ファン・ブロワー設計

展示用ターボファンエンジン模型が出来て来た

展示用ターボファンエンジン模型が次の写真のように出来上がってきました。

弊社設計ターボファンの概要が分かるような簡素化したエンジン模型となっています。
しかし羽根部分はすべて本物であり、それ以外の構造部分が簡素化構造になっているだけです。
もう少し分かりやすくなる装飾を加えた姿は、また明日にでも詳しくご紹介します。

気体拡散装置およびそれに使われている軸流ファンについて

次の写真は、気体拡散主要部を示しています。

気体拡散の主要部では、多数の気体ガイド翼によりその目的を達します。この装置の中で気体を送風する主要部は、次の図の軸流ファンとなります。

この使用している軸流ファンは、軸方向の厚みが非常に厚いタイプであり、それは大風量を送れることを意味します。
なぜ軸方向厚みが厚いと大風量を流せるのか、その理由は簡単に言うならば羽根一枚が大きいつまり面積が広いためです。
より分かり易く例えるならば、大きなウチワであおいだほうが風がいっぱい来ることと全く同じ原理となります。

またケーシングの軸方向厚みが充分に取れると、上の図のように回転動翼の後流に静翼的なものを入れることが出来、
これがファン出口の旋回流成分を軸方向流に転換する作用を行い、結局軸方向流量を増やすこととなります。

可変ピッチ用軸流ファン羽根 ロストワックス製法の元型として製作

可変ピッチ用軸流ファン羽根を、ロストワックス製法で造るための元型として縦型マシニングセンターで製作を行ったのが次の写真の羽根です。

このロストワックス用元型は、この形状を特殊な溶融金属に押し付けてその形状を転写し、固まった溶融金属型をロストワックス製法のロウ型として使い、少量ですが軸流ファン可変ピッチ用羽根を複数作るものです。
このブレード6枚を球面ボスに取り付けると可変ピッチ軸流ファンの出来上がりとなります。

板金式高性能3次元羽根ターボファンインペラ形状

板金溶接方式にて高性能なターボファンを製作する場合の理想的なインペラ形状は、次のような形状となります。

ボスおよびシュラウドは滑らかな円錐曲面形状となり、ブレードは入口部分が3次元的にねじられた羽根形状であり出口に近づくほどに2次元羽根形状となってゆきます。

羽根枚数は多いほうが翼間に沿って空気が流れるため効率は高くなります。
しかし製作の場合に溶接可能な羽根ブレード枚数までしか許されませんから、どんなに多くても20数枚ぐらいでしょう。

3次元曲面を持つブレード形状は、金型プレスなどであらかじめ薄板を押して作っておかなければならないので、それはなかなかに手間の掛かる部分となります。

ターボファンエンジン設計作業

ターボファンエンジンの設計作業の続きです。

3次元機械系CADであるSolidWorks2012での作業画面はつぎのようなものです。

設計作業としては、主に全体構造の強度に関するものであり、つまり設計計算となります。

特に温度上昇時の高速回転部の強度解析と安全性の確認となり、どのような素材を選定するかにより大きく異なる結果となりますので、情報を集めるのも重要な作業です。

遠心力が羽根を破壊しないように素材の引っ張り強さを基とした設計をすれば、降伏応力以上での素材の伸びを羽根に許容することになり、破壊はしないが羽根の変形を考慮した設計となります。

ブロワーの羽根を新しく設計

ブロワーの高効率化のために、新しい羽根を次のように設計してみました。

スムーズな形状を持つ羽根により無理のない翼間流れとなり、高効率化が達成されています。

翼間の形状を入口から出口までいかに無理なくスムーズに流体を流すかを検討することが良い設計につながると思います。

回転するディフューザー(広がり管)、それが翼間であると考えればどうでしょうか。