KR100259683B1

KR100259683B1 - 횡축 팬용의 타원형 와류벽

Info

Publication number: KR100259683B1
Application number: KR1019970023331A
Authority: KR
Inventors: 수브라마니안 스리니바산
Original assignee: 윌리엄 더블유. 하벨트; 캐리어 코포레이션
Priority date: 1996-06-06
Filing date: 1997-06-05
Publication date: 2000-06-15
Also published as: AR013576A1; AU707611B2; KR980002893A; EP0811769A1; ES2183114T3; MY123660A; DE69716347T2; JPH1054396A; AU2468297A; US5655874A; BR9703481A; EP0811769B1; JP2851273B2; CN1070582C; DE69716347D1; SG48533A1; CN1170090A; PT811769E; TW339394B

Abstract

와류벽(116)의 선단(116-1)을 타원으로 변경함으로써, 이 타원의 단축을 수렴발산 구역의 일부를 한정하게 하여 유동 성능을 향상시킬 수 있는 반면에, 타원의 장축을 다른 변경이 없는 상태에서 수렴 발산 구역의 일부를 한정하게 하여 보다 정숙한 운전을 달성할 수 있다. 유동 증대와 소음 감소의 조합은 와류벽과 임펠러간의 틈새의 변동과 타원면과의 조합에 의해서 뿐만이 아니라 타원면의 재배향에 의해 달성될 수 있다.

Description

횡축 팬용의 타원형 와류벽

본 발명은 횡축 팬용의 타원형 와류벽의 개량에 관한 것이다.

횡축 팬은 횡단 유동 및 접선 팬으로서도 알려져 있다. 이들은 이들의 인-라인(in-line) 유동 성능과 이들의 플레이트-휜(plate-fin)형 열교환기와의 적합한 관계로 인해 공기 조절 응용 분야에서 사용되는데, 이는 이들이 열교환기의 전체 길이에 걸쳐 연장되기 때문이다. 횡축 팬에 있어서, 유입부와 유출부는 일반적으로 그리고 공칭적으로는 직각이지만, 0。에서 180。까지의 각도가 가능하다. 임펠러는 그것이 양 단부에서 폐쇄된다는 사실을 제외하고는 전방으로 굴곡된 원심 팬 휠과 유사하다. 이 유동은 팬 전체에 걸쳐 임펠러 축에 대해 직각(2차원 유동)이고, 임펠러 상류측에서 방사상 내측 방향으로 블레이드 열(row) 내로 진입해서 그 내부를 통과한 다음, 블레이드부(blading)를 통해 방사상 외측 방향으로 2회 유동한다. 이 유동은 로우터 축에 대해 평행하고 로우터와 동일 방향으로 회전하는 편심 와류의 형성을 특징으로 한다.

이 유동이 먼저 흡입(상류) 블레이드부를 통과한 다음 배출 블레이드를 통과함에 따라 2단 작용(tow stage action)이 발생한다. 이 유동은 임펠러를 횡단해서 이동함에 따라서 수축되어 배출 블레이드(제2 단)에서 높은 속도를 발생시킨다. 이 유동은 임펠러를 떠나 와류 주위에서 선회 및 압착됨에 따라서 재수축된다. 이들 효과의 조합은 횡축 팬으로 하여금 고압력 계수를 획득할 수 있게 한다. 와류벽은 유입부를 유출부로부터 분리시켜 와류를 안정화시키는 작용을 한다. 와류 영역에서는 재순환 유동만이 존재하기 때문에 이곳에서는 유효 일이 행해지지 않는다. 와류의 주요 영향은 에너지 낭비이다. 그러나, 팬 안정성은 와류벽 틈새에 대해 매우 민감하다. 이 변수는 매우 신중하게 조절되어야 하는데, 이는 안정된 고성능과 임펠러와 와류벽간의 상호 작용에 의해 발생되는 소음(tone noise) 사이에 맞교환(trade-off)이 이루어져야 하기 때문이다.

와류벽에는 임펠러와 대면해서 종래에서와 같은 원형면이 아닌 타원면이 제공된다. 와류벽과 임펠러간의 소정 틈새에 대해, 타원면은 유사하게 배치된 원형면과 비교해서 개선된 유동 성능 또는 소리 감소를 제공한다. 기본적으로, 틈새 또는 간극이 작을수록 팬은 더 안정되고 소음은 더 크다. 유동 증대 또는 소리 감소는 타원면의 배향(orientation)에 따라 좌우된다. 타원면의 장축이 와류벽의 방향에 일치하는 선 상에 있으면 곡면은 더 좁아지고 유동 성능은 증대하는 반면에, 타원면의 장축이 와류벽의 방향에 대해 수직한 선 상에 있으면 곡면은 더 넓어지고 통과하는 블레이드와의 상호 작용으로 인해 소리가 감소된다. 대안으로서, 임펠러와 타원형 와류벽간의 틈새를 변경하여 기타 다른 인자를 개선시키면서 원형 곡면의 소리 또는 유동 표준이 유지될 수 있다.

본 발명의 목적은 횡축 팬의 성능을 향상시키는 데에 있다.

본 발명의 다른 목적은 횡축 팬에 대한 소음 등급(noise ratings)을 개선시키는 데에 있다.

제1도는 유동 경로들을 도시한 종래 기술의 횡축 팬의 단면도.

제2도는 본 발명의 와류벽의 단면도.

제3도는 하나의 변경된 와류벽의 단면도.

제4도는 제2의 변경된 와류벽의 단면도.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

10 : 횡축 팬 12 : 임펠러 또는 로우터

16, 116, 216, 316 : 와류벽 16-1, 116-1, 216-1, 316-1 : 선단

20 : 후방벽 20-1 : 유입부

S : 흡입측 D : 배출측

F-1, F-2 : 초점 V : 와류

β : 각도

이하에서 명료해질 상기 목적 및 기타 목적들은 본 발명에 의해 달성된다.

기본적으로, 임펠러와 와류벽의 선단은 상호 작용해서 타원 곡면을 한정하는 벽과 원형 곡면을 한정하는 임펠러에 의해 수렴-발산 틈새를 한정한다.

도1에서, 참조 부호(10)은 종래 기술의 횡축 팬을 나타낸다. 팬(10)은 임펠러 또는 로우터(12), 와류벽(16) 및 후방벽(20)을 포함한다. 후방벽(20)의 곡선형 유입부(20-1)와 와류벽(16)의 곡선형 선단(16-1)은 임펠러(12)와 상호 작용해서 팬(10)의 배출측(D)으로부터 흡입측(S)을 분리 한정한다. 와류벽(16)과 후방벽(20)의 배출부는 각도(β)를 형성한다. 원형 곡선형 선단(16-1)과 원통형 임펠러(12)는 상호 작용해서 흡입측과 배출측 사이에 수렴-발산 유동 경로를 한정한다. 선단(16-1) 및 임펠러(12)의 양자는 모두 원형이기 때문에 이들은 3차원에서 대면한 원통면들을 나타내며, 선단(16-1)의 최소 원형 범위의 정도까지 수렴-발산 구역의 목부(throat)에 대해 양 방향으로 대칭적이다.

도시된 바와 같이, 임펠러(12)의 반시계 방향 회전에 의해 공기의 유동 경로들이 화살표로 도시되고 있다. 한 화살표 (V)는 와류벽(16)에 의해 부분적으로 경계가 정해지는 폐쇄 유동 경로 또는 와류를 한정한다. 와류(V)의 존재로 인해 도1에서 명료하게 도시된 바와 같이 임펠러(12)로부터 배출된 공기가 와류(V)와 후방벽(20) 사이에서 압착되어 고속도로 유지된다. 이 와류(V)의 하류에서, 유동은 팬유출구로 이동함에 따라 확산기 구역(22)에서 매우 급속하게 팽창한다. 이 팽창과정은 와류(V)에 의해 증대되는데, 이는 와류(V)가 없는 경우에 상기 유동이 확산기 구역(22) 내의 벽으로부터 분리되기 때문이다.

본 발명은 3차원에서 사실상 반 원통체인 도1의 선단(16-1)을 타원면 부분으로 변경한 것이다. 도2에서, 와류벽(116)의 선단(116-1)은 도2에 나타난 바와 같은 벽(116)의 중심선 상의 초점(F-1, F-2)에 의해 한정된 장축을 갖는 하나의 타원에 대한 반 타원면이다. 도3에서, 와류벽(216)의 선단(216-1)은 도3에 나타난 바와 같은 벽(216)의 중심선에 대해 수직한 선 상의 초점(F-1, F-2)에 의해 한정된 장축을 갖는 하나의 타원에 대한 반 타원면이다. 도4는 상기 유동에 대해 제공되는 벽(316)의 선단(316-1)의 표면에 대해서는 도3과 유사하다. 그러나, 벽(316)은 도3의 실시예에서와 같이 더 육중한 벽(216)을 갖는 것이 아니라 타원면을 갖는 "J" 자 형상의 선단(316-1)으로 굴곡된 판금속으로 제조된다. 초점(F-1, F-2)들 사이의 장축 상의 중간점은 타원의 장축 및 단축 반경이 결정되는 타원의 중심이다. 따라서, 선단(116-1)과 선단(216-1, 316-1) 간의 기본적인 물리적 차이는 도2의 실시예와 도3및 도4의 실시예들 사이에서 타원이 90。회전되어 다른 타원면들을 제시하고 있다는 점에 있다. 벽(116, 216 또는 316)의 축이 임펠러(12)의 직경상에 있는 특별한 경우를 제외하고는, 표면(116-1, 216-1, 316-1)들은 임펠러(12)와 상호 작용해서 목부에 대해 비대칭적인 수렴-발산 목부를 한정한다. 이것이 와류(V) 지점에 제공되고 임펠러(12)의 블레이드들이 선단(116-1, 216-1, 316-1)들과 각각 최소 틈새를 갖는 경우에, 이들의 상호 작용은 도1의 종래 기술의 팬(10)의 상호 작용과는 상당히 상이하다.

도2에서, 타원의 단측은 더 짧은 수렴-발산 구역을 발생시킨다. 선단(116-1)의 형상으로 인해, 모든 다른 인자들이 동일한 상태에서 선단(16-1)의 경우 보다 유동이 증대된다.

도3에서, 타원의 장측은 더 긴 수렴-발산 구역을 발생시킨다. 선단(216-1)의 형상으로 인해, 모든 다른 인자들이 동일한 상태에서 선단(16-1)의 경우보다 더 정숙한 운전 및 더 적은 음량(tonal content)이 얻어진다. 도4의 실시예는 유사한 방식으로 작동한다.

도2의 형상은 유동 및 정숙 운전 모두가 선단(16-1)의 경우보다 양호한 상태에서 보다 정숙한 운전을 제공하기 위해 수렴 발산부의 목부 또는 틈새를 증대시켜 유동을 감소시키도록 변경이 이루어질 수 있다. 마찬가지로, 도3 및 도4의 형상은 소음을 증대시키지만 유동 및 소리가 선단(16-1)의 경우보다는 양호한 상태가 되도록 발산 수렴부의 목부를 감소시켜 유동을 증대시키도록 변경이 이루어질 수 있다.

도1의 종래 기술의 원형 베인 선단(16-1)의 재설계 시에, 선단(16-1)을 재한정하는 타원의 단축 반경(R_minor)의 범위는 이하의 범위 내에 있어야 한다.

0.02≤ R_minor/D_o≤0.15

여기서, D_o는 임펠러(12)의 직경이다. R_minor의 소정값에 대해, 타원형 선단(116-1 또는 216-1)의 장축 반경(R_major)의 범위는 이하의 범위 내에 있어야 한다.

1.1≤ R_major/R_minor≤6.0

도2 및 도3의 실시예에 있어서, 와류벽과 임펠러간의 최소 공간 또는 틈새(d_gap)는 이하의 범위 내에 있고,

0.02≤ d_gap/D_o≤0.15

와류벽 각도(β)의 범위는 이하의 범위 내에 있다.

0。≤ β ≤50。

전술한 설명으로부터, 종래 기술의 원형 선단(16-1)은 본 발명의 교시를 이용하여 선단(116-1 또는 216-1)으로 변경될 수 있으며, 상기에서 나타낸 바와 같이 d_gap을 변동시킴으로써 추가 변경이 이루어질 수 있다는 사실이 명백하다. 또한, 도2 및 도3은 타원면의 배향 및 중간 위치들의 극한이 가능함을 나타내고 있다.

이상 설명한 본 발명에 의하면, 횡축 팬의 성능을 보다 향상시키고 횡축 팬에 대한 소음 등급을 개선시킨 효과가 있다.

Claims

외경(D_o)을 갖는 로우터(12)를 구비한 임펠러와, 상기 로우터로부터 틈새(d_gap)만큼 이격된 선단(116-1)을 구비한 와류벽(116)과, 상기 와류벽과 상호 작용해서 소정의 각도를 갖는 배출부를 한정하는 후방벽(20)을 포함하는 횡축 팬 수단(10)에 있어서, 상기 선단은 초점을 갖는 타원면을 구비하고 상기 로우터로부터 이격되며, 상기 타원면은 이하와 같이 되는 장축 반경(R_major) 및 단축 반경(R_minor)을 갖는 것을 특징으로 하는 횡축 팬 수단.

1.1≤ R_major/R_minor≤6.0

여기서, 0.02≤ R_minor/D_o≤0.15
제1항에 있어서, 상기 후방벽은 상기 와류벽과 상호 작용해서 이하와 같이 되는 각도(β)를 갖는 배출부를 한정하는 것을 특징으로 하는 횡축 팬 수단.

0.02≤ d_gap/D_o≤0.15

및 0。≤ β ≤50。