JP2837207B2 - 軸流ファン用の案内羽根 - Google Patents
軸流ファン用の案内羽根Info
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- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 2
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 230000009291 secondary effect Effects 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
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-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04D29/00—Details, component parts, or accessories
- F04D29/40—Casings; Connections of working fluid
- F04D29/52—Casings; Connections of working fluid for axial pumps
- F04D29/54—Fluid-guiding means, e.g. diffusers
- F04D29/541—Specially adapted for elastic fluid pumps
- F04D29/542—Bladed diffusers
- F04D29/544—Blade shapes
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Geometry (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 本発明は、軸流ファン用の案内羽根に関する。
ガスはファンを通過する時に、動翼により方向転換さ
れ、羽根車を横切って圧力が増加する。しかしながら、
この方向転換は、ガスの流れ速度が、羽根車を通過した
後に、回転成分を有することを意味する。この回転成分
は、ファンの下流へのガスの継続的な輸送の途中にしば
しば失われ得る回転エネルギを生成する。
れ、羽根車を横切って圧力が増加する。しかしながら、
この方向転換は、ガスの流れ速度が、羽根車を通過した
後に、回転成分を有することを意味する。この回転成分
は、ファンの下流へのガスの継続的な輸送の途中にしば
しば失われ得る回転エネルギを生成する。
この回転エネルギを利用し、それによりファンの圧力
増加と同様に、その効率を高めるために、羽根車の下流
に案内羽根のリングを配列するとが知られている。羽根
車後方のガスの流れの回転エネルギは、案内羽根の通過
時に、静力学的圧力増加へと変換される。この変換にお
いては損失がないわけではなく、この損失を最小限にす
るために、案内羽根の入口角を、実質的に、羽根車から
出てくるガスの流れの方向に一致させることが必須とな
る。案内羽根の入口側が、衝突してくるガスの方向に適
合していない場合には、案内羽根における流れの解放が
強力になり、結果として、エネルギの損失が大きくな
り、それに付随して、ファンの効率が低下する。又、案
内羽根は、出口側のガスが実質的に軸方向に流れるよう
に設置される。
増加と同様に、その効率を高めるために、羽根車の下流
に案内羽根のリングを配列するとが知られている。羽根
車後方のガスの流れの回転エネルギは、案内羽根の通過
時に、静力学的圧力増加へと変換される。この変換にお
いては損失がないわけではなく、この損失を最小限にす
るために、案内羽根の入口角を、実質的に、羽根車から
出てくるガスの流れの方向に一致させることが必須とな
る。案内羽根の入口側が、衝突してくるガスの方向に適
合していない場合には、案内羽根における流れの解放が
強力になり、結果として、エネルギの損失が大きくな
り、それに付随して、ファンの効率が低下する。又、案
内羽根は、出口側のガスが実質的に軸方向に流れるよう
に設置される。
回転成分の大きさは、半径方向に関して変化する。つ
まり、流れの方向が中心軸に対して形成する角度は、半
径によって変化するということが知られた。この流れは
非常に複雑で、二次的効果により、ファン翼の後方の回
転が、翼の根元、及び、上端においてより大きくなる結
果となる。翼の根元、つまり、翼のハブへの装着部分に
おいては、間隙でのバック・フロー及びハブの回転によ
り、ガスの流れは、回転が増加し、又、翼の上端部にお
いては、軸方向成分を低下させるバック・フローの結果
として、回転が増加する。
まり、流れの方向が中心軸に対して形成する角度は、半
径によって変化するということが知られた。この流れは
非常に複雑で、二次的効果により、ファン翼の後方の回
転が、翼の根元、及び、上端においてより大きくなる結
果となる。翼の根元、つまり、翼のハブへの装着部分に
おいては、間隙でのバック・フロー及びハブの回転によ
り、ガスの流れは、回転が増加し、又、翼の上端部にお
いては、軸方向成分を低下させるバック・フローの結果
として、回転が増加する。
加えて、限定された外部表面、例えば、フロー・ダク
トの壁、或いは、同様のものは、接線方向の運動成分の
みならず、軸方向成分をも減じるということに注目すべ
きである。
トの壁、或いは、同様のものは、接線方向の運動成分の
みならず、軸方向成分をも減じるということに注目すべ
きである。
これら双方により、図１に示される流れ方向に関して
予期せぬ半径方向の変動が発生することになる。
予期せぬ半径方向の変動が発生することになる。
図１は、軸流ファンについて行なわれた測定の結果を
示す。これに見られように、中心軸方向に対する流れの
角度は、翼の根元及び上端においてより大きく、この角
度は、これらの間の最小値にて通り抜ける。グラフの正
確な姿は、羽根車の翼の角度、及び、対応するファン線
図（圧力流れ線図）における選択された作動点であるパ
ラメータにより影響を受けるが、グラフの形は、翼の根
元及び上端位置の間において最小で、性質的には同じで
ある。
示す。これに見られように、中心軸方向に対する流れの
角度は、翼の根元及び上端においてより大きく、この角
度は、これらの間の最小値にて通り抜ける。グラフの正
確な姿は、羽根車の翼の角度、及び、対応するファン線
図（圧力流れ線図）における選択された作動点であるパ
ラメータにより影響を受けるが、グラフの形は、翼の根
元及び上端位置の間において最小で、性質的には同じで
ある。
案内羽根に入口角度を、径方向に変動する回転成分に
適合させる目的で、種々の曲率の案内羽根が製造された
が、しかし、これには非常に複雑な製造技術が必要とな
る。
適合させる目的で、種々の曲率の案内羽根が製造された
が、しかし、これには非常に複雑な製造技術が必要とな
る。
内側の縁に沿う案内羽根のアーチ状の長さが、径方向
に関して外側の縁に沿うアーチ状の長さよりも長くなる
ように、案内羽根の内側及び外側の長手方向の縁の間に
斜めの縁を有する案内羽根も作られた。案内羽根の一定
の曲率は、案内羽根の半径方向外側の部分よりも案内羽
根の半径方向内側の部分において、入口角が大きくなる
ようにされた。
に関して外側の縁に沿うアーチ状の長さよりも長くなる
ように、案内羽根の内側及び外側の長手方向の縁の間に
斜めの縁を有する案内羽根も作られた。案内羽根の一定
の曲率は、案内羽根の半径方向外側の部分よりも案内羽
根の半径方向内側の部分において、入口角が大きくなる
ようにされた。
本発明の目的は、前記説明の回転の径方向の変動の知
識に基づいて、案内羽根の径方向の伸張部分全部に沿っ
て、衝突してくるガスの方向に対して入口側で極めて改
良された方法で適合され、その一方で制作が簡単で安価
である新規の案内羽根を提供することである。
識に基づいて、案内羽根の径方向の伸張部分全部に沿っ
て、衝突してくるガスの方向に対して入口側で極めて改
良された方法で適合され、その一方で制作が簡単で安価
である新規の案内羽根を提供することである。
この目的は、ファンに面にする部分において、案内羽
根の径方向外側部分と径方向内側部分との間に凹部が形
成されており、凹部の最も深い部分の位置における単一
曲げの案内羽根に沿った円弧長さが、当該外側及び内側
部分の円弧長さよりも短く、これにより、凹部の最も深
い部分の位置での案内羽根の入口角度が、案内羽根の径
方向外側部分及び径方向内側部分での入口角度より小さ
いことを特徴とする軸流ファン用の案内羽根によって達
成される。
根の径方向外側部分と径方向内側部分との間に凹部が形
成されており、凹部の最も深い部分の位置における単一
曲げの案内羽根に沿った円弧長さが、当該外側及び内側
部分の円弧長さよりも短く、これにより、凹部の最も深
い部分の位置での案内羽根の入口角度が、案内羽根の径
方向外側部分及び径方向内側部分での入口角度より小さ
いことを特徴とする軸流ファン用の案内羽根によって達
成される。
軸ロータ方向に面する羽根部分の縁に、図１に表わさ
れる回転方向に実質的に従う形状の与えることにより、
羽根は、単一曲率を有して製造でき、又、同時に、全て
の点における衝突してくるガスの方向への入口角度の優
れた適合が達成できる。
れる回転方向に実質的に従う形状の与えることにより、
羽根は、単一曲率を有して製造でき、又、同時に、全て
の点における衝突してくるガスの方向への入口角度の優
れた適合が達成できる。
本発明による案内羽根によって、一般的に市販の案内
羽根に比較して20％までのファン効率の改善が達成でき
る。
羽根に比較して20％までのファン効率の改善が達成でき
る。
本発明の案内羽根の有利な実施例に従えば、径方向内
側部分、或いは、根元部分における入口角度α１は、条
件： 40°＜α１＜70°、望ましくは、 52°＜α１＜70° を満たす。
側部分、或いは、根元部分における入口角度α１は、条
件： 40°＜α１＜70°、望ましくは、 52°＜α１＜70° を満たす。
一定の曲率半径を有する本発明の別の有利な実施例に
よれば、案内羽根の径方向内側の縁の長さL1と曲率Ｒの
半径との比率は、条件： 0.83＜R/L1＜1.45、望ましくは、 0.83＜R/L1＜1.10 を満たす。
よれば、案内羽根の径方向内側の縁の長さL1と曲率Ｒの
半径との比率は、条件： 0.83＜R/L1＜1.45、望ましくは、 0.83＜R/L1＜1.10 を満たす。
関心の対象である、圧力流れ線図における領域の選択
された作動点に合せた、案内羽根形状の最善化が、この
ようにして可能となる。
された作動点に合せた、案内羽根形状の最善化が、この
ようにして可能となる。
本発明の更に別の有利な実施例によれば、案内羽根の
径方向内側の縁の長さL1と凹部の最も深い部分（以下、
そのような部分を「ウェブ」と呼ぶ）の位置における案
内羽根の長さL2との関係は、条件： 1.8＜L1/L2＜2.3 を満たし、この条件により与えられるウェブの位置は： 0.4＜H1/H2＜0.9、望ましく、 0.5＜H1/H2＜0.8 となるが、ここではH1は、径方向内側の縁よりの、ウェ
ブの位置における高さを表わし、H2は、案内羽根の全高
さを表わす。
径方向内側の縁の長さL1と凹部の最も深い部分（以下、
そのような部分を「ウェブ」と呼ぶ）の位置における案
内羽根の長さL2との関係は、条件： 1.8＜L1/L2＜2.3 を満たし、この条件により与えられるウェブの位置は： 0.4＜H1/H2＜0.9、望ましく、 0.5＜H1/H2＜0.8 となるが、ここではH1は、径方向内側の縁よりの、ウェ
ブの位置における高さを表わし、H2は、案内羽根の全高
さを表わす。
羽根の上端における案内羽根の入口角度は、例えば、
案内羽根の根元における入口角度に関係しており、本発
明の案内羽根の別の有利な実施例に従えば、この関係
は、以下の条件により与えられる： 0.5L3/L10.7 ここでは、L3及びL1は、案内羽根の径方向外側及び内
側の長さを表わす。
案内羽根の根元における入口角度に関係しており、本発
明の案内羽根の別の有利な実施例に従えば、この関係
は、以下の条件により与えられる： 0.5L3/L10.7 ここでは、L3及びL1は、案内羽根の径方向外側及び内
側の長さを表わす。
案内羽根の形状を決定する各種のパラメータの上記説
明における制限を超えるような場合には、各種の障害が
発生する。例えば、ガスの流れが案内羽根より剥離し
て、結果として、エネルギの損失につながる。
明における制限を超えるような場合には、各種の障害が
発生する。例えば、ガスの流れが案内羽根より剥離し
て、結果として、エネルギの損失につながる。
本発明の例として選択される案内羽根の実施例を、図
２から図５により詳細に説明する。
２から図５により詳細に説明する。
図１は、流れの方向及び翼の根元より上端までの中心
軸に関する径方向の変動を表わしている。
軸に関する径方向の変動を表わしている。
図２は、本発明による、案内羽根が下流に配置される
軸流ファンを表わしている。
軸流ファンを表わしている。
図３は、平面内に伸長された案内羽根の好ましい実施
例を表わしてる。
例を表わしてる。
図４は、一定の曲率を有する図３の案内羽根を表わし
ている。
ている。
図５は、同様に平面内に伸張する、本発明の案内羽根
の代替実施例を表わしている。
の代替実施例を表わしている。
図２には、ダクト４内に設置され、空気の流れの方向
が矢印９で示される軸流ファン２が示されている。ファ
ンの下流及びこれより所定の間隔で案内羽根のリング６
が組み込まれ、案内羽根の径方向の伸長は、実質的に、
ファン翼の伸長と対応する。羽根６′より明確に見てと
れるように、羽根は、実質的に軸中心の出口角度を有す
るのに対し、入口角度は、ファンの中心軸に対して、所
定の角度を形成する。
が矢印９で示される軸流ファン２が示されている。ファ
ンの下流及びこれより所定の間隔で案内羽根のリング６
が組み込まれ、案内羽根の径方向の伸長は、実質的に、
ファン翼の伸長と対応する。羽根６′より明確に見てと
れるように、羽根は、実質的に軸中心の出口角度を有す
るのに対し、入口角度は、ファンの中心軸に対して、所
定の角度を形成する。
図３には、平面内に伸長された、案内羽根６の好まし
い実施例が示されている。ファン方向に面するように意
図される案内羽根６の端部は、案内羽根６の内側および
外側長手方向の縁12及び14の間において、当該縁L1及び
L3よりも短かい羽根に沿った長さL2を有するウェブが得
られるように、放物線形状を有する縁10を有する。
い実施例が示されている。ファン方向に面するように意
図される案内羽根６の端部は、案内羽根６の内側および
外側長手方向の縁12及び14の間において、当該縁L1及び
L3よりも短かい羽根に沿った長さL2を有するウェブが得
られるように、放物線形状を有する縁10を有する。
内側の長手方向の縁12からのウェブの高さは、H1によ
り示され、羽根の全高さはH2により示される。ウェブの
位置は、以下の式により決定される： 0.4＜H1/H2＜0.9、望ましくは、 0.5＜H1/H2＜0.8 図３の案内羽根が、図４による一定曲率を与えられる
場合には、中心軸に関して、羽根の上端の位置になるは
ずの羽根６の外側部分におけるよりも、翼の根元の位置
にあるはずの案内羽根の内側部分において、より大きな
入口角度が得られる。何故ならば、内側長手方向の縁12
は、外側長手方向の縁14よりも長いからある（図３参
照）。中間ウェブ部分においては、入口角度はより小さ
いので、上記で検討したように、ガスの流れの回転成分
の径方向に変動に応じる。
り示され、羽根の全高さはH2により示される。ウェブの
位置は、以下の式により決定される： 0.4＜H1/H2＜0.9、望ましくは、 0.5＜H1/H2＜0.8 図３の案内羽根が、図４による一定曲率を与えられる
場合には、中心軸に関して、羽根の上端の位置になるは
ずの羽根６の外側部分におけるよりも、翼の根元の位置
にあるはずの案内羽根の内側部分において、より大きな
入口角度が得られる。何故ならば、内側長手方向の縁12
は、外側長手方向の縁14よりも長いからある（図３参
照）。中間ウェブ部分においては、入口角度はより小さ
いので、上記で検討したように、ガスの流れの回転成分
の径方向に変動に応じる。
入口角度における径方向の変動が、容易に達成でき
る。
る。
0.50≦L3/L10.7については、羽根の外部及び内部部
分における入口角度の比が得られ、これは、実際の応用
に十分適応する。
分における入口角度の比が得られ、これは、実際の応用
に十分適応する。
長さL1及びL2は、以下の条件を満たす： 1.8＜L1/L2/2.3 圧力流れ線図、つまり、大きな流れ及び高圧の流れ双
方についての各種の作動点における案内羽根の最適化を
可能とするために、曲率Ｒの半径、図４参照、及び、L1
は以下の条件を満たさなければならない： 0.83＜R/L1＜1.45、望ましくは、 0.83＜R/L1＜1.10 ファンの中心軸18から案内羽根の内側縁12まで、及
び、外側縁14までの半径R1及びR2の比率は、条件： 0.3R1/R20.8、望ましくは、 0.45＜R1/R2＜0.72 を満たす。
方についての各種の作動点における案内羽根の最適化を
可能とするために、曲率Ｒの半径、図４参照、及び、L1
は以下の条件を満たさなければならない： 0.83＜R/L1＜1.45、望ましくは、 0.83＜R/L1＜1.10 ファンの中心軸18から案内羽根の内側縁12まで、及
び、外側縁14までの半径R1及びR2の比率は、条件： 0.3R1/R20.8、望ましくは、 0.45＜R1/R2＜0.72 を満たす。
羽根は、実際に使用されいてる全ての軸流ファンにつ
いて有用である。
いて有用である。
加えて、R1は羽根車ハブの半径に対応する一方で、半
径R2は問題となるフロー・ダクト４における半径に対応
するが、これは同様に、翼ホィールの半径と実質的に適
合する。図２参照。
径R2は問題となるフロー・ダクト４における半径に対応
するが、これは同様に、翼ホィールの半径と実質的に適
合する。図２参照。
図５においては、本発明による案内羽根の代替実施例
が示されており、ファン方向に面するように意図された
縁が、３つの側面20,22,24の連続する多角により形成さ
れている。それから、側面22は、中間ウェブ部分を形成
する。内縁部12に比較して、ウェブ部分22が、外部縁14
により近く配置されていることに留意すべきである。こ
の羽根は、同様に、図４に示されるように、一定半径の
曲率で曲げられている。これは簡単な案内羽根形状であ
り、これにより、図の点線26により表わされるように、
単調に伸長する斜め縁の従来の実施例と比較して、効率
が相当に増加する。
が示されており、ファン方向に面するように意図された
縁が、３つの側面20,22,24の連続する多角により形成さ
れている。それから、側面22は、中間ウェブ部分を形成
する。内縁部12に比較して、ウェブ部分22が、外部縁14
により近く配置されていることに留意すべきである。こ
の羽根は、同様に、図４に示されるように、一定半径の
曲率で曲げられている。これは簡単な案内羽根形状であ
り、これにより、図の点線26により表わされるように、
単調に伸長する斜め縁の従来の実施例と比較して、効率
が相当に増加する。
上記に説明のように、ウェブを有するファン方向に面
する縁についての多くの曲線形状が明白であろう。実際
の応用に当っては、最適な効果をもたらす曲線形状を選
択するのはもちろんのことである。
する縁についての多くの曲線形状が明白であろう。実際
の応用に当っては、最適な効果をもたらす曲線形状を選
択するのはもちろんのことである。
本発明による案内羽根により、従来の案内羽根に比較
して、20％までのファン効率の増加が達成可能となっ
た。
して、20％までのファン効率の増加が達成可能となっ
た。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−70698（ＪＰ，Ａ) 特公 昭59−25846（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) F04D 29/54
Claims (11)
- 【請求項１】ファンに面する部分において、案内羽根の
径方向外側部分と径方向内側部分との間に凹部が形成さ
れており、凹部の最も深い部分の位置における単一曲げ
の案内羽根に沿った円弧長さが、当該外側及び内側部分
の円弧長さよりも短く、これにより、凹部の最も深い部
分の位置での案内羽根の入口角度が、案内羽根の径方向
外側部分及び径方向内側部分での入口角度より小さいこ
とを特徴とする軸流ファン用の案内羽根。 - 【請求項２】ファンに面する端部の縁が、放物線形状を
有することを特徴とする請求項２に記載の案内羽根。 - 【請求項３】ファンに面する端部の縁が、連続する多角
形状を有することを特徴とする請求項１に記載の案内羽
根。 - 【請求項４】ファンに面する端部の縁が、連続する３つ
の縁の多角形状を有することを特徴とする請求項３に記
載の案内羽根。 - 【請求項５】案内羽根の径方向内側の縁の長さL1と凹部
の最も深い部分の位置での案内羽根の長さL2との比率
が：条件 1.8＜L1/L2＜2.3 を満たすことを特徴とする請求項１から４のいずれか一
項に記載の案内羽根。 - 【請求項６】案内羽根の根元における入口角度α１が、
条件 40°＜α１＜70°、望ましくは、 52°＜α１＜70° を満たすことを特等とする請求項１から５のいずれか一
項に記載の案内羽根。 - 【請求項７】単一曲げの案内羽根が、曲率Ｒの一定半径
を有することを特徴とする請求項１から６のいずれか一
項に記載の案内羽根。 - 【請求項８】案内羽根の径方向内側の縁の長さL1と曲率
Ｒの半径との比が、条件 0.83＜R/L1＜1.45、望ましくは、 0.83＜R/L1＜1.10 を満たすことを特徴とする請求項７に記載の案内羽根。 - 【請求項９】径方向内側の縁から凹部の最も深い部分の
位置までの高さH1と案内羽根の全高さH2との比が、条件 0.4≦H1/H2＜0.9、望ましくは、 0.5＜H1/H2＜0.8 を満たすことを特徴とする請求項１から８のいずれか一
項に記載の案内羽根。 - 【請求項１０】案内羽根の径方向外側及び径方向内側の
夫々の縁の長さL3とL1との比が、条件 0.5≦L3/L1≦0.7 を満たすことを特徴とする請求項１から９のいずれか一
項に記載の案内羽根。 - 【請求項１１】ファン軸から案内羽根の外側縁及び内側
縁への半径R1とR2との比が、条件 0.3≦R1/R2≦0.8、望ましくは、 0.45＜R1/R2＜0.72 を満たすことを特徴とする請求項１から10のいずれか一
項に記載のガイド羽根。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SE8802136A SE461112B (sv) | 1988-06-08 | 1988-06-08 | Ledskena foer en axialflaekt |
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Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03504996A JPH03504996A (ja) | 1991-10-31 |
| JP2837207B2 true JP2837207B2 (ja) | 1998-12-14 |
Family
ID=20372552
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1506228A Expired - Fee Related JP2837207B2 (ja) | 1988-06-08 | 1989-06-08 | 軸流ファン用の案内羽根 |
Country Status (11)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0418303B1 (ja) |
| JP (1) | JP2837207B2 (ja) |
| AU (1) | AU636845B2 (ja) |
| BR (1) | BR8907459A (ja) |
| DE (1) | DE68915278T2 (ja) |
| DK (1) | DK173521B1 (ja) |
| FI (1) | FI104509B (ja) |
| RU (1) | RU1834989C (ja) |
| SE (1) | SE461112B (ja) |
| UA (1) | UA12318A (ja) |
| WO (1) | WO1989012174A1 (ja) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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