JPH05312192A - 軸流ファン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】軸流ファン動翼２の上流直前および下流直後の
側壁に高さが動翼２より低い複数の補助翼５，６を設け
る。 【効果】補助翼の流れ誘導作用によって、低流量におけ
る軸流ファン動翼の失速が抑制されるため、流れが安定
し低流量側の作動範囲が拡大される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は換気，送風に多用される
軸流ファンに関する。

【０００２】

【従来の技術】換気，送風に多用される軸流ファンの低
流量側の作動範囲拡大法として、ビー・エック著「ヴエ
ンチィラトーレン」フュンフテン ノイベアルバイテテ
アウフラーゲ スプリンゲル−フェルラーク（B.Eck
著 『Ventilatoren』 Fuenftenneubearbeitete Auflag
e Splinger−Verlag １９７２ ）の３１８ペ−ジ、図
２９８には（１）動翼入口先端側の側壁を外側に拡大し
たうえ拡大部に円環を挿入し還流流路を形成する方法。
（２）動翼入口先端側に動翼回転軸と同心の円筒を配置
する方法。（３）（２）の円筒の内側にさらに静止円環
翼列を配置する方法の３種の効果が大きいと述べられて
いる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術のうち
（１）は、最高効率の低下をともない（２)，(３）はい
ずれも構造が複雑となるため製造価格の上昇，信頼性の
低下が不可避であった。本発明の目的は効率の低下を生
じることなく軸流ファンの低流量側の作動範囲拡大を実
現することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明は動翼の上流直前，下流直後の側壁に前記動
翼より高さが低い複数の補助翼を設ける。前記動翼の上
流直前の外側の側壁の前記補助翼は、流れに回転方向の
予旋回を持つように設け、内側の側壁の前記補助翼は、
流れを軸方向に導くように設ける。前記動翼の下流直後
の前記補助翼は、流れを前記静翼の入口角度の方向に導
くように設け、前記補助翼の入口角度を前記静翼の入口
角度ないし前記静翼の入口角度より前記動翼の回転面に
平行な方向に近づける。

【０００５】

【作用】換気，送風に多用される軸流ファンは多くの場
合、流量を設計点から減少させてゆくと、ある限界値を
越えると翼が失速し大幅な圧力上昇の低下，不安定現象
の発生、さらには大規模な逆流を生じ正常な運転が不可
能になる。このため動翼下流直後の側壁に、動翼より高
さが低い複数の補助翼を、流れを静翼入口角度の方向に
導くように設け、動翼内の流れを下流側から、すくい取
る作用によって失速を防止する。また、動翼上流直前の
側壁に高さの低い複数の補助翼を、外側の側壁では流れ
を回転方向の予旋回を持つように設け、内側では流れが
回転軸の方向から動翼に流入するように導き、動翼の先
端側の負荷を低減して動翼先端側の失速を防ぐ。一方、
動翼の根本側では動翼が確実に流れに運動エネルギをあ
たえるようにして、動翼根本側の失速を防止する。この
ようにして軸流ファンの失速を防止し、低流量側の作動
範囲拡大を実現する。

【０００６】

【実施例】図１は本発明の第１の実施例を示すもので、
軸流ファンの回転軸を含む断面を示す。図１において、
動翼２は回転軸１に固定され運動する。静翼３は外側の
側壁８，内側の側壁９の一方ないし両方に固定されてい
る。流れ７は動翼２を通過する際、運動エネルギを受け
取り、静翼３を通過する際、受け取った運動エネルギの
多くの割合が圧力に変換される。動翼２の下流直後の内
外の側壁８，９には、動翼２より高さが低い複数の補助
翼６を図２に示すように流れを静翼入口角度の方向に導
くように設ける。以下、図３，図４により補助翼６の作
用を説明する。

【０００７】一般に軸流ファンでは、図３に示すよう
に、流量を設計点から減少させてゆくと流量Ｃで圧力上
昇が極大値に達した後、曲線Ｂのように、一旦、減少し
てから再び増大する。圧力上昇が減少から再び増大する
状態では、図４のように、動翼入口先端側に大規模な逆
流領域１０を生じる。また場合によっては動翼出口根本
側にも大規模な逆流領域１１を生じる。圧力上昇が一旦
減少する状態は、流れが正常で大規模な逆流が生じない
状態から図４への遷移状態で変動が激しい。流量Ｃより
少ない流量では動翼の先端側，根本側は失速状態にあ
り、この失速発生を抑制すると流量と圧力上昇の関係が
図３のＡのようになり、低流量側の作動限界がＣからＤ
に拡大する。

【０００８】動翼２の先端側と側壁８の間隙の流れは動
翼２から運動エネルギを受け取れないから、動翼２を流
出した流れのうち外側の側壁８の近傍の流れは、動翼２
の高さ方向中央の部分に比較して、失速が生じ易い状態
にある。静翼３は外側の側壁８に取り付けられることが
多い。この場合、静翼３と内側の側壁９の間隙の流れは
静翼３の作用で圧力が上昇する割合が、静翼３の中央部
分より少ないため動翼２の根本では負荷が増加して失速
が生じ易い状態にある。また、軸流ファンの場合、騒音
低減のため動翼２と静翼３の軸方向間隔は軸流圧縮機に
比較して、極めて大きい。このため動翼２を流出した流
れの内外の側壁８，９の近傍の流れは、静翼３に流入す
る前に、側壁との摩擦によって運動エネルギを失うた
め、静翼３の高さ方向中央の部分に比較して一層、失速
が生じ易い状態にある。設計点では流れの軸方向成分が
大きいためこの傾向は抑制されるが、流量が少なくなる
とこの傾向は一層強くなり失速が発生する。

【０００９】動翼２の出口でも側壁８，９の近傍の流れ
は、側壁８，９から離れた部分より運動エネルギが少な
いが、動翼２の作用によって周方向の速度は、失速が発
生する直前の状態でも比較的大きい。そこで補助翼６に
よって周方向の速度が比較的大きい流れをすくい取り、
静翼３の入口角度の方向に導く。この作用により動翼２
の出口付近と静翼３の内外の側壁８，９の近傍の流量が
増加するので失速の発生が抑制される。補助翼６の入口
側の角度を図２の破線で示した補助翼６ａのように静止
翼入口の角度より動翼２の回転面に平行な方向に近づけ
た角度とすると、流れを、すくい取る作用が強くなり失
速が発生しにくくなる。

【００１０】補助翼の入口側の角度を動翼２の回転面に
平行な方向に近づけた角度とする場合、若干の損失増加
が生じる場合があるが、以下のようにすると損失増加を
低減できる。

【００１１】一般に動翼の先端側と根本側で同時に失速
し始めることはなく、いずれかで先に失速が発生し始め
る。先端側が先に失速する場合を例にとると、外側の側
壁８の補助翼入口角度を内側の側壁９の補助翼入口角度
より、動翼の回転面に平行な方向に近づける。根本側が
先に失速する場合はこの逆とする。このようにすると失
速防止効果を損なうことなく、損失増加を低減できる。

【００１２】また、動翼２の先端側からは、外側の側壁
８との間隙のため強い渦が流出し、動翼２の根本側から
は動翼２の根本側の壁面境界層の作用によって、先端側
よりは弱いものの、同じく渦が流出する。これらの渦の
運動エネルギは損失となるが補助翼６，６ａは流出する
渦を切断，抑制するので運動エネルギの損失を減少させ
るので、静翼３の先端側，根本側でも昇圧が充分に行な
われる。この昇圧が充分に行なわれると、動翼２の先端
側，根本側の負荷が過大になることが無く、この点から
も補助翼６，６ａは失速防止の作用を持つ。

【００１３】さらに補助翼６，６ａはほぼ正常状態の流
れの方向に設けられているうえ、補助翼６，６ａを通過
する流量は全体の一部であるので、効率の低下が殆んど
生じないのも大きな特徴である。

【００１４】図５は本発明の第２の実施例を示すもの
で、失速の抑制を一層強化するため、第１の実施例の動
翼２の上流直前の内外の側壁８，９に動翼より高さが低
い複数の補助翼５，５ａを、図６に示すように外側の側
壁８では僅かに回転の方向４の予旋回を持つように設
け、内側の側壁９では流れを回転軸の方向にガイドする
ように設けてある。外側の側壁８の補助翼５の効果は以
下のようである。

【００１５】動翼先端側では補助翼５の作用により動翼
２に流入する流れは回転方向４の予旋回をもつ。このた
め動翼２の相対流入角が減少するので失速しにくくな
る。また内側の側壁９の補助翼５ａの作用は以下のよう
である。

【００１６】動翼根本側では先端側に比較して周速が小
さいため、流れに運動エネルギを与える作用が先端側よ
り弱くなるため、翼形の反りを大きくして弱くなった作
用を補っている。一方、流量が少なくなると図３のよう
にファンでの圧力上昇が大きいため動翼根本側では先端
側に比較してファン出口（静翼出口）の圧力に達するこ
とができず失速する傾向が強くなる。この状態でファン
上流側の流路形状，流れのみだれ，不均一などによっ
て、動翼根本付近で回転方向４の予旋回が生じると、流
れが動翼２から受け取る運動エネルギの減少による失速
傾向の増加が、相対流入角の減少による失速抑制効果を
上回り失速が発生する。内側の側壁９に設けられた複数
の補助翼５ａは、流れが確実に回転軸の方向から動翼２
に流入するようガイドするので回転方向４の予旋回が動
翼根本側入口で発生しないため上記のメカニズムで発生
する失速が抑制される。

【００１７】図７は本発明の第３の実施例を示す図で、
補助翼６を動翼下流直後の外側の側壁８にのみ設けたも
のである。本実施例の特徴は作動範囲の拡大効果は若干
低下するものの構造が簡便である点にある。

【００１８】図８，図９は動翼下流直後の側壁に配置さ
れる補助翼６の図２に対応する円筒展開面上の配置を示
す図である。図８の実施例では補助翼６の数を静翼３よ
り多くして、補助翼６の翼列としての作用を強化する場
合に好適である。同様に動翼上流直前の側壁に配置され
る補助翼５の数を動翼２あるいは静翼３より多くするこ
とも効果がある。図９の実施例は補助翼６を静翼３と一
体化した場合で強度に重点を置く場合に好適である。

【００１９】図１０，図１１は、さらに別の実施例で図
１に対応する軸流ファンの断面図である。図１０は補助
翼５，５ａ，６の動翼２に近い端の高さを高くして、動
翼２流入あるいは流出する流れをガイドする作用を強化
させる効果を高めたものである。この場合、動翼２と補
助翼５，６の間の干渉により騒音が若干増加する。図９
は騒音の増加を低減しする場合の補助翼６の実施例で、
図１０の実施例とは逆に動翼２に近い側の翼高さを減少
させてある。

【００２０】

【発明の効果】本発明によれば効率の低下を生じること
なく軸流ファンの低流量側の作動範囲の拡大を実現でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の軸流ファンの断面図。

【図２】本発明の軸流ファンの翼列の円筒の展開図。

【図３】軸流ファンの流量圧力特性図。

【図４】低流量域における軸流ファン内部の逆流を示す
断面図。

【図５】本発明の軸流ファンの第２の実施例を示す断面
図。

【図６】本発明の第２の実施例の軸流ファンの翼列の円
筒の展開図。

【図７】本発明の軸流ファンの第３の実施例を示す断面
図。

【図８】本発明の軸流ファンの翼列の別の実施例の円筒
の展開図。

【図９】本発明の軸流ファンの翼列の別の実施例の円筒
の展開図。

【図１０】本発明の軸流ファンの第５の実施例を示す断
面図。

【図１１】本発明の軸流ファンの第６の実施例を示す断
面図。

【符号の説明】

１…回転軸、２…動翼、３…静翼、５，５ａ…動翼上流
側の補助翼、６…動翼下流側の補助翼、７…流れ、８…
外側の側壁、９…内側の側壁。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高田 昭 茨城県土浦市神立町603番地 株式会社日 立製作所土浦工場内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】動翼下流の、内外の一方あるいは両方の側
   壁に、前記動翼より高さの低い複数の補助翼を、流れを
   静翼の入口角度の方向に導くように設け、前記補助翼の
   入口角度を前記静翼の入口角度ないし前記静翼の入口角
   度より前記動翼の回転面に平行な方向に近づけたことを
   特徴とする軸流ファン。