JP2008064044A

JP2008064044A - 遠心ファン用羽根車

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Publication number: JP2008064044A
Application number: JP2006243880A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Kumakawa; 隆之熊川; Takayuki Kawanami; 隆幸川浪
Original assignee: Topre Corp
Current assignee: Topre Corp
Priority date: 2006-09-08
Filing date: 2006-09-08
Publication date: 2008-03-21
Anticipated expiration: 2026-09-08
Also published as: JP4976791B2

Abstract

【課題】翼枚数が多くても、騒音の周期性を崩して低騒音化を図ることができるともに、回転バランスが取り易く、回転振動を小さく抑えることができる遠心ファン用羽根車を提供すること。
【解決手段】駆動源に直結される主板２と、該主板２に対向配置された側板と、これらの主板２と側板との間に周方向に配列された複数枚の翼４を備えた遠心ファン用羽根車１において、前記各翼４の取付角θ₁ 〜θ₇ を不均一とする。ここで、前記翼４の隣り合うもの同士の取付角を互いに異ならせる。又、翼４の出口ピッチを均等にする。
【選択図】図２

Description

本発明は、主板とこれに対向配置された側板との間に複数枚の翼を周方向に配列して成る遠心ファン用羽根車に関するものである。

遠心ファンは、例えば空調用設備におけるコンデンサやエバポレータ等の熱交換器に空気を送風するために使用されるが、その羽根車（インペラ）をケーシング内で回転駆動させることによって所要の送風作用を行うものである。

ところで、斯かる遠心ファンには回転に伴う騒音が不可避的に発生するが、この騒音には乱流騒音と回転騒音とがあり、複数枚の翼を周方向に等ピッチで配列して成る等ピッチファンにおいては、翼の枚数Ｚに基づく基本周波数ｆの整数倍を成分とする回転騒音が発生する。ここで、回転騒音の基本周波数ｆは、次式で表される。

ｆ＝Ｎ×Ｚ（Ｈｚ） … （１）
ここに、Ｎ：遠心ファンの回転数（ｒｐｍ）
Ｚ：翼の枚数（枚）
上記回転騒音を低減する公知技術として、翼の入口側及び出口側ピッチを共に不等ピッチとする不等ピッチファンが知られており、この不等ピッチファンによれば、翼枚数に基づく回転騒音の周期性が崩されて音の成分が分散されるために低騒音化が図られる。

ところが、羽根車の翼の出口ピッチ（外径側の周方向ピッチ）が不等であるため、羽根車の回転バランスが取りにくく、バランス性が悪いために振動が発生し易いという問題があった。又、翼の枚数が多い羽根車においては、翼の不等ピッチの割合が小さくなるため、不等ピッチによる騒音の低減効果も小さくなるという問題があった。

他方、特許文献１には、翼のピッチを入口側で等ピッチとし、出口側で不等ピッチとする提案がなされている。

ところで、遠心ファンの羽根車の翼の側板側と主板側の間（つまり翼幅方向）では流れの方向転回の違いにより流速が異なるため、側板側では流速が遅くなり、それが原因で渦による騒音が発生する。

そこで、特許文献２には、翼の出口角を主板側から側板側に沿って連続的に大きくする提案がなされている。
特開昭５５−０１２２２７号公報特開平８−２４７０９１号公報

しかしながら、特許文献１で提案された構成においても、羽根車の翼の出口ピッチが不等であるために羽根車の回転バランスが取りにくく、回転振動が発生し易いという問題があった。

又、特許文献２において提案された構成では、翼間の吹出条件は全周に亘って同一であるため、基本周波数の整数倍を成分とする回転騒音を低減するには至らないという問題があった。

本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、翼枚数が多くても、騒音の周期性を崩して低騒音化を図ることができる遠心ファン用羽根車を提供することにある。

又、本発明の他の目的とする処は、回転バランスが取り易く、回転振動を小さく抑えることができる遠心ファン用羽根車を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、駆動源に直結される主板と、該主板に対向配置された側板と、これらの主板と側板との間に周方向に配列された複数枚の翼を備えた遠心ファン用羽根車において、前記各翼の取付角を不均一としたことを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記翼の隣り合うもの同士の取付角を互いに異ならせたことを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、前記翼の枚数が偶数である場合、奇数番目の翼の取付角を基本取付角θに設定し、偶数番目の翼の取付角を交互にθ＋Δθ，θ−Δθに設定したことを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、前記翼の枚数が奇数である場合、最後の奇数番目を除く翼の取付角を基本取付角θに設定し、偶数番目の翼の取付角を交互にθ＋Δθ，θ−Δθに設定するともに、最後の奇数番目の翼の取付角をその前の偶数番目の翼の取付角θ＋Δθ又はθ−Δθに対してθ−Δθ又はθ＋Δθに設定したことを特徴とする。

請求項５記載の発明は、請求項３又は４記載の発明において、前記Δθを（０．０１５〜０．０３）θの範囲に設定したことを特徴とする。

請求項６記載の発明は、請求項１〜５の何れかに記載の発明において、前記翼の出口ピッチを均等にしたことを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、各翼の取付角を不均一としたため、空気の各翼からの吹出方向が不均一となって、当該羽根車の回転騒音の周期性が崩れ、騒音の干渉（エネルギーの分散）による低騒音化が図られる。

請求項２〜４記載の発明によれば、翼の隣り合うもの同士の取付角を互いに異ならせたたため、翼枚数が多くても、隣り合う翼間で取付角（吹出方向）に大きな変化を持たせることができ、騒音の周期性を崩して低騒音化を図ることができる。

ところで、請求項３又は４記載の発明のように、奇数番目の翼の取付角を基本取付角θに設定し、偶数番目の翼の取付角を交互にθ＋Δθ，θ−Δθに設定した場合、偶数番目の翼の基本取付角θに対する変化率α（＝Δθ／θ）の適正値の範囲を回転騒音低減率と比不釣合いの観点から実験により求めた結果、α＝１．５％〜３％（最適値２％）に設定すべきであることが判明した。

従って、請求項５記載の発明によれば、低騒音化と回転振動の抑制を同時に図ることができる。

請求項６記載の発明によれば、翼の出口ピッチを均等にしたため、回転バランス（動バランス）が取り易く、回転振動を小さく抑えることができる。

以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

図１は本発明に係る遠心ファン用羽根車の斜視図、図２は翼の取付角を示す図１のＬ−Ｌ平面に沿う断面図（翼枚数が７（奇数）である場合）、図３は翼の取付角を示す図１のＬ−Ｌ平面に沿う断面図（翼枚数が８（偶数）である場合）、図４は図２に示した翼配列における速度ベクトル図、図５は図３に示した翼配列における速度ベクトル図、図６は翼の同一通過点における速度ベクトルを比較して示す図１の矢視Ａ方向の図、図７（ａ）は取付角変化率と回転騒音低減率との関係を示す図、図７（ｂ）は取付角変化率と比不釣り合いとの関係を示す図、図８は本発明に係る遠心ファン用羽根車の騒音周波数特性を従来の羽根車の騒音周波数特性と対比して示す図、図９は本発明に係る遠心ファン用羽根車の翼枚数に対する翼の取付角の配列関係図、図１０は本発明に係る遠心ファン用羽根車の翼枚数に対する速度ベクトルの配列関係図である。

本発明に係る遠心ファン用羽根車１は、図１に示すように、平円板の主板２と、該主板２に所定距離隔てて対向配置された短ノズル円板状の側板（シュラウド）３と、これらの主板２と側板３との間に周方向に配列された複数枚（図１に示す例では７枚）の翼４を有している。そして、主板２の軸中心部には円錐台状のボス５が立設されており、このボス５には駆動源である不図示のモータの出力軸（モータ軸）が挿通固定されている。従って、羽根車１は、ボス５を介して駆動源である不図示のモータに直結されている。

ここで、本発明に係る羽根車１において、翼４の枚数が７枚（奇数）である場合と８枚（偶数）である場合の翼４の配列を図２、図３にそれぞれ示すが、本発明は、各翼４の取付角を不均一とし、各翼４の出口ピッチ（隣接する翼４間の周方向ピッチ）を均等にしたことを特徴とする。尚、翼４の取付角とは、羽根車１の回転中心から各翼４の後縁に引いた直線と翼４の翼弦とが成す角度と定義され、各翼４からの空気の吹出角に一致する。

そして、本発明に係る羽根車１においては、翼４の隣り合うもの同士の取付角を互いに異ならせたことを特徴としている。具体的には、翼４の枚数が偶数である場合と奇数である場合とで取付角の配列の仕方に若干の違いがあり、翼４の枚数が偶数である場合には、奇数番目の翼４の取付角を基本取付角θに設定し、偶数番目の翼４の取付角を交互にθ＋Δθ，θ−Δθに設定する。これに対して、翼４の枚数が奇数である場合、最後の奇数番目を除く翼４の取付角を基本取付角θに設定し、偶数番目の翼４の取付角を交互にθ＋Δθ，θ−Δθに設定するともに、最後の奇数番目の翼４の取付角をその前の偶数番目の翼４の取付角θ＋Δθ又はθ−Δθに対してθ−Δθ又はθ＋Δθに設定する。このことを翼４の枚数が７枚（奇数）である場合と、８枚（偶数）である場合について図２、図３及び図９に基づいてより具体的に説明する。

１）翼枚数が７枚（奇数）である場合：
図２に示すように、７枚の翼４に「１」〜「７」の番号を図２の右回りに沿って順次付した場合、図９に示すように、最後の奇数目である７番目を除く奇数番目である１番目と３番目及び５番目の翼４の取付角θ₁ ，θ₃ ，θ₅ は基本取付角θに設定されている。

そして、偶数番目である２番目の翼４の取付角θ₂ は、基本取付角θよりもΔθだけ大きなθ＋Δθに設定され、４番目の翼４の取付角θ₄ は、基本取付角θよりもΔθだけ小さなθ−Δθに設定され、６番目の翼４の取付角θ₆ は、基本取付角θよりもΔθだけ大きなθ＋Δθに設定される。このように偶数番目の翼４の取付角θ₂ ，θ₄ ，θ₆ は、基本取付角θに対してΔθの加算と減算が交互に繰り返された値θ＋Δθ，θ−Δθ，θ＋Δθにそれぞれ設定されている。尚、図９に示す例では、Δθ＝０．０２θに設定されている。

そして、最後の奇数番目である７番目の翼４の取付角θ₇ は、その前の偶数番目である６番目の翼４の取付角θ₆ （＝θ＋Δθ）の＋Δθとは逆符号の−Δθをθに加算（実際にはθからΔθを減算）したθ−Δθに設定されている。

以上をまとめると各翼１の取付角θ₁ 〜θ₇ はそれぞれ以下のように設定されている。

θ₁ ＝θ₃ ＝θ₅ ＝θ
θ₂ ＝θ₆ ＝θ＋Δθ
θ₄ ＝θ₇ ＝θ−Δθ
２）翼枚数が８枚（偶数）である場合：
図３に示すように、８枚の翼４に「１」〜「８」の番号を図３の右回りに沿って順次付した場合、図９に示すように、奇数番目である１，３，５，７番目の翼４の取付角θ₁ ，θ₃ ，θ₅ ，θ₇ は基本取付角θに設定されている。

又、偶数番目の２，４，６，８番目の翼４の取付角θ₂ ，θ₄ ，θ₆ ，θ₈ は、基本取付角θに対してΔθの加算と減算が交互に繰り返された値θ＋Δθ，θ−Δθ，θ＋Δθ，θ−Δθにそれぞれ設定されている。尚、図９に示す例では、Δθ＝０．０２θに設定されている。

以上をまとめると各翼１の取付角θ₁ 〜θ₈ はそれぞれ以下のように設定されている。

θ₁ ＝θ₃ ＝θ₅ ＝θ₇ ＝θ
θ₂ ＝θ₆ ＝θ＋Δθ
θ₄ ＝θ₈ ＝θ−Δθ
尚、以上は特に翼４の枚数が７枚と８枚である場合について各翼４の取付角の設定の仕方を具体的に説明したが、他の枚数である場合についても各翼４の取付角は上記法則に従って設定される。又、図９には翼４の枚数が３〜１１枚である場合について示しているが、翼４の枚数が１２枚以上である場合についても各翼４の取付角は同様に設定される。

而して、以上のように翼４の枚数が７枚である場合と８枚である場合には、各翼４の取付角θ₁ 〜θ₇ 、θ₁ 〜θ₈ が図２、図３及び図９に示すように３つの値θ，θ＋Δθ，θ−Δθの値に設定される結果、羽根車１の各翼４から吹き出される空気の速度ベルトルは、図４及び図５及び図１０に示すようにＷ１，Ｗ２，Ｗ３の互いに異なる３方向を向く。このことを翼４の枚数が７枚（奇数）である場合と、８枚（偶数）である場合について図４、図５及び図１０に基づいてより具体的に説明する。

１）翼枚数が７枚（奇数）である場合：
翼４の枚数が７枚である場合には、図４及び図１０に示すように、奇数番目である１，３，５番目の翼４での空気の吹出方向はベクトルＷ１方向（取付角θに対応）、偶数番目である２，６番目の翼４での空気の吹出方向はベクトルＷ２方向（取付角θ＋Δθに対応）、偶数番目である４番目と奇数番目である７番目の翼４での空気の吹出方向はベクトルＷ３方向（取付角θ−Δθに対応）となる。

以上をまとめると各翼４での空気の吹出方向はそれぞれ以下のようになる。

１，３，５番目の翼＝ベクトルＷ１
２，６番目の翼＝ベクトルＷ２
４，７番目の翼＝ベクトルＷ３
１）翼枚数が８枚（偶数）である場合：
翼４の枚数が８枚である場合には、図５及び図１０に示すように、奇数番目である１，３，５，７番目の翼４での空気の吹出方向はベクトルＷ１方向（取付角θに対応）、偶数番目である２，６番目の翼４での空気の吹出方向はベクトルＷ２方向（取付角θ＋Δθに対応）、偶数番目である４，８番目の翼４での空気の吹出方向はベクトルＷ３方向（取付角θ−Δθに対応）となる。

１，３，５，７番目の翼＝ベクトルＷ１
２，６番目の翼＝ベクトルＷ２
４，８番目の翼＝ベクトルＷ３
図１０には翼４の枚数が３〜１１枚である場合について示しているが、翼４の枚数が１２枚以上である場合についても各翼４での空気の吹出方向は以上と同様の法則に従って決定される。

而して、以上の結果、羽根車１の各翼４から吹き出される空気の速度ベルトルは、図６に示すように、同一通過点についてＷ１，Ｗ２，Ｗ３の互いに異なる３方向を向く。

ところで、以上のように奇数番目の翼４の取付角を基本取付角θに設定し、偶数番目の翼４の取付角を交互にθ＋Δθ，θ−Δθに設定した場合、偶数番目の翼４の基本取付角θに対する変化率α（＝Δθ／θ）の適正値の範囲を回転騒音低減率と比不釣合いの観点から実験により求めた結果、図７（ａ），（ｂ）に示すような結果が得られた。これらの図から明らかなように、変化率αの適正値としてα＝１．５％〜３％（最適値２％）の範囲が得られる。

本実施の形態では、α＝２％に設定しており（図９参照）、基本取付角θを例えばθ＝２０°に設定した場合、Δθ＝０．０２θ＝０．０２×２０°＝０．４°となるため、偶数番目の翼４の取付角は２０．４°と１９．６°が交互に繰り返される。

尚、バランスに関する規格としてはＪＩＳＢ０９０５「回転体−剛性ロータの釣合良さ」が知られており、これによればファンに対して推奨される釣合い良さの等級はＧ６．３となっている。又、「比不釣合い」とは、剛性ロータにおいて静不釣合いをロータの質量で割った値と定義されており、ロータの質量中心の軸中心線からの偏りに等しい。

而して、本発明に係る遠心ファン用羽根車１は、不図示のモータが起動されると、不図示のケーシング内で図１の矢印Ｒ方向に所定の速度で回転駆動される。すると、空気が羽根車１の側板３の開口部３ａから羽根車１内へと軸方向（図１の上方から下方）に導入され、この空気は、羽根車１内の複数枚の翼４間を通過する際に翼４から静圧と動圧を付与されるとともに、遠心力を受けて径方向外方へと流れ、例えば翼４の枚数が７枚である場合には図４に示すように、翼４の枚数が８枚である場合には図５に示すように、各翼４の後縁からそれぞれ速度ベクトルＷ１，Ｗ２，Ｗ３方向に吹き出され、羽根車１による所要の送風作用がなされる。

以上において、本発明に係る遠心ファン用羽根車１においては、各翼４の取付角を不均一としたため、空気の各翼４からの吹出方向が不均一となって、当該羽根車１の回転騒音の周期性が崩れ、騒音の干渉（エネルギーの分散）による低騒音化が図られる。

特に、翼４の隣り合うもの同士の取付角を互いに異ならせたたため、翼４の枚数が多くても、隣り合う翼４間で取付角（吹出方向）に大きな変化を持たせることができ、騒音の周期性を崩して低騒音化を図ることができる。この場合において、翼４の出口ピッチを均等にしたため、回転バランス（動バランス）が取り易く、当該羽根車１の回転振動を小さく抑えることができる。

ここで、翼４の枚数が７枚である羽根車１を５００ｒｐｍで回転駆動した場合の騒音周波数特性を従来の羽根車を同一条件で回転駆動した場合の騒音周波数特性と対比して図８に示す。尚、図８において、横軸は中心周波数（Ｈｚ）、縦軸は騒音レベル（ｄＢ）であり、実線は本発明に係る羽根車の騒音周波数特性、破線は従来の羽根車の騒音周波数特性をそれぞれ示す。

羽根車の基本周波数ｆは前記（１）式より、
ｆ＝５００×７／６０＝５８．３Ｈｚ
となり、この基本周波数ｆでの騒音の１次成分は、図８に示すように、従来の羽根車では４８ｄＢであるのに対して本発明に係る羽根車では３６ｄＢに下がることが確認された。

又、基本周波数ｆ×２＝１１６．６Ｈｚでの騒音の２次成分は、図８に示すように、従来の羽根車では４１ｄＢであるのに対して本発明に係る羽根車では３３ｄＢに下がることが確認された。

本発明は、遠心ファンの吹出側に熱交換器やフィルタを備えた空気調和機、空気清浄機のような整流を必要とする機器等に対して好適である。

本発明に係る遠心ファン用羽根車の斜視図である。翼の取付角を示す図１のＬ−Ｌ平面に沿う断面図（翼枚数が７（奇数）である場合）である。翼の取付角を示す図１のＬ−Ｌ平面に沿う断面図（翼枚数が８（偶数）である場合）である。図２に示した翼配列における速度ベクトル図である。図３に示した翼配列における速度ベクトル図である。翼の同一通過点における速度ベクトルを比較して示す図１の矢視Ａ方向の図である。（ａ）は取付角変化率と回転騒音低減率との関係を示す図、（ｂ）は取付角変化率と比不釣り合いとの関係を示す図である。本発明に係る遠心ファン用羽根車の騒音周波数特性を従来の羽根車の騒音周波数特性と対比して示す図である。本発明に係る遠心ファン用羽根車の翼枚数に対する翼の取付角の配列関係図である。本発明に係る遠心ファン用羽根車の翼枚数に対する速度ベクトルの配列関係図である。

符号の説明

１遠心ファン用羽根車
２主板
３側板
３ａ側板の吸込口
４翼
５ボス
θ₁ 〜θ₈ 翼の取付角
Ｗ１〜Ｗ３速度ベクトル

Claims

駆動源に直結される主板と、該主板に対向配置された側板と、これらの主板と側板との間に周方向に配列された複数枚の翼を備えた遠心ファン用羽根車において、
前記各翼の取付角を不均一としたことを特徴とする遠心ファン用羽根車。
前記翼の隣り合うもの同士の取付角を互いに異ならせたことを特徴とする請求項１記載の遠心ファン用羽根車。
前記翼の枚数が偶数である場合、奇数番目の翼の取付角を基本取付角θに設定し、偶数番目の翼の取付角を交互にθ＋Δθ，θ−Δθに設定したことを特徴とする請求項１又は２記載の遠心ファン用羽根車。
前記翼の枚数が奇数である場合、最後の奇数番目を除く翼の取付角を基本取付角θに設定し、偶数番目の翼の取付角を交互にθ＋Δθ，θ−Δθに設定するともに、最後の奇数番目の翼の取付角をその前の偶数番目の翼の取付角θ＋Δθ又はθ−Δθに対してθ−Δθ又はθ＋Δθに設定したことを特徴とする請求項１又は２記載の遠心ファン用羽根車。
前記Δθを（０．０１５〜０．０３）θの範囲に設定したことを特徴とする請求項３又は４記載の遠心ファン用羽根車。
前記翼の出口ピッチを均等にしたことを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の遠心ファン用羽根車。