JP2004084524A - ファンのブレード、ファン及びファンのブレードの補強方法 - Google Patents

Abstract

【課題】翼部の耐摩耗性、耐エロージョン対策として取付けられる金属板等の保護部材の成形が容易で製作コストが安価なファンのブレードを提供する。
【解決手段】本発明のファンのブレードは、繊維強化プラスチックで形成された翼部１１と、前記翼部の表面側に設けられた複数の金属製の保護部材２１とを備えている。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ファンのブレード、ファン及びファンのブレードの補強方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、火力発電用の大型の軸流ファン（送風機）用のブレードには、アルミ合金、炭素鋼あるいは合金鋼製のものが多く用いられていた。中でも排煙脱硫装置用の軸流ファンのブレードでは、耐食性、耐摩耗性の面から高級ステンレス鋼又はインコネル６２５、ハステロイなどのＮｉ基合金が使用されていた。
【０００３】
しかし、腐食環境の厳しい位置では耐食材料を用いても腐食を起こす場合があり、必要に応じて耐食性に優れた樹脂コーティングを施していた。さらに、用いている材料が非常に高価な材料であるため、ブレードの価格が装置全体の価格を押し上げていた。
【０００４】
近年、軸流ファンの軽量、小型化及び装置全体の大幅なコスト低減が強く要求されつつあり、この要求に対して、特開平１１−２２６９６号公報には、軽量、高強度であり耐食性のよい繊維強化プラスチック複合材で形成したファンのブレードが開示されている。
【０００５】
図１１に示すように、同公報記載のブレードは、翼部１と、ロータに取り付けられる翼根フランジ部２とにより構成され、翼部１及び翼根フランジ部２は共に繊維強化プラスチック複合材により形成されている。翼部１は、外皮３と内部充填材４から構成され、内部充填材４は、外皮３と同じ構成にするか、ガラス繊維、空洞又は軽量の樹脂発泡体とすることが記載されている。
【０００６】
従来より、軸流ファンは、火力発電プラントのボイラなど各種燃焼装置から排出される排ガス中の硫黄酸化物を除去する排煙脱硫装置に適用されている。燃焼装置から排出される排ガスを排煙脱硫装置へ送るために燃焼装置と排煙脱硫装置との間、及び／又は脱硫を終えた排煙を煙突を介して大気中に放出するために排煙脱硫装置と煙突との間に、脱硫送風機がありこれに動翼を備えた軸流ファンが設置されている。
【０００７】
特開平１０−４７３００号公報には、排煙脱硫装置に適用される軸流ファンの問題点が以下のように指摘されている。排煙脱硫装置用軸流ファンは、図１２に示す符号Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの何れかの位置に設置される。図１２において、符号７は排ガス冷却用熱交換器、８は排煙脱硫装置（吸収塔）、９は排ガス再加熱用熱交換器を示す。このうち温度の低いＣ位置はファン容量を小さくできることや、ランニングコストが安いなどの面で有利である。しかし、Ｃ位置は排煙脱硫装置８を通りぬけたミストや硫酸により、厳しい腐食環境となる。このため、ファンの接ガス部には硫酸腐食に強いステンレスやＮｉ基合金が使用され、特に回転体である動翼にはインコネルやハステロイなどのＮｉ基合金が用いられている。しかし、これらＮｉ基合金でも排煙脱硫装置８から飛来する濃い硫酸で動翼表面に深いピッティングや局部腐食が発生する。このため、更にこれらＮｉ基合金の動翼に樹脂コーティングを施して実用化しているが、現在、実機ではミストや水洗水の衝突による部分的なコーティングの剥離が問題となっている。
【０００８】
上記のように、軸流ファンが設置される位置は硫酸、排煙脱硫装置を通り抜けた硫酸ミスト、未燃灰などにより金属を腐食させる環境であり、また温度が６０℃から７０℃、最大１１０℃の高温にもなることがある。ブレードの繊維強化プラスチック複合材は、腐食雰囲気での耐食性に優れている反面、耐エロージョン性が劣っており、特に、排煙脱硫装置に適用される場合には、以下の点が問題となる。
【０００９】
排煙脱硫装置から飛来した未燃灰がブレードの翼部に付着する。この未燃灰が動翼上に固着し堆積すると翼部の重量が大きくなり振動特性が変わる。そこで未然灰を動翼に付着するのを防ぐため、従来より、連続または間欠水洗にて翼部に水を噴射して翼部を濡らしておく必要がある。
【００１０】
この場合、水洗の水滴が高速で回転するブレードの翼部の前縁部（リーディングエッジ）に衝突する。このブレードの翼部の前縁部には、水滴が垂直に衝突するため、エロージョン（特にキャビテーション・エロージョン）が起こることが考えられる。また、未燃灰の飛来によってもブレードの翼部の前縁部にエロージョン（特にキャビテーション・エロージョン）が起こることが考えられる。これらのことから、耐エロージョン防御構造が不可欠である。
【００１１】
上記特開平１１−２２６９６号公報には、図１３に示すように、ブレードの翼部１の一部（この場合は翼の前縁部）に１枚の金属薄板６（ＳＵＳ３０４製）が張り付けられた構成が開示されている。金属薄板６は、翼部の耐磨耗性、耐エロージョン性を改善するために主として翼の前縁部に貼り付けることが記載されている。また、金属薄板６の張付方法は、複合材ブレード製造時に同時に一体成型して組み込む方法、複合材ブレード製造後に機械的に（例えばネジにより）取付ける方法又は接着剤で接着する方法が記載されている。具体例として、ＳＵＳ３０４製の薄板（幅３０×長さ３００ｍｍ）６を翼の前縁部形状に合うように曲げ加工を施し、接着剤で張り付け、さらにＳＵＳ３０４製のネジで止める構成が示されている。
【００１２】
また、同公報には、図１４に示すように、ブレードの翼部１の一部（この場合は翼の前縁部）に容易に施工（塗布または接着）可能な高分子系被覆材料６ａが配された構成が開示されている。高分子系被覆材料６ａの施工は、複合材ブレード製造後に容易に施工可能な塗布法（はけ塗りなど）又は接着法とし、補修にも対応可能な手法とすることが記載されている。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
ファンの翼部は複雑な三次元形状をしているため、繊維強化プラスチック材で形成したファンの翼部の形状に合わせた金属製の板を製作するにはコストがかかる。金属板の形状が翼部の形状に合うように成形されていないと設置することができない。
【００１４】
また、設置の際には、複雑な三次元形状である翼部に対して、その形状に合う複雑な三次元形状を有する金属板を正確に位置合わせをした上で、取付作業を行う必要があり、このような作業性が改善されることが望まれる。
【００１５】
また、ブレードを高速回転させた際、遠心力が発生するため、金属板を翼部に取付ける場合には、大きな固定力で取り付ける必要がある。
また、繊維強化プラスチック材と金属薄板では熱膨張率が違うため、高温状態では金属薄板に伸びが発生し翼部の形状に合わなくなるおそれがある。
【００１６】
排煙脱硫装置などの厳しい使用条件下に適用される軸流ファンでは、図１４に示した高分子系被覆材料を塗布又は接着する方法よりも高い耐久性が要求されている。
【００１７】
本発明の目的は、翼部の耐摩耗性、耐エロージョン対策として取付けられる金属板等の保護部材の成形が容易で製作コストが安価なファンのブレード、ファン及びファンのブレードの補強方法を提供することである。
本発明の他の目的は、翼部の耐摩耗性、耐エロージョン対策として取付けられる金属板等の保護部材の形状が、複雑な三次元形状である翼部の取付部位の形状に合った状態で取付けられることが確実であるファンのブレード、ファン及びファンのブレードの補強方法を提供することである。
【００１８】
本発明の更に他の目的は、翼部の耐摩耗性、耐エロージョン対策として取付けられる金属板等の保護部材の取付け作業性が良いファンのブレード、ファン及びファンのブレードの補強方法を提供することである。
本発明の更に他の目的は、翼部の耐摩耗性、耐エロージョン対策として取付けられる金属板等の保護部材を取付ける際に大きな固定力を必要としないファンのブレード、ファン及びファンのブレードの補強方法を提供することである。
【００１９】
本発明の更に他の目的は、繊維強化プラスチック材製の翼部の耐摩耗性、耐エロージョン対策として取付けられる金属板等の保護部材の熱膨張の問題を抑制し易いファンのブレード、ファン及びファンのブレードの補強方法を提供することである。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
以下に、［発明の実施の形態］で使用する番号・符号を用いて、［課題を解決するための手段］を説明する。これらの番号・符号は、［特許請求の範囲］の記載と［発明の実施の形態］の記載との対応関係を明らかにするために付加されたものであるが、［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【００２１】
本発明のファンのブレードは、繊維強化プラスチックで形成された翼部（１１）と、前記翼部（１１）の表面側に設けられた複数の金属製の保護部材（２１）とを備えている。
【００２２】
本発明のファンのブレードにおいて、前記保護部材（２１）は、前記翼部（１１）において、前記翼部（１１）の高さ方向に沿うように複数設けられる。
【００２３】
本発明のファンのブレードにおいて、前記保護部材（３１）は、小片状に形成され、前記保護部材（３１）は、前記翼部（１１）において、前記翼部（１１）の高さ方向に沿うように複数設けられ、かつ前記翼部（１１）の左右方向に沿うように複数設けられる。
【００２４】
本発明のファンのブレードにおいて、前記保護部材（３１）は、前記金属製に代えて、セラミック製である。
【００２５】
本発明のファンのブレードにおいて、隣り合う前記複数の保護部材（２１）は、前記高さ方向の上側の前記保護部材（２１）の一部（２１ｃ）の上に、前記高さ方向の下側の前記保護部材（２１）の一部が重なるように設けられる。
【００２６】
本発明のファンのブレードは、繊維強化プラスチックで形成された翼部（１１）と、前記翼部（１１）の表面側に塗布又は接着されたセラミック系成分を含む補強材料（５１）とを備えている。
【００２７】
本発明のファンのブレードは、繊維強化プラスチックで形成された翼部（１１）と、前記翼部（１１）の表面側に設けられた変形自在な金属製の保護用部材（４１）とを備えている。
【００２８】
本発明のファンのブレードにおいて、前記翼部（１１）には、前記複数の保護部材（２１）又は前記補強材料（５１）の上に、変形自在な金属製の保護用部材（４１）が設けられている。
【００２９】
本発明のファンのブレードにおいて、前記保護用部材（４１）は、金属繊維により形成されたメッシュである。
【００３０】
本発明のファンは、ファンのブレードと、前記ブレードが取付けられるロータとを備えている。
【００３１】
本発明のファンにおいて、前記ファンは、排煙脱硫装置に適用される軸流ファンである。
【００３２】
本発明のファンのブレードの補強方法は、（ａ）　前記ブレード（１０）の繊維強化プラスチックで形成された翼部（１１）の表面側の形状に合わせて、複数の保護部材（３１）のそれぞれの設置位置を調整するステップと、（ｂ）　前記調整した後に、前記翼部（１１）の表面側に前記複数の保護部材（３１）を固定するステップとを備えている。
【００３３】
本発明のファンのブレードの補強方法は、（ｃ）　前記ブレード（１０）の繊維強化プラスチックで形成された翼部（１１）の表面側に変形自在な保護部材（４１）を当てて、前記表面側の形状に合うように前記保護部材（４１）を変形させるステップと、（ｄ）　前記変形させた後に、前記翼部（１１）の表面側に前記保護部材（４１）を固定するステップとを備えている。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明のファンのブレードの実施形態を説明する。
【００３５】
（実施の第１形態）
図１を参照して、実施の第１形態による軸流ファンのブレードについて説明する。
【００３６】
ブレード１０は、排煙脱硫装置に適用される軸流ファンの動翼である。ブレード１０は、翼として所定の性能を発揮するために複雑な三次元形状を有している。ブレード１０は、翼部１１と、ロータ（図示せず）に取り付けられる翼根フランジ部１２から構成されている。翼根フランジ部１２には、ボルト孔１２ａが形成されている。ボルト孔１２ａを介してボルトにより、翼根フランジ部１２がロータにネジ止めされる。
【００３７】
翼部１１及び翼根フランジ部１２は、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）複合材により形成されている。繊維強化プラスチック複合材が使用されることで、従来使用されていたＮｉ基合金に比べて、軽量化、高強度化、高耐食性化、低コスト化が実現されている。その繊維強化プラスチック複合材は、ガラス繊維強化プラスチック複合材でもよいし、カーボン繊維強化プラスチック複合材でもよい。
【００３８】
ブレード１０に使用される繊維強化プラスチック複合材は、特開平１１−２２６９６号公報に記載のものが使用されることができる。また、翼部１１が外皮と内部充填材から構成される構成も同公報に記載のものが使用されることができる。
【００３９】
排煙脱硫装置に適用される軸流ファンのブレード１０には、水洗水や未燃灰が飛来するため、特に耐摩耗、耐エロージョン（以下、両者をまとめて耐エロージョンという）のための防御構造が不可欠である。
【００４０】
複数の金属薄板２１、２１…が、ブレード１０の耐エロージョン性を改善するために配される。ブレード１０のうち、水洗水や未燃灰などの飛来物が大きな力で衝突する部位である翼部１１の前縁部１１ａに、金属薄板２１、２１…が設けられる。前縁部１１ａには、水洗水や未燃灰などの飛来物が垂直方向から衝突するため（図３の矢印Ｐ参照）、その衝撃力が大きい。
【００４１】
図３に示すように、ブレード１０において、金属薄板２１、２１…が配される領域（面積）１１ｂは、前縁部１１ａのうち、前縁部１１ａの基端部側（翼根フランジ部１２寄り）を除いた領域とされている。前縁部１１ａのうち高さ方向の少なくとも中間位置よりも上は、耐エロージョン対策が必要であり、金属薄板２１、２１…が配される領域（以下、保護領域という）１１ｂとされる。
【００４２】
図１及び図２に示すように、繊維強化プラスチック複合材によりブレード１０が製造される時に、翼部１１の金属薄板２１、２１…が取り付ける個所（保護領域１１ｂ）には、予め金属薄板２１、２１…の厚さの分だけ凹ませてなる凹部が形成される。
【００４３】
保護領域１１ｂは、１枚の金属薄板でカバーされるのではなく、複数の金属薄板２１、２１…によりカバーされる構成とされている。保護領域１１ｂの高さ方向（ブレード１０が取付けられるロータの径方向）が複数に分割され、その分割された各領域を、各金属薄板２１、２１…がカバーする。各金属薄板２１、２１…は、その断面が概ねＵ字状のＵ字管状に形成されている。各金属薄板２１、２１…の断面は、上記凹部の表面の曲率に合う概ねＵ字状に形成されている。
【００４４】
保護領域１１ｂを１枚の金属薄板でカバーする場合には、その保護領域１１ｂの全領域の複雑な三次元形状に合うように１枚の金属薄板を成形する必要があるのに対し、複数の金属薄板２１、２１…でカバーする場合には、各金属薄板２１、２１…は、それぞれ保護領域１１ｂの一部の領域のみの三次元形状に合うように成形すれば足りることから、成形が容易となる。
【００４５】
保護領域１１ｂを１枚の金属薄板でカバーする場合に比べて、複数でカバーする金属薄板２１、２１…は、１枚当たりの重量が軽い。各金属薄板２１、２１…が軽量化される分、軸流ファンが回転したときに各金属薄板２１、２１…に作用する遠心力が小さくなる。これにより、翼部１１から外れないように各金属薄板２１、２１…を翼部１１に固定する力が少なくて済む。このことから、翼部１１に対する各金属薄板２１、２１…の取付構造の単純化及び取付作業の作業性の向上が実現し易くなる。
【００４６】
排煙脱硫装置用軸流ファンは、高温条件下で使用される。高温条件（温度上昇が大きい）下では、翼部１１の繊維強化プラスチック複合材と金属薄板２１の熱膨張率の違いにより、翼部１１と金属薄板２１とで伸び量に差が生じる。保護領域１１ｂを１枚でカバーする長さの長い金属薄板と翼部１１との間で生じる伸び量の差に比べて、長さの短い各金属薄板２１、２１…と翼部１１との間で生じる伸び量の差は小さい。熱膨張による伸びが発生したときに、翼部１１と金属薄板の伸び量の差が小さい程、翼部１１に対する金属薄板の固定箇所（例えばピン止めの箇所）に作用する、分離しようとする力が小さくなる。このように、長さの短い金属薄板２１、２１…を用いることにより、熱膨張時の悪影響を抑えることができ、安定的な取付構造が維持される。なお、その意味において、金属薄板２１は、繊維強化プラスチック複合材と熱膨張率が近いものが好ましい。
【００４７】
次に、金属薄板２１、２１…の取付方法について説明する。
【００４８】
各金属薄板２１、２１…は、予め、曲げ加工によって、保護領域１１ｂの形状（上記凹部の表面形状）に合うように成形される。金属薄板２１の板厚は特に限定はしないが耐エロージョン性の効果が得られる厚さとし、同時に加工性、コストを考慮し決定される。一例として金属薄板２１は、ＳＵＳ３０４製で、板厚が０．５ｍｍのものが使用される。
【００４９】
金属薄板２１、２１…を保護領域１１ｂの表面（上記の凹部）に取り付ける。図４に示すように、金属薄板２１、２１…を取り付ける際は、金属薄板２１、２１…間に隙間が生じないようにその一部（高さ方向の端部）２１ｃ、２１ｃ…が重なるように取り付けられる。また、軸流ファンの回転中に水滴が遠心力により径方向外側へ流れるように、隣り合う金属薄板２１、２１…は、径方向外側の金属薄板２１の端部２１ｃの上に、径方向内側の金属薄板２１の端部２１ｃが重なるように配される。
【００５０】
金属薄板２１、２１…を保護領域１１ｂに取り付ける方法として、ネジ、ボルト、ピンなどの機械的接合部材１３による機械的に取り付ける方法、接着剤で接着する方法、あるいは機械的接合と接着接合を併用する場合がある。ネジは軽量化のため、木ネジでもよい。また、金属薄板２１、２１…間に生じた隙間は接着剤で完全にシールしておく。灰の侵入を抑えるためである。
【００５１】
本実施形態によるブレード１０は、金属薄板２１の１枚当たりの重量が軽くなり、強い固定力を必要せずに耐エロージョン性が向上される。また、１枚の金属薄板２１は、保護領域１１ｂの全領域の複雑な三次元形状が複数に分割された形状（相対的に単純化された形状）について、形状が合うように成形すればよいので成形が容易となる。更に、熱膨張率の相違による悪影響が相対的に抑えられる。
【００５２】
なお、上記においては、図１及び図２に示すように、保護領域１１ｂに凹部を形成しておき、その凹部に金属薄板２１、２１…を取り付けるとして説明したが、これに限定されるものではない。図５に示すように、保護領域１１ｂに凹部を形成せずに、元の前縁部１１ａ自体の形状のままとし、その保護領域１１ｂに金属薄板２１、２１…を単にかぶせる構成とすることができる。この構成によれば、既に設置され稼動されたブレード１０に対して事後的に補強を加えることができる。
【００５３】
また、上記においては、複数の金属薄板２１、２１…が、互いにその一部が重ねられた状態で取付けられる（図４参照）として説明したが、これに限定されるものではない。複数の金属薄板２１、２１…が互いに重なり部分を有さずに隙間無く敷き詰められる構成とすることができる。
【００５４】
（実施の第２形態）
図６を参照して、実施の第２形態による軸流ファンのブレードについて説明する。
【００５５】
実施の第２形態のブレード１０Ａは、実施の第１形態のブレード１０と同じ構成である。ブレード１０Ａの翼部１１及び翼根フランジ部１２は、繊維強化プラスチック複合材により形成されている。ブレード１０Ａに使用される繊維強化プラスチック複合材は、ガラス繊維強化プラスチック複合材でも、カーボン繊維強化プラスチック複合材でもよく、また、特開平１１−２２６９６号公報に記載のものが使用されることができる。
【００５６】
複数の金属薄板の小片３１、３１…が、ブレード１０Ａの耐エロージョン性を改善するために配される。ブレード１０Ａのうち、水洗水や未燃灰などの飛来物が大きな力で衝突する部位である翼部１１の前縁部１１ａに、複数の金属薄板の小片３１、３１…が設けられる。ブレード１０Ａにおいて、複数の金属薄板の小片３１、３１…が設けられる保護領域は１１ｂは、実施の第１形態のブレード１０と同じく図３の位置である。
【００５７】
また、図６及び図２に示すように、繊維強化プラスチック複合材によりブレード１０Ａが製造される時に、翼部１１の金属薄板の小片３１、３１…が取付けられる箇所（保護領域１１ｂ）には、予め金属薄板の小片３１、３１…の厚さの分だけ、又はその小片３１、３１…の厚さとの関係で所定の寸法だけ凹ませてなる凹部が形成される。
【００５８】
保護領域１１ｂは、１枚の金属薄板でカバーされるのではなく、複数の金属薄板の小片３１、３１…によりカバーされる構成とされている。複数の金属薄板の小片３１、３１…は、保護領域１１ｂの高さ方向（ブレード１０Ａが取付けられるロータの径方向）及び、保護領域１１ｂの正面視左右方向（ロータの外周部の接線方向）が複数に分割され、その分割された各領域を、各金属薄板の小片３１、３１…がカバーする。
【００５９】
各金属薄板の小片３１、３１…は、瓦又はうろこが張り詰められるように保護領域１１ｂに配される。複数の金属薄板の小片３１、３１…の張り詰め方（配置の仕方）や重なり具合（重なり幅など）を調整しながら保護領域１１ｂに配することで、保護領域１１ｂの多様な三次元形状に対応することが可能なように、各金属薄板の小片３１、３１…の大きさ及び薄さが設定されている。
【００６０】
保護領域１１ｂの形状がどのような形状（又は設計値から多少ずれた形状）であっても、その形状に対する追従が可能なように各金属薄板の小片３１、３１…の大きさは小さく設定される。その意味において、各金属薄板の小片３１、３１…は、厳密に保護領域１１ｂの凹部の表面の三次元形状に合うように成形される必要は無い。保護領域１１ｂの大きさ（面積）に対して相対的に各金属薄板の小片３１、３１…の大きさをどのように設定するか、及び保護領域１１ｂに形成された上記凹部の凹み量に対して各金属薄板の小片３１、３１…の薄さをどのように設定するかが適宜設計される。
【００６１】
上記のように、現場において複数の金属薄板の小片３１、３１…の張り詰め方や重なり具合を調整しながら保護領域１１ｂに配することで、保護領域１１ｂの三次元形状に対応可能なものであるため、保護領域１１ｂに対する金属薄板の小片３１、３１…の設置が容易であり、また、金属薄板の小片３１、３１…の製作コストが安価で済む。
【００６２】
金属薄板の小片３１、３１…は、上記のように、所定の形状に厳密に成形する必要がないため、小片３１、３１…は、金属薄板製に代えて、一般に成形が困難とされているセラミック製にすることが可能である。セラミックは、耐食性及び耐エロージョン性に優れている。
【００６３】
次に、金属薄板の小片３１、３１…の取付方法について説明する。
【００６４】
金属薄板の小片３１、３１…の製造に際しては、上記のように、金属薄板は、保護領域１１ｂの形状に合わせた曲げ加工を施す必要が無い程度の小片である。その金属薄板の小片３１、３１…の板厚は、特に限定はしないが、耐摩耗性、耐エロージョン性の効果が得られる厚さとし、同時に加工性、コストを考慮し決定される。一例として金属薄板にはＳＵＳ３０４、板厚は０．３ｍｍを使用する。
【００６５】
金属薄板の小片３１、３１…を保護領域１１ｂの表面（上記の凹部）に取り付ける。図６に示すように、金属薄板の小片３１、３１…を取り付ける際は、隣り合う金属薄板の小片３１、３１…間に隙間が生じないようにその高さ方向の端部３１ｃ、３１ｃ…が重なるように、また、その左右方向の端部３１ｄ、３１ｄ…が重なるように取り付けられる。また、軸流ファンの回転中に水滴が遠心力により径方向外側へ流れるように、隣り合う金属薄板の小片３１、３１…は、径方向外側の金属薄板の小片３１の高さ方向の端部３１ｃの上に、径方向内側の金属薄板の小片３１の高さ方向の端部３１ｃが重なるように配される。また、保護領域１１ｂにおいて、金属薄板の小片３１、３１…が左右方向に多数列に亘って配される場合には、水滴が翼部１１の翼形状に沿って円滑に流れるように、隣り合う金属薄板の小片３１、３１…は、前縁部１１ａの前方側の金属薄板の小片３１の左右方向の端部３１ｄの下に、後方側の金属薄板の小片３１の高さ方向の端部３１ｄが重なるように配される。
【００６６】
金属薄板の小片３１、３１…を保護領域１１ｂに取り付ける方法として、ネジ、ボルト、ピンなどの機械的接合部材１３による機械的に取り付ける方法、接着剤で接着する方法、あるいは機械的接合と接着接合を併用する場合がある。ネジは軽量化のため、木ネジでもよい。また、金属薄板の小片３１、３１…間に生じた隙間は接着剤で完全にシールしておく。灰の侵入を抑えるためである。
【００６７】
保護領域１１ｂを１枚の金属薄板でカバーする場合には、その保護領域１１ｂの全領域の複雑な三次元形状に合うように１枚の金属薄板を成形する必要があるのに対し、本実施形態では、保護領域１１ｂの三次元形状に合うように、複数の金属薄板の小片３１、３１…の配置の仕方や重ね方を適宜工夫してカバーするので保護領域１１ｂの形状に合わせた柔軟な対応が可能である。よって、各金属薄板の小片３１、３１…は、それぞれ厳密に保護領域１１ｂの一部の領域の三次元形状に合うように成形する必要が無く、製造コストが安価である。
【００６８】
保護領域１１ｂを１枚の金属薄板でカバーする場合に比べて、多数でカバーする金属薄板の小片３１、３１…は、１枚当たりの重量が軽い。各金属薄板の小片３１、３１…が軽量化される分、軸流ファンが回転したときに各金属薄板の小片３１、３１…に作用する遠心力が小さくなる。これにより、翼部１１から外れないように各金属薄板の小片３１、３１…を翼部１１に固定する力が少なくて済む。このことから、翼部１１に対する各金属薄板の小片３１、３１…の取付構造の単純化及び取付作業の作業性の向上が実現し易くなる。また、上記のように、小片３１、３１…とすることで保護領域１１ｂに合わせた曲げ加工を施す必要が無いので金属薄板の代用として成形が困難なセラミック板でも使用が可能である。
【００６９】
排煙脱硫装置用軸流ファンは、高温条件下で使用される。高温条件（温度上昇が大きい）下では、翼部１１の繊維強化プラスチック複合材と金属薄板の小片３１、３１…の熱膨張率の違いにより、翼部１１と金属薄板の小片３１、３１…とで伸び量に差が生じる。保護領域１１ｂを１枚でカバーする長さの長い金属薄板と翼部１１との間で生じる伸び量の差に比べて、長さの短い各金属薄板の小片３１、３１…と翼部１１との間で生じる伸び量の差は小さい。熱膨張による伸びが発生したときに、翼部１１と金属薄板の伸び量の差が小さい程、翼部１１に対する金属薄板の固定箇所（例えばピン止めの箇所）に作用する、分離しようとする力が小さくなる。このように、長さの短い金属薄板の小片３１、３１…を用いることにより、熱膨張時の悪影響を抑えることができ、安定的な取付構造が維持される。なお、その意味において、金属薄板の小片３１、３１…は、繊維強化プラスチック複合材と熱膨張率が近いものが好ましい。
【００７０】
なお、上記においては、図６及び図２に示すように、保護領域１１ｂに凹部を形成しておき、その凹部に金属薄板の小片３１、３１…を取り付けるとして説明したが、これに限定されるものではない。図５に示すように、保護領域１１ｂに凹部を形成せずに、元の前縁部１１ａ自体の形状のままとし、その保護領域１１ｂに金属薄板の小片３１、３１…を単にかぶせる構成とすることができる。この構成によれば、既に設置され稼動されたブレード１０に対して事後的に補強を加えることができる。
【００７１】
また、上記においては、複数の金属薄板の小片３１、３１…が、互いにその一部が重ねられた状態で取付けられる（図６参照）として説明したが、これに限定されるものではない。複数の金属薄板の小片３１、３１…が互いに重なり部分を有さずに隙間無く敷き詰められる構成とすることができる。
【００７２】
（実施の第３形態）
次に、図７を参照して、実施の第３形態による軸流ファンのブレードについて説明する。
【００７３】
実施の第３形態のブレード１０Ｂは、実施の第１形態のブレード１０と同じ構成である。ブレード１０Ｂの翼部１１及び翼根フランジ部１２は、繊維強化プラスチック複合材により形成されている。ブレード１０Ｂに使用される繊維強化プラスチック複合材は、ガラス繊維強化プラスチック複合材でも、カーボン繊維強化プラスチック複合材でもよく、また、特開平１１−２２６９６号公報に記載のものが使用されることができる。
【００７４】
金属繊維を織りこんでなる１枚のメッシュ（網）４１が、ブレード１０Ｂの耐エロージョン性を改善するために配される。ブレード１０Ｂのうち、水洗水や未燃灰などの飛来物が大きな力で衝突する部位である翼部１１の前縁部１１ａに、メッシュ４１が設けられる。ブレード１０Ｂにおいて、メッシュ４１が設けられる保護領域は１１ｂは、実施の第１形態のブレード１０と同じく図３の位置である。
【００７５】
また、図７及び図２に示すように、繊維強化プラスチック複合材によりブレード１０Ｂが製造される時に、翼部１１のメッシュ４１が取付けられる箇所（保護領域１１ｂ）には、予めメッシュ４１の厚さの分だけ凹ませてなる凹部が形成される。または、保護領域１１ｂに凹部を形成せずに、元の前縁部１１ａ自体の形状のままとし、その保護領域１１ｂにメッシュ４１を単にかぶせる構成とすることができる。この構成によれば、既に設置され稼動されたブレード１０に対して事後的に補強を加えることができる。
【００７６】
金属繊維が織りこまれてなるメッシュ４１は、金属板等に比べて変位し易い。作業者は、現場にて、保護領域１１ｂの三次元形状に合うように、メッシュ４１を手で変形させることが可能である。このように、メッシュ４１の形状を保護領域１１ｂの三次元形状に合わせた上で、そのメッシュ４１を保護領域１１ｂに固定する。メッシュ４１は、変形自在に構成されているため、保護領域１１ｂの三次元形状に合わせて成形する必要が無く成形コストがかからない。
【００７７】
メッシュ４１は、「朱す織り」と称される、メッシュ４１の表面に凹凸が少なく、金属繊維の引張り強度が高くなる方法で織られる。その金属繊維の線径は０．５ｍｍ以下である。その金属繊維の材料としては、例えば、インコネルが考えられる。メッシュ４１は、金属薄板よりも薄く形成することができる。したがって、保護領域１１ｂに凹部を形成せずに、元の前縁部１１ａ自体の形状のままとし、その保護領域１１ｂにメッシュ４１を単にかぶせる構成により適している。
【００７８】
上記のように、メッシュ４１は、変形自在でかつ薄いため、既存のブレード１０に対する耐エロージョン対策として効果的である。
メッシュ４１に代えて、金属板に複数の孔が形成されて変形し易くされたものでもよい。
また、メッシュ４１に代えて、非常に軟らかい金属であれば、メッシュ構造や複数の孔が形成されていない薄板状のものでもよい。
【００７９】
メッシュ４１の取付に際しては、作業者が保護領域１１ｂに当てて保護領域１１ｂの形状に合うようにメッシュ４１を変形させた上で固定する。そのメッシュ４１を取り付ける方法として、ネジ、ボルトなどによる機械的に取り付ける方法、接着剤で接着する方法、あるいは機械的接合と接着接合を併用する場合がある。前記ネジは軽量化のため、木ネジでもよい。本実施形態において用いられるメッシュ４１は、金属薄板よりも柔軟であり保護領域１１ｂが複雑な形状でも形状追従性が良く容易に取り付けができる。
【００８０】
金属板等によりメッシュ４１が軽量化される分、軸流ファンが回転したときにメッシュ４１に作用する遠心力が小さくなる。これにより、翼部１１から外れないようにメッシュ４１を翼部１１に固定する力が少なくて済む。このことから、翼部１１に対するメッシュ４１の取付構造の単純化及び取付作業の作業性の向上が実現し易くなる。
【００８１】
（実施の第４形態）
図８及び図９を参照して、実施の第４形態による軸流ファンのブレードについて説明する。
【００８２】
実施の第４形態は、実施の第１形態と第３形態とを併用した構造であり、複数の金属薄板２１、２１…をメッシュ４１で上から押えて金属薄板２１、２１…が外れるのを防止している。
【００８３】
図８は、保護領域１１ｂに形成された凹部に金属薄板２１、２１…が取り付けられ、その外側（上側）から１枚のメッシュ４１で複数の金属薄板２１、２１…を覆うようにメッシュ４１を保護領域１１ｂに取り付ける。
図９は、保護領域１１ｂに凹部を形成することなく元の前縁部１１ａの形状に金属薄板２１、２１…が取り付けられ、その外側（上側）から１枚のメッシュ４１で複数の金属薄板２１、２１…を覆うようにメッシュ４１を保護領域１１ｂに取り付ける。
【００８４】
実施の第４形態によれば、金属薄板２１、２１…が保護領域１１ｂから外れることが無いため、耐エロージョン対策としての信頼性が向上する。また、万一、ロータが高速回転中に金属薄板２１、２１…が外れた場合には、周囲の部品に当ってその部品を破損させるおそれがあるが、メッシュ４１により金属薄板２１、２１…の翼部１１からの離脱を抑制できるので、そのようなおそれがない。
【００８５】
（実施の第５形態）
図８及び図９を参照して、実施の第５形態による軸流ファンのブレードについて説明する。
【００８６】
実施の第５形態は、実施の第２形態と第３形態とを併用した構造であり、複数の金属薄板の小片３１、３１…をメッシュ４１で上から押えて金属薄板の小片３１、３１…が外れるのを防止している。
【００８７】
図８は、保護領域１１ｂに形成された凹部に金属薄板の小片３１、３１…が取り付けられ、その外側（上側）から１枚のメッシュ４１で複数の金属薄板の小片３１、３１…を覆うようにメッシュ４１を保護領域１１ｂに取り付ける。
図９は、保護領域１１ｂに凹部を形成することなく元の前縁部１１ａの形状に金属薄板の小片３１、３１…が取り付けられ、その外側（上側）から１枚のメッシュ４１で複数の金属薄板の小片３１、３１…を覆うようにメッシュ４１を保護領域１１ｂに取り付ける。
【００８８】
実施の第５形態によれば、金属薄板の小片３１、３１…が保護領域１１ｂから外れることが無いため、耐エロージョン対策としての信頼性が向上する。また、万一、ロータが高速回転中に金属薄板の小片３１、３１…が外れた場合には、周囲の部品に当ってその部品を破損させるおそれがあるが、メッシュ４１により金属薄板の小片３１、３１…の翼部１１からの離脱を抑制できるので、そのようなおそれがない。
【００８９】
（実施の第６形態）
図１０を参照して、実施の第６形態による軸流ファンのブレードについて説明する。
【００９０】
図１０に示すように、保護領域１１ｂには、セラミック系成分を含んだ材料５１が塗布又は接着された構造とされている。セラミック系成分を含んだ材料５１は、耐エロージョン性に十分優れている。材料５１の塗布又は接着という方法は、保護領域１１ｂに凹部を形成する必要がない上に、保護領域１１ｂの三次元形状に合わせて成形する必要もなく、形状追従性が良い。また、材料５１の塗布又は接着という方法は、既に設置され稼動されたブレード１０に対して事後的な補強ないし補修に適している。
【００９１】
また、保護領域１１ｂにセラミック系成分を含んだ材料５１が塗布又は接着された上に、メッシュ４１が設けられることができる。材料５１の塗布又は接着という方法は、メッシュ４１を取付けるという方法と共に、既に設置され稼動されたブレード１０に対する事後的な補強ないし補修に適している。よって、材料５１とメッシュ４１の併用は、特に好適である。
【００９２】
上記の実施の第１〜６形態によるブレードによれば、繊維強化プラスチック複合材で形成されるブレードにおいて、耐摩耗性、耐エロージョン対策として翼部の表面に金属薄板を取り付ける方法において、強い固定力を必要としない防御構造が可能である。
また、上記の実施の第１〜６形態によるブレードでは、高温状態においても金属薄板が熱膨張により翼部の形状に合わなくなることを防ぐ防御構造が可能である。
また、上記の実施の第１〜６形態によるブレードでは、複雑な三次元形状をしたファンの翼部の形状に追従性がよく、また取り付けが容易な防御構造が可能である。
【００９３】
上記の実施の第１〜６形態によるブレードは、火力発電所の脱硫装置に適用される軸流ファンのブレードのみならず、ＦＲＰ（繊維強化プラスチック）製のブレードであれば、何にでも適用可能である。例えば、ヘリコプターや航空機のブレードにも適用可能である。また、風洞用の軸流送風機などの軸流ファンのブレードにも適用可能である。ヘリコプターや航空機のブレードには、雨が衝突するため、耐エロージョン対策が必要であり、風洞内でも雨を模擬して水滴が衝突することがあるため、耐エロージョン対策が必要である。
【００９４】
【発明の効果】
本発明によれば、保護部材の成形が容易である。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の実施の第１形態のファンのブレードを示す分解斜視図である。
【図２】図２は、本発明の実施の第１形態のファンのブレードの要部を拡大して示す平面図である。
【図３】図３は、本発明の実施の第１形態のファンのブレードを示す側面図である。
【図４】図４は、本発明の実施の第１形態のファンのブレードにおいて複数の金属薄板が重ねられた状態を拡大して示す平面図である。
【図５】図５は、本発明の実施の第１形態のファンのブレードの他の例の要部を拡大して示す平面図である。
【図６】図６は、本発明の実施の第２形態のファンのブレードを示す分解斜視図である。
【図７】図７は、本発明の実施の第３形態のファンのブレードを示す分解斜視図である。
【図８】図８は、本発明の実施の第４及び５の形態のファンのブレードの要部を拡大して示す平面図である。
【図９】図９は、本発明の実施の第４及び５の形態のファンのブレードの要部の他の例を拡大して示す平面図である。
【図１０】図１０は、本発明の実施の第６形態のファンのブレードを示す斜視図である。
【図１１】図１１は、特開平１１−２２６９６号公報に記載されたファンのブレードを示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。
【図１２】図１２は、特開平１０−４７３００号公報に記載された排煙脱硫装置用軸流ファンの設置位置を示すブロック図である。
【図１３】図１３は、特開平１１−２２６９６号公報に記載された他のファンのブレードを示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。
【図１４】図１４は、特開平１１−２２６９６号公報に記載された更に他のファンのブレードを示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。
【符号の説明】
１０　ブレード
１０Ａ　ブレード
１０Ｂ　ブレード
１１　翼部
１１ａ　前縁部
１１ｂ　保護領域
１２　翼根フランジ部
１２ａ　ボルト孔
２１　金属薄板
２１ｃ　端部
３１　小片
３１ｃ　端部
３１ｄ　端部
４１　メッシュ
５１　セラミック系を含んだ材料

Claims (13)

1. 繊維強化プラスチックで形成された翼部と、
   前記翼部の表面側に設けられた複数の金属製の保護部材と
   を備えたファンのブレード。
2. 請求項１記載のファンのブレードにおいて、
   前記保護部材は、前記翼部において、前記翼部の高さ方向に沿うように複数設けられる
   ファンのブレード。
3. 請求項１記載のファンのブレードにおいて、
   前記保護部材は、小片状に形成され、
   前記保護部材は、前記翼部において、前記翼部の高さ方向に沿うように複数設けられ、かつ前記翼部の左右方向に沿うように複数設けられる
   ファンのブレード。
4. 請求項３記載のファンのブレードにおいて、
   前記保護部材は、前記金属製に代えて、セラミック製である
   ファンのブレード。
5. 請求項２から４のいずれか１項に記載のファンのブレードにおいて、
   隣り合う前記複数の保護部材は、前記高さ方向の上側の前記保護部材の一部の上に、前記高さ方向の下側の前記保護部材の一部が重なるように設けられる
   ファンのブレード。
6. 繊維強化プラスチックで形成された翼部と、
   前記翼部の表面側に塗布又は接着されたセラミック系成分を含む補強材料と
   を備えたファンのブレード。
7. 繊維強化プラスチックで形成された翼部と、
   前記翼部の表面側に設けられた変形自在な金属製の保護用部材と
   を備えたファンのブレード。
8. 請求項１から６のいずれか１項に記載のファンのブレードにおいて、
   前記翼部には、前記複数の保護部材又は前記補強材料の上に、変形自在な金属製の保護用部材が設けられている
   ファンのブレード。
9. 請求項７または８に記載のファンのブレードにおいて、
   前記保護用部材は、金属繊維により形成されたメッシュである
   ファンのブレード。
10. 請求項１から９のいずれか１項に記載のファンのブレードと、
    前記ブレードが取付けられるロータと
    を備えたファン。
11. 請求項１０記載のファンにおいて、
    前記ファンは、排煙脱硫装置に適用される軸流ファンである
    ファン。
12. ファンのブレードの補強方法であって、
    （ａ）　前記ブレードの繊維強化プラスチックで形成された翼部の表面側の形状に合わせて、複数の保護部材のそれぞれの設置位置を調整するステップと、
    （ｂ）　前記調整した後に、前記翼部の表面側に前記複数の保護部材を固定するステップと
    を備えたファンのブレードの補強方法。
13. ファンのブレードの補強方法であって、
    （ｃ）　前記ブレードの繊維強化プラスチックで形成された翼部の表面側に変形自在な保護部材を当てて、前記表面側の形状に合うように前記保護部材を変形させるステップと、
    （ｄ）　前記変形させた後に、前記翼部の表面側に前記保護部材を固定するステップと
    を備えたファンのブレードの補強方法。

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