KR102208044B1 - 공업용 축류팬용 블레이드 및 이를 포함한 공업용 축류팬 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공업용 축류팬용 블레이드 및 이러한 블레이드를 포함하는 공업용 축류팬에 관한 것이다.
상세하게는, 본 발명은 에어포일 및 부착부를 포함하는 공업용 축류팬용 블레이드에 관한 것이며, 상기 부착부는 허브에 에어포일을 연결하고, 상기 부착부는 축류팬의 작동중에 적어도 하나의 굴곡 지점을 갖도록 부착부가 변형되는 것을 허용하는 강성 분배 및 강성을 갖는 것을 특징으로 한다.

Description

공업용 축류팬용 블레이드 및 이를 포함한 공업용 축류팬 {BLADE FOR INDUSTRIAL AXIAL FAN AND INDUSTRIAL AXIAL FAN COMPRISING SUCH BLADE}

본 발명은 공업용 축류팬용 블레이드 및 이러한 블레이드를 포함한 공업용 축류팬에 관한 것이다.

산업상 이용을 위한 축류팬은 통상적으로 허브 및 하나 이상의 블레이드들을 포함하며, 블레이드들은 기본적으로 두 부분을 포함하는데, 이는 공기를 움직이는 기능을 갖는 에어포일 및 에어포일을 허브에 연결하는 기능을 갖는 부착부이다.

부착부는 에어포일과는 별개로 제작되어 그 후 에어포일에 연결된 부재이거나, 에어포일과 함께 단일 부품으로 만들어져 블레이드와 일체인 부분일 수 있다. 에어포일에 대해서 어떻게 만들어졌는지와 관계없이 이하의 기술에서는 동일한 용어 “부착부”를 사용하기로 한다.

팬이 작동할 때 발생하며 이 위치에서 최대치를 갖는 하중을 부착부가 견뎌야 하는 것은 명백하며, 따라서 부착부의 설계는 매우 중대하고 제품의 내구성 및 가격에 매우 많은 영향을 미친다. 또한 부착부는 블레이드 상의 주기적인 하중에 의해 발생하는 진동들을 축류팬의 구동장치에 전달하고 플랜트 구조에도 전달한다. 이러한 진동들은 축류팬의 부품들의 기계역학적 저항에 대한 많은 문제를 일으키는데, 이 문제들은 해결하기 매우 어렵고 이러한 요소의 중요성을 증가시킨다.

축류팬 분야에서, 팬의 허브에 블레이드를 연결하는 것에 대해서 많은 다른 기술적 솔루션들이 알려져 있다.

선행기술들을 간략하게 논의하기 위해서, 특히 원심력들의 작용과 관련하여, 공업용 축류팬의 블레이드의 작동중 그 블레이드 상에 작용하는 정적 그리고 동적 힘을 재개(reassume)하는 것이 중요하다.

그러므로, 우리는 축류팬의 허브에 에어포일 프로파일을 연결하는 부재 상의 일정한 및-또는 불규칙한 하중들을 감소시키는 목적을 갖는 업계에서 실제로 알려진 다양한 솔루션들을 기술할 것이다.

작동중에 축류팬의 블레이드 상에 작용하는 힘들은 일정한 힘들 A)와 불규칙한 힘들 B)로 나뉠 수 있다.

A) 도 1a에 나타낸 바와 같은, 일정한 힘들은 다음과 같다:

- 양력 (L)

- 항력 (D)

- 원심력 (C)

- 블레이드 중량 (W)

만약 블레이드 축이 이상적인 회동면(rotating plane)에 대해서 α의 각도를 갖는다면, 원심력은 도 1b에 나타낸 바와 같이 떠오르는 방향에 반대인 방향을 갖는, 하나는 상기 블레이드 면에 방사상이고 하나는 상기 블레이드 면에 수직인, 두 개의 성분들로 명확히 분리될 것이다.

결과적으로, 블레이드 면에 수직한 힘은 다음의 식에 따라 감소될 것이다:

(1)

B) 불규칙한 힘들은 다음에 의해서 생성되는 힘들이다:

- 팬을 지지하는 구조 또는 이를 포함한 하우징과 블레이드를 둘러싸고 생성된 공기역학장 간의 상호작용; 이들은 일정한 공기역학적 힘들에 비례한다;

- 블레이드 공진(resonance) 또는 구조 공진 등의 임계 조건에서의 운전; 그 진폭은 블레이드의 수동 및 능동 댐핑(damping) 특성들에 따라 변경된다.

- 바람이나 다른 장치와 같은 환경에 대한 간섭;

- 블레이드 프로파일에 의해 생성되어 자체 유발된 소용돌이 항적들(vortex wakes).

그 진폭은 주기적으로 반복되며, 이러한 이유로 일반적으로 교번된 힘들로 불린다.

이러한 힘들은 피로 현상을 야기하여, 이러한 힘들은 일정한 힘들과 비교할 때 블레이드 수명에 더욱 해가 된다.

작동중에 블레이드들 상에 작용하는 힘들에 의해 발생된 일정한 그리고/또는 불규칙한 하중들을 감소시키기 위해 시장에서 사용되고 업계에서 실제로 알려진 부착부들은, 도 2a, 2b, 2c 및 2d에 나타나있고, 여기서 간략하게 기술될 것이다.

부착부의 제1유형을 포함하는 블레이드는 도 2a에 보여진 강접부를 포함한다: 방사상 방향에서 프로파일의 강성(stiffness)보다 높은 강성을 갖는, 강성 부착부가 사용된다.

허브에 대한 블레이드의 부착부의 지지대는 에어포일 축이 수직면에 경사지고 이상적인 회동면에 대해서 α의 고정각을 갖도록 설계된다. 원심력의 수직 성분이 양력에 반대되는 이러한 배열은 상술한 식 (1)에 따라 일정한 하중들을 감소시키는 것을 허용하지만, 불규칙한 하중들에는 아무런 영향이 없다.

알려진 블레이드 부착부의 다른 유형은 도 2b에 도시된 힌지식 연결부를 포함하며: 수평축을 갖는 힌지는 허브와 에어포일 간의 연결부로 작용한다. 이 경우 에어포일은 팬 회동면에 수직하게 회전하는데 제한이 없으므로, 팬이 작동중일 때 원심력에 의해 견인력이 균형을 이루는 위치가 유지되는 경향이 있어 일정한 그리고 불규칙한 하중들이 최소화된다.

알려진 다른 블레이드 부착부는, 과도한 압력 없이 수직면에서 구부러질 수 있을 정도로 높은 유연성을 갖는, 허브에 에어포일을 연결하는, 도 2c에 보여진 바와 같은, 에어포일로부터 분리된 하나의 단일 부재로 구성된 연접부를 포함하여 일정한 그리고 불규칙한 하중들 모두가 감소한다.

또한, 부착부의 다른 유형은, 서로 상호작용하여 과도한 압력 없이, 수직면에서, 제어된 방법으로 구부러질 수 있는, 허브에 에어포일을 연결하는, 도 2d에 보여진 바와 같은, 에어포일로부터 분리된, 두 개의 중첩된 부재들로 구성되는 연접부를 포함한다. 일정한 그리고 불규칙한 하중들이 감소될 수 있다.

업계에서 오늘날 사용되는 상술한 시스템들에서, 제1 진동 모드(도 3b 참조)에 따라 진동하는 캔틸레버 빔의 그것과 유사하게 형상(도 3a의 변위 참조)을 모델링하는, 교번하는 작동 하중들 하에서 블레이드가 변형되는 중이거나 변형되는 경향이 있는 점이 강조되어야 한다. 이러한 특성은 블레이드로 투입되고 그 결과로서 허브로 그리고 나서 구조로 전달되는 에너지가 증폭되는 것을 수반한다. 실제로 블레이드를 변형하는 에너지는 다음과 같이 계산된다:

(2)

여기서:

는 주어진 방사상 섹션 r에서의 견인력 벡터이다;

는 주어진 방사상 섹션 r에서의 시스템의 변위 벡터이다;

r₁은 블레이드와 허브 간의 연결부의 방사상 위치이다;

r₂은 블레이드 팁 방사상 위치이다.

상기 식 (2)를 더 잘 설명하기 위해서, 도 3b에서 캔틸레버 빔의 진동의 제1 모드가 도식화되었다. 잘 알려진대로, 두 벡터들의 스칼라 곱은 그들 모두가 동일한 방향을 가질 때 양의 부호를 갖지만, 그들이 반대되는 방향을 가질 때 음의 부호를 갖는다; 곱의 모듈은 두 벡터들의 진폭에 비례한다. 제1 진동 모드에서, 변위 s(r)은 방사상 폭을 따라 단조 증가하는 함수이다; 가해진 교번된 힘 f(r) 또한 폭방향으로 단조 증가하는 함수이다. 따라서, 제1 모드로 진동하는 시스템에서 식 (2)의 적분은, 거리 (r)를 따라 진폭이 지수적으로 증가하는, 양수들만의 합이다.

알려진 블레이드들, 특히 도 2a 및 2c와 2d의 블레이드들은, 교번된 하중들 하에서 제1 진동 모드에 따라 진동하는 캔틸레버 빔의 형상과 유사한, 전형적인 변형된 형상을 가져, 각 블레이드 단일 섹션의 변위 ds가 방사상 폭을 따라 증가하고 교번된 힘 f(r) 역시 따라서 증가한다. 추가적으로, 이 파라미터들, 섹션 변위들 및 여기하는 힘들 모두는, 위상에서 그들의 방향을 변경한다.

따라서, 이러한 알려진 시스템들에서 블레이드에 투입되는 에너지는 증폭되고 부착부 상에 작용하는 부하 역시 그렇다고 결론내릴 수 있다.

따라서 본 발명의 목적은 블레이드에 투입되어 구조로 전달되는 에너지를 줄이기에 적합한 공업용 축류팬용 블레이드를 제공하는 것이다.

이 목적에서, 본 발명의 목표는 불규칙한 하중들의 영향을 최소화하기에 적합한 공업용 축류팬의 허브에 블레이드의 에어포일을 연결하는 부착부를 제공하는 것이다.

선행기술에서와 같은 제1 진동 모드 대신에 캔틸레버 빔의 제2 진동 모드에 따라 진동하여 그 결과로 불규칙성의 영향을 최소화하도록, 불규칙한 하중들이 가해지는 블레이드를 강제하는데 적합한 부착부를 갖는 블레이드를 제공하는 것 역시 본 발명의 일 목표이다.

본 발명의 또 다른 목표는 여러 다른 기하학적 파라미터들에 따라 연결 부분들의 기하학적 구조를 변경하는, 축류팬의 특정 운전 조건에 따라 맞춤화될 수 있는 공업용 축류팬용 블레이드를 제공하는 것이다.

이러한 목적과, 설명을 위한 것이되 본 발명을 제한하지 않는 목적들을 달성하기 위해서 다음의 바람직한 실시예들의 상세한 설명으로부터 더 명확해질 것이며, 본 발명은 불규칙한 작동 하중들이 가해질 때 굴곡 지점을 갖는 것과 같은 특정 부착부를 블레이드에 제공한다.

도 4b를 보면 실제로 제2 진동 모드에서 변위 함수 s(r)은 일면 상에 그리고 반대면 상에 오목함을 먼저 가져, 전환점에서 굴곡을 갖는 것을 알 수 있을 것이다.

따라서, 시스템의 일부는 일 방향(도 4b의 영역 A)으로 변형하고, 또 일부는 반대방향으로 변형한다. 반대로, 가해진 교번된 힘들은 일 방향만 갖고 그들의 진폭은 방사상 폭을 따라 증가한다; 그러므로 이들 하중들의 일부는 변형물과 동위상이지만 그 일부는 관련된 변형물과 반대의 위상이다. 그후 이러한 진동 모드에서, 식 (2)의 적분은, 계속적으로 증가하지 않는 양수 및 음수들의 합이다.

따라서, 제1 진동 모드에서와 같은 동일한 가해진 교번된 힘들에서, 그 값은 의심할 여지 없이 종전 경우에서보다 낮게 된다.

주된 결론으로서, 캔틸레버 빔의 제2 모드와 형상이 유사한 교번된 하중들 하에서 변형되는 시스템에서, 그 시스템에 투입되는 에너지는 최소화될 것이며: 따라서 제2 모드에 따라 진동하는 블레이드들은 최소화된 불규칙한 하중들의 영향들을 가질 것이다.

축류팬의 블레이드에 자연스럽지 않은 제2 모드에 따라 진동하는 블레이드를 갖는 목적은, 연결 부재가 적어도 하나의 굴곡 지점을 갖도록 변형되게 강제함으로서 얻어진다.

본 발명의 추가적인 특성들 및 장점들은 단지 설명적인 그리고 본 발명을 제한하지 않는 다음의 바람직한 실시예들의 상세한 설명으로부터 더 명확해질 것이며 다음과 같은 도면 상에 도시된다:
도 1a, 1b, 2a, 2b, 2c, 2d는 선행기술에 따른 축류팬용 블레이드들의 다른 예들을 보여준다;
도 3a는 작동 상태에서의 알려진 타입의 블레이드 시스템의 두가지 변형된 상태를 보여준다;
도 3b는 제1 진동 모드에 따른 캔틸레버 빔의 변위의 개념을 보여준다;
도 4a는 본 발명에 따른 블레이드의 변형된 상태를 보여준다;
도 4b는 제1 진동 모드에 따른 캔틸레버 빔의 변위의 개념을 보여준다;
도 5는 댐핑 인자(factor)의 다른 값들을 위한 주파수비율(frequency rate)을 갖는 동적 증폭의 변동을 나타낸다;
도 6a는 알려진 타입의 블레이드의 예를 보여준다;
도 6b는, 특히 작은/중간 크기들의 축류팬을 위한 본 발명의 제1 실시예에 따른 블레이드를 보여주며, 블레이드가 목부 영역을 갖는 부착부를 포함한다;
도 6c는 에어포일이 목부 영역을 갖는, 본 발명의 제2 실시예에 따른 블레이드를 보여준다;
도 7은, 특히 중간-큰 크기의 축류팬의 경우에 적용되는, 본 발명의 제3 실시예에 따른 블레이드를 보여준다;
도 8은 에어포일과 별개로 제작되어 그 후 연결된 부착부를 포함하는 본 발명의 제 4 실시예에 다른 블레이드의 일 예를 보여준다;
도 9는, U-형상의 횡단 단면을 갖는 부착부를 특징으로 하는, 본 발명에 따른 블레이드의 추가적인 실시예를 보여준다;
도 10은, 그 길이 방향을 따라 감소하는 두께를 갖는 부착부 단면을 특징으로 하는, 본 발명에 따른 블레이드의 추가적인 실시예를 보여준다;

상술한 도면들에 관하여, 본 발명의 주된 과제는, 불규칙한 하중들이 가해지는, 블레이드가 캔틸레버 빔의 제2 진동 모드와 유사한 방식으로 진동하도록 강제하는, 공업용 축류팬용의 새로운 블레이드를 제공하는 것이다.

이 결과는, 불규칙한 하중들 하에서 변형할 때 굴곡 지점을 갖도록 강제하기 위한 블레이드 그리고 구체적으로 그 부착부 및-또는 가까운 에어포일 구역의 설계에 따라 성취된다.

또한, 추가의 이점들이 역시 블레이드 중량 및/또는 중량 분배에 따라 성취될 수 있다.

시스템의 작동 상의 이러한 인자들의 영향이 여기서 설명된다.

운전중 교번된 힘들은 블레이드 및 그 부착부를 상방향 및 하방향으로 주기적으로 변형하는 경향이 있다. 블레이드는, 도 4b 참조의 제2 진동 모드와 유사하게 도 4a에 보여지는 바와 같은 변형된 형상을 자연스럽게 갖는다. 동시에, 원심력은 제1 모드에 따라 발전된 블레이드 변형을 상쇄하는 경향이 있다. 교번된 힘들이 변형에 의한 영향을 받지 않는데 반해서, 원심력에 의해 발생한 영향은 변형에 선형적으로 의존한다.

부착부 상의 강성은 원심력의 유효성에 대해서 핵심 역할을 한다. 실제로, 부착부 상의 강성 분배 및 강성은 블레이드 변형에 종속한다.

허브 섹션에서 더 단단하고 에어포일 측에서 덜 단단한 부착부는 원심력의 유효성을 증폭한다.

방사상 방향에 따른 강성의 적절한 변동과 함께 굴곡 지점이 획득될 수 있어서 변형된 블레이드의 캠버(camber)가 반경을 따라 뒤집힐 수 있으며, 블레이드가 제2 진동 모드와 최대한 비슷하게 변형되는 것을 허용한다.

블레이드 중량에 대해서, 변형물의 캠버 뒤집힘에 작용하는 원심력의 용량은 그것의 양과 그것의 방사상 분배에 의해 결정된다.

전형적인 공업용 팬 블레이드에서 중량 분포는 루트에서 팁을 향해 감소하는데, 에어포일의 벽 두께와 크기 또한 그렇게 감소하기 때문이다.

그러므로, 작동중 원심력은 단독으로 부착부에서 요구된 굴곡 지점을 소망에 따라 생성하기에 효과적이지 않다.

팁 섹션에 대한 중량들의 추가는 원심력의 유효성을 증폭하며 그 작용에 도움이 될 수 있다.

본 발명에 따른 블레이드와 이러한 블레이드를 포함하는 축류팬은 종래기술에 비해서 교번된 하중들의 감소에 실질적인 향상을 가져온다.

본 발명의 다른 중요한 특성은 힌지된 것을 포함한 알려진 시스템들과 비교했을 때 더 큰 불규칙한 하중 저항을 유도하는 것인데, 이는 블레이드 팁의 추가된 중량들과 결합된 강성의 폭방향 변동이 특히 공진 상태에서 교번된 하중들에 대한 블레이드의 응답을 효과적으로 줄이기 때문이며, 이는 후술한다.

축류팬의 블레이드를 질량-댐핑-강성(mass-damping-stiffness) 시스템으로 고려하고 단순한 단일 자유도(one-degree-of freedom, SDoF) 시스템과 유사한 것으로 가정하면, 시스템이 시간 관련 힘(time dependent force) f(t)와 함께 동적으로 여기될 때, 운동방정식은 다음과 같다:

(3)

여기서 m은 블레이드 질량이고, c는 댐핑 계수이고, k는 블레이드 강성이고, x(t)는 시스템 응답이고, f(t)는 하중 함수이다.

방정식 (3)의 해는 두 부분들의 합이다: 동차 부분은 자유진동을 기술하고, 개별 부분은 강제된 응답을 기술한다. 댐핑 시스템(damped system)의 자유진동응답은 시간에 걸쳐 감쇠하며, 그러므로 비교적 짧은 시간에 시스템의 응답이 강제된 변동에 일치하여 힘과 동일한 주파수를 갖는다.

팬 블레이드를 여기하는 가장 일반적인 교번된 힘은 주파수 ω를 갖는 단순한 사인함수이며; 방정식 (3)은 다음과 같이 바뀐다:

(4)

F 및 X는 각각 여기 힘 및 시스템 응답의 진폭이다. 방정식 (4)는, 시스템 주파수인 역학 변수 ω_n과 댐핑율인 δ에 대해서 다시 쓸 수 있으며, 다음과 같다:

(5)

(6)

(7)

여기서:

X_st는 정적 하중 F에 대한 시스템 응답이다;

Ω는 블레이드와 힘 간의 주파수율(=ω/ω_n)이다.

방정식 (7)의 왼쪽은 “동적 증폭 인자(dynamic amplification factor)”라고 부르고 이 인자에 의해서 외부 힘이 동적이고 정적이지 않은 사실에 기인하여 변위 응답들이 증폭된다.

동적 증폭 인자는 주파수율 Ω 및 댐핑 인자 δ에 의해 결정된다. 댐핑 인자의 다른 값들에 대한 주파수율을 갖는 동적 증폭 인자의 변동은 도 5에 보여진다.

진동 상태 Ω=1에서, 그 인자는 그것의 최대값을 갖는다:

(8)

댐핑 계수 c는 소재에 따른다.

본 발명에 있어서, 연결부분 강성(k) 감소는 에어포일의 팁에 추가될 수 있는 중량을 감안하더라도 중량(m)이 거의 변하지 않도록 두면서, 그러나 강성(k)은 현저하게 줄인다.

결과적으로, 선행기술에 대해서, 본 발명은 교번된 하중들에 대한 응답을 대체로 그리고 특히 공진 상태에서 감소시킨다.

본 발명은 유리하게, 기술적으로, 그리고 저비용으로, 예를 들어 500밀리미터 직경의 작은 크기에서부터 예를 들어 20미터 직경의 큰 크기에 이르기까지, 냉각용 축류팬들의 모든 분야에, 그리고 연결 부분이 에어포일과 일체인 경우 및 부착부가 에어포일에 대해서 별개 부재인 경우 모두에 대해서 적용될 수 있다.

다음에서는 본 발명의 여러 바람직한 실시예들의 일 예들이 제공될 것이다.

본 발명에 따른 블레이드의 제1 실시예에서, 도 6b에서 참조할 수 있는 바와 같이, 작은/중간 크기의 블레이드가 고려된다.

작은 블레이드들은 일반적으로 단일 피스 캐스트 알루미늄, 또는 성형된 플라스틱이나 섬유 유리로 구현된다. 도 6a에 종래기술에 따른 전형적인 작은 블레이드가 보여진다. 도 6b은 본 발명에 따른 블레이드를 나타낸다.

이 경우에 있어서 발명의 구현은 소재가 주형에 주입될 것이고 어떤 형상도 용이하게 얻을 수 있어서 오히려 단순하다

요구되는 변형을 최적화하기 위해서, 도 6b의 실시예에서 블레이드는, 축류팬의 허브와의 연결을 위한 제1 부분(11), 에어포일(20)과의 연결을 위한 제2 부분(14), 목부 영역(13), 및 두 개의 횡 리브(15)를 포함하고 길이 방향으로 주로 전개되는 연결 부분(10)을 포함한다. 보다 구체적으로, 도 6b의 실시예에서 연결 부분(10)의 횡단 단면은 횡 리브(15)와 함께 구비되는 I-형상의 프로파일을 가지며, 연결 부분(10)의 길이 방향에 대해서 실질적으로 수직하게 연장되고, 높이 및 너비의 폭방향에서, 예를 들어 연결 부분(10)의 길이 방향 거리를 따라 감소할 수 있다.

연결 부분(10)의 코어 부분(12)의 최종 두께 및 너비 변동에 추가된 것은 블레이드가 제2 진동 모드로 진동하도록 유도할 것이다.

이상적인(ideal) 지점에 근접하게 변곡 섹션이 놓이는 작동 조건의 범위를 증가시키고 하중들의 최소화를 향상시키도록, 연결 부분(10)의 거리를 따라, 예를 들어 길이 방향을 따라, 변곡 섹션에 가까운 구역에서 목부 영역(13)의 강성이 일정하고-일정하거나 제1 부분(11) 및 제2 부분(14) 모두의 강성과 비교하여 더 낮도록 둘 수 있다.

더 큰 두께를 갖는 팁 캡 내에 공간을 둔 채로, 추가적인 중량은 블레이드의 팁에 고정될 수 있다.

중간-큰 블레이드들의 경우, 예를 들어 20미터 이상의 직경의 팬의 경우, 도 7에 보여진 본 발명의 추가적인 실시예에 따른 블레이드의 연결 부분(10')은 사각형, 바람직하게는 직사각형인 단면을 포함한다.

연결 부분(10')의 단면은 길이 방향을 따라 줄어들며, 축류팬의 허브와의 연결을 위한 제1 부분(11')에서부터 에어포일(20') 또는 블레이드와의 연결을 위한 제2 부분(14')까지, 도 7에 나타낸 바와 같이, 직사각형 프로파일의 두께 역시 길이 방향을 따라 줄어든다.

연결 부분은, 몰드에 의해 섬유 유리로 만들어진, 하나의 단일 피스로 구현될 수 있다. 이러한 경우에 일반적으로 소재의 구조는 주형 내에 놓인 유리 섬유 티슈로 만들어져 그 후 레진과 함께 주입된다.

효과적인 비용을 위해 도 7에 나타낸 바와 같은 트림 섹션일 수 있다.

대안으로서, 블레이드가 제2 모드로 진동하도록 허용하기 위해서, 굴곡 지점은 에어포일의 제1 부분 내로 유도되어, 도 6b의 제1 실시예에 관해서 개시된 것과 유사하게 프로파일 벽 두께의 강성이 국부적으로 감소한다.

이 실시예는 도 6c에 예시되어 있으며, 여기에서 에어포일(20'')은 목부 영역(13'')을 포함한다. 이 경우, 에어포일과 연결 부분은 단일 피스를 이룬다.

일반적으로 중공 프로파일을 갖는 블레이드인, 블레이드 프로파일의 단면의 벽-두께를 줄임으로서 동일한 결과가 달성될 수 있다.

추가적인 선택사항으로서, 추가 중량이 성형 공정 중에 에어포일 프로파일의 팁에 고정될 수 있거나(도 7의 부분W), 그 후에 다른 방법들로 고정될 수 있다.

본 발명의 추가 실시예에 따르면, 도 8에 보여진 바와 같이, 블레이드는 에어포일(20''')에 대해 별개의 부분으로 구현된 연결 부분(10''')을 포함할 수 있다.

이 경우에, 연결 부분(10''')은 섬유 유리나 주입될 수 있는 소재로 만들어질 수 있고, 에어포일(20''')에 내부적으로 또는 외부적으로 다양한 방법으로 연결될 수 있다.

도 8은, 예를 들어 작동 상태에서의 축류팬과 함께, 변형된 상태의 연결 부분(10''')을 보여준다.

본 발명에 따른 블레이드의 바람직한 실시예의 추가적인 예시는 도 9에서 보여지는 바와 같은 횡 리브(15'''')를 포함하는 U 섹션을 특징으로 하는 연결 부분(10'''')을 포함한다; 작동중 굴곡 지점과 함께, 희망하는 변형을 달성하기 위해서, 폭 및 횡 리브들은 그 크기가, 축류팬의 허브와의 연결을 위한 제1 부분(11'''')으로부터 에어포일(20)과의 연결을 위한 제2 부분(14'''')까지의 길이 방향을 따라, 폭방향으로 줄어들 수 있다.

여러 제조 시스템들이 이러한 피스를 생산하기 위해 사용될 수 있다; 단순한 것은 라미네이트 시트를 크기에 맞게 자른 후 구부리는 것이다.

구분된 연결 부분(10'''')은, 연결부가 팁에 가깝기 때문에 프로파일 상의 하중들을 줄임과 동시에 더 긴 범위에서 변형이 잘 분배되도록 10퍼센트 이상 에어포일(20'''') 내부에서 연장된 섹션을 가질 것이다.

물론 에어포일 내부에 있는 연결 부분의 일부는 접촉하지 않고 변형하도록 에어포일 벽들로부터 적절한 공차를 갖는다.

본 발명에 따른 공업용 축류팬용 블레이드의 추가적인 실시예는 도 10에 보여진다. 여기서 블레이드의 연결 부분(10''''')은 사각형 단면을 구비한 중공-프로파일을 갖는데, 상기 단면의 벽-두께는 연결 부분(10''''')의 길이 방향을 따라 줄어들고, 연결 부분의 강성은 연결 부분을 따른 목부 영역을 갖지 않고 길이 방향을 따라 줄어든다.

제2 모드에 따라 진동하도록 강제하기 위해서 작은/큰 크기의 팬 용으로 구현되고 본 발명에 따른 블레이드의 연결 부분의 몇몇 예들이 이하에서 제공된다.

10m 직경의 팬을 위해, 블레이드는 3.5m의 총 길이를 갖고, 허브 연결부에서의 연결 부분의 강성 수치는 4E10 kg㎟이고, 2m 거리에서 강성의 비율은 허브의 값의 1/5이고, 팁에서의 중량은 34.000N의 원심력을 생성하도록 블레이드를 도울 것이다.

이러한 수치들은, 다른 유형의 부착부가 사용될 때, 동일 팬에 대해서, 완전히 달라질 수 있으며; 예를 들어 세 배 더 무거운 연결 부분을 가지고 60.000N의 원심력으로 발전하여 동일한 효과를 얻을 수 있다.

10 : 부착부

Claims (13)

1. 부착부(10, 10', 10'', 10''', 10''', 10''''') 및 에어포일(20, 20', 20'', 20''', 20'''', 20''''')을 포함하는 공업용 축류팬용 블레이드로서,
   상기 부착부(10, 10', 10'', 10''', 10''', 10''''')는 상기 에어포일을 허브에 연결하기 위한 것이고, 상기 부착부(10)는 축류팬의 작동중에 적어도 하나의 굴곡 지점을 갖도록 상기 부착부(10, 10', 10'', 10''', 10''', 10''''')의 변형을 허용하는 강성 분배 및 강성을 가지며,
   상기 부착부(10, 10', 10''', 10'''', 10''''')는, 상기 허브에 연결하기 위한 제1 부분(11, 11', 11''', 11'''', 11''''') 및 상기 블레이드(20, 20', 20''', 20'''', 20''''')에 연결하기 위한 제2 부분(14, 14', 14''', 14'''', 14''''')을 포함하고,
   상기 부착부(10, 10', 10''', 10'''', 10''''')는 상기 제1 부분(11, 11', 11''', 11'''', 11''''')에서 상기 제2 부분(14, 14', 14''', 14'''', 14''''')을 향해 그 종축 방향을 따라 감소하는 강성을 가져서, 상기 축류팬의 작동중에 상기 부착부(10, 10', 10''', 10'''', 10''''')가 적어도 하나의 굴곡 지점을 갖도록 변형되어 상기 블레이드(20, 20', 20''', 20'''', 20''''')의 제2 진동 모드에 따른 진동을 유도하는 것을 특징으로 하는,
   공업용 축류팬용 블레이드.
2. 제1항에 있어서,
   상기 부착부(10)는 목부 영역(13)을 포함하는 것을 특징으로 하는,
   공업용 축류팬용 블레이드.
3. 제2항에 있어서,
   상기 부착부(10)는, 횡 리브(15)와 함께 구비되는 I 형상의 프로파일을 갖는 것을 특징으로 하는,
   공업용 축류팬용 블레이드.
4. 제1항에 있어서,
   상기 부착부(10, 10', 10'''', 10''''')는, 종축 방향을 따라 감소하는 벽-두께를 갖는 단면을 구비하는 것을 특징으로 하는,
   공업용 축류팬용 블레이드.
5. 제1항에 있어서,
   상기 부착부(10, 10')는, 상기 제1 부분(11, 11') 및 제2 부분(14, 14') 모두의 강성과 비교하여 그보다 낮은 강성을 갖는 목부 영역(13, 13')을 포함하는 것을 특징으로 하는,
   공업용 축류팬용 블레이드.
6. 제1항에 있어서,
   상기 부착부(10', 10''''')는, 사각형 단면 또는 둥근 단면을 갖는 것을 특징으로 하는,
   공업용 축류팬용 블레이드.
7. 제1항에 있어서,
   상기 부착부(10'''')는, 한 쌍의 횡 리브(15'''')를 갖는 U-형상의 단면 프로파일을 갖는 것을 특징으로 하는,
   공업용 축류팬용 블레이드.
8. 제3항에 있어서,
   상기 횡 리브(15)의 폭 및 길이는 종축 방향을 따라 폭방향 크기가 감소하는 것을 특징으로 하는,
   공업용 축류팬용 블레이드.
9. 제1항에 있어서,
   상기 블레이드의 팁에 고정된 적어도 하나의 추가 중량(W)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
   공업용 축류팬용 블레이드.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 블레이드를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    공업용 축류팬.
    
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