JPS6345493A - 送風機 - 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〕 本発明は、送風機に係り、特に静寂さの要求される電子
機器、空調機等に用いるのに好適な翼形状、およびその
翼形状の作用を最大限に引き出す翼車構造を有する送風
機に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、送風機の騒音低減を図るために翼諸元の最適化を
図ったものが知られている。例えば、特開昭５７−５６
６９８号公報記載の遠心圧縮機用デイフユーザは、羽根
車側板側に多葉リブを取付け、羽根車から吐出される流
体の流れを整流している。

また、特開昭６０−１６９６９９号公報記載の多翼送風
機の羽根車では、羽根の流出側の負圧面側に補助羽根を
設けて境界層の剥離現象を抑制している。

さらに、負圧面の境界層制御を行う技術として、例えば
、特開昭５５−５４５８号公報記載のタンデム羽根車で
は、人口側羽根の出口と出口側羽根の入口との間に隙間
を設け、境界層の発達を遅らせ境界層剥離を防止する技
術が開示されている。

しかし、翼騒音の主因である負圧面、圧力面からの自由
乱流剪断流からの乱れの発生、成長を制御できるもので
はなかった。

一方、ガスタービン翼では、特公昭４７−３７７２４号
公報、あるいは特公昭５４−３４０８８号公報記載のよ
うに、翼を冷却するためし；後縁に冷却空気を吹き出す
長大または孔の設けられているものが開示されているが
、負圧面上の小さな冷却用孔の作用と同様に単に独立に
翼表面上の冷却を行うためのものであり、負圧面の孔自
身境界層制御を行える形状ではなく、負圧面の境界層内
に発達する乱れを制御しつつ、後縁での自由乱流剪断流
からの乱れの発生と成長を制御することについて配慮さ
れていなかった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来の技術は、翼諸元の最適化を行うことで低騒音化を
実現したり、騒音の発生を引きおこすとみられる乱れの
発生は、負圧面における境界層の剥離によるものと考え
て、負圧面境界層を、圧力面の高い運動量をもった流体
で自己制御することにより低騒音化を実現させようとし
ていた。

しかし、この考え方は、翼ｇ音の発生メカニズムを本質
的に究明したものではなく、騒音を引き起こす乱れの発
生個所をただ１個所、かつ、負圧面の境界層剥離のみに
限定しているために、静寂さを求める要求に全面的に対
応できるものではないという問題があった。

本発明は、前述の従来技術の問題点を解決するためにな
されたもので、送風機乱流騒音の真の音源である。負圧
面の境界層内の乱れと、翼後縁における自由乱流剪断流
からの乱れとを同時に低減し、特に静寂さの要求される
需要に対応しうる送風機の提供を、その目的としている
。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明の送風機に係る第１
の発明の構成は、駆動軸に固定するボスの外周側に、駆
動軸の回転にともなって前縁から復縁にかけて圧力面、
負圧面を形成する複数の翼を配列してなる送風機におい
て、前記翼の圧力面に流体の吸込みを行うべき圧力面ス
リットを、前記翼の負圧面に流体の吹出し、吸込みのい
ずれかを行うべき負圧面スリットを、また前記翼の後、
黴に流体の吹出しを行うべき後縁スリットを、それぞれ
形成したものである。

また、本発明の送風機に係る第２の発明の構成は、駆動
軸に固定するボスの外周側に、駆ジノ軸の回転にともな
って前縁から後縁にかけて圧力面。

負圧面を形成する複数の翼を配列してなる送風機におい
て、前記翼の負圧面に流体の吹出し、吸込みのいずれか
を行うべき負圧面スリットを、前記翼の後縁に流体の吹
出しを行うべき後縁スリットを、それぞれ形成するとと
もに、前記ボスの翼取付部に、前記ボス側から前記翼に
流体を吸込ませうる開口を設け、前記ボス内部に流体案
内翼を形成したものである。

なお、本発明を開発するに至った考え方を述べると、次
のとおりである。

送風機の翼騒音は、究極に媒質中の圧力変シｊである。

翼まわりの流体の流れの中で、この変動を生み出すもの
は、従来技術の説明でも述べたが、負圧面に発達する境
界層内の剥離現象も重要な１つである。

しかし、境界層剥離によって生ずる流れの変動すなわち
乱れは、従来の翼ご元の最適化、負圧而境界層の制御な
どでかなりの程度まで制御できるものである。しかも、
このような翼諸元の最適化をしても、翼すなわち送風機
からは、送風機の型式が違っても似たようなスペクトル
で、かつ、人間にとっていわゆる「うるさい」と感する
程度の騒音が発生していることも事実である。すなわち
。

負圧面境界層の剥離だけで騒音が発生すると考えること
はできず、他にもつと支配的な変動または乱れを発生す
るところがあると考えてよい。

本開発に当っては、このことに着目して、翼まわりの乱
れと騒音の関係を究明した。その結果、翼まわりで乱れ
が発生するのは、負圧面の境界層のみでなく、むしろ境
界層内の乱れ以上に、翼後縁からの境界層の流出結果で
ある自由乱流剪断流からの乱れの急激な発生と成長に、
変動の発生と成長、さらにその結果としての乱流騒音の
発生主因があることを見い出した。

すなわち、翼後縁からは、負圧面に発達したもともと乱
れが大きく、かつ厚い乱流剪断流と、圧力面に発達した
薄く、かつ乱れの非常に小さい剪断流とがともに流出す
る。この両剪断流は、後縁から離れて拘束がなくなると
、その速度勾配の大きさから急激に、その剪断流の厚さ
程度の大きさで乱れが発生、成長するとともに下流に進
むにとない、粘性、拡散などにより、より小さい乱れが
発生、成長する。

この流体塊の大きさは流体の変動スペクトルの周波数軸
を決めるものであり、乱れの強さは変動エネルギ密度を
表わすことは、すでによく知らｉた事実である。

このことから、圧力面側の剪断流は、スペクトルの高周
波数領域を支配し、負圧面の剪断流は、スペクトルの中
周波数領域を支配していることが容易に推定でき、この
ような考えで翼騒音スペクトルを見ると、真の騒音源は
、負圧面境界層の剥離もさることながら、翼後縁からの
２つの自由乱流剪断流中での乱れの急激な発生と成長に
となう流体塊の変形にあることが理解された。

そこで、低騒音化というより静寂さを追求するという上
述の目的は、このような考え方に立脚し、流体機械では
必ず生じる圧力面、負圧面に発達する境界層、特に負圧
面での境界層の乱れを低減するとともに、後縁からの自
由乱流剪断流中から急激に発生、成長する乱れの制御を
行うことによって達成されることになるのである。

実施例で詳細は後述するが、第１の発明の代表的な手段
を第１図に示す。

第１図に示す翼形状は、圧力面である前縁に流体を吸込
むべき前縁スリット４を形成し、負圧面に流体の吹出し
を行うべき負圧面スリット６を形成し、後縁に流体の吹
出しを行うべき後縁スリット５を形成したものである。

また、実施例で詳細は後述するが、第２の発明の代表的
な手段を第２図に示す。

第２図に示す送風機は、ボスＩＯＡと翼との取付部に開
口１２を設けて、ボス内から遠心力で翼内へ流体を吸込
ませるように構成したものである。

翼形状は、前縁スリットがなく、負圧面スリット６、後
縁スリット５は、第１図の第１の発明のもの同様に形成
されたものである。

〔作用〕

第１図に示す第１の発明では、圧力面である前縁に設け
た前縁スリット４から吸込まれた流体に係る空気は、一
部は矢印のように負圧面スリン１〜６から吹き出されて
、負圧面に発達する境界１層を薄くし、境界層の剥離に
よる乱れを防止するとともに、他の一部は後縁スリット
５から吹き出されて乱れを発生、成長させる剪断流の速
度勾配を小さくして翼後縁における自由乱流剪断流から
急激に発生、成長する乱れを低減する。

また、第２図に示す第２の発明では、ボス内面から開口
１２を介して遠心作用で吸込まれた空気は、一部は負圧
面スリット６から吹き出され、負圧面に発達する境界層
を薄くし、境界層の剥離による乱れを防止するとともに
、他の一部は後縁スリット５から吹き出されて乱れを発
生、成長させる剪断流の速度勾配を小さくして、翼後縁
における自由乱流剪断流から急激に発生、成長する乱れ
を低減する。このとき、ボス内面からの空気の遠心力に
よる吹出し流の倉１成については、吹出し流にエネルギ
を与えるのが翼内部でのことであり、主流には流れの面
で何ら影響を与えることはない。

第１図（ａ）では、翼まわりの、特に負圧面、後縁の境
界層、自由乱流剪断流の状態を、流れの強さを表わす速
度分布図を付記して示している。

速度分布がスリットからの吹出しで緩和されていること
が明らかに示されている。

〔実施例〕

以下、本発明の各実施例を第１図ないし第６図を参照し
て説明する。

ます、第１図は、本発明の一実施例に係る送風機の翼部
を示すもので、（ａ）は翼形状を示す断面図、（ｂ）は
、その翼の１枚を示す斜視図である。

第１図に示す翼は、駆動軸（図示せず）に固定するボス
１０の外周に多数個（図では１枚のみ示す）配列するも
ので、翼は、駆動軸の回転にともなって前縁から後縁に
かけて圧力面、負圧面を形成することになる。

１は、翼を構成するプレートで、１ａは圧力面プレート
、１ｂは負圧面プレート、２は負圧面プレートで、プレ
ート１とスリットを保つように重なりあって翼の負圧面
を形成している。４はプレート１の圧力面の一部である
翼前縁に形成した前縁スリット、５は、翼後縁に圧力面
プレート１ａと負圧面プレート２との間隙で形成した後
縁スリットである。後縁スリット５は、翼のスパン方向
で半径の大きい側に形成されているが前縁スリット４は
、翼のスパン方向でどの位置についてもよい、また、６
は、負圧面プレート１ｂと負圧面プレート２との間に形
成された負圧面スリットである。

翼は、プレート１．負圧面プレート２によって流線形状
に形成され、その翼内部に流体通路が形成され、翼内部
流体通路は前縁側から後縁側に向けて断面積を縮小させ
るように形成されており翼内を流通する流体に係る空気
の吹出し速度分布が一様化され吹出し効果を高めるよう
に構成されている。

駆動軸の回転にともなって、前縁スリット４から吸込ま
れた空気は、一部は矢印のように負圧面６から吹き出さ
れて、負圧面に発達する境界層を薄くし、境界層の剥離
による乱れを防止するとともに、他の一部を後縁スリッ
ト５から吹き出されて、翼後縁における自由乱流剪断流
から急激に発生、成長する乱れを低減する。翼後縁から
の自由乱流剪断流は、境界層の流出結果生じるものであ
るが、乱れの発生、成長は剪断流中の速度勾配に支配さ
れることから、後縁スリット５および負圧面スリット６
からの吹き出しにより、その局部的勾配を小さくするこ
とは、送風機の騒音低減に大幅に寄与するものである６ 次に、第２図は、本発明の他の実施例に係る送風機の部
分斜視図、第３図（ａ）は、第２図に示す翼部の形状を
示す断面図、第３図（ｂ）は、翼部の他の形状を示す断
面図、第３図（ｃ）は、翼形状による乱れ強さの違いを
示した線図である。

図中、第１図と同一符号のものは同等部分であるから、
その説明を省略する。

第２図において、１０Ａは、駆動軸（図示せず）に固定
するボス、１１は、ボスＩＯＡ内に設けた流体案内翼に
係るブレード、１２は、ボス外周の翼取付部に、ボスＩ
ＯＡ側から翼内流体通路に流体を吸込ませうるように形
成した開口である。

第２図に示す送風機の翼は、第３図（ａ）にその断面を
示すように、プレート１と負圧面プレート２とで流線形
状の翼を構成し、翼内部流体通路は前縁側から後縁側に
断面積を縮小させるように形成されている。プレート１
と負圧面プレート２とは間隙を保つように重なり合って
負圧面スリット６、後縁スリット５を形成している。負
圧面スリット６は、第２図に詳細に示すように、スパン
方向で半径の大きい側に形成されている。１３は、その
負圧面スリット６端部をシールするシール機構を示す。

１４は、翼の強度を保つとともに翼内流体通路を形成す
るためのリブである。

駆動軸が回転し、送風機を構成する翼車が矢印のように
左側に回転すると、ボス１０　Ａの内側から開口１２を
通して太い矢印のように空気が翼内に流れ込み、翼内部
で遠心力によってエネルギが与えられる。この空気は、
一部は負圧面スリット６から吹き出され、負圧面に発達
する境界層を薄くし、境界層の剥離による乱れを防止す
るとともに、他の一部は後縁５から吹き出されて、翼後
縁における自由乱流剪断流から急激に発生、成長する乱
れを低減する。

第３図（ｂ）は、負圧面スリットを複数個（図では２個
）設けたものである。すなわち、プレート１と負圧面プ
レート２−１が間隙を保って重なり合うようにして第１
の負圧面スリット６−１を形成し、負圧面プレート２−
１．２−２が間隙を保って重なり合うよにして第２の負
圧面スリット６−２を形成したものであり、負圧面にお
ける吹出しを複数段設けることで、より効果的に負圧面
における乱れの制御が可能となる。

第３図（ｃ）は、前述の負圧面スリットおよび後縁スリ
ットの両吹出しの有無による乱れの成長の変化を示すも
のである。第３図（ｃ）は、横軸に翼面上に沿う距離を
とり、縦軸に主流速度に対する乱れの強さの比をとって
、吹出しのない場合を実線、吹出しのある場合を破線で
、それぞれ圧力面、負圧面の状態を示している。横軸の
１の位置は翼後縁に相当し、両吹出しがあることによっ
て翼後縁おける自由乱流剪断流から発生する乱れの成長
が低減されていることが明らかである。

次に、第４図ないし第６図を参照してさらに他の実施例
を説明する。

第４図および第５図は、いずれも本発明のさらに他の実
施例に係る送風機翼の断面図であり、先に第１図で説明
した第１の発明の応用例に相当する。すなわち、後縁か
らの吹出しを、圧力面のエネルギの高い流体を用いて行
うとともに、負圧面については、圧力面でのジェット流
を用いた吹出し、吸い込み現象のいずれかを利用するも
のである。

第４図（ａ）の例は、圧力面側に圧力面プレート３を設
はプレート１との間に圧力面スリット７を形成しており
、圧力面スリット７から矢印のように吸込んだ空気が後
縁スリット５から吹き出されるとともに、これにともな
って負圧面では負圧面スリット６から矢印のように空気
の吸込み現象が生じ、この空気も後縁スリット５から吹
き出される。これによって、翼後縁における自由乱流剪
断流から発生、成長する乱れを低減するとともに、負圧
面境界層の制御すなわち乱れの抑制が可能となる。

第４図（ｂ）の例も第４図（Ｑ）の例と同じ考え方のも
のであるが、圧力面からのエネルギの高い空気を積極的
に吸い込みむため、圧力面プレート３′が主流側に飛び
出している。さらに、この圧力面プレート３′と負圧面
プレート２とで構成される翼内流体流路は後縁スリット
５側に向って縮小する方向にあり、後縁からの吹出し流
の速度分布が一様化されることで、自由乱流剪断流との
ミキシングが早まり乱れの急激な成長を防ぐことができ
る。

第４図（ｃ）の例は、圧力面における空気の取込みを２
箇所設けたものである。すなわち、プレート１と圧力面
プレート３−１とでＳ−ｘ前録寄りに第１の圧力面スリ
ット７−１を形成し、圧力面プレート３−１と圧力面プ
レート３−２とが重なり合って下流側の第２の圧力面ス
リット７−２を形成している。

第１の圧力面スリット７−１からの空気の１部は矢印の
ように負圧面スリット６から吹き出し、下流側の第２の
圧力面スリット７−２から吸込まれる空気は後縁スリッ
ト５から吹き出される。

これらの各実施例によれば、吹き出す空気を外部から特
別な導入路で導入することなく、かつ、強力な吹出し流
を得る効果がある。

第５図の例は、前縁のスリットを有する翼形状の例であ
り、負圧面および後縁スリットからの吹き出し空気は、
翼前縁のよどみ部にある前縁スリットから得る構成のも
のである。

第５図（ａ）の例は圧力面プレートｌａ’　と負圧面プ
レート８とはほぼ平行に配列され、負圧面プレート８と
負圧面スリット６を形成する負圧面プレート２′も圧力
面プレートｌａ’　と平行に構成された特殊な翼形状で
ある。圧力面プレートｌａ’　と負圧面プレート８との
前面開放部が前縁スリット９に相当する。

第５図（ｂ）は、第５図（ａ）と類似の構成であるが負
圧面プレート２′が、圧力面プレートｌａ’　と非平行
で、後縁に向って流路断面積を縮小する構成となってい
る。

この場合、吹出し流の制御および翼空洞における空洞共
鳴を避けるために、前縁スリット９内部には、流体にと
って抵抗となり、かつ空洞特性を変える部材を設けても
よい。

第５図の各実施例でも、先の各実施例と同様の効果が期
待される。

第４図、第５図の圧力面スリットや前縁スリットの位置
は、負圧面スリットや後縁スリットと同じ翼スパン位置
にあってもよいし他の位置にあってもよい。第６図は、
その位置関係に関する実施例を示すものである。

ここに第６図は、本発明のさらに他の実施例に係る送風
機の１枚の翼を示す斜視図であり、図中、第１図（ｂ）
と同一符号のものは同等部分であるから、その説明を省
略する。

第６図の例では、負圧面スリット６および後縁スリット
５が、スパン方向で半径の大きい位置に形成されている
のに対し、第１の圧力面スリット７−１’　、第２の圧
力面スリット７−２′がスパン方向で半径の小さい位置
に形成されているものである。第１．第２の圧力面スリ
ット７−１’　。

７−２′は、本例の場合、スリットというより開口とい
うべきものである。このような構成の翼でも、先の第１
図の実施例と同様の効果が期待されるほか、翼内部での
遠心力効果により強力な吹出し流を得ることでかきる。

前記の各実施例によれば、送風機乱流騒音の真の音源で
ある負圧面の境界層内の乱れと、翼後縁からの自由乱流
剪断流からの乱れを同時に低減できることになり、実験
的に得られた結果によると、主流速度に対する乱れの強
さを従来の５０％にすると、翼騒音は、６０ｄＢ低減で
きることが確認された。

また、翼騒音のスペクトル特性を自由に制御できること
になり、人間の耳に感じない、すなわち、うるささを感
じない翼騒音スペクトル特性にできる可能性がある。

なお、前記の各実施例は、送風機の例を説明したが、本
発明は、送風機に限定されるものではなく、同様の効果
が期待される範囲で各種送風機はもちろんルーバー等、
およそ流れの中の物体から発生する乱流騒音低減に汎用
的に適用されるものである。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明によれば、送風機乱流騒音の
真の音源である、負圧面の境界層内の乱れと、翼後縁に
おける自由乱流剪断流からの乱れとを同時に低減し、特
に静寂さの要求される需要に対応しうる送風機を提供す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例に係る送風機の翼部を示す
もので（ａ）は翼形状を示す断面図、（ｉ））は、その
翼の１枚を示す斜視図、第２図は、本発明の他の実施例
に係る送風機の部分斜視図、第３図（ａ）は、第２図に
示す翼部の形状を示す断面図、第３図（ｂ）は、翼部の
他の形状を示す断面図、第３図（ｃ）は、翼形状による
乱れ強さの違いを示した線図、第４図および第５図は、
いずれも本発明のさらに他の実施例に係る送風機翼の断
面図、第６図は、本発明のさらに他の実施例に係る送風
機の１枚の羽根を示す斜視図である。 １・・・プレート、１ａ１　１”’　　ｌ　　：３ｔ　
　３’　　＋　　３　１１３−２・・・圧力面プレート
、ｌｂ、２．２’　、２’　。 ２−１．２−２・・・負圧面プレート、４，９・・・前
縁スリット、５・・・後縁スリット、６．６−１．６−
２・・・負圧面スリット、７．７−１．７−２．７−１
’　、７−２’−、圧力面スリット、１０．ＩＯＡ・・
・ボス、１１・・・ブレード、１２・・・開口。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、駆動軸に固定するボスの外周側に、駆動軸の回転に
   ともなつて前縁から後縁にかけて圧力面、負圧面を形成
   する複数の翼を配列してなる送風機において、前記翼の
   圧力面に流体の吸込みを行うべき圧力面スリットを、前
   記翼の負圧面に流体の吹出し、吸込みのいずれかを行う
   べき負圧面スリットを、また前記翼の後縁に流体の吹出
   しを行うべき後縁スリットを、それぞれ形成したことを
   特徴とする送風機。 ２、特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、翼は、
   その翼内部流体通路を、前縁側から後縁側に断面積を縮
   小させるように形成したものである送風機。 ３、特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、圧力面
   スリットは、そのスリットから吸込んだ流体を負圧面ス
   リットおよび後縁スリットに吹出させるように、翼の前
   縁に、翼のスパン方向に形成したものである送風機。 ４、特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、圧力面
   スリットは、そのスリットから吸込んだ流体を後縁スリ
   ットから吹出させる位置に形成したものである送風機。 ５、駆動軸に固定するボスの外周側に、駆動軸の回転に
   ともなつて前縁から後縁にかけて圧力面、負圧面を形成
   する複数の翼を配列してなる送風機において、前記翼の
   負圧面に流体の吹出し、吸込みのいずれかを行うべき負
   圧面スリットを、前記翼の後縁に流体の吹出しを行うべ
   き後縁スリットを、それぞれ形成するとともに、前記ボ
   スの翼取付部に、前記ボス側から前記翼に流体を吸込ま
   せうる開口を設け、前記ボス内部に流体案内翼を形成し
   たことを特徴とする送風機。