JP2837207B2 - Guide vanes for axial fans - Google Patents
Guide vanes for axial fansInfo
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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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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。The present invention relates to a guide blade for an axial fan.
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。As the gas passes through the fan, it is diverted by the blades, increasing the pressure across the impeller. However,
This diversion means that the gas flow velocity has a rotating component after passing through the impeller. This rotational component produces rotational energy that can often be lost during the continuous transport of gas downstream of the fan.
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。It is known to utilize this rotational energy and thereby arrange a ring of guide vanes downstream of the impeller in order to increase its efficiency as well as the pressure of the fan. The rotational energy of the gas flow behind the impeller is converted into a static pressure increase as it passes through the guide vanes. This conversion is not lossless, and to minimize this loss, it is essential that the inlet angle of the guide vanes substantially coincides with the direction of gas flow exiting the impeller. Become. If the inlet side of the guide vanes is not adapted to the direction of the impinging gas, the flow release at the guide vanes will be strong, resulting in a large energy loss and, concomitantly, of the fan. Efficiency decreases. The guide vanes are installed so that the gas on the outlet side flows substantially in the axial direction.
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。The magnitude of the rotation component changes in the radial direction. That is, it has been known that the angle formed by the direction of the flow with respect to the central axis changes depending on the radius. This flow is very complex and secondary effects result in a greater rotation of the rear of the fan blades at the root and upper ends of the blades. At the root of the wing, that is, at the portion where the wing is attached to the hub, the back flow in the gap and the rotation of the hub increase the rotation of the gas, and at the upper end of the wing, the axial component. The rotation increases as a result of the back flow which reduces the rotation.
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。In addition, it should be noted that a defined external surface, such as a flow duct wall, or the like, reduces not only the tangential motion component, but also the axial component.
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。Both of these will result in unexpected radial variations with respect to the flow direction shown in FIG.
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。FIG. 1 shows the results of measurements made on an axial fan. As can be seen, the angle of flow relative to the central axis direction is greater at the root and top of the wing, and this angle passes through at a minimum between them. The exact appearance of the graph is affected by the parameters of the impeller blade angles and the selected operating point in the corresponding fan diagram (pressure flow diagram), while the shape of the graph is And between the upper and lower positions, and are the same in nature.
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。In order to adapt the inlet angle of the guide vanes to the radially varying rotational component, guide vanes of various curvatures have been manufactured, but this requires very complicated manufacturing techniques.
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。The diagonal between the inner and outer longitudinal edges of the guide vanes is such that the arch length of the guide vanes along the inner edge is longer than the arch length along the outer edges in the radial direction. Guide vanes with edges were also made. The constant curvature of the guide vanes was such that the entrance angle was greater in the radially inner part of the guide vanes than in the radially outer parts of the guide vanes.
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。The object of the present invention, based on the knowledge of the radial variation of rotation described above, has been greatly improved on the inlet side with respect to the direction of impinging gas, along the entire radial extension of the guide vane. To provide new guide vanes that are adapted in a simple manner, while being simple and inexpensive to produce.
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。The purpose is to form a concave portion between the radially outer portion and the radially inner portion of the guide blade in a portion facing the fan, and to provide a single bent guide blade at the deepest portion of the concave portion. The arc length along the outer and inner portions is shorter than the arc length of the outer and inner portions, so that the entrance angle of the guide blade at the deepest portion of the recess is reduced by the radially outer portion and the radially inner portion of the guide blade. This is achieved by a guide vane for an axial fan, which is characterized in that it is smaller than the inlet angle at.
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。By giving the edge of the blade part facing the shaft rotor a shape which substantially follows the direction of rotation represented in FIG.
The blades can be manufactured with a single curvature and at the same time a good adaptation of the inlet angle to the direction of the impinging gas at all points can be achieved.
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。With the guide vanes according to the invention, an improvement in fan efficiency of up to 20% can be achieved, as compared to generally commercially available guide vanes.
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。According to an advantageous embodiment of the guide vane according to the invention, the inlet angle α1 at the radially inner part or at the base part is such that the condition: 40 ° <α1 <70 °, preferably 52 ° <α1 <70 °. Fulfill.
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。According to another advantageous embodiment of the invention having a constant radius of curvature, the ratio of the length L1 of the radially inner edge of the guide vanes to the radius of the curvature R is: 0.83 <R / L1 <1.45 0.83 <R / L1 <1.10.
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。The optimization of the guide vane shape to the selected operating point of the region of interest in the pressure flow diagram of interest is thus possible.
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。According to yet another advantageous embodiment of the invention, the length L1 of the radially inner edge of the guide vanes and the deepest part of the recess (hereinafter, referred to as
The relationship with the length of the guide vane L2 at the position of such a portion is called "web" satisfies the condition: 1.8 <L1 / L2 <2.3, and the position of the web given by this condition is: 0.4 <H1 /H2<0.9, preferably 0.5 <H1 / H2 <0.8, where H1 represents the height of the web from the radially inner edge and H2 represents the total height of the guide vanes .
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。The entrance angle of the guide blade at the upper end of the blade is, for example,
In relation to the inlet angle at the root of the guide vane, according to another advantageous embodiment of the guide vane according to the invention, this relation is given by the following condition: 0.5L3 / L10.7 where L3 And L1 represent the radially outer and inner lengths of the guide vane.
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。If various parameters that determine the shape of the guide blade exceed the limits in the above description, various obstacles will occur. For example, the gas flow separates from the guide vanes, resulting in a loss of energy.
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。Embodiments of the guide vane selected as an example of the present invention will be described in more detail with reference to FIGS.
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。FIG. 1 illustrates the radial variation with respect to the direction of flow and the central axis from the root to the top of the blade.
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。FIG. 2 shows an axial fan according to the invention in which the guide vanes are arranged downstream.
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。FIG. 3 shows a preferred embodiment of the guide vanes extended in a plane.
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。FIG. 4 shows the guide vane of FIG. 3 having a constant curvature.
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。FIG. 5 shows an alternative embodiment of the guide vane according to the invention, also extending in a plane.
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。FIG. 2 shows the axial fan 2 installed in the duct 4 and having the direction of air flow indicated by an arrow 9. Downstream of the fan and at predetermined intervals therefrom, a ring 6 of guide vanes
Is incorporated, and the radial extension of the guide vanes is substantially
Corresponds to fan blade extension. As can be seen more clearly than blade 6 ', the blade has a substantially axially-centered outlet angle, while the inlet angle forms a predetermined angle with respect to the central axis of the fan.
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。FIG. 3 shows a preferred embodiment of the guide vanes 6 extended in a plane. The ends of the guide vanes 6 which are intended to face in the direction of the fan, between the inner and outer longitudinal edges 12 and 14 of the guide vanes 6
It has an edge 10 having a parabolic shape so that a web with a length L2 along the blade shorter than L3 is obtained.
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。The height of the web from the inner longitudinal edge 12 is indicated by H1, and the total height of the blades is indicated by H2. The position of the web is determined by the following equation: 0.4 <H1 / H2 <0.9, preferably 0.5 <H1 / H2 <0.8 If the guide vanes of FIG. 3 are given a constant curvature according to FIG. With respect to the central axis, a larger entrance angle is obtained in the inner part of the guide vane, which should be at the root of the wing, than in the outer part of the vane 6, which should be at the upper end of the vane. Because the inner longitudinal edge 12
Is longer than the outer longitudinal edge 14 (see FIG. 3). In the intermediate web portion, the inlet angle is smaller, and as discussed above, responds to radial variations in the rotational component of the gas flow.
入口角度における径方向の変動が、容易に達成でき
る。Radial variations in the inlet angle can be easily achieved.
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。For 0.50 ≦ L3 / L10.7, the ratio of inlet angles at the outer and inner parts of the blade is obtained, which is well suited for practical applications.
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。The lengths L1 and L2 satisfy the following conditions: 1.8 <L1 / L2 / 2.3 Pressure flow diagram, which allows optimization of the guide vanes at various operating points for both large and high pressure flows In order to calculate the radius of curvature R, see FIG.
Must satisfy the following conditions: 0.83 <R / L1 <1.45, preferably 0.83 <R / L1 <1.10 Radius from the central axis 18 of the fan to the inner edge 12 of the guide vane and to the outer edge 14 The ratio of R1 and R2 satisfies the condition: 0.3R1 / R20.8, preferably 0.45 <R1 / R2 <0.72.
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。The blades are useful for all axial fans in use.
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。In addition, R1 corresponds to the radius of the impeller hub, while radius R2 corresponds to the radius in the flow duct 4 in question, which likewise substantially matches the radius of the wing wheel. See FIG.
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。In FIG. 5, an alternative embodiment of the guide vane according to the invention is shown, wherein the edge intended to face the fan direction is formed by a continuous polygon of the three sides 20, 22, 24. . The side 22 then forms an intermediate web portion. As compared to the inner edge 12, the web portion 22 is
It should be noted that they are located closer to The blade is similarly bent with a constant radius of curvature, as shown in FIG. This is a simple guide vane shape, whereby, as represented by the dotted line 26 in the figure,
The efficiency is considerably increased compared to the monotonically extending oblique edge conventional embodiment.
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。As explained above, many curvilinear shapes for the fan-facing edge with the web will be apparent. In actual application, it is a matter of course to select a curve shape that gives the optimum effect.
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。With the guide vanes according to the invention, it is possible to achieve an increase in fan efficiency of up to 20% compared to conventional guide vanes.
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 29/54Continuation of front page (56) References JP-A-62-70698 (JP, A) JP-B-59-25846 (JP, B2) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) F04D 29 / 54
Claims (11)
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。In a portion facing a fan, a concave portion is formed between a radially outer portion and a radially inner portion of the guide blade, and a single bent guide blade at a position of a deepest portion of the concave portion is formed. The arc length along the outer and inner portions is shorter than the arc length of the outer and inner portions, so that the entrance angle of the guide blade at the deepest portion of the recess is reduced by the radially outer portion and the radially inner portion of the guide blade. A guide vane for an axial fan, wherein the guide vane is smaller than the inlet angle at the inlet.
有することを特徴とする請求項２に記載の案内羽根。2. The guide vane according to claim 2, wherein the edge of the end facing the fan has a parabolic shape.
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。3. The guide vane according to claim 1, wherein the edge of the end facing the fan has a continuous polygonal shape.
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。4. The guide vane according to claim 3, wherein the edge of the end facing the fan has a polygonal shape of three consecutive edges.
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。5. The ratio of the length L1 of the inner edge in the radial direction of the guide blade to the length L2 of the guide blade at the position of the deepest portion of the concave portion satisfies the condition: 1.8 <L1 / L2 <2.3. The guide vane according to any one of claims 1 to 4, characterized in that:
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。6. An inlet angle α1 at the root of the guide vane,
The guide vane according to any one of claims 1 to 5, characterized in that a condition of 40 ° <α1 <70 °, preferably 52 ° <α1 <70 ° is satisfied.
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。7. The guide vane according to claim 1, wherein the single-bend guide vane has a constant radius of curvature R.
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。8. The ratio of the length L1 of the radially inner edge of the guide blade to the radius of the curvature R satisfies the condition 0.83 <R / L1 <1.45, preferably 0.83 <R / L1 <1.10. The guide vane according to claim 7, characterized in that:
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。9. The ratio of the height H1 from the inner edge in the radial direction to the position of the deepest portion of the concave portion to the total height H2 of the guide blades is such that the condition: 0.4 ≦ H1 / H2 <0.9, preferably 0.5 <H1 The guide blade according to any one of claims 1 to 8, wherein /H2<0.8 is satisfied.
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。10. The method according to claim 1, wherein the ratio between the lengths L3 and L1 of the radially outer and radially inner edges of the guide blades satisfies the condition of 0.5 ≦ L3 / L1 ≦ 0.7. The guide vane according to any one of the above.
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。11. The ratio between the radii R1 and R2 from the fan shaft to the outer and inner edges of the guide vanes satisfies the condition 0.3 ≦ R1 / R2 ≦ 0.8, preferably 0.45 <R1 / R2 <0.72. The guide blade according to any one of claims 1 to 10, characterized in that:
Applications Claiming Priority (2)
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