JPH03504996A - 軸流ファン用の案内羽根 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 軸流ファン用の案内羽根 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％ｌ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ＩＳ車の下流に案内羽根のリングを配列することが知られてい 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！！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、ファン胃の後方の回転が、肩の根元、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、舅のハブへの 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、宵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。

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。

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。

これに見られるように、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。

案内羽根の入口角度を、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。

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一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、回転の径方向の変動に関する。

前記説明の知識に基いて、製作が簡単で安価である一方で、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に、極めて改良さ れた方法で配置される新規の案内羽根を提供することである。

この目的は、序文に記載される種類の、又、請求項１に記載の特徴を有する案内 羽根により達成される。

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 う形状を与えることにより、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。

本発明の案内羽根の有利な実施例に従えば、径方向有向側部分、或いは、根元部 分における入口角度α１は、条件：４０°くα１＜７０°、望ましくは、 ５２°く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Ｌｌと曲率Ｒの半径との比率は、条件： ０．８３＜　Ｒ／　Ｌ　１　＜　１．４５、望ましくは、０．８３＜　Ｒ／　Ｌ 　１　＜　１．１０を満たす。

阪　　　　関心の対象である、圧力流れ線図におシブ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、このようにして可コ　　　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緑の長さＬｌ とウェブの位置における案内羽根の長さし２どの関係は、条件： １．８＜　Ｌ　１　　／　Ｌ２　　＜２．３を満たし、この条件により与えられ るウェアの位置は＝０．４＜Ｈｌ　／Ｈ２＜０．９　、望ましく、０．５＜８１ ／Ｈ２＜０．８ となるが、ここではＨｌは、径方向内側の縁よりの、ウェア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： ０．５≦１３　／Ｌ１≦０．７ ここでは、Ｌ３及びＬｌ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。

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。

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。

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 。

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。

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。

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。

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、実質的に一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［１及びし３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、Ｈｌにより示され、羽根の全高 さはＨ２により示される。ウェアの位置は、以下の式により決定される： ０．４＜Ｈｌ　／Ｈ２＜０．９　、望ましくは、０．５＜Ｈｌ　／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 である（図３１ｉ１！ｌ）　Ｌ中間ウェア部分においては、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の変動に応じる 。

入口角度における径方向の変動が、容易に達成できる。

０．５０≦１３　／Ｌ１≦０．１０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。

長さＬｌ及びＬ２は、以下の条件を満たす：１．８＜Ｌｌ　／１２　＜２．３ 圧力流れ縮図、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 、Ｌｌは以下の条件を満たさなければならない： ０．８３＜　Ｒ／　Ｌ　１　＜　１．４５、望ましくは、０．８３＜　Ｒ／　Ｌ 　１　＜　１．１０フアンの中心軸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：０．４５＜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。

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、翼ホイールの半径と実 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Ｊｉ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 部縁１２に比較して、ウェア部分２２が、外部縁１４により近く配冒されている 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、ウェア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。

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。

国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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 との間にウエブが形成されており、ウエブ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よりも短いことを特徴とする軸流フア ン用の案内羽根。 ２．ファンに面する端部の縁が、連続する凹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．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。 ４．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。 ５．ファンに面する端部の縁が、連続する３角形状を有することを特徴とする請 求項４に記載の案内羽根。 ６．案内羽根の径方向内側の縁の長さＬ１とウェブの位置での案内羽根の長さＬ ２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２から５のいずれか一項に記載の案内羽根。 ７．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。 ８．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７のいずれか一項に記載の案内羽根。 ９．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８に記載の案内羽根。 １０．径方向内側の縁からのウェブの部分の高さ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２から９のいずれか一項に記載の案内羽根。 １１．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２から１０のいずれか一項に記載の案内羽根。 １２．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１１のいずれか一項に記載のガイド羽根 。