JP5256184B2 - 二重反転式軸流送風機 - Google Patents

Description

本発明は、前段インペラと後段インペラとが逆方向に回転する二重反転式軸流送風機に関するものである。

特許第４１２８１９４号（特許文献１）には、軸線方向の一方側に吸込口を有し前記軸線方向の他方側に吐出口を有する風洞を備えたケーシングと、風洞内で回転する複数枚の前段翼を備えた前段インペラと、風洞内で回転する複数枚の後段翼を備えた後段インペラと、空洞内の前段インペラと後段インペラとの間の位置に静止状態で配置された複数の静止翼またはストラッドからなる中段静止部とを有する二重反転式軸流送風機の従来例が示されている。

特許第４１２８１９４号 図１及び図２

従来の二重反転式軸流送風機では、前段インペラ、後段インペラ、中段静止部の形状を工夫することにより、騒音を低減している。前段インペラ、後段インペラ、中段静止部の設計を適正化することにより、目標動作点における騒音を低減化できることが判っている。しかしながら実際には二重反転式軸流送風機を当初設計の目標動作点から多少ずれた動作点（希望する目標動作点）で動作させることもある。この場合、騒音は増大することになる。

本発明の目的は、前段インペラ、後段インペラ及び中段静止部を変更せずに、目標動作点での騒音を低減できる二重反転式軸流送風機を提供することにある。

本発明が改良の対象とする二重反転式軸流送風機は、軸線方向の一方側に吸込口を有し軸線方向の他方側に吐出口を有する風洞を備えたケーシングと、風洞内で回転する複数枚の前段翼を備えた前段インペラと、風洞内で回転する複数枚の後段翼を備えた後段インペラと、風洞内の前段インペラと後段インペラとの間の位置に静止状態で配置された複数の静止翼またはストラッド（静止翼の機能を有しない支持部材）からなる中段静止部とを有する。

本発明においては、風洞を囲むケーシングの内壁部に、中段静止部よりも後段インペラ寄りの位置に、内壁部の径方向内側に向かい且つ周方向に連続してまたは間隔を開けて延びる乱流発生用突出面を形成する。適切な乱流発生用突出面を形成した二重反転式軸流送風機から発生する騒音が、乱流発生用突出面を形成しない二重反転式軸流送風機を同じ動作点で動作させた場合に発生する騒音よりも低減する場合があることが確認された。すなわち前段インペラ、後段インペラ及び中段静止部を変更せずに、乱流発生用突出面を設けることにより騒音を低減できる場合があることが確認された。その理由は、十分には解明されていないが、発明者は、前段インペラから吐き出されて乱流発生用突出面に当たった流体が、後段インペラが存在する領域に入る前に一部乱されて乱流となり、この乱流が後段インペラの後段翼の表面に沿って流れて吐き出される流体の流れに対して、後段翼の表面から流体が剥離するのを押さえる力を与え、これが騒音の低減に寄与するものと推論している。動作点に対して適切な大きさの乱流発生用突出面が形成されていれば、少しでも騒音は低減できる。したがって乱流発生用突出面の大きさは、直ちに限定することはできないが、その形状及び寸法は、目標動作点において、後段翼の表面で流体の剥離現象が発生することを防止することができる大きさであれば任意である。

なお乱流発生用突出面を形成するためには、例えば、ケーシングの内壁部の中段静止部よりも後段インペラ寄りの位置に、内壁部の径方向内側に向かい且つ周方向に連続してまたは間隔を開けて延びる１以上のリブを設けるのが好ましい。このリブの前段インペラと対向する面が、乱流発生用突出面を構成する。このようなリブは、ケーシング形成の際に簡単に設けることができるので、安価に騒音対策を実行することができる。

また１以上のリブを、後段インペラと径方向において全体的に対向するように吐出口に向かって延ばしてもよい。このように長いリブを設けると、ケーシングの補強ができるだけでなく、後段インペラの後段翼とケーシングの内壁面との間の距離を短くすることができて、静圧を高めることができる。

本実施の形態の二重反転式軸流送風機１の構成を概略的に示す図である。 図１のII−II線断面図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、目標動作点を風量０．５「ｍ³ ／min］、静圧３７０［Ｐａ］とするように適切に設計された既存の二重反転式軸流送風機に対して、目標動作点を変えずに、４種類の乱流発生用突出面を形成した場合の騒音と静圧−風量特性を示す図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、目標動作点を風量０．５「ｍ³ ／min］及び静圧３７０［Ｐａ］とするように適切に設計された既存の二重反転式軸流送風機を、風量０．４５「ｍ³ ／min］及び静圧３９０［Ｐａ］の目標動作点に変更した場合において、４種類の乱流発生用突出面を形成した場合の騒音と静圧−風量特性を示す図である。 乱流発生用突出面が周方向に間隔をあけて形成された例を示す断面図である。 本発明の他の実施の形態の要部を示す断面図である。 本発明のさらに他の実施の形態の要部を示す断面図である。 本発明のさらに他の実施の形態の要部を示す断面図である。

以下図面を参照して、本発明の二重反転式軸流送風機の実施の形態について説明する。図１は本実施の形態の二重反転式軸流送風機１の構成を概略的に示す図であり、筒状のケーシング３だけを断面にして示してある。図２は、図１のII−II線断面図である。ケーシング３は、軸線Ｘの軸線方向の一方側に吸込口５を有し軸線方向の他方側に吐出口７を有する風洞９を備えている。なおケーシング３は、軸線方向の中央位置に軸線Ｘと直交する方向に分割面が位置するように、二つ割りの分割ケーシングが組み合わされて構成されていても良い。風洞９の吸込口５寄りの内部には、複数枚の前段翼１１がハブ１３に固定されて構成された前段インペラ１５が配置されている。複数枚の前段翼１１は、ハブ１３の外周部に一端が固定されて、ハブの周方向に等しい間隔をあけて配置されている。ハブ１３の内部には、前段インペラ１５の駆動源となる前段モータのロータが固定されている。風洞９の中央部には、複数枚の静止翼１７を備えた中段静止部１９が配置されている。複数枚の静止翼１７は、中央本体２１の外周部に一端が固定され他端がケーシング３の内壁部に固定されている。中央本体２１には、前述の前段モータのステータが固定されている。そして中央本体２１の外周部には、複数枚の静止翼１７が軸線Ｘの周方向に等しい間隔をあけて配置されている。また風洞９の吐出口７寄りの内部には、複数枚の後段翼２３がハブ２５に固定されて構成された前段インペラ２７が配置されている。複数枚の後段翼２３は、ハブ２５の外周部に一端が固定されて、ハブ２５の周方向に等しい間隔をあけて配置されている。ハブ２５の内部には、後段インペラ２７の駆動源となる後段モータのロータが固定されている。後段モータのステータは、中段静止部１９の中央本体２１に固定されている。

本実施の形態においては、ケーシング３の内壁部４に、中段静止部１９よりも後段インペラ２７寄りの位置に、内壁部４の径方向内側に向かい且つ周方向に連続して延びる乱流発生用突出面２９を備えた環状のリブ３１が固定されている。本実施の形態では、前段インペラ１５から吐き出されて乱流発生用突出面２９に当たった流体が、後段インペラ２７が存在する領域に入る前に一部乱されて乱流となる。この乱流が後段インペラ２７の後段翼２３の表面に沿って流れて吐き出される流体の流れに対して、後段翼２３の表面から流体が剥離するのを押さえる力を与えているものと考えられる。目標動作点に応じた適切な乱流発生用突出面２９を形成すると、騒音が低減することは、実験により確認されている。

図３（Ａ）及び（Ｂ）は、目標動作点を風量０．５「ｍ³ ／min］、静圧３７０［Ｐａ］とするように適切に設計された既存の二重反転式軸流送風機［ノーマル（ａ）］に対して、目標動作点を変えずに、４種類（ｂ）乃至（ｅ）の乱流発生用突出面を形成した場合の騒音と静圧−風量特性を示している。図３（Ａ）において「凸１ｍｍ」とは、乱流発生用突出面が径方向に突出する寸法が１ｍｍであることを意味する。図３（Ａ）に示すように、目標動作点で騒音が所定の音圧レベルになるように、前段インペラ、後段インペラ及び中段静止部が設計されている二重反転式軸流送風機において、乱流発生用突出面を設けることは、騒音の増加原因になる。この場合、図３（Ｂ）に示すように、目標動作点は変わっていない。図４（Ａ）及び（Ｂ）は、目標動作点を風量０．５「ｍ³ ／min］及び静圧３７０［Ｐａ］とするように適切に設計された既存の二重反転式軸流送風機を、風量０．４５「ｍ³ ／min］及び静圧３９０［Ｐａ］の目標動作点に変更した場合［ノーマル（ａ′）］において、４種類（ｂ′）乃至（ｅ′）の乱流発生用突出面を形成した場合の騒音と静圧−風量特性を示している。図４（Ａ）に示すように、目標動作点を下げて使用するときには、径方向に０．２ｍｍ延びる乱流発生用突出面を設けると、乱流発生用突出面を設けない場合［ノーマル（ａ′）］よりも騒音が低減している。そして０．２ｍｍよりも長い乱流発生用突出面では、騒音が増加している。このことは、前段インペラ、後段インペラ及び中段静止部を変更せずに、乱流発生用突出面を設けることにより騒音を低減できる場合があることを裏付けている。言い換えると、すでに特定の目標動作点で使用するために設計された前段インペラ、後段インペラ及び中段静止部そのままとして、目標動作点を変更した場合に増加する騒音を、乱流発生用突出面を設けることにより低減できる場合があることが裏付けられている。

乱流発生用突出面２９の大きさは、特定の目標動作点で動作するように設計された前段翼、後段翼及び静止翼のそれぞれの枚数、形状及び寸法をそのままとして、目標動作点を変更する場合において、その変更の程度に応じて最適値が決まることになる。そのため乱流発生用突出面２９の大きさは一律に定めることはできないが、設計段階でシミュレーションにより乱流発生用突出面２９の好ましい形状及び寸法は求めることができる。よって乱流発生用突出面２９の形状及び寸法は、目標動作点において、後段翼２３の表面で流体の剥離現象が発生することを防止することができる大きさであれば任意である。

乱流発生用突出面２９は、上記実施の形態のように、周方向に連続している必要はなく、図５に示すように、ケーシング３の内壁部４の中段静止部１９よりも後段インペラ２７寄りの位置に、内壁部４の径方向内側に向かい且つ周方向に間隔を開けて延びる１以上のリブ３１′を設けて、周方向に間隔をあけて乱流発生用突出面２９′を形成してもよい。この場合、各乱流発生用突出面２９′の間隔は、提供する二重反転式軸流送風機の構造に応じて適宜に定めればよい。

また乱流発生用突出面２９，２９′を形成するためのリブ３１、３１′の軸線方向の配置位置及び長さは、任意に定めることができる。上記実施の形態では、中段静止部２１に近接して乱流発生用突出面２９，２９′を備えたリブ３１，３１′を配置しているが、図６に示すように中段静止部１９から吐出口側に離れた位置に乱流発生用突出面２９，２９′が位置するようにリブ３１，３１′を形成してもよい。また上記実施の形態では、リブ３１，３１′の軸線方向寸法は、後段インペラ２５の後段翼２３とは対向しない程度に短いが、図７及び図８に示すようにリブ３１，３１′の軸線方向寸法を、後段インペラ２５の後段翼２３と完全に対向するように定めてよい。図７の実施の形態では、図１及び図２の実施の形態と同様に、乱流発生用突出面２９，２９′が中段静止部１９と近接しており、図８の例では図６の実施の形態と同様に、乱流発生用突出面２９，２９′が中段静止部１９から離れている。図７及び図８の実施の形態のように、リブ３１，３１′を、後段インペラ２７と径方向において全体的に対向するように吐出口９に向かって延ばすと、ケーシング３の補強ができるだけでなく、後段インペラ２７の後段翼２３とケーシング３の内壁面との間の距離を短くすることができて、静圧を高めることができる。

上記実施の形態では、乱流発生用突出面２９，２９′が軸線Ｘと直交する方向に延びているが、乱流発生用突出面２９，２９′は、必ずしも軸線Ｘと直交する方向に延びている必要はなく、傾斜していても、湾曲していても、また階段状になっていてもよく、その形状は必要な乱流を発生できるものであれば任意である。

上記の実施の形態では中段静止部１９は静止翼１７を備えているが、中段静止部１９は静翼としての機能を有しないモータを支持するための複数本のストラッドを静止翼の代わりに備えていてもよいのは勿論である。

本発明によれば、乱流発生用突出面を設けることにより、後段翼の表面で流体の剥離現象が発生することを防止するという、従来にない騒音低減構造を提案することができる。

１ 二重反転式軸流送風機
３ ケーシング
５ 吸込口
７ 吐出口
９ 風洞
１１ 前段翼
１３ ハブ
１５ 前段インペラ
１７ 静止翼
１９ 中段静止部
２１ 中央本体
２３ 後段翼
２５ ハブ
２７ 後段インペラ
２９，２９′ 乱流発生用突出面
３１，３１′ リブ

Claims (3)

1. 軸線方向の一方側に吸込口を有し前記軸線方向の他方側に吐出口を有する風洞を備えたケーシングと、
   前記風洞内で回転する複数枚の前段翼を備えた前段インペラと、
   前記風洞内で回転する複数枚の後段翼を備えた後段インペラと、
   前記風洞内の前記前段インペラと前記後段インペラとの間の位置に静止状態で配置された複数の静止翼またはストラッドからなる中段静止部とを有する二重反転式軸流送風機であって、
   前記風洞を囲む前記ケーシングの内壁部には、前記中段静止部よりも前記後段インペラ寄りの位置に、前記内壁部の径方向内側に向かい且つ周方向に連続してまたは間隔を開けて延びる乱流発生用突出面が形成されており、
   前記乱流発生用突出面は、目標動作点において、前記後段翼の表面で流体の剥離現象が発生することを防止するように形状及び寸法が定められていることを特徴とする二重反転式軸流送風機。
2. 前記内壁部には、前記中段静止部よりも前記後段インペラ寄りの位置に、前記内壁部の径方向内側に向かい且つ周方向に連続してまたは間隔を開けて延びる１以上のリブが設けられており、前記リブの前記前段インペラと対向する面が前記乱流発生用突出面を構成していることを特徴とする請求項１に記載の二重反転式軸流送風機。
3. 前記１以上のリブは、前記後段インペラと前記径方向において全体的に対向するように前記吐出口に向かって延びている請求項１に記載の二重反転式軸流送風機。

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