JPS6330519B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は送風技術、特に軸流送風機（一段
階、２段階、及び多段階送風機）に関する。

この発明は、換気のための軸流送風機の設計に
応用することができ、空気又は配送気体の広い範
囲内で安定した圧力特性を有している。

軸流送風機は、産業上広く応用される。より広
い使用を妨げている要因は、ロータ羽根の周辺で
の失速流の発生であり、これによつて圧力の低下
及び空気又は配送気体の低速時の圧力振動がもた
らされる。

安定に動作する広範囲な特徴を有する軸流送風
機（Ｕ、Ｓ、Pat、No.3189260参照）が公知であ
り、吸込及び吐出部分を有する段付きケースから
なり、吐出部分の径は吸込部分の径より実質上小
さく、吸込部分は失速流の間、空気流をバイパス
させるための環状通路をケースとリムとの間に形
成するようリムを収容している。案内翼はリム中
に設けられる。ケースの吐出部分は、１組の羽根
を備えたロータを収容しており、羽根の前側先端
はハウジングの吸込部分中に設けられている。

しかし、この公知の送風機において、前記環状
通路は軸方向に過度に延びているために送風機の
軸方向の長さが増加する。

さらに、失速流を整流するためにリム中に設け
られた案内翼は、ロータの前のケースの導入部分
において流体力学的抵抗を増加させ、速風機の圧
力及び効率を低下させる。

また、その吐出部分に複数の翼を備えたロー
タ、流れを整流する案内翼を内部に固定した環状
通路をハウジングと共に形成するリムを含むハウ
ジングの導入部分を有する段付きハウジングから
なる軸流送風機が公知である（例えばthe West
German Magazine Ｈ、Ｄ、Henssler.Neue
Axialventilatoren ohne instabilen
Betriebsbereich VGB Kraftwerkstechnik、
57Jahrgang、Heft3、Ma¨rz1977、Seiten159、
bis165参照）。

これらの送風機において、環状通路からの吐出
部分での失速流は、特に吸込部分を塞ぎ、これに
より、ロータ羽根の前の流路領域に流入する主流
の通路を妨げる。したがつて、配送空気の量及び
失速領域の流れの圧力が比較的低下し、不安定な
動作を生じる。

さらに、環状通路に案内翼を備えた基本的に前
述のものと同様の軸流送風機が公知である（the
Pamphlet of “Licensintorg”
“Generalpurpose Axial−flow fan”、Moscow
USSR）。

導入管は前記送風機のケースの吸込部分に固定
され、この導入管はケースの吐出部分の径に基本
的に等しい径を有し、環状通路に設けられた案内
翼はリムの軸方向の長さによつて制限されてい
る。

導入管を用いることにより送風機への空気主流
の流入をある程度改善できる。しかし、案内翼の
軸方向の長さが制限されているため、失速流はロ
ータの回転方向に適合した渦を存続させる傾向が
あり、ロータ羽根の前方に流通路があるので空気
主流の安定な通路を妨害する。これは失速流状態
での送風機の圧力及び動作の安定性を減ずる。

前述の観点から、公知の軸流送風機における環
状通路中の案内翼の使用は失速流の状態での圧力
を最適化することができない。

この発明は、失速流状態での圧力及び効率を増
加し、零から最大までの空気配送の作動範囲に亘
つて安定な送風機の動作を確保することのできる
構造の案内翼を有する軸流送風機の提供を目指し
ている。

これは、吸込部分及び吐出部分から構成された
段付きハウジングからなり、吐出部分は吸込部分
の内径より小さな内径を有し、吸込部分はハウジ
ングの吐出部分の径に基本的に等しい径の導入管
に接続されており、ハウジングの吐出部分は先端
がハウジングの吸込部分中に位置するよう配置さ
れた羽根を有するロータを収容し、リムがハウジ
ングと同軸に導入管からある距離を置いて設けら
れ、ロータ側に導入通路を有し導入管側に導出通
路を有しそれらの間にしつかりと固定された案内
翼を有する環状チヤンバーを形成した軸流送風機
によつて達成され、この発明に従えば、案内翼の
後端は導入管に達し、環状の半径方向の格子を形
成するように導入管とリムとの間の部分が半径方
向において湾曲している。

好ましくは、各案内翼の後端は半径方向から−
45゜から＋45゜に亘つて半径方向から偏倚してい
る。

このような案内翼の後端の偏倚は送風機の低配
送速度での圧力を最適化する。

注意として、各案内翼の幅と環状チヤンバーの
導入通路の幅との比は2.0から3.0の間である。案
内翼の幅と環状チヤンバーの導出通路の幅との比
は1.4から1.6の間であり、案内翼の高さとその幅
との比は好ましくは0.4から0.65である。

このような比は、失速流を環状チヤンバーを通
じてバイパスする間の流体力学的損失を減少し、
これにより安定な動作範囲を拡大し、低い空気配
送速度での送風機の動作効率を改善することがで
きる。

好ましくは、導入管の内径と羽根の端部を含め
たロータの径と間の比は1.00から1.01である。

前記の比は、前述の案内翼を備えた送風機の効
率をさらに改善する。

注意として、リムの径とロータの羽根の外径と
の間の比は1.01から1.05である。

このリムとロータとの間の径の比は、送風機の
貫通流部分を通つてロータへ流れる好ましい通路
を提供し、送風機の効率を改善する。

この発明の軸流送風機は、構造が単純でありな
がら、安定な動作範囲を拡大し、圧力及び効率を
増大することができる。

本発明を、添付の図面と関連付けた望ましい特
定の実施例を参照しながら、より詳細に説明す
る。

第１図を参照にすると、本発明による軸流送風
機は２つの部分から構成された段付きハウジング
１からなつており、この２つの部分とは吸込部分
２と吐出部分３とであり、吐出部分３はハウジン
グ１の吸込部分２の直径より小さい内側直径を有
している。ハウジング１の吐出部分３の直径に実
質的に等しい直径を有する導入管４が吸込部分２
に接続されている。

ハウジング１の吐出部分３は羽根５ａを有する
ロータ５を収容している。

羽根５ａはその前側先端６（第２図）がハウジ
ング１の吸込部分２の中に位置するように配置さ
れている。ハウジング１の吸込部分２の導入管４
から距離“ｂ”離れてこれと同軸にリングリム７
が設けられている。リングリム７とハウジング１
の吸込部分２とは、空気の失速流“Ｂ”をバイパ
スさせるための環状チヤンバー８を限定してい
る。

失速流“Ｂ”をバイパスさせるための環状チヤ
ンバー８は、羽根５ａとリム７との間に設けられ
た導入通路８ａと、リム７と導入管４との間に設
けられた導出通路８ｂとを有する。これら通路８
ａ，８ｂはそれぞれ幅“ａ”、“ｂ”を有する。

この環状チヤンバーの中においてリム７とハウ
ジング１の吸込部分２との間に案内翼９が位置し
ており、案内翼９の後端１０は導入管４に向かつ
て伸びていて導入管４の中で終端している。リム
７と導入管４の間において、案内翼９の後端１０
は、第３図及び第４図に良く示したように、半径
方向において曲がつていて、環状半径方向格子１
１を形成しており、その一部が第４図において点
線で示されている。

各案内翼９の後端１０は半径方向において曲が
つており、半径方向“ｒ”（第４図）から−45゜よ
り＋45゜の範囲の角度αだけ偏倚している。角度
αの正の値は羽根５ａの回転方向“ｃ”と反対方
向への後端１０の偏倚に対応する。これら後端１
０は第４図で実線で示されている。角度αの負の
値は羽根５ａの回転方向“ｃ”と同じ方向への後
端の偏倚に対応するもので、点線で示されてい
る。

流れが失速する間に送風機の圧力を増加させる
ためには、リム７と導入管４の間に距離“ｂ”だ
け伸びている導出通路８ｂを通して環状通路８
（第２図）を出る失速流“Ｂ”が、ロータの羽根
５ａの回転方向“Ｃ”と反対方向に渦巻く必要が
ある。このことは、各案内翼９の後端１０がその
凹側面１２（第４図）によつてロータ羽根５ａの
加圧側面１３（第３図）に対向し、これら後端１
０が半径方向“ｒ”から＋45゜を越えない角度α
偏倚していることによつて、実現することができ
る。案内翼９の後端１０のこのような配置によ
り、失速流“Ｂ”（第２図、第３図、第４図）を
ロータ羽根５ａの回転方向“Ｃ”と反対方向に向
け、渦巻いた失速流“Ｂ”（第２図）をロータ羽
根５ａの前で貫通流部分１４の周辺へと強制し、
こうして導入管４を通して吸込まれた主流“Ｅ”
の通過を促進し、結果的に送風機による圧力を大
きくすることができる。

本発明による送風機の別の実施例においては、
流れが失速する条件において送風機圧力を減少さ
せる必要がある場合、導出通路８ｂを通つて環状
チヤンバー８から逃げる失速流をロータ５の羽根
５ａの回転方向“Ｃ”と一致するように向ける。
これは、各案内翼９の後端１０ａ（第４図）の凹
側面１２ａをロータ羽根５ａの吸引側面１５（第
３図）に対向するようにし、これら後端１０ａが
半径方向“ｒ”から−45゜を越えない角度α偏倚
していることによつて、実現することができる。

失送流“Ｂ”をより効果的に渦巻かせるため
に、凹側面１２，１２ａを有する後端１０，１０
ａ（第４図）は、リム７の内側直径からその端部
１６が貫通流部分１４へ一定長さ半径方向に突出
していても良い。

更に、案内翼９の幅“ｌ”（第２図）と環状チ
ヤンバー８の導入通路８ａの幅“ａ”との間の
比、及び幅“ｌ”と環状チヤンバー８の導出通路
８ｂの幅“ｂ”との間の比は、それぞれｌ／ａ＝
2.0〜3.0、ｌ／ｂ＝1.4〜1.6であり、一方案内翼
９の高さ“ｈ”とその幅“ｌ”との間の比はｈ／
ｌ＝0.4〜0.65である。

主流“Ｅ”（第２図）のロータ羽根５ａへの通
過を改良するために、集風器１７（第１図）が導
入管４の内部に設けられている。更に、ロータ羽
根５ａから出る流れ“Ｆ”の渦巻を取り除くため
に整流器１８が設けられている。

最適には、導入管４の内側直径D₁（第２図）は
ロータ羽根５ａの外側直径D₂の1.00から1.01の範
囲にある。

比D₁／D₂の値が1.00〜1.01より大きく増加する
と、導入管４を通して吸引される空気の流れ
“Ｅ”が環状通路８ｂからの導出流を妨げ、その
ため送風機の性能に影響が出る結果になる。リム
７の内側直径D₃の直径D₂に対する望ましい比は
1.01から1.05であり、この比によつてロータ羽根
５ａの前の貫通流部分１４を通る空気の通過を最
適化する。

この発明の軸流送風機は次のように作動する。

羽根５ａを備えたロータ５が“Ｃ”で示される
方向に回転すると、吸引される流れ“Ｅ”が生じ
導入管４及び貫通流部分１４通過し、羽根５ａと
整流器１８との間を通り、送風機に結合されたダ
クト１９内に圧力及び空気配送を与える基本的に
軸方向の流れ“Ｆ”としてそこから出て行く。ダ
クト１９内で流れに対する抵抗が増大すると空気
配送の量の圧力の増加と共に減少する。最大圧力
に対する空気の配送速度において、ロータの羽根
５ａの周辺で流れの失速が発生する；失速流
“Ｂ”は前側先端から遠心力により通路８ａを通
り環状通路８へ送られ、そこの幅“Ｃ”（第３図）
を有する部分で渦が除かれ、又は整流され、幅
“ｂ”を有する部分で半径方向に偏向され貫通流
部分１４へ流れ込むように渦を発生する。この渦
により、失速流“Ｂ”は貫通流路部分１４の周辺
へ向けて付勢され、主流“Ｅ”が吸い込まれるこ
とを妨げず圧力が増加し、より安定に送風機が作
動する。

もし、作動状態が低い配送速度において増加し
た圧力を必要とする場合、案内翼９の後端１０は
角αが＋45゜に亘つて偏向され、そして失速流
“Ｂ”が環状チヤンバー８から導出通路８ｂを通
過する際にロータの羽根５ａの回転方向“Ｃ”に
対向する方向（第４図）に渦を生じ、それによつ
て第５図においてΨ−圧力及び−−配送量の座
標の曲線“ｄ”で示されるように、ダクト１９内
の送風機によつて生じる圧力を増加することがで
きる。

送風機の他の応用において、低い空気配送速度
で低い圧力が必要な場合、後端１０ａは半径
“ｒ”から角αが−45゜に亘つて偏向され、それに
より失速流は通路８ｂからそれてロータの羽根５
ａの回転方向“Ｃ”と一致する方向２０ａに渦を
生じ、第５図における曲線“ｅ”のようにダクト
１９内の圧力が低下する。

曲線“ｆ”は案内翼の後端が半径“ｒ”から比
較的小さな角度で偏向しているとき、低配送量で
の特性を示す。

曲線“ｇ”は公知の軸流送風機の失速流の状態
での配送量−圧力特性を示す。

この発明の軸流送風機は圧力、配送量、及び失
速流の状態での送風機の効率を基本的に増加す
る。さらに、空気又は気体配送速度が低いときの
配送量−圧力特性は使用の状態に応じて変化する
ことができる。

ダクト１９内のより大きい圧力が要求される用
途のためには、この発明を具体化する送風機の２
段又は多段に変更したものが用いられ、その各段
２１（第６図）及び２２は、前述の１段の軸流送
風機を参照して説明したものと同様に設けられて
いる。

ダクト２３内の最大圧力における流れの抵抗が
大きくなるにつれて流れは羽根５ａの周辺で失速
するが、各段２１及び２２は環状の半径方向の格
子１１により前述のように影響を受けない。

他方、低い空気配送速度及び広い作動状態にお
いて、２段及び多段送風機はこの発明を具体化し
た１段の軸流送風機と同様に作動する。

環状チヤンバー８、リム７、及び環状の半径方
向の格子１１からなるこの発明の１段有び２段の
軸流送風機のこれまで説明した変形は、作動範囲
を拡大し、圧力を増加し、送風機の作動を同種の
公知の送風機に比べてより経済的にすることが可
能であり、産業上の使用のより大きい可能性を開
くものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の軸流送風機の模式図を示
す。第２図は、第１図の部分Ａの細部を拡大して
示す。第３図は、第２図の線分−に沿う断面
を示す。第４図は、第２図の線分−に沿う断
面を示す。第５図は、圧力と配送量との関係を示
すグラフである。第６図は、この発明の２段の軸
流送風機の模式図を示す。 １：ハウジング、２：ハウジングの吸込部分、
３：ハウジングの吐出部分、４：導入管、５：ロ
ータ、５ａ：羽根、６：羽根の前側先端、７：リ
ム、８：環状チヤンバー、８ａ：導入通路、８
ｂ：導出通路、９：案内翼、１０，１０ａ：案内
翼の後端、１１：半径方向格子、１２，１２ａ：
案内翼の凹側面、１３：羽根５ａの加圧側面、１
４：貫通流部、１５：羽根５ａの吸引側面、１
６：案内翼の後端、１７：集風器、１８：整流
器、１９：ダクト、２０：ロータの回転方向に対
向する失速流の渦の方向、２０ａ：ロータの回転
方向に一致する失速流の渦の方向、２１，２２：
軸流送風機の各段、２３：ダクト、ａ：導入通路
８ａの幅、ｂ：導出通路８ｂの幅、ｒ：半径線、
α：角度、Ｂ：失速流、Ｃ：羽根５ａの回転方
向、Ｅ：主流、ｈ：案内翼の高さ、ｌ：案内翼の
幅、Ｆ：ロータ羽根５ａから出る流れ、D₁：導
入管４の内側直径、D₂：ロータ羽根の外側直径、
ｃ：案内翼の部分の幅、ｄ，ｅ，ｆ，ｇ：“配送
量−圧力”の座標における送風機の特性。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 吸込部分２及び吐出部分３によつて形成され
   る段付きハウジング１からなり、吐出部分３は吸
   込部分２の内側直径よりも小さい内側直径を有
   し、吸込部分２はハウジング１の吐出部分３の内
   側直径と基本的に等しい内側直径を有する導入管
   ４に連接しており、ハウジング１の吐出部分３は
   その前側先端６がハウジング１の吸込部分２中に
   位置するように配置された羽根５ａを有するロー
   タ５を収容しており、ハウジング１と同軸に導入
   管４からある距離をなす位置にハウジング１と共
   にロータ５の側に導入通路８ａ及び導入管４の側
   に導出通路８ｂを有する環状チヤンバー８を形成
   するようにリム７が設けられており、案内翼９を
   その後端１０が導入管４に向くように該チヤンバ
   ー８内に固定した軸流送風機において、案内翼９
   の後端１０は導入管４まで延びており、導入管４
   とリム７との間の部分で半径方向において湾曲し
   ており、環状の半径方向の格子を形成したことを
   特徴とする軸流送風機。 ２ 案内翼９の後端１０及び１０ａは−45°から
   ＋45゜までの角度αに亘つて半径方向から偏向し
   ていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の軸流送風機。 ３ 案内翼９の幅ｌと環状チヤンバー８の導入通
   路８ａの幅との間の比は2.0から3.0であり、案内
   翼９の幅ｌと導出通路８ｂの幅ｂとの間の比は
   1.4から1.6であり、案内翼９の高さｈとその幅ｌ
   との間の比は0.4から0.65であることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の軸流送風機。 ４ 羽根５ａの先端で計つたロータ５の直径に対
   する導入管４の内側直径の比は1.00から1.01であ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   軸流送風機。 ５ リム７の直径とロータ羽根５ａの外側直径と
   の間の比は1.01から1.05であることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の軸流送風機。