JPS62282198A - 軸流フアン - 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】 ３、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ァン、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号公報に示された従
来の軸流ファンの平面図、第８図はそのｘ−ｘ断面図、
第９図はＹ−Ｙ断面図である。図において、（１）は軸
流ファンの羽根、（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）丙を連
ねた曲線、（４）は羽根（１）の外周部に形成される翼
端部、（５）は羽根（１）の中心部に接続するボス、（
６）は軸流ファンの回転軸、（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ァンにおいては、ボス（
５）に取付けられた羽根（１）が矢印２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（ｌｃ）に近いｘ
−ｘ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（１０）に
大きく傾斜しているため、羽根（１）の負圧面（１ｂ）
上に発達する境界層は遠心力により厚くなって羽根面上
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図に示す後縁部（１ｄ）に近いＹ−Ｙ断面では
、反対に吹出し側（１０）に凸の形成になっているので
、静圧がかかった時圧力面（１ａ）から負圧面（１ｂ）
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）で終って
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３ 以上のように従来の軸流ファンは、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った。

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、軸流ファ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ァンを得ることを目的とする６ 〔問題点を解決する°ための手段〕 この発明に係る細流ファンは１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
る曲線が、羽根のボス部および翼端部を通過するような
羽根の形状としたものである。

〔作　用〕

この発明の細流ファンにおいては、従来のものと同様に
羽根の回転によっ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雅い。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、静圧がかかった状態においても騒
音が増加しない。

〔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ァンの平面図、第
２図はその羽根の半径方向のＡ〜■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
対するピッチ角度である。

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ｍ（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ァンにおいては。

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５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ａ（１２）
を境に１羽根面が吸込み側（９）に傾斜している部分（
１ｅ）と、逆に吹出し側（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）の前線部（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（１
ｃ）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１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）と負正面（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６羽根面が吸込み側（９）へ傾
斜すればするぼど、圧力面（１ａ）から負圧面（１ｂ）
への漏れ流れ（８）が発生し易く、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）から負正面（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）によって羽根（１）を構成している６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
負正面（１ｂ）への漏れ流れ（８）が発生し難くなって
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１７１５弦長の所に位置する羽根Ｉ、前縁から１７
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ａ
（１２）によって羽根面が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、
従来の軸流ファンと比べ充分比騒音レベルが低い軸流フ
ァ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（１２
ａ）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（１２ａ）　ヲ直線
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ァンを
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った形状になる。

次に軸流ファ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（１ｂ）
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
って翼間から吐出側へ流れ去る。この翼端渦（１３）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（１４）をより
狭くする。このため隣接する羽根（１）の翼端部（４）
近くの流九は実質的に羽根（１）に対する迎え角が増加
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、Ｘ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ｉｔ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、軸流ファンの有効動
作領域を拡大するためには、翼端渦（１３）によって羽
根（１）間がブロックされても、流路幅（１４）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θｔと翼長
角Ｏ５の比であるブロック係数（３ｓ／θＶを変更した
直径３０ａｎの羽根に関し特性試験を行った。ここで騒
音が急激に増加し１羽根（１）が翼端失速状態になった
時の風鼠、静圧をそれぞれＱｓ　ｒｎ’／ｍｉｎ　、　
Ｐｓ　ｍｍ／ｑとし、新たに臨界損失係数ξ３＝Ｐｓ／
Ｑ２ｓを定義する。ξ二はファンの動作ポイントを示す
パラメータで、この値が太きければ大きいほど、ファン
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ξ二とθＳ／θｔの関係を示す。

第６図より、θＳ／θｔが０．６前後で、ξ；は最大と
なるものの、θＳ／θｔを０．４２〜０．８３の範囲に
すれば、ξ二＝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６なお　θＳ／θｔが小さい領
域でξ二が減少しているのは、設計負荷が同一のため、
Ｏ５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１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１曲線の終点を羽根
の翼端部にしたため、騒音が低く、しかも静圧がかかっ
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
根の曲げ強度が増加し、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っているので、羽根のプレス成形時
において、スプリング・バックが大幅に減少し、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。

【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ァンの平面図
、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
ロック係数の違いによる臨界損失特性図、第７図は従来
の軸流ファンの平面図、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、−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 (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）羽根の半径方向の断面形状が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
   にある羽根を備えたことを特徴とする軸流ファン。
2. （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項記載の軸流ファン
   。
3. （３）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ッチ角をθｔ、翼
   長角をθｓとしたとき、θｓ／θｔが０．４２〜０．８
   ３の範囲であることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   または第２項記載の軸流ファン。