遠心送風機の羽根形状に関する実験

著者 "米倉 豊彦"雑誌名 鹿児島大学工学部研究報告巻 14ページ 11-17別言語のタイトル EXPERIMENTS ON THE TYPES OF VANES OF THE

TURBOBLOWERURL http://hdl.handle.net/10232/12840

遠心送風機の羽根形状に関する実験

著者 米倉 豊彦雑誌名 鹿児島大学工学部研究報告巻 14ページ 11-17別言語のタイトル EXPERIMENTS ON THE TYPES OF VANES OF THE

TURBOBLOWERURL http://hdl.handle.net/10232/00007766

遠心送風機の羽根形状に関する実験

米　　倉　　豊　　彦

(受理　昭和47年5月31日)

EXPERIMENTS ON THE TYPES OF VANES OF

THE TUR808LOWER

Toyohiko YONEKURA

As for the turboblower, there are various studies of the types of vanes or or the

impeller considering the effects of the inlet and exit angles of vanes.

In these experiments, We did the performance tests with each impeller and compared

the results with one another, holding the inlet angle constant and changing the exit angles,

e.q. or the backward curved, forward curved and radial vanes, and again holding the

intermediate vane in the center on the pressure side and the negative pressure side, of the

Vane.

1.緒　　　　　言

遠心送風機については,羽根形状による研究ある

いは羽根入口角や出口角などの影響を考慮した羽根

車についての研究がある.

本実験では,羽根入口を一定にして,出口角を変

えた場合, (後向き,前向きおよび径向き羽根)なら　nS㌧

びに径向き中間羽根を,羽根の中央部,圧力側また

は負圧側に取り付けた場合の各羽根車について性能

試験を行ないその結果について比較検討した.

2.理　　　　　論

(i)羽根車の理論

羽根車が回転すると,空気は遠心力により吸込ロか

ら吸込まれ羽根の問を通ってその外周から流れ出る.

図1はその羽根入口,出口における速度線図を示した

ものであって, (A)は羽根車出口における羽根角β2

が900より小なる場合, (a)はβ2-900で径向き

羽根, (C)はβ2>900の場合で前向き羽根と呼ばれ

る.

いま羽根数が無限大で,空気が羽根通路を一様に充

満して流れるものと考えた場合,理論全圧上昇　pthb

はつぎの式で表わされる.

pEh--‡(u2Cu2-〟1Cul) --(1)

また図1に示す速度線図より

W号- C至+u芋-2ulCICOSαl

〟 :羽根車の周速度(m/S)

C :流れの絶対速度(m/S)

W :流れの相対速度(m/S)

α :u　と　C　とのなす角

β :u　と　Wとのなす角

cu:絶対速度の円周方向成分(m/S)

添字1を羽根入口, 2を羽根出口を表わす

図1　速　度　線　図

W… - C茎+u茎-2u2C2COSα2

したがって

ulCZL1 - i- (cf+u卜W号)

u2Cu2 -与(舶u卜W…)

となるので前式は

p- -宣((紅C至)+(u2-uf)+(WトW…)ド(2)

となる.このうち, (C要一C至)/2gは運動エネルギの増

加で,その一部は羽根車を出てからあと,うず形室で

12 鹿児島大学工学部研究報告　　第14号

静圧に変換される. (u卜u空)/2gは遠心力による静圧

の上昇で遠心羽根車では最も重要なものである.また

(W壬-W呈)/2g　は羽根内における減速による静圧上昇

に変換されるエネルギである.

(ii)全圧および全圧理論空気動力

風量Q,羽根出口幅b2,羽根車出口半径をr2とし,

羽根車入口では空気が半径方向に流入するとすれば,

理論仝圧は

p--妄(u22--1421g面) ･･････(3)

これは羽根車を一定の回転数で回転させたときの関係

を示したもので,これを図示すれば図2のようにな

る.また羽根車に与えた理論全圧空気動力をLlhとす

れば,

･1- Q

p:圧力　Q:風量

図2 Q-p, L線図

Lth - i.Q ((ps2-Pst)× (1一等だ)

+ (pd21Pdl))(PS)　　　　　　---(4)

ただし¢:吸込状態に換算した風量(m3/min)

psl, Ps2:吸込口,吐出口の静圧(kg/m2)

pム1,Pd2:吸込口,吐出ロの動圧(kg/m2)

衝撃損失

p:仝圧, Q:風品

図3　QIP　線　図

㍍:断熱指数

となる.

図3の全圧pEh坤は無限羽根に対するものであるが,

実際は羽根数が有限であるための圧力減少により　pEh

となり,これから摩擦損失,衝撃損失を差引き結局曲

線APBが得られる.一方軸動力をLsとすれば

Ls-荒等(ps)　-(5)

ただしLs:軸動力(PS)

T:トルク(kg-m)

Ⅳ:回転数(rpm)

また全圧効率を甲　とすれば

7 -告　･･--(6)

となる.

3.実験装置および方法

実験装置の略図を図4に示す.

本実験では口径51/了両吸込型送風機を用いて, Ⅴ

ベルト駆動で回転数は一定にし,吐出量は仕切弁によ

トルクピックアップ � �5�68*B�YOx櫢�

喜 一_…_遠心送風機

′ヽ′ヽヽ ･'1'.､喜′＼/書一,羽根車整苧呈卜℃

ヽ､ー__一′ ヽ､■■一一- ヽヽ ��ｷ膤ﾔ辻ﾒﾕ�h自?ｨ�ｷ��ｷ艷ﾉ~ﾈ�?�?�?�?��一一1:=■=`コ 膿拒匡■『■■『■-

1,100｣｣300｣-1,500- ′′′′′′′′′′′′′′′1′′′′′′′′′′′′

3,000

図　4　　実　　験　　装　　置　　略　　図

米倉:遠心送風機の羽根形状に関する実験

38

図5　後向き羽根車(10枚羽根)

図6　前向き羽根車(10枚羽根)

38

図7　径向き羽根車(10枚羽根)

図8　径向き中間羽根付羽根車

り調節した.圧力測定にはピトー管を用いて,ゲッチ

ンゲン塾徴圧計で測定した.一方吐出畳も同様にピト

ー管を用いて測定した.また,軸動力の測定には羽根

の両軸受の中間部にトルクピックアップを取り付けて

静歪指示計により測定した.

13

試作した羽根車は薄鉄板を用いて,その接合部分は

鋲接にして,ボスの部分だけ鋳鉄製にした.入口角度

はいずれも900で,後向き羽根,前向き羽根,および

径向きの三通りとしそれらを図5,6,7に示す.

つぎに径向き羽根車の中間羽根の取り付け位置を変

えた場合を図8に示す.

4.実　験　結　果

後向き,前向き,および径向き羽根型の実験結果を

比較したものを図9(a), (b), (C),図10 (a), (b),

(C), (d)に示す.

なお,各羽根の取り付け位置を変えた場合の性能実

験結果を図11 (a), (b), (C),図12 (a), (b), (C),

(d)に示す. (2100rpmの場合)

なお,試作した全羽根車図5,6,7,および図8に

ついて,全圧,理論全圧空気動力,軸動力,および全

圧効率を比較したものが図13である.

5.実験結果と理論値との比較

(i)中間羽根の位置を変えた場合,正規の運転状

態においては羽根流路内の気流の相対流れは,羽根負

圧側すなわち理論的に空気相対速度の大きい領域を大

部分が流れており羽根圧力面付近はほとんど流れてい

ない.したがって,羽根車の羽根を増せば羽根流路内

の流れが整流される.しかし,羽根数を増せば摩擦抵

抗が大きくなり,一方羽根車入口面積が絞られ性能の

低下をきたすので,それを避ける手段として中間羽根

を用いた.

その結果,圧力側,中央,および負圧側の順に仝圧

は低下している.その理由は空気がほとんど流れてい

ない圧力側に中間羽根を取り付けることによって,そ

の部分の流れを誘起させ,したがって全圧も高められ

るためと思われる.

また流れの良い負圧側に取り付けることは,かえっ

て摩擦抵抗が増加するため圧力も低下するものと思わ

れる.

つぎに中央に取り付けた場合は,これらの中間の値

を示すことがわかる.一方軸動力はいずれの場合も同

程度である.

全圧空気動力は圧力側,中央,負圧側の順に小さく

なっている.

また全圧効率は全圧と同じく,圧力側,中央,負圧

側の版に低くなっている.

(ii)試作した全羽根車の性能についてそれぞれ比

鹿児島大学工学部研究報告

0　0　0　　　10 20　　　30

流量(m3/tdin)

(a)後向き羽根(10枚羽根)(2100rpm)

メ

0　0　0　　　10 20　　　30

流量(m3/min)

(b)前向き羽根(10枚羽根)(2100rpm)

/′.′~仝庄効率＼′

/･･一一一--

亡;i-7- /･{′

/ //理論全庄空気動力

0　0　0　　　10　　　20　　　30

流量(m3/min)

(C)径向き羽根(10枚羽根)(2100rpm)

図　9　　性　　能　　曲　　線

較すると,全圧は前向き羽根が最も高く径向き羽根,

圧力側中間羽根,中央部中間羽根の膿に低くなってい

るが,後向き羽根と負圧側中間羽根とはほとんど同じ

で最も低い全圧を示している.

(iii)全圧効率は,後向き羽根が最も良く,径向き

中間羽根(負圧側)が最も悪くなっている.また前向

き羽根は効率最高点は流量の多いほうにずれている.

したがって流量の少ないところでは前向きが最も効率

が悪い.

6.結　　　　　論

(i)後向き羽根,径向き羽根,ならびに前向き羽

(%)駄蚕TJ朝

(sd)Ff甫苛.LF宙媒創世朝鋸酎

(bvutJl)TJ軸

(bvEE)TJ朝1 50　　1

(sd)穴蔵畢只吾郎TJ軸繕酎ー･ 5　　1

(%)卦寮TJ朝　9 0

8070　6 0504 0

米倉:遠心送風機の羽根形状に関する実験 15

(2100r.p.m)

10　　20　　30

流最(m3/min)

(a)全圧

A >･-･･･

./

AAfCy=tt '･B=- ~〆~　C (2100,.p.m)

0　　10　　20　　30

(2100r.p.m)　　　　流量(mりmin)

(2100叩.m)

10　　20　　30

流量(mりmin)

10　　20　　30

流量(m3/min)

(b)軸動力　　　　(C)理論全圧空気動力　　(d)全圧効率

A:前向き羽根車(10枚羽根)a:径向き　〝　(　〝　)

C:後向き　〝　(　〝　)

図10　　性　　能　　曲　　線

/I,宅l誌. -㌔守/一･･′●●~

/I/ ･･急諭仝庄空気動力

0　0　0　　　10　　　20　　　30　　0

流量(mりmin)

0　0　　10　　　20　　　30

流量(mりmin)

(a)中間羽根を羽根の中央に取り付　(b)中間羽根を負圧側に取り付　(C)中間羽根を羽根の圧力側に取り付(2100 rpm)　　　　　　　　　　(2100 rpm)　　　　　　　　　　　(2100 rpm)

図11　径　向　き　羽　根　の　性　能　曲　線

根の三者について比較してみると,前向き羽根が三者　　い.

のうちでは,効率は最も惑いが,風量と仝圧ともに大　　　本実験で試作した羽根は羽根入口角を一定にして,

幸い.また径向き羽根車では,風量,全圧,および効　　出口角を変えたものであるが,羽根入口における衝突

率ともに前向き羽根と後向き羽根との中間である･　　損失や実験より得られた結果を考慮すると,羽根入口

つぎに後向き羽根では効率は他の羽根車よりも高　　角の影響を考慮した実験が十分でなかったので,羽根

0

　

　

　

　

0

　

　

　

　

0

0

　

　

　

　

5

　

　

　

　

0

2

-

1

(bvuJE)出軸

5

　

　

　

　

0

2

2

(sd)LF甫費

(sd)FF轟媒即出御鋸封

(%)静香出潮

0

　

0

　

0

　

0

　

0

0

　

0

7

6

　

5

　

4

　

3

2

　

1

(%)鮮家出軸

(sd)FF密書.只南端則TJ朝鋸酎

(bvuE)TJ却　5

日

U

只嚢.只禁則出御錦町ー

(sd)

噺家地軸90807 0

(%)

16 鹿児島大学工学部研究報告　第14号

A ��

B

C ��

2.lqrqT1

10　　20　　30 0　　10　　20　　30

流量(m3/min)　　　　　流量(m3/m舌n)

(a)全圧　　　　　　　(b)軸動力

10　　20　　　30

流量(mりmin)

(a)全圧

流量(m3 /min)　　　　　流量(m3/min)

(C)理論全圧空気動力　　　(d)全圧効率

圧力側に取付けた場合中央部　　　　′′

負圧側　　　　′′

図12　　中間羽根の取付位置を変えた場合

10　　20　　30

流量(m3 /mitt)

(b)理論仝圧空気動力

0 ID　　20　　30

流量( mγmin)

10　　20　　　30

流量(m3/min)

(C)軸動力　　　　(d)全圧効率

1:後向き羽根(10枚羽根)

2:径向き羽根(　〝　)

3:径向き羽根の中間羽根(圧力側)4:径向き羽根の中間羽根(中　央)

5:後向き羽根(10枚羽根)

6:径向き羽根の中間羽根(負圧側) (2100rpm)

図13

入口角の影響を考慮についても研究を進める必要があ

ると思われる.

(ii)径向き羽根車の中間羽根を中央部に取り付け

ると,性能が向上する,羽根の圧力側に流れがほとん

どない死水領域になっているので,この部分に中間羽

根を取り付けることは,この部分の流れを誘起してや

るのに有利であると思われる.

また中間羽根については,回転数が性能に影響する

ことが別の実験でわかったので,今後研究を進める必

要があると思われる.

羽根の中央部に中間羽根を取り付けることは,流路

の抵抗を増すが,羽根の負圧側に取り付けると,さら

に流路の抵抗が増加する.

おわりに本研究にあたって御指導をいただいた川畑

教授と松下助教授に厚く御礼を申しあげるとともに,

本実験に協力を得た本学卒業生,飯島,寺井,および

(dvuu)IJ朝1 50　100　50

(dvutu)TJ軸

(sd)～:苗遷ー･ 5　1

0

　

　

　

　

5

　

　

　

　

0

　

　

　

　

5

2

-

1

0

(sd)トへ南端即TJ朝纏酎

(%)線香出潮009 0807 060504 0302 0川

l

米倉:遠心送風機の羽根形状に関する実験　　　　　　　　　　　　　　17

堀君に感謝の意を表します.

文　　　　　献

渡部　一郎　空気機械　　　　(昭37)コロナ社

(遠心･軸流)

生井　武文　送風機と圧縮機　(昭38)朝倉書店

池谷　武雄　水力機械ⅠⅠ　　(昭44)東京電気大学

内丸最一郎　送風機及圧縮機　(昭47)技報堂　　　　　日本機械学会　機械工学便覧4　(昭26)