KR20150131105A - 자유단-팁형 축류팬 조립체 - Google Patents

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Abstract

자유단-팁형 축류팬 조립체는 팁부 간극의 해로운 영향을 최소화하는 블레이드 팁부 기하형상을 갖는 팬을 포함한다. 최대 블레이드 두께는 블레이드 팁부 근처에서 상당한 증가를 나타낸다. 몇몇 구성에서, 블레이드 팁부에서의 최대 두께는 블레이드 팁부로부터 멀리 최대 두께 0.10R 보다 적어도 100 퍼센트 크다. 몇몇 구성에서, 블레이드 팁부에서의 후단 에지 두께는 블레이드 팁부로부터 멀리 후단 에지 두께 0.10R과 대략 동일하다. 몇몇 구성에서, 블레이드 두께 증가는 증가가 시작되는 위치로부터의 거리의 제곱에 따른다.

Description

자유단-팁형 축류팬 조립체{FREE-TIPPED AXIAL FAN ASSEMBLY}
관련 출원의 교차 참조
본 출원은 전체 내용이 본 명세서에서 참조로 포함되는, 2013년 3월 13일에 출원된 미국 가특허 출원 제61/779,186호에 대해 우선권을 주장한다.
본 발명은 일반적으로 다른 사용예 중에서 자동차 엔진 냉각 팬으로 사용될 수 있는 자유단-팁형 축류팬에 관한 것이다.
엔진 냉각 팬은 자동차에서 내연기관을 냉각하기 위한 라디에이터, 공기 조화기용 응축기, 및 가능하다면 추가적인 열 교환기를 전형적으로 포함하는 열 교환기 세트에 공기를 통과시키기 위해 사용된다. 이들 팬은 일반적으로 재순환을 감소시키고 팬과 열 교환기 사이에 공기를 유도하는 역할을 하는 슈라우드(shroud)에 의해 둘러싸인다. 전형적으로, 이들 팬은 슈라우드에 장착되는 전기 모터에 의해 동력이 공급된다.
팬은 전형적으로 제한된 기계적 물성을 갖는 재료인 플라스틱으로 사출 성형된다. 플라스틱 팬은 고온에서 회전 및 공기 역학적 부하를 받을 때 크리프 처짐을 나타낸다. 이 처짐은 설계 과정에서 고려되어야 한다.
일부 엔진 냉각 팬은 모든 블레이드의 팁부를 연결하는 회전 팁부 밴드를 갖지만, 다수는 자유단-팁형(free-tipped)이다 - 즉, 블레이드의 팁부는 서로 연결되지 않는다. 자유단-팁형 팬은 밴드형(banded) 팬과 비교할 때 여러 이점을 갖는다. 이들은 낮은 가격, 감소된 중량, 우수한 밸런스, 및 낮은 결합 불균형, 낮은 세차(precession) 토크, 및 동력이 제거될 때의 신속한 코우스트-다운(coast-down) 등의 감소된 관성으로 인한 이점을 가질 수 있다.
흔히, 자유단-팁형 팬은 일정 반경 팁 형상을 갖고 팬 블레이드와 가장 가까운 유격을 갖는 영역에서 원통형인 슈라우드 배럴 내에서 작동하도록 구성된다. 다른 경우, 팁부 반경은 일정하지 않다. 예를 들어, 미국 특허 제6,595,744호는 블레이드 팁부가 플레어형(flared) 슈라우드 배럴에 일치되도록 형성되는 자유단-팁형 엔진 냉각 팬을 개시한다.
자유단-팁형 팬은 블레이드 팁부와 슈라우드 배럴 사이에 팁부 간극, 또는 작동 유격을 갖도록 설계된다. 이 팁부 간극은 팬 조립체의 사용 수명에 걸쳐 발생할 수 있는 제조 공차와 최대 처짐 모두를 허용하도록 충분해야 한다. 실제로, 이 간극은 일반적으로 팬 직경의 적어도 0.5 퍼센트, 2 퍼센트 미만이고, 더 전형적으로 팬 직경의 대략 1 퍼센트이다.
팁부 간극의 존재는 성능에 대해 다수의 해로운 영향을 갖는다. 하나의 영향은 간극이 증가할 때 팬은 소정의 작동 지점을 달성하기 위해 더 높은 속도에서 작동해야 한다는 점이다. 이는 블레이드 부하 - 팬 블레이드의 흡입 측과 압력 측 사이의 차동 압력 - 가 간극 근처에서 감소되기 때문이다. 다른 영향은 특히 시스템 저항성이 클 때, 감소되는 팬 효율 및 증가되는 팬 소음이다. 이들 해로운 영향은 자유단-팁형 팬의 적용을 시스템 저항성이 상대적으로 낮은 적용예로 한정할 수 있다. 따라서, 팁부 간극에 의해 발생되는 불리한 성능 영향을 최소화하는 자유단-팁형 팬에 대한 요구가 있다.
일 접근법은 팬 부하에 대한 팁부 간극의 영향을 방해하도록 팬을 설계하는 것이다. 예를 들어, 미국 특허 출원 공개 제2011/0211949호는 팁부 간극의 존재시 개선된 팁부 부하를 갖는 팬을 개시한다. 이 팬은 팬 성능을 개선할 수 있으나, 팬의 효율 및 소음은 여전히 간극에 의해 손상될 수 있다.
다른 접근법은 간극을 통한 공기 유동이 최소화되는 방식으로 팬의 팁부를 설계하는 것이다. 다양한 방법이 다양한 성공과 함께 종래에 제안되었다. 과제는 팬의 소음을 증가시키거나 추가적인 기생 항력에 기여하는 기하학적 세부를 추가하지 않고, 팁부 간극을 통한 유동이 최소화되는 방식으로 블레이드 형상을 변형하는 것이다.
일 양태에서, 본 발명은 팬 및 슈라우드를 포함하는 자유단-팁형 축류팬 조립체를 제공하고, 팬은 복수의 블레이드를 갖고, 각각의 블레이드는 선단 에지, 후단 에지, 및 블레이드 팁부를 갖는다. 슈라우드는 블레이드 팁부의 적어도 일부분을 포위하는 슈라우드 배럴을 포함하고, 조립체는 슈라우드 배럴과 블레이드 팁부 사이에 작동 유격을 갖는다. 팬은 블레이드 후단 에지에서 측정된 블레이드 팁부의 최대 반경방향 범위와 동일한 블레이드 팁부 반경(R) 및 블레이드 팁부 반경(R)의 두 배와 동일한 직경(D)을 갖는다. 블레이드 각각은 각각의 반경에서 시위선 및 두께 분포를 갖는 단면 기하형상을 갖고, 상기 두께는 블레이드 선단 에지로부터 블레이드 후단 에지까지 변하고, 상기 두께는 최대 두께 위치에서 최대값을 갖는다. 무차원의 두께 분포는 각각의 반경에서 시위방향 위치의 함수로서 최대 두께에 의해 제산된 두께의 분포이도록 규정된다. 복수의 블레이드 각각의 최대 두께는 블레이드 팁부에 인접한 영역에서 상당한 증가를 나타낸다.
본 발명의 일 양태에서, 슈라우드 배럴은 플레어형이고, 블레이드 팁부는 플레어형 슈라우드 배럴에 일치하는 형상이고, 블레이드 팁부 선단 에지는 블레이드 팁부 후단 에지보다 큰 반경에 위치한다. 본 발명의 본 양태에서, 블레이드 팁부에 인접한 영역 내의 블레이드 팁부로부터 임의의 거리에서의 최대 두께, 후단 에지 두께, 및 두께 분포는 반경 방향 위치에 의해 변하지 않는 최대 두께, 후단 에지 두께, 및 두께 분포를 갖는 블레이드의 최대 두께, 후단 에지 두께, 및 두께 분포가 되도록 취해지고, 블레이드 팁부에 의해 스윕되는 회전 표면으로부터 상기 거리만큼 오프셋되는 회전 표면에 의한 반경방향 위치의 교차부는 블레이드의 것과 동일하다.
본 발명의 다른 양태에서, 팬은 일정 반경 블레이드 팁부를 갖는다.
본 발명의 다른 양태에서, 각각의 블레이드 팁부에서의 최대 두께는 블레이드 팁부로부터 0.10R과 동일한 거리만큼 오프셋되는 블레이드 섹션의 최대 두께보다 적어도 100 퍼센트 크다.
본 발명의 다른 양태에서, 각각의 블레이드 팁부에서의 최대 두께는 블레이드 팁부로부터 0.10R과 동일한 거리만큼 오프셋되는 블레이드 섹션의 최대 두께보다 적어도 200 퍼센트 크다.
본 발명의 다른 양태에서, 각각의 블레이드 팁부에서의 최대 두께는 블레이드 팁부로부터 0.05R과 동일한 거리만큼 오프셋되는 블레이드 섹션의 최대 두께보다 적어도 100 퍼센트 크다.
본 발명의 다른 양태에서, 각각의 블레이드 팁부에서의 최대 두께는 블레이드 팁부로부터 0.05R과 동일한 거리만큼 오프셋되는 블레이드 섹션의 최대 두께보다 적어도 200 퍼센트 크다.
본 발명의 다른 양태에서, 각각의 블레이드 팁부에서의 최대 두께는 블레이드 팁부로부터 0.025R과 동일한 거리만큼 오프셋되는 블레이드 섹션의 최대 두께보다 적어도 100 퍼센트 크다.
본 발명의 다른 양태에서, 각각의 블레이드 팁부에서의 최대 두께는 블레이드 팁부로부터 0.025R과 동일한 거리만큼 오프셋되는 블레이드 섹션의 최대 두께보다 적어도 200 퍼센트 크다.
본 발명의 다른 양태에서, 블레이드 팁부에 인접한 상당한 최대 두께 증가 영역과 블레이드의 내부 부분 사이에는 두께의 원활한 천이부가 존재한다.
본 발명의 다른 양태에서, 두께 증가는 블레이드 팁부에 인접한 상당한 최대 두께 증가 영역 내의 블레이드 팁부까지 단조롭게 증가한다.
본 발명의 다른 양태에서, 최대 두께의 증가는 두께 증가의 시작부에 대응하는 위치로부터의 거리의 대략 제곱에 따른다.
본 발명의 다른 양태에서, 블레이드 팁부에서의 무차원의 두께 분포는, 블레이드 팁부가 상대적으로 작은 무차원의 후단 에지 두께를 갖는 후단 에지 영역을 제외하고는, 두께 증가의 시작부에서의 무차원의 두께 분포와 유사하다.
본 발명의 다른 양태에서, 블레이드 팁부에서의 무차원의 두께 분포는 두께 증가의 시작부에서의 무차원의 두께 분포의 것보다 후단 에지에 더 가까운 최대 두께의 위치를 갖는다.
본 발명의 다른 양태에서, 블레이드 팁부의 후단 에지 두께는 두께 증가의 시작부에 대응하는 위치에서의 블레이드 섹션의 후단 에지 두께와 대략 동일하다.
본 발명의 다른 양태에서, 팁부 간극은 팬 직경(D)의 0.005배보다 크고, 팬 직경(D)의 0.02배보다 작다.
본 발명의 다른 양태에서, 팬은 사출 성형된 플라스틱이다.
본 발명의 다른 양태에서, 블레이드 팁부에 인접한 두꺼운 영역은 중공이다.
본 발명의 다른 양태에서, 슈라우드 배럴은 플레어형이고, 블레이드 팁부는 슈라우드 배럴에 일치하는 형상이고, 팬은 사출 성형되고, 블레이드 팁부에 인접한 두꺼운 영역은 성형 다이의 작용이 요구되지 않는 방식으로 중공화된다.
일 양태에서, 본 발명은 팬 및 슈라우드를 포함하는 자유단-팁형 축류팬 조립체를 제공하고, 팬은 복수의 블레이드를 갖고, 각각의 블레이드는 선단 에지, 후단 에지, 및 블레이드 팁부를 갖는다. 슈라우드는 블레이드 팁부의 적어도 일부분을 둘러싸는 슈라우드 배럴을 포함하고, 조립체는 슈라우드 배럴과 블레이드 팁부 사이에 작동 유격을 갖는다. 팬은 블레이드 후단 에지에서 측정된 블레이드 팁부의 최대 반경방향 범위와 동일한 블레이드 팁부 반경(R), 및 블레이드 팁부 반경(R)의 두 배와 동일한 직경(D)을 갖는다. 블레이드 각각은 각각의 반경에서 시위선 및 두께 분포를 갖는 단면 기하형상을 갖고, 상기 두께는 블레이드 선단 에지로부터 블레이드 후단 에지까지 변하고, 상기 두께는 최대 두께의 위치에서 최대값을 갖는다. 무차원의 두께 분포는 각각의 반경에서 시위방향 위치의 함수로서 최대 두께에 의해 제산된 두께의 분포이도록 규정된다. 복수의 블레이드 각각의 최대 두께는 블레이드 팁부에 인접한 영역에서 상당한 증가를 나타내고, 최대 두께는 블레이드 팁부로부터 가장 먼 영역의 단부로부터 예리한 블레이드 팁부 에지 또는 블레이드 팁부의 에지-라운드 처리가 시작하는 지점의 어느 하나까지 지속적으로 증가한다.
본 발명의 다른 양태는 상세한 설명과 첨부 도면을 고려함으로써 명확해질 것이다.
도 1a는 자유단-팁형 축류팬 조립체의 개략도이며, 일정 반경 블레이드 팁부 및 원통형 슈라우드 배럴을 도시한다. 자유단-팁형 축류팬 조립체는 엔진 냉각 팬 조립체로서 구성된다.
도 1b는 자유단-팁형 축류팬 조립체의 개략도이며, 플레어형 슈라우드 배럴의 형상에 일치하는 블레이드 팁부를 도시한다. 자유단-팁형 축류팬 조립체는 엔진 냉각 팬 조립체로서 구성된다.
도 1c는 자유단-팁형 축류팬 조립체의 개략도이며, 플레어형 슈라우드 배럴의 형상에 일치하는 블레이드 팁부을 도시하되, 블레이드 후단 에지는 블레이드 팁부에서 라운드 처리된다.
도 2a는 일정 반경 블레이드 팁부를 갖는 팬의 축방향 투영도를 도시하고, 다양한 기하학적 파라미터의 정의가 병기된다.
도 2b는 플레어형 슈라우드에 일치하는 블레이드 팁부를 갖는 팬의 축방향 투영도를 도시하고, 다양한 기하학적 파라미터의 정의가 병기된다.
도 2c는 플레어형 슈라우드에 일치하는 블레이드 팁부를 갖는 팬의 축방향 투영도를 도시하고, 블레이드 후단 에지는 블레이드 팁부에서 라운드 처리된다.
도 3a는 도 2a의 선 A-A를 따라 취한 팬 블레이드의 원통형 단면이며, 다양한 기하학적 파라미터의 정의가 병기된다.
도 3b는 다른 기하학적 파라미터의 정의가 병기된 팬 블레이드의 원통형 단면이다.
도 3c는 팬 블레이드의 선단 에지 영역의 상세도이다.
도 3d는 팬 블레이드의 후단 에지 영역의 상세도이다.
도 4a 내지 도 4c는 상이한 기하형상의 블레이드 팁부 주위의 누설 유동의 개략도이다.
도 5a, 도 5b, 도 5c는 일정 반경 블레이드 팁부의 경우, 종래 기술의 팬 및 본 발명에 따르는 두 개의 팬에 대한 반경 함수로서 최대 두께의 플롯을 도시한다.
도 6a 및 도 6b는 플레어형 슈라우드 배럴에 일치하는 블레이드 팁부를 구비한 본 발명에 따르는 팬의 경우에, 블레이드 팁부로부터의 거리의 함수로서 최대 두께의 증가를 도시하는 개략도이다. 도 6a는 회전의 여러 표면의 자오 평면과의 교차부를 도시하고, 도 6b는 회전의 이들 표면에 의해 절단된 블레이드 섹션에서의 두께 증가를 도시한다.
도 7a는 도시된 플레어형 슈라우드 배럴에 블레이드 팁부가 일치하는 본 발명에 따르는 팬의 흡입 측의 축방향 도면이다.
도 7b는 도 7a의 팬의 압력 측의 축방향 도면이다.
도 7c는 도 7a에 도시된 바와 같은 블레이드 팁부에서의 최대 두께 지점에 대응하는 각도에서 블레이드 및 슈라우드 배럴을 통과하는 자오 섹션이다.
도 7d는 도 7c의 팁부 영역의 상세도이다.
도 7e 및 도 7f는 각각 도 7c 및 도 7d에 대응하는 종래 기술의 팬의 도면이다.
도 7g는 본 발명에 따르는 팬의 단일 블레이드의 압력 측의 축방향 도면이다.
도 7h는 종래 기술의 팬의 단일 블레이드의 압력 측의 축방향 도면이다.
도 8a 및 도 8b는 증가된 두께 영역 내의 상이한 위치에서의, 본 발명에 따르는 두 개의 팬에 대한 블레이드 두께 분포를 도시한다.
도 9a 및 도 9b는 블레이드 팁부가 플레어형 슈라우드 배럴에 일치하는 본 발명에 따르는 두 개의 팬의 단일 블레이드의 압력 측의 축방향 도면이고, 팁부에서의 증가된 두께 영역의 두께 분포가 각각 도 8a 및 도 8b에 도시된다.
도 10a 및 도 10b는 블레이드 팁부가 중공 제거되는 곳에서 블레이드 팁부가 플레어형 슈라우드 배럴에 일치하는 본 발명에 따르는 팬의 상세도이다. 도 10a는 도 10b에 도시된 바와 같이, 블레이드 팁부에서의 최대 두께 지점에 대응하는 각도에서, 슈라우드 배럴 및 블레이드의 팁부 영역을 통과하는 자오 섹션을 도시한다. 도 10b는 블레이드 팁부 영역의 압력 측의 축방향 도면이다.
도 11은 블레이드 팁부 근처에서 두께만 상이한 종래 기술의 팬의 성능과 비교한, 본 발명에 따르는 팬의 성능의 플롯이다.
도 12는 도 7d와 유사하지만 라운드 처리된 블레이드 팁부 에지를 갖는 팬 블레이드의 팁부 영역의 상세도이다.
본 발명의 실시예를 상세하게 설명하기 전에, 본 발명은 그 적용에 있어서 하기 설명에 제시되거나 하기 도면에 도시된 구성요소의 구성 및 배열의 상세에 한정되지 않음을 알아야 한다. 본 발명은 다른 실시예가 될 수 있고 그리고 다양한 방식으로 실시되거나 실행될 수 있다.
도 1a는 자유단-팁형 축류팬 조립체(1)를 도시한다. 도시된 구성에서, 자유단-팁형 축류팬 조립체(1)는 적어도 하나의 열 교환기(2)에 인접 장착되는 엔진 냉각 팬 조립체이다. 몇몇 구성에서, 열 교환기(2)(들)는 라디에이터(3)를 포함하고, 라디에이터는 유체가 라디에이터(3)를 통해 순환하고 내연 기관으로 복귀할 때 내연 기관(미도시)을 냉각한다. 대안적인 동력식 차량에서, 팬 조립체(1)는 전지, 전기 모터 등을 냉각하기 위해 하나 이상의 열 교환기와 함께 사용될 수 있다. 슈라우드(4)는 냉각 공기를 라디에이터(3)로부터 팬(5)으로 안내한다. 팬(5)은 축(6)을 중심으로 회전하고, 허브(7) 및 대체로 반경방향으로 연장하는 복수의 블레이드(8)를 포함한다. 도 1a는 팬이 회전할 때 이들 블레이드에 의해 스윕되는 자오 영역을 도시한다. 허브(7)에 인접한 각각의 블레이드(8)의 단부는 블레이드 루트(9)이고, 각각의 블레이드(8)의 최외측 단부는 블레이드 팁부(10a)이다. 블레이드 팁부(10a)는 슈라우드(4)의 배럴(11a)에 의해 포위된다. 팁부 간극(12a)은 블레이드 팁부(10a)와 슈라우드 배럴(11a) 사이에 작동 유격을 제공한다.
팬(5)은 "풀러(puller)" 구성일 수 있고 열 교환기(들)(2)의 하류에 배치될 수 있지만, 몇몇 경우, 팬(5)은 "푸셔(pusher)"이고 열 교환기(들)(2)의 상류에 배치된다. 도 1a는 풀러 구성을 가장 정확하게 나타내지만, 푸셔로 해석될 수 있으며, 이런 구성이라 하더라도 열 교환기(2) 세트 내의 라디에이터(3)의 위치는 반전될 수 있다.
도 1a는 일정한 반경에 위치하는 각각의 블레이드 팁부(10a)와, 블레이드 팁부(10a)에 근접한 영역에서 대체로 원통형인 슈라우드 배럴(11a)을 도시한다. 이 예는 전체 축방향 길이를 따라 슈라우드 배럴(11a)과 근접한 블레이드 팁부(10a)를 도시한다. 다른 경우, 블레이드 팁부(10a)는 배럴(11a)로부터 돌출하도록 되어, 각각의 블레이드 팁부(10a)의 후방 부분만이 슈라우드 배럴(11a)과 소형 틈새 간극을 갖는다.
도 2a는 일정 반경 블레이드 팁부(10a)를 갖는 도 1a의 자유단-팁형 팬의 축방향 투영도이다. 도면에서 회전은 시계방향이고, 팬의 선단 에지(LE) 및 후단 에지(TE)는 도시된 바와 같다. 전체 팬 반경은 블레이드 팁부 반경(R)과 동일하다. 블레이드의 기하구조를 설명하는 파라미터는 블레이드 팁부 반경(R) 상에서 무차원화될 수 있는 반경방향 위치(r)의 함수로서 정해진다. 블레이드 단면의 기하구조는 단면 A-A에 의해 표시된 것과 같은 원통형 단면과 관련하여 정해진다.
도 1b는 다음 사항을 제외하고는 도 1a의 것과 유사한 엔진 냉각 팬 조립체로 구성되는 자유단-팁형 축방향 조립체를 도시한다. 슈라우드 배럴(11b)은 실질적으로 원통형이라기보다는 플레어형이고, 블레이드 팁부(10b)는 슈라우드 배럴(11b)의 플레어형 형상과 일치한다. 팁부 간극(12b)은 작동 유격을 제공한다.
도 2b는 블레이드 팁부(10b)가 플레어형 슈라우드(11b)와 일치하는 도 1b의 자유단-팁형 팬의 축방향 도면을 도시한다. 선단 에지(LE)에서 그리고 후단 에지(TE)에서 각각의 블레이드 팁부(10b)의 반경은 RLE 및 RTE 이고, RLE는 RTE를 초과한다. 플레어형 블레이드 팁부를 갖는 팬의 경우, 후단 에지 반경(RTE)은 공칭 블레이드 팁부 반경으로 고려된다. 따라서, "블레이드 팁부 반경" 또는 "블레이드 팁부 반경(R)"이 사용되는 이하의 설명에서, 이는 비플레어형 블레이드 팁부를 갖는 팬의 일정한 블레이드 팁부 반경 또는 플레어형 블레이드 팁부를 갖는 팬의 공칭 블레이드 팁부 반경 중 어느 하나를 지칭할 수 있다.
도 1c는 도 1b의 것과 유사한 엔진 냉각 팬 조립체로서 구성되는 자유단-팁형 축류팬 조립체를 도시하고, 슈라우드 배럴(11c)은 플레어형이고, 블레이드 팁부(10c)는 슈라우드 배럴(11c)의 플레어 형상에 일치한다. 여기서, 블레이드 팁부에서의 후단 에지(TE)는 국부적으로 라운드 처리된다.
도 2c는 블레이드 팁부(10c)가 플레어형 슈라우드(11c)와 일치하고 블레이드 후단 에지(TE)가 블레이드 팁부에서 라운드 처리되는 도 1c의 자유단-팁형 팬의 축방향 도면을 도시한다. 각각의 블레이드 팁부(10c)의 후단 에지 반경(RTE)은 블레이드 팁부가 플레어형 슈라우드(11c)에 가장 가깝게 위치되는 후단 에지(TE)에서의 블레이드 팁부의 반경이도록 취해진다. 블레이드 후단 에지가 국부적으로 라운드 처리되는 플레어형 블레이드 팁부를 구비한 팬의 경우, 후단 에지 반경(RTE)은 공칭 블레이드 팁부 반경이도록 고려된다.
특별하게 다르게 언급되지 않는 경우, 이후 설명 및 첨부 도면은 대체로 도 1a 내지 도 2c에 도시된 팬의 임의의 유형을 지칭한다. 이하의 상세한 설명에서, 팬 직경(D)은 도 2a에 도시된 바와 같이 반경(R)의 2배 또는 도 2b 및 도 2c에 도시된 바와 같이 후단 에지 반경(RTE)의 2배로 간주된다. 팁부 간극(12a, 12b, 12c)은 도 1a 내지 도 2c에 도시된 임의의 유형의 팬에 대한 팬 직경의 관점에서 표현될 수 있다. 팁부 간극이 최소인 축방향 위치에서, 블레이드 팁부(10a, 10b, 10c)와 슈라우드 배럴(11a, 11b, 11c) 사이의 팁부 간극(12a, 12b, 12c)은 팬 직경(D)의 약 0.005배 내지 약 0.02배이다. 도 1a, 도 1b, 도 1c는 팬 직경(D)의 대략 0.01배인 팁부 간극(12a, 12b, 12c)을 도시한다.
도 3a는 도 2a에 도시된 팬의 반경방향 위치(r)에서의 원통형 단면(A-A)을 도시한다. 블레이드 단면(100)은 선단 에지(101) 및 후단 에지(102)를 갖는다. 시위선(103)은 선단 에지(101)와 후단 에지(102) 사이의 직선이다. 시위선의 길이는 시위(c)로서 규정된다. 블레이드 각도(θ)는 회전 평면(104)과 시위선(103) 사이의 각도로서 규정된다. 블레이드의 평균선(105)은 대향하는 "하부"면 및 "상부"면(106, 107) 사이에서 중간에 놓인 선으로서 규정된다. 보다 정확히 말하자면, 평균선(105)에 수직하게 측정된 평균선(105) 상의 한 점에서 상부면(107)까지의 거리는 평균선(105)에 수직하게 측정된 평균선(105) 상의 한 점에서 하부면(106)까지의 거리와 같다. 평균선(105)의 기하구조는 시위방향 위치(x/c)의 함수로서 설명될 수 있고, 여기서, 시위선(103)을 따르는 거리(x)는 시위(c)에 의해 제산된다. 예를 들어, 임의의 시위방향 위치(x/c)에서의 캠버(f)는 시위선(103)에 수직하게 측정된, 해당 위치에서의 시위선(103)과 평균선(105) 사이의 거리이다. 임의의 반경(r)에서의 최대 캠버(또는 "극대 캠버")(fmax)는 해당 반경(r)에서의 캠버(f)의 가장 큰 값이다.
도 3b는 제로 블레이드 각도를 갖는 블레이드 섹션이다. 중간선 호의 길이는 "A"로서 규정된다. 중간선(105)을 따르는 임의의 위치 "a"에서의 블레이드 두께 "t"는 해당 위치에서의 중간선에 수직하게 측정된 상부면(107)과 하부면(106) 사이의 거리이다. 두께는 중간선을 따르는 위치(중간 위치, a/A)의 함수 또는 시위방향 위치, x/c의 함수로서 특정될 수 있고, 여기서 "x"는 중간선을 따르는 위치 "a"를 통과하는 시위선에 수직인 선에 의해 교차되는 시위선을 따르는 위치이다. 블레이드 두께(t)는 선단 에지(101)로부터 후단 에지(102)까지 변할 수 있고, 중간선을 따르는 위치(atmax) 또는 시위선을 따르는 xtmax에서 발생하는 최대값(tmax)을 갖는다. 무차원의 두께 분포는 중간 위치(a/A) 또는 시위방향 위치(x/c)의 함수로서 t/tmax의 분포로서 규정될 수 있다. Fmax의 작은 값에 대해, 이들 두 개의 분포는 거의 동일하고, 이하에서 분별없이 지칭될 것이다.
도 3c는 블레이드의 선단 에지 영역의 상세도를 도시한다. 선단 에지는 전형적으로 도시된 바와 같이 반경(rle)으로 라운드 처리된다. 도 3d는 후단 에지 영역의 상세도를 도시한다. 후단 에지는 도시된 바와 같이 반경(rte)으로 라운드 처리될 수 있거나, 대안적으로 다른 형상을 가질 수 있다. 어느 경우든, 세부 형상은 전형적으로 소형 영역에 국한되고, 후단 에지 두께(tte)는 대체로 해당 영역 바로 외측의, 그리고 후단 에지에 바로 근접한 두께로서 규정될 수 있다.
팬이 작동 중일 때, 블레이드의 압력 측에 고압, 및 블레이드의 흡입 측에 저압이 존재한다. 자유단-팁형 팬의 팁부에서, 이 압력 차이에 의해 압력 측으로부터 흡입 측까지 누설 유동이 발생한다. 이 누설 유동은 블레이드 팁부를 가로지르는 압력 차이를 감소시키고, 팁부 와동이 흡입 표면에 인접하여 형성되게 한다. 이 팁부 와동은 도 4a에 개략적으로 도시된다. 이 팁부 와동은 하류로 대류 순환되고, 팬 효율의 손실 및 팬 소음의 공급원을 나타낸다.
누설량을 줄이기 위해 다양한 시도가 이루어졌다. 하나의 명백한 접근법은 팁부 간극의 크기를 줄이는 것이다. 그러나, 제조 공차, 넓은 범위의 환경적 조건, 및 예상되는 블레이드 크리프 모두가 전형적으로 팬 직경(D)의 0.005 내지 0.02배인 요구되는 팁부 간극에 기여한다. 다른 접근법은 블레이드 팁부에 회전식 팁부 밴드를 부착하는 것이다. 이는 매우 효과적일 수 있으나, 밴드형 팬은 그 증가된 무게 및 관성으로 인해 더 비싸고 덜 바람직할 수 있다. "부분적인" 밴드 또는 "작은 날개(winglet)"가 사용될 수 있으나, 개시 유동을 갖는 기하학적 오정렬 및 "에지 소음"의 추가적인 공급원의 도입으로 인해 팬 소음을 증가시키지 않는 블레이드에 대해 이러한 연장부를 설계하는 것은 곤란하다.
팁부 간극의 해로운 영향을 감소시키는 것으로 확인된 일 접근법은 도 4b에 표시된 바와 같이, 팬 블레이드의 두께를 증가시키는 것이다. 이는 누설 유동의 양을 감소시킬 수 있다. 이는 또한 팁부 와동과 블레이드 팁부 후단 에지 사이의 거리(dTE)를 증가시킬 수 있다. 후단 에지는 경계층 난류로 인해 압력 변동이 노이즈로서 발산되는 영역이다. 팁부 와동이 후단 에지 근처를 통과하는 경우, 추가 소음이 발산될 수 있다. 팁부 와동을 후단 에지로부터 멀리 변위시킴으로써, 이 소음 기구는 감소될 수 있다. 그러나, 블레이드를 두꺼워지게 하는 것은 비용 및 중량 상승의 단점을 갖는다.
본 발명이 도 4c에 개략적으로 도시된다. 여기에서 팬 블레이드의 두께는 팁부 간극에 인접한 영역에서만 증가된다. 블레이드의 압력 표면의 형상은 팁부 간극에 대한 진입부에서의 분리 정도를 증가시켜 누설 유동의 양을 감소시킬 수 있다. 팁부 와동과 블레이드 후단 에지(dTE) 사이의 거리는 두꺼운 블레이드의 경우 그 거리와 유사할 수 있고, 유사한 소음 이점을 갖는다. 두꺼운 블레이드보다 나은 본 발명의 이점은 요구되는 추가 재료의 양이 매우 적어, 중량 및 비용에 있어서 최소로 증가된다.
도 5는 전형적으로 원통형 슈라이드 배럴에서 작동하는 일정 반경 블레이드 팁부를 갖는 팬의 경우 최대 블레이드 두께(tmax)의 반경에 대한 플롯이다. 이 팬의 블레이드 루트는 팬 반경(R)의 0.4배와 동일한 반경에 위치한다. 도 5a는 전형적인 종래 기술의 팬의 두께를 도시하고, 도 5b 및 도 5c는 본 발명에 따르는 팬의 두께를 도시한다. 모든 경우, 두께는 응력을 감소시키기 위해 블레이드 루트에서 두껍다. 반경이 증가할 때, 두께는 응력 집중을 회피하기 위해 원활하게 감소한다. 큰 반경에서, 블레이드는 대략 선형으로 테이퍼링된다. 종래 기술의 블레이드는 블레이드 팁부까지 이러한 경향이 지속된다. 본 발명에 따르는 블레이드는 팁부의 작은 거리 내의 지점에서 두께가 상당히 급격히 증가하도록 테이퍼링된다. 두께 증가 시작부의 반경방향 위치는 r시작로 도시되고, 두께 증가의 스팬방향 범위(△s)는 (R-r시작)이다. 도 5b 및 도 5c에서, 각각, r시작/R은 0.9 및 0.975이고, △s/R은 0.1 및 0.025이다. 도 5b 및 도 5c에서, 두께의 증가는 두께 증가의 시작부, 또는 (r-r시작)로부터 반경방향 거리의 제곱에 따른다. 이러한 두께 분포는 두꺼운 영역으로의 원활한 천이를 발생시키고 블레이드 팁부에서 두께는 급격히 증가하게 된다. 블레이드 팁부의 압력 측에서의 최종 예리한 에지는 팁부 간극으로 진입할 때 누설 유동이 분리되도록 촉진하고, 이에 의해 전체 누설 유동을 감소시킨다.
시위방향 위치(x/c) 또는 중간선 위치(a/A)의 함수로서 블레이드가 무차원의 동일한 두께 분포(t/tmax)를 갖는 일정 반경 블레이드 팁부를 구비하는 팬의 경우, 도 5는 최대 블레이드 두께(tmax)의 반경방향 분포를 나타낼 뿐 아니라 또한 다른 시위방향 위치에서의 두께를 나타내도록 축척될 수 있다.
도 5는 블레이드 팁부에 인접한 증가된 두께 영역 외측에 최대 두께의 테이퍼링된 분포를 갖는 블레이드를 도시하지만, 본 발명의 다른 실시예는 테이퍼링되지 않은 두께를 갖는다. 예를 들어, 몇몇 실시예에서, 최대 두께는 블레이드 팁부에 인접한 증가된 두께 영역 외측에서 대략 일정하다. 또한, 도 5는 팬 반경(R)의 0.4배와 동일한 반경의 블레이드 루트를 도시하지만, 다른 실시예는 더 크거나 더 작은 반경 위치에 블레이드 루트를 갖는다.
블레이드 팁부가 플레어형 슈라우드 배럴에 일치하는 팬의 경우, 본 발명의 바람직한 실시예는 반경의 함수로서가 아니라 블레이드 팁부로부터의 거리의 함수로서 변하는 블레이드 두께 분포를 갖는다. 이는 슈라우드 근처의 유동이 슈라우드 표면에 대해 대략 평행하기 때문에 바람직하고, 후단 에지와 조우하는 곳보다 큰 반경에서 블레이드 선단 에지와 조우한다. 블레이드의 후육화가 블레이드 팁부로부터의 거리의 함수로서 발생하는 경우, 슈라우드 근처의 유동은 그 두께 형태가 설계 두께 분포와 유사한 블레이드 형상을 경험한다. 두께 증가가 반경방향 위치의 함수로서 발생하는 경우, 유동은 선단 에지에서 상대적으로 두꺼운 블레이드 및 후단 에지에서 상대적으로 얇은 블레이드와 조우할 것이고, 설계 분포와 상당히 상이한 블레이드 표면 압력 분포가 발생된다. 이는, 결국 덜 바람직한 경계 층 특성 및 추가적 소음을 발생시킬 것이다.
도 6은 블레이드 팁부가 플레어형 슈라우드 배럴에 일치하며 두께 증가가 블레이드 팁부로부터의 거리 함수인, 본 발명에 따르는 팬을 도시하는 개략도이다. 도 6a는 열 교환기, 슈라우드, 팬 허브, 및 팬 블레이드의 스윕 영역의 윤곽을 통과하는 자오 섹션이고, 파선은 블레이드 팁부로부터 상이한 거리에서의 회전 표면을 나타낸다. 표면(III)은 두께 증가가 최대인 블레이드 팁부 섹션을 포함한다. 표면(I)은 표면(III)으로부터 거리(△s) 만큼 오프셋되고, 두께 증가의 시작부에 위치된다. 거리(△s)는 일정 반경 블레이드 팁부를 갖는 본 발명에 따르는 팬의 경우에 거리(R-r시작)에 대응한다. 표면(II)은 표면(I)과 표면(III) 사이의 절반에 위치된다. 블레이드 두께 특성(tmax, xtmax, rle, tte) 및 이들 표면 각각에 의해 절단된 섹션에서의 무차원의 두께 분포는 반경에 대해 동일한 두께 특성의 블레이드의 것이 되도록 규정되고, 회전 표면에 의한 반경의 교차부는 블레이드의 것과 동일하다. 도 6b는 3개의 표면에 의해 절단된 섹션에서의 최대 블레이드 두께의 증가를 도시한다. 도시된 경우, 최대 두께의 증가는 두께 증가의 시작부로부터의 거리의 제곱에 비례한다.
도 7a는 도시된 플레어형 슈라우드 배럴에 블레이드 팁부가 일치하는, 본 발명에 따르는 팬의 흡입 측의 축방향 도면을 도시한다. 두께 증가는 블레이드 팁부로부터의 거리의 함수이다. 이 팬은 블레이드 팁부의 0.025R 내의 영역에 증가된 두께 분포를 갖고, 블레이드 팁부에서의 두께는 두께 증가의 시작부에서의 두께의 대략 3배이다. 도 7b는 팬의 압력 측의 축방향 도면을 도시한다. 도 7c는 도 7a에 표시된 바와 같이 블레이드 팁부에서의 최대 두께의 지점에 대응하는 각도에서, 블레이드 및 슈라우드 배럴을 통과하는 자오 섹션이다. 도 7d는 블레이드의 압력 측과 흡입 측 사이의 누설 경로의 형상을 도시하는, 이 섹션의 팁부 영역의 상세도이다. 특히, 누설 유동의 분리 및 감소된 누설 유동률을 촉진할 수 있는 누설 경로에 대한 진입부에서의 예리한 각도를 도시한다. 가능한 누설 유선이 개략적으로 도시된다. 도 7e 및 도 7f는 블레이드 팁부 근처에 두께의 증가가 없는 점에서만, 도 7c 및 도 7d의 팬과 상이한 종래 기술의 팬의 등가 도면을 도시한다. 여기서, 누설 경로는 훨씬 짧고, 진입부에 예리한 각도가 없다. 가능한 누설 유선이 도시된다. 도 7g는 도 7a 내지 도 7d의 팬의 단일 블레이드의 압력 측의 축방향 도면이고, 도 7h는 도 7e 및 도 7f의 종래 기술의 팬의 등가 도면이다. 본 발명에 따르는 팬의 블레이드 팁부는 종래 기술의 팬의 블레이드 팁부와 달리, 상당한 축방향 돌출 영역을 가질 수 있다.
도 8은 본 발명에 따르는 팬의 팁부의 두께 증가 영역에서 5개의 균일하게 이격된 위치에서의 가능한 두께 분포의 플롯을 도시한다. 각각의 플롯에서 가로축은 시위방향 위치이고, 시위에 의해 나뉜 두께 세로축(절반 두께)이 플로팅된다. 각각의 경우 시작 두께는 시위의 0.052배이고, 블레이드 팁부를 나타내는 최대 두께는 시위의 0.281배이다. 도 8a에서, 무차원의 두께 분포는 두꺼운 영역 내의 모든 위치에서 유사하다. 이는 최대 두께가 블레이드 팁부에 대한 위치에 대해 변할 때, 임의의 시위방향 위치에서의 두께는 대략 최대 두께의 동일한 분율이라는 것을 의미한다. 예외는 두꺼운 섹션의 두께가 최대 두께에 비해 상대적으로 얇은 후단 에지 영역이다. 도 8a에서, 후단 에지 두께는 최대 두께와 관계없이 동일하다. 증가하지 않는 후단 에지 두께는 후단 에지 두께가 최대 두께와 비례하여 증가하는 경우에 비해 항공 음향적 소음을 감소시키는 것으로 확인되었다. 또한, 반경이 선단 에지 반경과 동일한 원이 각각의 섹션에 대해 플로팅된다. 도 8a에서, 선단 에지 반경은 대략 최대 두께의 제곱으로 증가한다. 도 8b에는 무차원의 두께 분포가 두께 증가 영역 내에서 상당히 변하는 유사한 플롯이 플로팅된다. 이 경우, 선단 에지 반경은 최대 두께가 증가할 때 일정하게 유지된다. 그 결과, 최대 두께 지점의 시위방향 위치는 두께가 증가될 때 후단 에지를 향해 이동한다. 도 9a 및 도 9b는 각각 도 8a 및 도 8b의 두께 분포를 갖는 팬 블레이드의 압력 측의 축방향 도면을 도시한다. 양쪽 블레이드는 블레이드 팁부의 0.025R 내의 영역에 증가된 두께를 갖고, 블레이드 팁부에서의 두께는 두께 증가 시작점에서의 두께의 대략 5배이다. 이들 도면에서 블레이드 팁부의 형상은 매우 상이한 것을 알 수 있다. 두께 분포의 단지 두 개의 세트가 도시되었으나, 우수한 결과를 갖는 많은 대체 세트가 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예는 블레이드 팁부가 플레어형 슈라우드 배럴에 일치하고 두께 증가가 블레이드 팁부로부터의 거리 함수이며, 블레이드 팁부가 중공 제거되는 팬이다. 이 실시예가 도 10에 도시된다. 도 10a는 도 10b에 도시된 바와 같이 블레이드 팁부에서의 최대 두께의 지점에 대응하는 각도에서, 슈라우드 배럴 및 블레이드의 팁부 영역을 통과하는 자오 섹션을 도시한다. 도 10b는 블레이드 팁부 영역의 압력 측의 축방향 도면을 도시한다. 블레이드는 블레이드 팁부의 0.025R 내의 영역에 증가된 두께를 갖고, 블레이드 팁부에서의 두께는 두께 증가 시작부에서의 두께의 대략 5배이다. 두께 분포는 도 8a에 도시된 바와 같다. 본 실시예의 하나의 이점은 블레이드를 성형하는데 적은 재료를 요구하는 점이다. 가능한 다른 장점은 블레이드와 슈라우드 사이에서 통과할 때 누설 유동은 두 개의 분리된 제한부를 운행해야 한다는 점이다. 하나 대신 두 개의 제한부를 갖는 것은 누설 유동에 대한 저항성을 증가시키고 누설 유동률을 감소시킬 수 있다. 사출 성형 팬의 경우, 바람직한 실시예는 툴링(tooling)에 대한 추가 작용없이 중공 블레이드 팁부를 달성하는 것이다. 도 10은 이러한 실시예를 도시한다.
도 11은 블레이드 팁부 근처의 두께만 상이한 종래 기술의 팬의 성능과 비교한 본 발명에 따르는 팬의 성능을 도시한다. 팬 직경은 375mm이다. 양쪽 팬의 작동 속도는 200Pa의 압력에서 0.7 m3/s의 설계 유동을 달성하도록 조정되고, 이는 차량이 정지된 상태에 있는 차량 "아이들" 상태를 나타낸다. 종래 기술의 팬의 속도는 2690rpm이고, 본 발명에 따르는 팬의 속도는 2671rpm이다. 압력 곡선 상에 작은 원으로 표시되는 설계 지점에서, 본 발명에 따르는 팬은 종래 기술의 팬보다 2.5 포인트 높은 효율 및 2.5dB 낮은 소음을 갖는다. 그러나, 본 발명에 따르는 팬은 "램-공기" 조건에서 적은 유량을 전달하는 점에서 성능 상쇄가 있고, 차량 속도의 효과는 팬에 의해 전개되는 압력을 감소시킨다.
도면에 도시된 본 발명의 실시예 각각은 블레이드 팁부에 인접한 블레이드 두께에 상당한 증가를 나타낸다. 예를 들어, 최대 두께의 100 퍼센트 이상의 증가는 블레이드 팁부 반경의 10 퍼센트, 5 퍼센트, 또는 심지어 2.5 퍼센트의 블레이드 팁부의 거리 내에서 발생할 수 있다. 몇몇 경우, 최대 두께의 200 퍼센트 이상의 증가는 블레이드 팁부 반경의 10 퍼센트, 5 퍼센트, 또는 2.5 퍼센트의 블레이드 팁부의 거리 내에서 발생할 수 있다.
도면에 도시된 본 발명의 실시예의 각각은 두께 증가의 시작부로부터 블레이드 팁부까지 단조롭게 또는 지속적으로 증가하는 블레이드 두께를 나타낸다. 이 단조로운 증가의 이점은 누설 경로에 대한 진입부에서 전형적으로 예리한 에지에 이어지는 점이고, 이는 누설 유동률을 감소시킬 수 있다. 그러나, 다른 실시예에서, 블레이드 두께의 증가는 단조롭지 않을 수 있다. 특히, 블레이드 팁부의 에지는 예리함을 감소시키기 위해 약간 라운드 처리될 수 있다. 이는 툴링, 성형, 및 부품 취급의 이유에 대해 유리할 수 있다. 라운드 처리된 에지를 갖는 블레이드 팁부의 경우에도(도 12), 최대 블레이드 두께는 두께 증가의 시작부로부터 블레이드 팁부의 에지-라운드 처리가 시작되는 지점까지 단조롭게 또는 지속적으로 증가한다. 따라서, 특정 예를 포함하는 상기 설명 및 도면은 대체 구성으로서 라운드 처리된 에지를 갖는 블레이드에 모두 적용될 수 있다.
본 발명에 따르는 팬은 변경된 두께 분포를 갖는 점에서만 종래 기술의 팬과 상이하다. 블레이드 각도 및 블레이드의 캠버는 영향을 끼치지 않는다. 그 결과, 설계 지점에서의 팬의 전체 성능은 효율 증가, 소음 감소, 및 약간의 속도 감소를 제외하면, 크게 영향을 끼치지 않는다. 팁 간극을 통과하는 유동을 감소시키는 다른 접근법은 보통 블레이드의 일측을 다른 측보다 많이 변형한다. 이들 접근법은 사실상 블레이드의 중간선을 변형한다. 이러한 변형은 보통 예상될 수 없는 방식으로 팬 성능을 변경시킬 수 있고, 따라서, 본래의 설계 지점을 달성하기 위해 설계 반복을 요구한다.
본 발명의 다른 이점은 작은 날개, 펜스, 또는 부분적인 밴드와 같이 추가적인 기하학적 특징부가 팬에 추가되지 않는 점이다. 이러한 추가적인 기하 형상부가 팬에 추가될 때, 기생 손실 및 추가적인 소음이 도입될 수 있어, 팁부 간극을 통과하는 유동의 감소로부터 획득되는 효율 및 소음의 이득을 상쇄시킬 수 있다.
그 내용이 본 개시 내용에 참조로 통합된 미국 특허 출원 공개 제2011/0211949호는 블레이드 팁부 부하에 대한 팁부 간극의 영향을 상쇄하도록 작용하는 블레이드 캠버 및 블레이드 각도의 변화를 개시한다. 본 발명은 블레이드 캠버 또는 블레이드 각도에 대한 임의의 변화를 포함하지 않기 때문에, 팬은 본 발명의 청구된 특징부뿐 아니라 상기 출원의 청구된 특징부를 유리하게 통합할 수 있다.
본 발명의 하나 이상의 양태에 따르는 특성을 갖는 팬 조립체는 전방 기울어짐, 후방 기울어짐, 반경방향, 또는 혼합 기울어짐 설계일 수 있다. 유사하게, 본 발명의 하나 이상의 양태에 따르는 팬 조립체는 임의의 개수의 블레이드, 블레이드 각도, 캠버, 시위, 또는 레이크의 임의 분포를 가질 수 있고, 푸셔나 풀러 구성 중 어느 하나일 수 있다.

Claims (20)

  1. 자유단-팁형 축류팬 조립체이며,
    대체로 반경방향으로 연장하는 복수의 블레이드를 포함하는 팬으로서, 복수의 블레이드 각각은 선단 에지, 후단 에지, 및 블레이드 팁부를 갖는, 팬, 및
    슈라우드 배럴을 포함하는 슈라우드로서, 슈라우드 배럴은 슈라우드 배럴과 블레이드 팁부 사이에 팁부 간극이 형성된 상태로 블레이드 팁부의 적어도 일부분을 포위하는, 슈라우드를 포함하고,
    팬은 후단 에지에서 측정된 블레이드 팁부의 최대 반경방향 범위와 동일한 블레이드 팁부 반경(R), 및 블레이드 팁부 반경(R)의 두 배와 동일한 직경(D)을 갖고,
    복수의 블레이드 각각은 각각의 반경에서 시위선 및 두께 분포를 갖는 단면 기하형상을 갖고, 상기 두께는 블레이드 선단 에지로부터 블레이드 후단 에지까지 변하고, 상기 두께는 블레이드 선단 에지와 블레이드 후단 에지 사이의 최대 두께의 적어도 하나의 위치에서 최대값을 갖고,
    무차원인 두께 분포는 각각의 반경에서 시위방향 위치의 함수로서 최대 두께에 의해 제산된 두께의 분포이도록 규정되고,
    복수의 블레이드 각각의 최대 두께는 블레이드 팁부에 인접한 영역에서 상당한 증가를 나타내는, 자유단-팁형 축류팬 조립체.
  2. 제1항에 있어서,
    슈라우드 배럴은 플레어형이고, 블레이드 팁부는 슈라우드 플레어에 일치하도록 형성되고, 블레이드 팁부 선단 에지는 블레이드 팁부 후단 에지보다 더 큰 반경에 위치하고, 블레이드 팁부에 인접한 영역 내의 블레이드 팁부로부터 임의의 거리에서의 최대 두께, 후단 에지 두께, 및 두께 분포는 반경방향 위치에 의해 변하지 않는 최대 두께, 후단 에지 두께, 및 두께 분포를 갖는 블레이드의 최대 두께, 후단 에지 두께, 및 두께 분포가 되도록 취해지고, 블레이드 팁부에 의해 스윕되는 회전 표면으로부터 상기 거리만큼 오프셋되는 회전 표면에 의한 상기 반경방향 위치의 교차부는 블레이드의 것과 동일한, 자유단-팁형 축류팬 조립체.
  3. 제1항에 있어서,
    팬은 일정 반경 블레이드 팁부를 갖는, 자유단-팁형 축류팬 조립체.
  4. 제1항에 있어서,
    블레이드 팁부에서의 복수의 블레이드 각각의 최대 두께는 블레이드 팁부로부터 0.10R과 동일한 거리만큼 오프셋되는 블레이드 섹션의 최대 두께보다 적어도 100 퍼센트 큰, 자유단-팁형 축류팬 조립체.
  5. 제4항에 있어서,
    블레이드 팁부에서의 복수의 블레이드 각각의 최대 두께는 블레이드 팁부로부터 0.10R과 동일한 거리만큼 오프셋되는 블레이드 섹션의 최대 두께보다 적어도 200 퍼센트 큰, 자유단-팁형 축류팬 조립체.
  6. 제1항에 있어서,
    블레이드 팁부에서의 복수의 블레이드 각각의 최대 두께는 블레이드 팁부로부터 0.05R과 동일한 거리만큼 오프셋되는 블레이드 섹션의 최대 두께보다 적어도 100 퍼센트 큰, 자유단-팁형 축류팬 조립체.
  7. 제6항에 있어서,
    블레이드 팁부에서의 복수의 블레이드 각각의 최대 두께는 블레이드 팁부로부터 0.05R과 동일한 거리만큼 오프셋되는 블레이드 섹션의 최대 두께보다 적어도 200 퍼센트 큰, 자유단-팁형 축류팬 조립체.
  8. 제1항에 있어서,
    블레이드 팁부에서의 복수의 블레이드 각각의 최대 두께는 블레이드 팁부로부터 0.025R과 동일한 거리만큼 오프셋되는 블레이드 섹션의 최대 두께보다 적어도 100 퍼센트 큰, 자유단-팁형 축류팬 조립체.
  9. 제8항에 있어서,
    블레이드 팁부에서의 복수의 블레이드 각각의 최대 두께는 블레이드 팁부로부터 0.025R과 동일한 거리만큼 오프셋되는 블레이드 섹션의 최대 두께보다 적어도 200 퍼센트 큰, 자유단-팁형 축류팬 조립체.
  10. 제1항에 있어서,
    블레이드 팁부에 인접한 상당한 최대 두께 증가 영역과 블레이드의 내부 부분 사이에는 두께의 원활한 천이부가 존재하는, 자유단-팁형 축류팬 조립체.
  11. 제1항에 있어서,
    두께 증가는 블레이드 팁부에 인접한 상당한 최대 두께 증가의 영역 내의 블레이드 팁부까지 단조롭게 증가하는, 자유단-팁형 축류팬 조립체.
  12. 제1항에 있어서,
    최대 두께 증가는 두께 증가의 시작부에 대응하는 위치로부터의 거리의 대략 제곱을 따르는, 자유단-팁형 축류팬 조립체.
  13. 제1항에 있어서,
    블레이드 팁부에서의 무차원의 두께 분포는, 블레이드 팁부 근처의 두꺼운 부분이 상대적으로 작은 무차원의 후단 에지 두께를 갖는 후단 에지 영역을 제외하고는, 두께 증가의 시작부에 대응하는 위치에서의 블레이드 섹션을 따르는 무차원의 두께 분포와 유사한, 자유단-팁형 축류팬 조립체.
  14. 제1항에 있어서,
    블레이드 팁부에서의 무차원의 두께 분포는 두께 증가의 시작부에 대응하는 위치에서의 블레이드 섹션을 따르는 무차원의 두께 분포의 것보다 후단 에지에 더 가까운 최대 두께의 위치를 갖는, 자유단-팁형 축류팬 조립체.
  15. 제1항에 있어서,
    블레이드 팁부의 선단 에지 두께는 두께 증가의 시작부에 대응하는 위치에서의 블레이드 섹션의 후단 에지 두께와 대략 동일한, 자유단-팁형 축류팬 조립체.
  16. 제1항에 있어서,
    팁부 간극은 팬 직경(D)의 약 0.005배 보다 크고, 팬 직경(D)의 약 0.02배 모다 작은, 자유단-팁형 축류팬 조립체.
  17. 제1항에 있어서,
    팬은 사출 성형된 플라스틱인, 자유단-팁형 축류팬 조립체.
  18. 제1항에 있어서,
    블레이드 팁부에 인접한 영역은 중공인, 자유단-팁형 축류팬 조립체.
  19. 제1항에 있어서,
    슈라우드 배럴은 플레어형이고, 블레이드 팁부는 슈라우드 플레어에 일치하는 형상이고, 블레이드 팁부 선단 에지는 블레이드 팁부 후단 에지보다 더 큰 반경에 존재하고, 팬은 사출 성형되고, 블레이드 팁부에 인접한 영역은 성형 공구의 작용이 요구되지 않는 방식으로 중공화되는, 자유단-팁형 축류팬 조립체.
  20. 자유단-팁형 축류팬 조립체이며,
    대체로 반경방향으로 연장하는 복수의 블레이드를 포함하는 팬으로서, 복수의 블레이드 각각은 선단 에지, 후단 에지, 및 블레이드 팁부를 갖는, 팬, 및
    슈라우드 배럴을 포함하는 슈라우드로서, 슈라우드 배럴은 슈라우드 배럴과 블레이드 팁부 사이에 팁부 간극이 형성된 상태로 블레이드 팁부의 적어도 일부분을 포위하는, 슈라우드를 포함하고,
    팬은 후단 에지에서 측정되는 블레이드 팁부의 최대 반경방향 범위와 동일한 블레이드 팁부 반경(R), 및 블레이드 팁부 반경(R)의 두 배와 동일한 직경(D)을 갖고,
    복수의 블레이드 각각은 각각의 반경에서 시위선 및 두께 분포를 갖는 단면 기하형상을 갖고, 상기 두께는 블레이드 선단 에지로부터 블레이드 후단 에지까지 변하고, 상기 두께는 블레이드 선단 에지와 블레이드 후단 에지 사이에 최대 두께의 적어도 하나의 위치에서 최대값을 갖고,
    무차원의 두께 분포는 각각의 반경에서 시위방향 위치의 함수로서 최대 두께에 의해 제산된 두께의 분포이도록 규정되고,
    복수의 블레이드 각각의 최대 두께는 블레이드 팁부 근처의 영역에서 상당한 증가를 나타내고, 최대 두께는 블레이드 팁부로부터 예리한 블레이드 팁부 에지 또는 블레이드 팁부의 에지-라운드 처리가 시작되는 지점의 어느 하나까지 가장 먼 영역의 단부로부터 지속적으로 증가하는, 자유단-팁형 축류팬 조립체.
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