにしである。

したがって、送風機胴１９と上流側連結胴２０のいずれ
も、熱収縮が生じても偏心することなく中心線が一致し
た状態に保持される。

また、この上流側連結胴２０の小径部２０ｂには、モー
タ１７と連結される中間軸２５を挿通するためコーナー
ベーン２３を貫通して送風機１８と同軸上に保護管３５
が設けられ、その外側端が胴壁２０ａの外側に取付けら
れたステンレス鋼板製の伸縮接手３６を軸シール箱３７
に固定されている。この軸シール箱３７は床面に立設さ
れた支持脚３８に取付けられた機外輪受３９と一体に固
定されており、この機外輪受３９および送風機胴１９内
の機内軸受２６で保護管３５に挿通された中間軸２５が
支持されるようになっている。

一方、送風機胴１９の下流側に連結される下流側連結胴
２１は、送風磯胴１９側が外部断熱構造とされ、他端側
が途中から内部断熱構とされて段付状にステンレス鋼板
で成形されている。そして、送風機胴１９側の小径部２
１ｂ内には、送風機１８を構成する後置静１１１８Ｃが
ボス１８ｄとともに取付けである。

このような下流側連結胴２０および下流側連結胴２１の
内部断熱構造の端部にそれぞれ連結される中間１Ｎ２２
は、胴壁２２ａが低温にさらされることがなく、しかも
上流側連結胴２０および下流側連結胴２１の内部断熱構
造部分の良さ１が第５図に示すように、その連結部が常
温となるよう充分長く（例えば５００〜８００ａｗ）し
てあるので、普通鋼板で作られている。そして、軸方向
の熱収縮は、中間ｌ１２２の中間部に介装された普通鋼
板製の伸縮接手４０により吸収されるようになっている
。

また、送風機１１１９、上流側連結胴２ｏ、下流側連結
１１ｉ１２１および２つの中間胴２２をそれぞれ連結し
た状態では、合計３個の伸縮接手２０Ｃ。

４０が介装される結果、剛性がなくなり位置決めが困難
となることから、第２図および第６図に示すように、中
間胴２２の伸縮接手４０より遠方側にそれぞれステー４
１が円周方向１２０度間隔に形成され、送ＪｉｌｌＮ胴
１９に取付けられた７ランジ２７の孔２７ｂ１上流側芹
粘ＪＩ２０に設けられたステー４２および機外輪受３９
を支持する支持脚３．８から張り出すよう設けられたス
テー４３が３本の連結用ボルト４４で連結されている。

また、上流側連結１２０のステー４２と直交する方向に
設けられたステー４５と中１１１１２２のステー４１と
が３本の連結用ボルト４６で連結されており、これら連
結用ボルト４４と連結用ボルト４６とが風洞のコーナ部
分で干渉しないよう各ステーの位置をずらして配置しで
ある。

このように連結用ボルト４４を１２０度間隔としておく
ことで、第７図（ａ）に示すように、下流側連結胴２１
を取外して送風機１８を保守点検する場合に、これら連
結用ボルト４４を取外す必要がない。

なお、連結用ボルト４４およびこれを挿通するステー２
７等は、１２０度間隔に３本とする場合に限らず、さら
に多く設けても良いが、保守点検上、少なくとも一つの
間隔は下流側連結胴２１を連結用ボルト４４をはずすこ
となく取外すことができるようにしておくと良い（第７
図（ｂ）参照）。

また、内部断熱構造として多胴の胴壁内周面に設ける断
熱材層２４としては、発泡ウレタン等のみでは高圧運転
に対する強度が不足するため、発泡ウレタンの内周面に
線膨張係数が金属に比べて小さい木材等の支持部材を配
置し、さらにこの支持部材の内周面に０．５〜１．０ｍ
程度のステンレス鋼板製の内胴を熱収縮可能に取付ける
ようにすることが有効であり、強度不足と熱容歯の増大
に伴う予装置の増大とを防止できる。

かように構成した高圧低温風洞１０では、送風機１８を
取付ける必要がある送風機胴１９を外部断熱構造として
ステンレス鋼板の胴壁１９ａに直接送風機１８用の支持
部材である静翼１８ａや機内軸受２６等を取付けるよう
にしたので、断熱構造が簡単に施工でき、しかも送風機
１８を強固に固定することができる。

また、この送風機ｒＭ１９に連結される上流側および下
流側連結胴２０．２１を送風機胴１９側を外部断熱構造
とし、途中から内部断熱構造とするとともに、内部断熱
構造部分の長さ１をその端部が常温となるのに充分な長
さとしであるので、送風機胴１９への連結および中間Ｔ
ｌ４２２への連結を半径方向の寸法差を生ずることなく
円滑に行なうことができるとともに、上流側および下流
側連結胴２０．２１以降に連結する８屓をいずれも内部
断熱構造にでき、胴壁を普通鋼板で作ることができるの
で、高価なステンレス鋼板の使用を最小限におさえ安価
に構築できる。

また、送風機胴１９、上流側および下流側連結胴２０．
２１が運転にともなう熱収縮で偏心すると、高速回転す
る送風機１８の運転が困難となるが、送風機１１４１９
および上流側連結胴２０を支持脚２８．３２の上端面に
載せられた摺動面２７ａ。

３１ａでそれぞれ中心を通る水平面（高さＨ）上をすべ
らせて熱収縮を吸収して常に中心が高さＨとなるように
保持するとともに、位置決め棒２９゜３３を摺動面２７
ａ、３１ａを結ぶ線と直交する中心線上に設け、しかも
受金３０．３４により水平面内の移動を規制し、中心線
上を上下方向に摺動可能に支持するので左右方向へのず
れが防止され、これらの支持構造の相互作用によって常
に偏心が防止される。

なお、この中心の高さ日と左右方向のずれを規制する支
持機構としては、摺動面を用いるものに替え、第８図に
示すように、支持脚２８′として板状のものを使用し、
その上端面にフランジ２７′を直接ボルトで固定してお
き、熱収縮を支持ｍ２８′が撓むことにより高さＨを保
持したまま吸収するようにしても良く、この場合支持脚
２８′は弾性限内で、疲労強度内で許容される応力範囲
に入るよう設計する。

また、送７１１１胴１９に連結される上流側および下流
側連結胴２０，２Ｌおよびこれらに連結される中間胴２
２の間を連結用ボルト４４および連結用ボルト４６でそ
れぞれ連結しであるので伸縮接手３０．４０が介装され
ていても剛性を確保することができるとともに、送風機
１８の保守点検の際、連結用ボルト４４を取りはずすこ
となく下流側連結胴２１をはずすことができる。また、
下流側連結胴２１を取りはずす場合、中間１１２２側に
介装された伸縮接手４０を縮めてやることでフランジ間
隙をふやして一層容易に作業できる。

〔発明の効果〕

以上実施例とともに具体的に説明したようにこの発明に
よれば、高圧低温風洞の送風機胴を外部断熱構造とし、
その胴壁に直接送ｆｆｉ機を支持するようにしたので、
強固な取付けが可能となり、断熱材層の取付けも突起部
のほとんどない外壁に行なうことができ簡単となる。ま
た、内部断熱構造としてその胴壁に送風機等を取付ける
ようにすると、送風機等の支持部材を介して胴壁が冷却
されることから、剛性を確保しつつ断熱するという複雑
な取付構造を採用しなければならず非常に高価となるが
、このような不具合を回避して安価にできる。

また、送風機胴と連結される胴の送Ｊｉ機胴側を外部断
熱構造とするとともに途中から内部断熱構造としたので
、送風機胴や他の閉風路を形成する胴とも円滑に連結す
ることができ、しかも風洞の大部分を内部断熱構造とす
ることができるので、胴壁を普通鋼板で作ることができ
、ステンレス鋼板の使用量を削減して安価に建設するこ
とができる。さらに、内部断熱構造が風洞の大部分であ
るので、予冷に要する液体窒素（ＬＮ２　）の消費量を
大幅に減らし、運転経費を低減することができる。

また、外部断熱構造とした胴壁を支持する支持構造とし
て、上下方向にのみ摺動可能に支持する支持部と下端位
置のみを規制する支持部とを具えたものを使用している
ので、熱収縮が生じても偏心することな（熱収縮を吸収
することができ、送［の高速運転が何んら支障なく行な
える。

さらに、剛性向上のため連結部材で多胴を連結するが、
風洞の屈曲する部分で干渉しないよう位相をずらして設
置しであるので、取付は上の問題が生ずることもなく、
強固に連結できるので運転中に偏心したり、ずれること
がなく信頼性も向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第８図はこの発明の高圧低温風洞の実施例にか
かり、第１図は全体の概略構成を表わす平断面図、第２
図は第１図中の■部分の拡大断面図、第３図は第２図中
の■−■断面図、第４図は第２図中のＩＶ　−ＩＶ断面
図、第５図は断熱構造の相異による温度分布の変化を示
すグラフ、第６図は連結部材の配置を表わす斜視図、第
７図（ａ）。 （ｂ）はそれぞれ連結部材の配置と胴の取外しとの関係
の説明図、第８図は支持構造の変形例にかかる斜視図で
ある。 １０・・・高圧低温風洞、１８・・・送風機、１９・・
・送風機胴、２０・・・上流側連結胴、２１・・・下流
側連結胴、２２・・・中間胴、２３・・・コーナーベー
ン、２４・・・断熱材層、２５・・・中間軸、２６・・
・機内軸受、２７・・・フランジ、２８・・・支持脚、
２９・・・位置決め棒、３０・・・受金、３１・・・ス
テー、３２・・・支持脚、３３・・・位置決め棒、３４
・・・受金、３５・・・保護管、３７・・・軸シール箱
、３８・・・支持脚、３９・・・機外軸受、４１．４２
，４３，４５．・・・ステー、４４゜４６・・・連結用
ボルト。 第３図 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 胴壁に断熱材層が設けられた複数の胴を連結して閉風路
   が形成され高圧低温状態で運転される高圧低温風洞にお
   いて、送風機が取付けられる送風機胴を胴壁外面に断熱
   材層が設けられる外部断熱構造とし、この送風機胴の前
   後に連結される胴の送風機胴側を外部断熱構造とすると
   ともに他側を胴壁内面に断熱材層が設けられる内部断熱
   構造とし、前記各胴の外部断熱構造とされた部分を胴の
   中心を通る垂直方向にのみ摺動可能に支持する支持部と
   胴の中心を通る水平面で摺動可能に支持する支持部とを
   具えた支持機構で偏心しないよう熱収縮可能に支持する
   一方、直線上に配置された各胴を連結する連結部材を屈
   曲部で干渉しないよう位相をずらして取付けたことを特
   徴とする高圧低温風洞。