WO2022014376A1 - ターボファン - Google Patents

Abstract

本発明は、騒音を低減することの可能なターボファンを提供することを目的とする。ターボファン（1）の備える複数の翼（4）は、厚肉部（10）と薄肉部（11）と段差部（12）とを有する。厚肉部（10）は、前縁（8）側に形成される板厚の厚い部位である。薄肉部（11）は、厚肉部（10）より後縁（9）側に設けられ、厚肉部（10）より板厚が薄い部位である。段差部（12）は、厚肉部（10）と薄肉部（11）との間に設けられ、厚肉部（10）側から薄肉部（11）側に向かい板厚が正圧面側へ減少する部位である。そして、翼（4）の回転軸（Ax）に対して垂直な断面視において、厚肉部（10）の負圧面を形成する円弧状の第1曲面（101）に対し、薄肉部（11）の負圧面を形成する円弧状の第2曲面（111）が正圧面側に位置しており、且つ、段差部（12）の負圧面（121）により第1曲面（101）と第2曲面（111）とが接続されている。

Description

ターボファン 関連出願への相互参照

　本出願は、２０２０年７月１４日に出願された日本特許出願番号２０２０－１２０６６９号に基づくもので、ここにその記載内容が参照により組み入れられる。

　本開示は、ターボファンに関するものである。

　従来、送風機に用いられるターボファンが知られている。一般に、ターボファンは損失が少なく高効率であるといった特徴を有する。しかし、ターボファンは、翼の後縁より少し上流側の負圧面で流れの剥離が生じ、その剥離により発生する速度勾配の大きい渦が翼の後縁と干渉し、騒音が発生するといった問題がある。
　特許文献１に記載のターボファンの備える翼は、前縁側の板厚が薄く形成され、中央部に向かい板厚が次第に厚くなり、その中央部からさらに後縁に向かい板厚が次第に薄くなる形状である。そして、この翼には、前縁側から中央部に向かい板厚が次第に厚くなる箇所に、正圧面側と負圧面側にそれぞれ段差部が設けられている。そのため、この翼は、段差部より上流側の部位の板厚より、段差部より下流側の部位の板厚が大きい形状となっている。すなわち、この段差部は、上流側から下流側へ板厚が大きくなる板厚増大部と言うこともできる。

特許６０７１３９４号公報

　発明者らの検討によれば、上述した特許文献１に記載のターボファンの構成は、翼の負圧面に沿う流れが、段差部で剥離し、速度勾配の大きい渦を形成する。そして、その渦が段差部（すなわち、板厚増大部）に干渉し、騒音を発生するといった問題がある。

　また、特許文献１に記載のターボファンの構成は、翼の後縁より少し上流側の負圧面で流れの剥離が生じ、その剥離により発生する速度勾配の大きい渦が翼の後縁と干渉して騒音が発生するといった問題を解決するものではない。

　本開示は、騒音を低減することの可能なターボファンを提供することを目的とする。

　本開示の１つの観点によれば、空気の吸込口を有するシュラウド、そのシュラウドの回転軸方向に設けられる主板、および、シュラウドと主板との間で回転軸周りに設けられる複数の翼を備えるターボファンに関するものである。ターボファンの備える複数の翼は、厚肉部と薄肉部と段差部とを有する。厚肉部は、前縁側に形成される板厚の厚い部位である。薄肉部は、厚肉部より後縁側に設けられ、厚肉部より板厚が薄い部位である。段差部は、厚肉部と薄肉部との間に設けられ、厚肉部側から薄肉部側に向かい板厚が正圧面側へ減少する部位である。そして、翼の回転軸に対して垂直な断面視において、厚肉部の負圧面を形成する円弧状の第１曲面に対し、薄肉部の負圧面を形成する円弧状の第２曲面が正圧面側に位置しており、且つ、段差部の負圧面により第１曲面と第２曲面とが接続されている。

　これによれば、翼の負圧面に沿う流れで発生する速度境界層を、厚肉部と段差部との境界を起点に乱し、そこを流れの剥離点として乱流境界層を発生させ、薄肉部の負圧面から回転方向後側へ主流を遠ざけることが可能である。そのため、このターボファンは、段差部を設けていない一般のターボファンと比べて、翼の負圧面に沿う流れの剥離の発生位置を前方にずらし、翼の後縁の負圧面に衝突する流れの速度勾配を小さくすることで、騒音を低減することができる。

　また、翼の途中に設けられた段差部は上流側から下流側に向かい板厚が正圧面側へ減少する形状であるので、厚肉部と段差部との境界（すなわち、流れの剥離点）で生じる速度勾配の大きい渦と段差部の負圧面との干渉距離を離すことが可能である。したがって、厚肉部と段差部との境界（すなわち、流れの剥離点）で発生する騒音を低減することができる。

　なお、各構成要素等に付された括弧付きの参照符号は、その構成要素等と後述する実施形態に記載の具体的な構成要素等との対応関係の一例を示すものである。

第１実施形態に係るターボファンの回転軸に沿った断面図である。 図１のＩＩ―ＩＩ線の断面図である。 図２のＩＩＩ部分の拡大図である。 第１実施形態に係るターボファンによる空気の流れを説明するための説明図である。 比較例のターボファンによる空気の流れを説明するための説明図である。 第１実施形態に係るターボファンの騒音と比較例のターボファンの騒音を比較したグラフである。 第１実施形態に係るターボファンにおいて板厚減少割合と低騒音効果との関係を示すグラフである。 第２実施形態に係るターボファンの回転軸に沿った断面図である。 第３実施形態に係るターボファンの回転軸に沿った断面図である。 第４実施形態に係るターボファンが備える翼の段差部とその近傍を示す拡大図である。

　以下、本開示の複数の実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付し、その説明を省略する。また、各実施形態で参照する図面に関し、ターボファンの各構成の形状などは、説明を分かりやすくするために模式的に記載したものであり、本開示を限定するものではない。

　（第１実施形態）
　第１実施形態について図面を参照しつつ説明する。本実施形態のターボファンは、例えば空調装置または換気装置などが備える送風機に用いられるものである。

　図１および図２に示すように、ターボファン１は、シュラウド２と主板３と複数の翼４を備えている。シュラウド２は、円環状に形成され、その中央部に、空気を吸い込むための吸込口５を有している。シュラウド２は、吸込口５から径方向外側に向かい主板３に次第に近づくと共に、主板３に沿うように径方向外側に延びる形状である。なお、図２では、シュラウド２が有する吸込口５の内径Ｄ１（すなわち、シュラウド２の内径）を、符号Ｄ１を付した破線で示している。

　主板３は、円盤状に形成され、シュラウド２の回転軸方向に設けられている。主板３は、シュラウド２に対向するように設けられている。主板３は、ターボファン１の回転軸Ａｘに対して略垂直に形成されている。なお、主板３は、図１に示したような平面状に限らず、例えば、中央部分が吸込口５側に突出するような形状であってもよい。主板３は、電動モータ６のシャフト７に固定されており、電動モータ６の駆動により回転軸Ａｘを中心に回転する。

　複数の翼４は、主板３とシュラウド２との間で回転軸Ａｘ周りに設けられている。複数の翼４は、回転方向に所定の間隔で配置されている。複数の翼４は、前縁８から後縁９に向かって回転方向後ろ向きに延びている。なお、翼４の前縁８は、シュラウド２の吸込口５の内径Ｄ１より径方向内側に位置している。

　本実施形態のターボファン１は、主板３とシュラウド２と複数の翼４とが一体に形成されたクローズドファンである。具体的には、複数の翼４は、回転軸Ａｘ方向の一方の側が主板３に接続され、回転軸Ａｘ方向の他方の側がシュラウド２に接続されている。

　ターボファン１は、電動モータ６の駆動によりシャフト７と共に回転する。ターボファン１が回転すると、吸込口５から吸い込まれた空気は、翼４の前縁８から複数の翼４同士間の流路（以下、「翼間流路」という）を流れ、翼４の後縁９とシュラウド２と主板３との間に形成される空気出口から径方向外側に吹き出される。

　次に、ターボファン１の備える複数の翼４について図１～図３を参照して詳細に説明する。なお、図３では、図を見やすくするため、翼４の断面を示すハッチングを省略している。

　図１～図３に示すように、複数の翼４は、厚肉部１０、薄肉部１１および段差部１２を有している。

　厚肉部１０は、翼４のうち前縁８側に形成される板厚の厚い部位である。翼４の回転軸Ａｘに垂直な断面視において、厚肉部１０の負圧面は、正圧面側に凸の円弧状の曲面に形成されている。以下の説明では、厚肉部１０の負圧面の曲面を、第１曲面１０１という。
　厚肉部１０の板厚Ｔ１は、例えば、３ｍｍ以上に設定することが好ましい。また、翼４の回転軸Ａｘに対して垂直な断面視において、翼４の前縁８のうち正圧面側の曲率半径および負圧面の曲率半径はいずれも１．５ｍｍ以上に設定することが好ましい。

　薄肉部１１は、翼４のうち厚肉部１０より下流側（すなわち、厚肉部１０より後縁９側）に設けられ、厚肉部１０より板厚が薄い部位である。図２に示すように、翼４の回転軸Ａｘに垂直な断面視において、薄肉部１１の負圧面も、正圧面側に凸の円弧状の曲面に形成されている。以下の説明では、薄肉部１１の負圧面の曲面を、第２曲面１１１という。上述した厚肉部１０の第１曲面１０１に対し、薄肉部１１の第２曲面１１１は、正圧面側に位置している。

　薄肉部１１の板厚Ｔ２は、厚肉部１０の板厚Ｔ１に対し、例えば、７５％以下に設定することが好ましい。その理由については後述する。

　段差部１２は、厚肉部１０と薄肉部１１との間に設けられ、厚肉部１０側から薄肉部１１側に向かい板厚が正圧面側へ減少する部位である。すなわち、段差部１２は、上流側から下流側へ板厚が小さくなる板厚減少部と言うこともできる。

　図３では、厚肉部１０と段差部１２との境界を一点鎖線Ａで示し、段差部１２と薄肉部１１との境界を一点鎖線Ｂで示している。ただし、これらの境界線は説明のために記載したものであり、実際には、厚肉部１０と段差部１２と薄肉部１１とは一体に形成されている。

　段差部１２の負圧面１２１は、厚肉部１０の第１曲面１０１と薄肉部１１の第２曲面１１１とを滑らかな曲面形状で接続している。すなわち、段差部１２と厚肉部１０との境界の負圧面は、滑らかな曲面形状となっている。また、段差部１２と薄肉部１１との境界の負圧面も、滑らかな曲面形状となっている。さらに、第１実施形態では、翼４の回転軸Ａｘに対して垂直な断面視において、段差部１２の負圧面１２１は、正圧面側に凸の曲面状に形成されている。

　図３に示すように、翼４の回転軸Ａｘに対して垂直な断面視において、段差部１２の負圧面１２１のうち中央部の接線を、第１接線Ｌ１という。また、厚肉部１０の負圧面のうち段差部１２側の部位の接線を、第２接線Ｌ２という。第１実施形態では、その第１接線Ｌ１と第２接線Ｌ２とのなす角θ１は、鋭角とされている。具体的には、第１接線Ｌ１と第２接線Ｌ２とのなす角θ１は、例えば、２０°～７０°の範囲とされている。

　図１では、翼４の負圧面に段差部１２が設けられている位置を、説明のために、クロスハッチングを付して示している。段差部１２は、シュラウド２の吸込口５の内径Ｄ１よりも径方向外側の位置に設けられている。

　また、図２では、翼長を３等分した線を二点鎖線Ｃ、Ｄで示している。なお、翼長とは、翼４のそり線に沿った長さをいう。段差部１２は、翼長を３等分したときの中央の領域のみに設けられている。さらに、第１実施形態では、段差部１２は、翼長を３等分したときの前縁８側の境界線Ｃと、翼長を２等分したときの境界線Ｅとの間の領域のみに設けられている。

　続いて、本実施形態のターボファン１が回転したときの空気の流れと、それによる作用効果について、図４を参照して説明する。

　ターボファン１が回転すると、吸込口５から吸い込まれた空気は、翼４の前縁８から翼間流路へ流れる。このとき、図４の矢印Ｆ１、Ｆ２に示すように、翼４の前縁８の近傍を流れる空気は、コアンダ効果により翼４の正圧面または負圧面に沿って翼間流路を流れる。ここで、上述したように本実施形態では、翼４の途中に設けた段差部１２から翼間流路が急に広がる構成である。そのため、翼４の負圧面に沿う流れで発生する速度境界層は、厚肉部１０と段差部１２との境界を起点に乱される。そして、そこを剥離点として下流側に乱流境界層が発生する。そのため、剥離点から下流側に向かい、薄肉部１１の負圧面（すなわち、第２曲面１１１）と主流Ｆ３との距離が次第に遠くなる。したがって、翼４の後縁９の負圧面に衝突する流れＦ４の流速勾配が小さいものとなるので、騒音が低減する。

　また、本実施形態では、段差部１２は、厚肉部１０側から薄肉部１１側に向かい板厚が正圧面側へ減少する構成である。そのため、厚肉部１０と段差部１２との境界（すなわち、流れの剥離点）で生じる速度勾配の大きい渦Ｖ１は、段差部１２の負圧面１２１に殆ど干渉することなく、翼間流路を下流側へ流れる。そのため、厚肉部１０と段差部１２との境界（すなわち、流れの剥離点）で発生する騒音は小さいものとなる。

　さらに、本実施形態では、翼４の負圧面において、段差部１２と厚肉部１０との境界は滑らかな曲面形状で接続されており、段差部１２と薄肉部１１との境界も滑らかな曲面形状で接続されている。さらに、段差部１２の負圧面１２１は、正圧面側に凸の曲面状となっている。そのため、厚肉部１０と段差部１２との境界（すなわち、流れの剥離点）で発生する渦Ｖ１と段差部１２の負圧面１２１とが干渉しても、そこで発生する騒音は小さいものとなる。

　次に、本実施形態のターボファン１と比較するため、比較例のターボファン１００が回転したときの空気の流れと、それによる作用効果について説明する。

　図５に示すように、比較例のターボファン１００は、翼４に段差部１２が設けられておらず、翼４の負圧面が、前縁８から後縁９に亘り１つの円弧状の曲面で形成された構成である。

　比較例においても、ターボファン１００が回転すると、吸込口５から吸い込まれた空気は、翼４の前縁８から翼間流路へ流れる。このとき、矢印Ｆ１、Ｆ２に示すように、翼４の前縁８の近傍を流れる空気は、コアンダ効果により翼４の正圧面または負圧面に沿って翼間流路を流れる。そして、比較例では、段差部１２が設けられていないので、矢印Ｆ３に示すように、翼間流路を流れる主流は、翼４の正圧面または負圧面に沿って翼間流路を後縁９へ流れる。そして、後縁９より少し上流側の負圧面で流れの剥離が生じ、その剥離により速度勾配の大きい渦Ｖ３が発生する。その速度勾配の大きい渦Ｖ３と翼４の後縁９と干渉することで、騒音が発生する。

　ここで、図６に、第１実施形態に係るターボファン１と比較例のターボファン１００に関し、騒音を比較した実験結果を示す。
　この実験では、第１実施形態に係るターボファン１と比較例のターボファン１００を同じ回転数で回転させ、騒音を比較した。
　図６のグラフに示したように、この実験によれば、第１実施形態に係るターボファン１は、比較例のターボファン１００に対し、騒音を１．５ｄＢ下げることが可能である。

　さらに、図７に、第１実施形態のターボファン１の構成において、翼４の板厚減少割合と低騒音効果との関係について実験を行った結果を示す。
　なお、板厚減少割合とは、厚肉部１０の板厚Ｔ１に対し、薄肉部１１の板厚Ｔ２を減少させた割合をいう。

　この実験では、板厚減少割合の異なる複数のターボファン１を用意し、その複数のターボファン１を所定の回転数で回転させたときの低騒音効果を測定した。この実験では、ターボファン１の回転数を３２００ｒｐｍとし、風量を５３５ｍ^３／ｍｉｎとした。なお、図７のグラフにおいて、板厚減少割合が１のものは、段差部１２を有していない比較例のターボファン１００に相当する構成である。

　図７のグラフから、板厚減少割合を７５％以下としたとき、低騒音効果が極めて大きくなることが読み取れる。また、板厚減少割合を６０％以下とすると、低騒音効果が１．５ｄＢ以上になることが読み取れる。

　以上説明した本実施形態のターボファン１は、次の作用効果を奏するものである。
　（１）本実施形態では、翼４の厚肉部１０と薄肉部１１との間に翼間流路を急に広げる段差部１２を設けている構成である。これにより、厚肉部１０の負圧面に沿う流れで発生する速度境界層を、厚肉部１０と段差部１２との境界を起点に乱し、そこを流れの剥離点として乱流境界層を発生させ、薄肉部１１の負圧面から回転方向後側へ主流Ｆ３を遠ざけることが可能である。そのため、このターボファン１は、上記の比較例のターボファン１００と比べて、翼４の負圧面に沿う流れの剥離の発生位置を前方にずらし、翼４の後縁９の負圧面に衝突する流れＦ４の速度勾配を小さくすることで、騒音を低減することができる。

　また、段差部１２は上流側から下流側に向かい板厚が正圧面側へ減少する形状であるので、厚肉部１０と段差部１２との境界（すなわち、流れの剥離点）で生じる速度勾配の大きい渦Ｖ１と段差部１２の負圧面１２１との干渉距離を離すことが可能である。したがって、厚肉部１０と段差部１２との境界（すなわち、流れの剥離点）で発生する騒音を低減することができる。

　（２）本実施形態では、段差部１２は、翼長を３等分したときの中央領域に設けられている。
　ここで、翼長を３等分したときの前縁８側の領域（以下、「前領域」という）は、翼４の入口から流入する流れを翼４の壁面に沿わせて流し、流れの流入角に対するロバスト性を上げる機能を有するため、段差部１２を設けることは好ましくない。
　一方、翼長を３等分したときの後縁９側の領域（以下、「後領域」という）に仮に段差部１２を設けると、そこを起点として剥離した速度勾配の大きい渦が翼４の後縁９の負圧面に衝突するため、騒音を低減することは困難である。
　それに対し、本実施形態では、前領域に段差部１２を設けていないので、流れの流入角に対するロバスト性を上げることが可能である。そして、厚肉部１０の負圧面に沿って流れる流れを、中央領域に設けた段差部１２で乱し、そこを流れの剥離点として乱流境界層を発生させ、薄肉部１１の負圧面から回転方向後側へ主流Ｆ３を遠ざけることが可能である。したがって、本実施形態のターボファン１は、翼４の後縁９の負圧面に衝突する流れＦ４の速度勾配を小さくすることで、騒音を低減することができる。

　（３）本実施形態では、段差部１２は、シュラウド２の吸込口５の内径Ｄ１よりも径方向外側の位置に設けられている。
　ここで、仮に、シュラウド２の吸込口５の内径Ｄ１よりも径方向内側の位置に段差部１２を設けると、翼４の入口から流入する流れを翼４の前縁８から厚肉部１０の壁面に沿わせて翼間流路に流すことが困難になる。
　それに対し、本実施形態では、シュラウド２の吸込口５の内径Ｄ１よりも径方向内側の位置に段差部１２を設けていないので、翼４の入口から流入する流れを翼４の前縁８から厚肉部１０の壁面に沿わせて翼間流路に流すことが可能である。したがって、流れの流入角に対するロバスト性を上げることができる。

　（４）本実施形態では、段差部１２と厚肉部１０との境界の負圧面は、滑らかな曲面形状となっている。
　ここで、仮に、段差部１２と厚肉部１０との境界において負圧面に角部が形成されると、厚肉部１０と段差部１２との境界（すなわち、流れの剥離点）で生じる速度勾配の大きい渦Ｖ１と、その角部とが干渉して騒音が発生するおそれがある。
　それに対し、本実施形態では、段差部１２と厚肉部１０との境界において負圧面に角部を形成しないことで、厚肉部１０と段差部１２との境界（すなわち、流れの剥離点）で渦Ｖ１を発生させても、そこで発生する騒音を低減することができる。

　（５）本実施形態では、厚肉部１０の板厚Ｔ１に対し、薄肉部１１の板厚Ｔ２は７５％以下に設定することが好ましい。
　これによれば、上述した実験結果により、厚肉部１０の板厚Ｔ１に対し薄肉部１１の板厚Ｔ２を７５％以下に設定することで、低騒音効果を極めて大きくすることが可能である。上述した実験結果によれば、騒音を１．５ｄＢ以上低減できる。

　（６）本実施形態では、翼４の回転軸Ａｘに対して垂直な断面視において、段差部１２の負圧面１２１は、正圧面側に凸の曲面状になっている。
　これによれば、厚肉部１０と段差部１２との境界（すなわち、流れの剥離点）で発生させた渦と、段差部１２の負圧面１２１との距離が遠くなるので、そこで発生する騒音を低減することができる。

　（７）本実施形態では、翼４の回転軸Ａｘに対して垂直な断面視において、段差部１２の負圧面１２１のうち中央部の第１接線Ｌ１と、厚肉部１０の負圧面のうち段差部１２側の部位の第２接線Ｌ２とのなす角θ１は、鋭角である。
　これによれば、段差部１２と厚肉部１０との境界において負圧面に角部を形成しないことで、厚肉部１０と段差部１２との境界（すなわち、流れの剥離点）で渦を発生させても、そこで発生する騒音を低減することができる。

　（８）本実施形態では、翼４の回転軸Ａｘに対して垂直な断面視において、翼４の前縁８のうち正圧面側の曲率半径および負圧面の曲率半径はいずれも１．５ｍｍ以上に設定することが好ましい。且つ、翼４の前縁８の板厚Ｔ１は３ｍｍ以上に設定することが好ましい。
　これによれば、前縁８の板厚Ｔ１を厚くすることで、翼４の吸入口から流入する流れを翼４の前縁８から壁面に沿わせて翼間流路に流すことが可能である。したがって、流れの流入角に対するロバスト性を上げることができる。

　（第２実施形態）
　第２実施形態について、図８を参照して説明する。第２実施形態は、第１実施形態に対して翼４の段差部１２の構成を変更したものであり、その他については第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

　図８でも、翼４の負圧面に段差部１２が設けられている位置を、説明のために、クロスハッチングを付して示している。また、翼４の後縁９とシュラウド２との接点Ｐを含み、且つ、回転軸Ａｘに垂直な仮想線Ｈを二点鎖線で示している。

　図８に示すように、第２実施形態では、段差部１２は、翼４の後縁９の高さ範囲に形成されている。すなわち、段差部１２は、上記の仮想線Ｈと主板３との間に形成されている。この構成によれば、翼４の後縁９の高さ範囲で、翼４の後縁９の負圧面から回転方向後側へ主流を遠ざけることが可能である。そのため、翼４の後縁９で発生する騒音を低減することができる。

　（第３実施形態）
　第３実施形態について、図９を参照して説明する。第３実施形態も、第１実施形態等に対して段差部１２の構成を変更したものであり、その他については第１実施形態等と同様であるため、第１実施形態等と異なる部分についてのみ説明する。

　図９でも、翼４の負圧面に段差部１２が設けられている位置を、説明のために、クロスハッチングを付して示している。図９に示すように、第３実施形態では、段差部１２は、シュラウド２側から主板３側に向かい径方向内側に延びるように形成されている。この構成によれば、主板３側の速い流れに対応するため、主板３側の速い流れを後縁９から遠い位置で剥離させることで、翼４の後縁９の負圧面から回転方向後側へ主流をより遠ざけることが可能である。したがって、翼４の後縁９の負圧面に衝突する流れの流速勾配を小さくし、騒音を低減することができる。

　（第４実施形態）
　第４実施形態について、図１０を参照して説明する。第４実施形態は、第１実施形態等に対して段差部１２の構成を変更したものであり、その他については第１実施形態等と同様であるため、第４実施形態等と異なる部分についてのみ説明する。

　図１０に示すように、第４実施形態では、翼４の回転軸Ａｘに対して垂直な断面視において、段差部１２の負圧面１２１のうち中央部の第１接線Ｌ１と、厚肉部１０の負圧面のうち段差部１２側の部位の第２接線Ｌ２とのなす角θ２は約９０°とされている。この構成においても、厚肉部１０の負圧面に沿う流れで発生する速度境界層を、厚肉部１０と段差部１２との境界を起点に乱し、そこを流れの剥離点として乱流境界層を発生させ、薄肉部１１の負圧面から回転方向後側へ主流を遠ざけることが可能である。そのため、第４実施形態においても、翼４の負圧面に沿う流れの剥離の発生位置を前方にずらし、翼４の後縁９の負圧面に衝突する流れの速度勾配を小さくすることで、騒音を低減することができる。

　（他の実施形態）
　（１）上記各実施形態では、ターボファン１は、主板３とシュラウド２と複数の翼４とが一体に構成されたクローズドファンについて説明したが、これに限らない。ターボファン１は、主板３と複数の翼４とが一体で構成され、複数の翼４とシュラウド２とが別部材で構成されたオープンファンとしてもよい。

　（２）上記第１実施形態では、段差部１２は、翼長を３等分したときの前縁８側の境界線Ｃと、翼長を２等分したときの境界線Ｅとの間の領域のみに設けられているものとして説明したが、これに限らない。段差部１２は、翼長を３等分したときの前縁８側の境界線Ｃと、翼長を３等分したときの後縁９側の境界線Ｄとの間の領域に設けられていればよい。

　（３）上記第１実施形態では、厚肉部１０の板厚Ｔ１は、例えば３ｍｍ以上に設定することが好ましく、翼４の前縁８のうち正圧面側の曲率半径および負圧面の曲率半径はいずれも１．５ｍｍ以上に設定することが好ましいと説明したが、これに限らない。厚肉部１０の板厚Ｔ１、および、回転軸Ａｘに対して垂直な断面視における前縁８の曲率半径は、任意に設定することが可能である。

　本開示は上記した実施形態に限定されるものではなく、適宜変更が可能である。また、上記各実施形態は、互いに無関係なものではなく、組み合わせが明らかに不可な場合を除き、適宜組み合わせが可能である。また、上記各実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。また、上記各実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではない。また、上記各実施形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その形状、位置関係等に限定されるものではない。

　（まとめ）
　上述の実施形態の一部または全部で示された第１の観点によれば、ターボファンは、空気の吸込口を有するシュラウド、そのシュラウドの回転軸方向に設けられる主板、および、シュラウドと主板との間で回転軸周りに設けられる複数の翼を備える。ターボファンの備える複数の翼は、厚肉部と薄肉部と段差部とを有する。厚肉部は、前縁側に形成される板厚の厚い部位である。薄肉部は、厚肉部より後縁側に設けられ、厚肉部より板厚が薄い部位である。段差部は、厚肉部と薄肉部との間に設けられ、厚肉部側から薄肉部側に向かい板厚が正圧面側へ減少する部位である。そして、翼の回転軸に対して垂直な断面視において、厚肉部の負圧面を形成する円弧状の第１曲面に対し、薄肉部の負圧面を形成する円弧状の第２曲面が正圧面側に位置しており、且つ、段差部の負圧面により第１曲面と第２曲面とが接続されている。

　第２の観点によれば、段差部は、翼長を３等分したときの中央領域に設けられている。
　これによれば、前領域に段差部を設けていないので、流れの流入角に対するロバスト性を上げることが可能である。そして、厚肉部の負圧面に沿って流れる流れを、中央領域に設けた段差部で乱し、そこを流れの剥離点として乱流境界層を発生させ、負圧面から回転方向後側へ主流を遠ざけることが可能である。したがって、翼の後縁の負圧面に衝突する流れの速度勾配を小さくすることで、騒音を低減することができる。

　第３の観点によれば、翼の前縁はシュラウドの吸込口の内径よりも径方向内側に位置している。また、段差部は、シュラウドの吸込口の内径よりも径方向外側の位置に設けられている。
　これによれば、シュラウドの吸込口の内径よりも径方向内側の位置に段差部を設けていないので、翼の入口から流入する流れを翼の前縁から厚肉部の壁面に沿わせて翼間流路に流すことが可能である。したがって、流れの流入角に対するロバスト性を上げることができる。

　第４の観点によれば、段差部と厚肉部との境界の負圧面は、滑らかな曲面形状となっている。
　これによれば、段差部と厚肉部との境界において負圧面に角部を形成しないことで、厚肉部と段差部との境界（すなわち、流れの剥離点）で渦を発生させても、そこで発生する騒音を低減することができる。

　第５の観点によれば、厚肉部の板厚に対し、薄肉部の板厚は７５％以下である。
　これによれば、発明者らの実験により、厚肉部の板厚に対し薄肉部の板厚を７５％以下としたとき、低騒音効果が極めて大きくなることが分かった。実験によれば、騒音を１．５ｄＢ以上下げることが可能である。

　第６の観点によれば、翼の回転軸に対して垂直な断面視において、段差部の負圧面は、正圧面側に凸の曲面状になっている。
　これによれば、厚肉部と段差部との境界（すなわち、流れの剥離点）で発生させた渦と、段差部の負圧面との距離が遠くなるので、そこで発生する騒音を低減することができる。

　第７の観点によれば、翼の回転軸に対して垂直な断面視において、段差部の負圧面において中央部の接線と、厚肉部の負圧面において段差部側の部位の接線とのなす角は鋭角である。
　これによれば、段差部と厚肉部との境界において負圧面に角部を形成しないことで、厚肉部と段差部との境界（すなわち、流れの剥離点）で渦を発生させても、そこで発生する騒音を低減することができる。

　第８の観点によれば、翼の回転軸に対して垂直な断面視において、翼の前縁のうち正圧面側の曲率半径および負圧面の曲率半径はいずれも１．５ｍｍ以上であり、且つ、翼の前縁の板厚は３ｍｍ以上である。
　これによれば、前縁の板厚を厚くすることで、翼の吸入口から流入する流れを翼の前縁から壁面に沿わせて翼間流路に流すことが可能である。したがって、流れの流入角に対するロバスト性を上げることができる。

　第９の観点によれば、段差部は、少なくとも翼の後縁の高さ範囲に形成される。
　これによれば、少なくとも翼の後縁の高さ範囲で、翼の後縁の負圧面から回転方向後側へ主流を遠ざけることが可能となり、翼の後縁で発生する騒音を低減することができる。

　第１０の観点によれば、段差部は、シュラウド側から主板側に向かい径方向内側に延びるように形成される。
　これによれば、主板側の速い流れに対応するため、主板側の速い流れを後縁から遠い位置で剥離させることで、翼の後縁の負圧面と主流との距離を離すことが可能である。したがって、翼の後縁の負圧面に衝突する流れの流速勾配を小さくし、騒音を低減することができる。

Claims (10)

1. 　空気の吸込口（５）を有するシュラウド（２）、前記シュラウドの回転軸（Ａｘ）方向に設けられる主板（３）、および、前記シュラウドと前記主板との間で回転軸周りに設けられる複数の翼（４）を備えるターボファンであって、
   　複数の前記翼は、
   　前縁（８）側に形成される板厚の厚い厚肉部（１０）と、
   　前記厚肉部より後縁（９）側に設けられ、前記厚肉部より板厚が薄い薄肉部（１１）と、
   　前記厚肉部と前記薄肉部との間に設けられ、前記厚肉部側から前記薄肉部側に向かい板厚が正圧面側へ減少する段差部（１２）とを有し、
   　前記翼の回転軸に対して垂直な断面視において、前記厚肉部の負圧面を形成する円弧状の第１曲面（１０１）に対し、前記薄肉部の負圧面を形成する円弧状の第２曲面（１１１）が正圧面側に位置しており、且つ、前記段差部の負圧面（１２１）により前記第１曲面と前記第２曲面とが接続されている、ターボファン。
2. 　前記段差部は、翼長を３等分したときの中央の領域に設けられている、請求項１に記載のターボファン。
3. 　前記翼の前縁は前記シュラウドの前記吸込口の内径（Ｄ１）よりも径方向内側に位置しており、
   　前記段差部は、前記シュラウドの前記吸込口の内径よりも径方向外側の位置に設けられている、請求項１または２に記載のターボファン。
4. 　前記段差部と前記厚肉部との境界の負圧面は、滑らかな曲面形状となっている、請求項１ないし３のいずれか１つに記載のターボファン。
5. 　前記厚肉部の板厚（Ｔ１）に対し、前記薄肉部の板厚（Ｔ２）は７５％以下である、請求項１ないし４のいずれか１つに記載のターボファン。
6. 　前記翼の回転軸に対して垂直な断面視において、前記段差部の負圧面は、正圧面側に凸の曲面状になっている、請求項１ないし５のいずれか１つに記載のターボファン。
7. 　前記翼の回転軸に対して垂直な断面視において、前記段差部の負圧面のうち中央部の接線（Ｌ１）と、前記厚肉部の負圧面のうち前記段差部側の部位の接線（Ｌ２）とのなす角（θ１）は鋭角である、請求項１ないし６のいずれか１つに記載のターボファン。
8. 　前記翼の回転軸に対して垂直な断面視において、前記翼の前縁のうち正圧面側の曲率半径および負圧面の曲率半径はいずれも１．５ｍｍ以上であり、且つ、前記翼の前縁の板厚は３ｍｍ以上である、請求項１ないし７のいずれか１つに記載のターボファン。
9. 　前記段差部は、少なくとも前記翼の後縁の高さ範囲に形成される、請求項１ないし８のいずれか１つに記載のターボファン。
10. 　前記段差部は、前記シュラウド側から前記主板側に向かい径方向内側に延びるように形成されている、請求項１ないし９のいずれか１つに記載のターボファン。

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