JP5722367B2 - 遠心送風機 - Google Patents

Description

この発明は、各種送排気、塗装設備、集塵装置、工場等の換気設備として使用される遠心送風機に関する。

従来の遠心送風機として、羽根車の外周縁側から内周縁側に延びる羽根が、羽根車の円周に沿って等間隔に複数個列設され、各羽根が、半径方向における全長にわたって、主軸に沿う方向に延びているものが知られている（例えば、特許文献１）。

特開２００７−２４７５９４号公報

しかしながら、特許文献１に開示される遠心送風機では、羽根の外周端部近傍で部分的に流体の流速が遅くなる等により、羽根車全体の流体の速度分布の均一性が十分に得られず、送風機の効率に関して改善の余地があった。

本発明は、上記の課題を解決するためにされたものであり、送風機の効率を向上させることができる遠心送風機を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明の要旨構成は、次の通りである。

本発明の遠心送風機は、主軸と、前記主軸により軸支される羽根車と、を備えた遠心送風機において、
前記羽根車は、
前記主軸に軸支されるインペラハブと、
前記インペラハブから半径方向外側に延びるインペラディスクと、
前記主軸に沿う方向に前記インペラディスクと対向する円環状のシュラウドと、
前記インペラディスクと前記シュラウドとの間で、それぞれ前記羽根車の外周縁側から少なくとも該羽根車の外周縁と前記インペラハブとの間の半径方向の中間位置まで延びるとともに、前記羽根車の円周に沿って配列された複数個の羽根と、
を有し、
前記複数個の羽根は、それぞれ、少なくとも前記インペラディスク側の縁部が前記半径方向の中間位置から半径方向外側かつ回転方向後側に向けて延びるように形成された本体部と、前記本体部に対して回転方向前側に屈曲されて前記本体部から前記羽根車の外周縁側まで延びる外周端部とを含み、
少なくとも１個の前記羽根は、前記半径方向中間位置から半径方向内側かつ回転方向前側に向けて延びるとともに、半径方向内側に向かうにつれて前記主軸に沿う方向の長さが徐々に短くなる略三角形状の延長部を含み、
前記主軸の一端側から観たときに、前記複数個の羽根の各々の前記シュラウド側の縁部は、前記本体部及び前記外周端部の間の屈曲位置と前記羽根の内周縁との間の部分で、前記インペラディスク側の縁部よりも回転方向前側に位置しており、前記屈曲位置と前記羽根の外周縁との間の部分で、前記インペラディスク側の縁部上に沿って延びていることを特徴とするものである。
この発明によれば、羽根車全体の流体の速度分布の均一性を向上させて、送風機の効率を向上させることができる。

また、本発明の遠心送風機においては、前記複数個の羽根の全てが、それぞれ前記延長部を含むことが好ましい。
この構成によれば、送風機の効率をさらに向上させることができる。

また、本発明の遠心送風機において、前記複数個の羽根の各々は、前記屈曲位置と前記羽根の内周縁との間の部分で、前記主軸に沿う方向に対して回転方向前側に傾斜しており、その傾斜角度が、前記内周縁から前記屈曲位置に向かって徐々に小さくなることが好ましい。
この構成によれば、送風機の効率をさらに向上させることができる。

本発明によれば、送風機の効率を向上させることができる遠心送風機を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る遠心送風機の羽根車を示す斜視図である。 遠心送風機の主軸の一端側から観たときの、図１の羽根車の平面図である。 図２の羽根車のＡ−Ａ断面図である。 実施例に係る送風機の作動時の図３のＡ−Ａ断面における流体の相対速度ベクトル図である。 実施例に係る送風機の作動時の図２の平面図における流体の速度分布を示す相対速度ベクトル図である。 比較例に係る送風機の羽根車を示す斜視図である。 図６の比較例に係る送風機の作動時の図３のＡ−Ａ断面に相当する断面における流体の相対速度ベクトル図である。 図６の比較例に係る送風機の作動時の図２に相当する平面図における流体の速度分布を示す相対速度ベクトル図である。 実施例及び比較例に係る送風機について、風量Ｑと効率η及び圧力Ｐのそれぞれとの関係を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態につき、図面を参照して詳細に例示説明する。

本発明の一実施形態を、図１〜図３を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る遠心送風機（以降、単に「送風機」とも称す。）の羽根車１を示す斜視図である。図２は、遠心送風機の主軸の一端側から観たときの、図１の羽根車１の平面図である。図３は、図２の羽根車１のＡ−Ａ断面図である。本実施形態に係る遠心送風機は、主軸（図示せず）と、この主軸により軸支される羽根車１とを備える。そして、この羽根車１は、主軸に軸支されるインペラハブ５と、インペラハブ５から半径方向外側に延びる円環状のインペラディスク４と、主軸に沿う方向ＡＤにインペラディスク４と対向する円環状のシュラウド３と、インペラディスク４とシュラウド３との間で、羽根車１の円周に沿って、好ましくは図の例のように等間隔に、配列された複数個（図の例では、１１個）の板状の羽根２と、を有する。このように構成された羽根車１が、主軸の回転により回転されると、流体が、シュラウド３の中央の開口から羽根車１内へ入り込み、遠心力の作用によりシュラウド３とインペラディスク４との間で羽根２に案内されながら半径方向外側へ流れて、羽根車１の外周縁１２側から抜け出る。

複数個の羽根２は、それぞれ、羽根車１の外周縁１２側（図の例では、羽根車１の外周縁１２よりも半径方向内側の位置）から、少なくとも羽根車１の外周縁１２とインペラハブ５との間の半径方向の中間位置７（図の例では、シュラウド３の内周縁よりも半径方向内側の位置）まで、延びている。そして、複数個の羽根２は、それぞれ、少なくともインペラディスク４側の縁部３２が羽根車１の外周縁１２とインペラハブ５との間の半径方向の中間位置７から半径方向外側かつ回転方向ＲＤの後側に向けて延びるように形成された本体部２１と、本体部２１に対して回転方向ＲＤの前側に屈曲されて本体部２１から羽根車１の外周縁１２側まで延びるように形成された外周端部２２と、を含む。
ここで、「羽根車１の外周縁１２」は、互いに外径が略同じとなるインペラディスク４及びシュラウド３の外周縁により規定されるものとする。
「羽根車１の外周縁１２とインペラハブ５との間の半径方向の中間位置７」とは、羽根車１の外周縁１２及びインペラハブ５との間の半径方向のちょうど中央位置よりも、半径方向内側又は半径方向外側の位置とすることができる。
図の例では、羽根２の外周縁１１が、羽根車１の外周縁１２よりも半径方向内側に位置しているが、羽根車１の外周縁１２と同じ半径方向位置にあってもよいし、羽根車１の外周縁１２よりも半径方向外側に位置していてもよい。
また、「本体部２１に対して回転方向ＲＤの前側に屈曲される」とは、図２に示すように、羽根２のインペラディスク４側の縁部３２のうち外周端部２２に沿う部分が、羽根２の本体部２１及び外周端部２２の間の屈曲位置９（すなわち曲率が変化する変曲点の位置）での該縁部３２に対する接線Ｌ５よりも、回転方向ＲＤの前側に向かって延びていることをいう。

なお、図の例では、図２の平面図で示すように、羽根２のインペラディスク４側の縁部３２は、本体部２１に沿う部分で、回転方向ＲＤの前側に凸に湾曲（曲率半径Ｒ１）している。
また、図の例では、図２の平面図で示すように、羽根２のインペラディスク４側の縁部３２は、外周端部２２に沿う部分で、回転方向ＲＤの後側に凸に湾曲（曲率半径Ｒ２）しているとともに、半径方向内側から半径方向外側に向かうにつれて、羽根２の外周縁１１に到るまで、回転方向ＲＤの後側に向かって延びている。
ここで、羽根２の出口角β２は、３５〜８０度であることが好ましい（図の例では、６５度）。羽根２の出口角β２は、図２に示すように、羽根２のインペラディスク４側の縁部３２の、羽根２の外周縁１１での接線と、羽根車１の中心点を中心として羽根２の外周縁１１を通る円の、該羽根２の外周縁１１での接線との、なす角度である。

さらに、複数個の羽根２のうち少なくとも１個（図の例では、全ての羽根２）が、羽根車１の外周縁１２とインペラハブ５との間の半径方向の中間位置７から半径方向内側かつ回転方向ＲＤの前側に向けて延びる延長部６を含む。延長部６は、該中間位置７から半径方向内側に向かうにつれて、主軸に沿う方向（すなわちインペラディスク４に対して垂直な方向）ＡＤの長さが徐々に短くなる略三角形状を有する。
ここで、「略三角形状」とは、図３に示すように、羽根２のシュラウド３側の縁部３１のうち延長部６に沿う部分が、周方向に沿って観たときに、半径方向外側から半径方向内側に向かうにつれてシュラウド３側からインペラディスク４側に向かって延びる傾斜形状に形成される場合に限られず、このような傾斜形状の代わりに、一箇所以上で半径方向内側及び／又は外側に凸に湾曲及び／又は屈曲して延びる形状に形成される場合も含む。

なお、図の例では、延長部６を含む羽根２の内周縁１０が、インペラハブ５から半径方向外側に離れた位置にある。

また、図の例では、羽根２のインペラディスク４側の縁部３２は、延長部６に沿う部分で、回転方向ＲＤの前側に凸に湾曲（曲率半径Ｒ１）しており、本体部２１に沿う部分とともに一つの滑らかな湾曲形状（曲率半径Ｒ１）を形成している。言い換えれば、羽根２のインペラディスク４側の縁部３２が、延長部６及び本体部２１に沿う部分で形成する湾曲形状（曲率半径Ｒ１）は、回転方向ＲＤの前側に凸であるとともに、半径方向内側から半径方向外側に向かうにつれて回転方向ＲＤの後側に向かって延びている。
ここで、延長部６を含む羽根２の入口角β１は、１０〜５０度であることが好ましい（図の例では、３０度）。延長部６を含む羽根２の入口角β１は、羽根２のインペラディスク４側の縁部３２の、該羽根２の内周縁１０での接線と、羽根車１の中心点を中心として該羽根２の内周縁１０を通る円に対する、該羽根２の内周縁１０での接線との、なす角度である。

図の例では、全ての羽根２がそれぞれ延長部６を含むように構成したので、送風機１の効率を大きく向上させることができる。ただし、この構成以外にも、延長部６を含まない（すなわち本体部２１及び外周端部２２のみを含む）１個以上（例えば３個）の羽根２と、延長部６を含む１個以上（例えば１個）の羽根２とを交互に、羽根車１の円周に沿って配列した場合でも、送風機１の効率を十分好適なものとすることができる。

複数個の羽根２は、それぞれ、本体部２１及び外周端部２２の間の屈曲位置９と羽根２の内周縁１０との間の部分で、回転方向ＲＤの前側に向けて倒れるように形成されており、さらに、該屈曲位置９と羽根２の外周縁１１との間の部分で、主軸に沿う方向ＡＤに延びている。即ち、図２に示すように、主軸の一端側から観たとき、複数個の羽根２の各々のシュラウド３側の縁部３１は、本体部２１及び外周端部２２の間の屈曲位置９と内周縁１０との間の部分で、インペラディスク４側の縁部３２よりも回転方向ＲＤの前側に位置しており、さらに、該屈曲位置９と羽根２の外周縁１１との間の部分で、インペラディスク４側の縁部３２上に沿って延びている。
このように、羽根２を、屈曲位置９と羽根２の外周縁１１との間の部分のみで、主軸に沿う方向ＡＤに延在させることにより、羽根２の外周端部２２の近傍を流れる流体の速度分布の均一性を向上させることにより、送風機１の効率のさらなる向上及び騒音のさらなる低下を達成することができる。

さらに、図の例において、複数個の羽根２の各々は、本体部２１及び外周端部２２の間の屈曲位置９と羽根２の内周縁１０との間の部分で、主軸に沿う方向ＡＤに対して回転方向ＲＤの前側に傾斜（すなわち平坦面状に延在）しており、その傾斜角度θが、羽根２の内周縁１０近傍で最も大きく、屈曲位置９に向かうにつれて徐々に小さくなって、屈曲位置９で０度となる。
なお、羽根２の内周縁１０近傍での傾斜角度θは、図の例では１７度であるが、７〜２５度であることが好ましい。
ここで、「傾斜角度θ」とは、図１の要部拡大図で示すように、羽根２のインペラディスク４側の縁部３２上に位置する任意の点Ｐで、該縁部３２の接線Ｌ１を引いて、該接線Ｌ１に対して垂直な平面Ｓ内で観たとき、点Ｐから主軸に沿う方向ＡＤに延びる直線Ｌ３と、羽根２に沿う直線Ｌ４とのなす角度をいうものとする。

なお、図示はしないが、主軸の一端側から観たとき、複数個の羽根２の各々のシュラウド３側の縁部３１が、本体部２１及び外周端部２２の間の屈曲位置９と内周縁１０との間の部分で、インペラディスク４側の縁部３２よりも回転方向ＲＤの前側に位置している限り、羽根２の、シュラウド３側の縁部３１とインペラディスク４側の縁部３２との間を延びる部分は、例えば半径方向及び／又は主軸に沿う方向ＡＤの一箇所以上で回転方向ＲＤの前側及び／又は後側に凸に湾曲及び／又は屈曲して延びる等、任意の形状を有することができる。

図４は、実施例に係る送風機の作動時の図３のＡ−Ａ断面における流体の相対速度ベクトル図である。図５は、実施例に係る送風機の作動時の図２の平面図における流体の相対速度ベクトル図である。図６は、比較例に係る送風機の羽根車を示す斜視図であり、図７は、図６の比較例に係る送風機の作動時の図３のＡ−Ａ断面に相当する断面における流体の相対速度ベクトル図である。図８は、比較例に係る送風機の作動時の図２に相当する平面図における流体の相対速度ベクトル図である。
なお、図４と図５に示す羽根車は、図１に示す構成を有するものである。図６に示す羽根車は、合計１２個の羽根を有し、延長部を含まない３個の羽根と、延長部を含む１個の羽根とが、交互に羽根車の円周方向に配列されている。また、図６に示す羽根車は、全ての羽根が、その半径方向における全長にわたって、主軸に沿う方向（インペラディスクに対して垂直な方向）に延びており、これゆえに、主軸の一端側から観たときに、羽根の半径方向における全長にわたって、羽根のシュラウド側の縁部が、インペラディスク側の縁部上に沿って延びている。なお、図４と図５、及び図７と図８は、同じ回転数で作動した場合を示している。図７の比較例に係る送風機では、主に屈曲位置９から羽根の外周縁１１において、速度分布が不均一になっている部分（図７の丸で囲った部分）が観られる。具体的に、この比較例の送風機の羽根車では、羽根の内周縁と屈曲位置との間の部分で、主軸に沿う方向に延びている（すなわち羽根車の回転方向の前側に向けて倒れるように形成されていない）ことから、羽根の屈曲位置から羽根の外周縁までの部分の近傍において、主軸に沿う方向の速度分布が不均一となっている。このような速度分布の不均一性は、送風機の効率の低下をもたらすものである。一方、図４の実施例に係る送風機では、屈曲位置９から羽根の外周縁１１までの部分の近傍において、主軸に沿う方向ＡＤの速度分布が、図７の場合よりも、より均一となっていることがわかる。さらに、図８の比較例に係る送風機では、主に羽根の外周端部近傍で流速が遅く速度分布の均一性が損なわれている部分（図８の丸で囲った部分）が観られるが、図５の実施例に係る送風機では、羽根の外周端部近傍での流速が回復し、羽根車全体の速度分布の均一性が大きく向上していることがわかる。

図９は、上述した実施例及び比較例に係る送風機について、風量Ｑと効率η及び圧力Ｐのそれぞれとの関係を示すグラフである。実施例の送風機によれば、比較例に係る送風機と比べて、送風機の効率ηの最大値を向上させることができる。また、実施例に係る送風機は、比較例に係る送風機と比べて、騒音が大きく低減された。

なお、上述した羽根車１は、送風機以外にも、遠心ポンプ等、他の回転体にも用いることができる。

本発明に係る送風機は、各種送排気、塗装設備、集塵装置、工場等の換気設備として、広い用途に適用することができる。

１：羽根車、 ２：羽根、 ３：シュラウド、 ４：インペラディスク、 ５：インペラハブ、 ６：延長部、 ７：中間位置、 ９：屈曲位置、 １０：羽根の内周縁、 １１：羽根の外周縁、 １２：羽根車の外周縁、 ２１：本体部、 ２２：外周端部、 ３１：羽根の、シュラウド側の縁部、 ３２：羽根の、インペラディスク側の縁部

Claims (3)

1. 主軸と、前記主軸により軸支される羽根車と、を備えた遠心送風機において、
   前記羽根車は、
   前記主軸に軸支されるインペラハブと、
   前記インペラハブから半径方向外側に延びるインペラディスクと、
   前記主軸に沿う方向に前記インペラディスクと対向する円環状のシュラウドと、
   前記インペラディスクと前記シュラウドとの間で、それぞれ前記羽根車の外周縁側から少なくとも該羽根車の外周縁と前記インペラハブとの間の半径方向の中間位置まで延びるとともに、前記羽根車の円周に沿って配列された複数個の羽根と、
   を有し、
   前記複数個の羽根は、それぞれ、少なくとも前記インペラディスク側の縁部が前記半径方向の中間位置から半径方向外側かつ回転方向後側に向けて延びるように形成された本体部と、前記本体部に対して回転方向前側に屈曲されて前記本体部から前記羽根車の外周縁側まで延びる外周端部とを含み、
   少なくとも１個の前記羽根は、前記半径方向の中間位置から半径方向内側かつ回転方向前側に向けて延びるとともに、半径方向内側に向かうにつれて前記主軸に沿う方向の長さが徐々に短くなる略三角形状の延長部を含み、
   前記主軸の一端側から観たときに、前記複数個の羽根の各々の前記シュラウド側の縁部は、前記本体部及び前記外周端部の間の屈曲位置と前記羽根の内周縁との間の部分で、前記インペラディスク側の縁部よりも回転方向前側に位置しており、前記屈曲位置と前記羽根の外周縁との間の部分で、前記インペラディスク側の縁部上に沿って延びていることを特徴とする、遠心送風機。
2. 前記複数個の羽根の全てが、それぞれ前記延長部を含むことを特徴とする、請求項１に記載の遠心送風機。
3. 前記複数個の羽根の各々は、前記屈曲位置と前記羽根の内周縁との間の部分で、前記主軸に沿う方向に対して回転方向前側に傾斜しており、その傾斜角度が、前記内周縁から前記屈曲位置に向かって徐々に小さくなることを特徴とする、請求項１又は２に記載の遠心送風機。