ファン・ブロワー設計

スーパーチャージャーインペラ


スーパーチャージャーのインペラ(回転する羽根)です。

毎分回転数は数万回転となり、過給圧力を造り出します。

軸流型プロペラファンの設計


軸流型プロペラファンの設計を自作ソフトにて設計計算した事例です。

軸流型プロペラファンの設計1

軸流型プロペラファンの設計1

ファンブレードはスパン方向つまり半径方向に多数の円筒断面を想定して、各半径位置での円筒断面上に最適な翼型形状を積み重ねています。
ここで重要なのが円筒断面上に翼型形状を配置するという部分で、ある半径位置の平面に翼型を分布するわけではありません。 各半径位置の平面に翼型を配置した翼の全体形状と円筒断面上に翼型を配置したブレード形状はかなり異なるのです。 昔、これを知らない軸流ファン設計者に会った時は少々驚いたことがあります。

各円筒断面翼型の進行方向仕事は円状の軌跡で行われますから、円筒断面上に翼型を配置する設計が正しく
なります。 各円筒断面上にある翼型の効果が全部合わさってファンとしての仕事をしますので、各断面の仕事を
足したものを羽枚枚数分かけたものがファン仕事となるように適切な仕事分布を各断面翼型に与える必要があります。
つまり、羽根枚数全部がどれだけの面積を占めるかによりブレード全体が受け持てる仕事が決まりますので、
ある値の外周直径のプロペラファンが決まった回転数でたくさん仕事をさせようとすれば、見た目でも羽根の面積が増えることになります。

各円筒断面上翼型でも翼型自体の入口出口流れ転向角度を大きくすれば仕事を増やすことが出来ますが、
流れ転向角度が大きいと抵抗値も大きい、つまりロスも大きくなるので、 自ずと最適な翼型が限定されてきます。
羽根の翼型は入口に軸流方向で入ってきた流れを翼型形状にて流れを転向することになりますので、
必ず翼出口では回転方向旋回成分が発生しています。
逆に羽根出口で旋回成分が発生していなければ翼は仕事をしていないことになり、翼出口に静翼がある場合か、
二重反転ファンである場合のみファン出口流れが完全に軸方向を向くことが出来るのです。
つまり、二重反転ファンでない動翼1枚の軸流ファンは静翼があるほうがファン効率は高くなることになります。

2段羽根ターボ機械設計


ポンプや送風機で羽根の直径と回転数があまり大きく出来ない場合でも充分な圧力が必要となれば、 羽根を2段にして2回加圧することで寸法と回転数の制限内で圧力を高めることが出来ます。

最初は、ポンプで羽根を2段にした設計例です。

次は、送風機ブロワで羽根を2段にした設計例です。

2段羽根は圧力を上げる手段としては良いのですが、羽根2枚のそれぞれのロスが効率に反映されてしまうため、
各羽根の効率がぎりぎりまで高くないと全体効率が1段羽根に比べて低くなってしまいます。
それで上の図で分かるように1段目2段目ともに高効率3次元羽根として設計しています。

高周波モーターによる高速遠心ターボコンプレッサー インレットガイドベーン付き


高周波モーターにより高速回転する遠心ターボコンプレッサーをインレットガイドベーン付きで設計した事例です。

遠心コンプレッサー吸い込み入口パイプ部の外側にインレットガイドベーンを操作するためのリンク機構が付いています。
インレットガイドベーンがあると空気吸い込み流量が減少した場合に発生するサージングを防ぐ効果があります。
それは、インレットガイドベーンが閉まることで流入空気に回転方向の旋回を与えることが出来、インペラ入口部で
相対流入空気の剥離が起こりにくくなり、サージングの原因となる羽根負圧面での渦発生を防ぐからです。

Autodesk Inventor 2015 で造ってみた3次元翼


Autodesk Inventor 2015 で造ってみた3次元翼です。

捻じれた軸流3次元翼はInventorで造ることが出来ました。
翼型自体も円筒面状に展開して作成しているので正確ではあります。
しかし、SolidWorksの3次元曲面生成機能群に比べるとあまりにもコマンドが少なすぎると感じます。