二重翼列遠心 ファンの空力特性 と乱流騒音について

長 崎大学

児玉 好雄 ･佐 々木壮 ‑

東 陶機器㈱

畠山 真

日本工業出版 ｢ターボ機械｣第30巻第12号 日工NO.2002.11.12.10‑

二重翼列遠 心 フ アンの空力特性 と乱流騒音 について‑ (1)7J∫

二重翼列遠心 フアンの空力特性 と乱流騒音 について

児 玉 好 雄 *1 畠 山 真 *2 佐 々木壮 ‑ *3

〔 論文〕

Ae r o d yna mi cCha r a c t e r i s t i c sa ndTur b ul e ntNo i s ei naDua l ‑ Ca s c a d e sCe nt r i f ug a lFa n

YoshioKODAMA,MakotoHATAKEYAMA andSouichiSASAKI

Theeffectsofthreeparameters;thel∝ationofthepartitionofimpeller,thebareratioandtheoutletangleofscrollcas‑ i●ngOntheturbulentnoiseandaerodynamiccharacteristics,wereexperimentallyInvestigatedinthedual‑cascadescentrifu‑

galfans.Inthisreport,Weproposedanewmethodtoestimatethewakewidthwhichisanimportantparametertocalculate theturbulentnoise.Itwasshownthatthefannoisebecamelowerwhenthebareratiowasfrom 90/oto250/oandtheoutlet angleofscrollcasingwasabout20 〇･Whentheinlet/Outletarearatioofuppercascadewasequaltothatofthelowercascade andbothoftheseareequaltoaboutunlty,thefannoisebecamelower.Thepredictedsoundpressurelevelagreeswellwith theexperimentalvaluesoftheoverallturbulentnoisewithL‑weightingandA‑weightingfunctions.

Keywotds:Dual‑CascadesCentrifugalFan,Fannoise,TurbulentNoise,AerodynamicCharacteristics

1

.緒言

遠心 フアンの空力特性 と騒音 は羽根車の入口 面積 と出口面積の比 に大 きく依存す る｡ この面 積比が小 さ くなるほ ど､前面 シュラウ ド近傍 に おけるは く離や逆流が発生 しやす く､そのスパ ン方向の領域 も広が り､空力特性や騒音特性 は 悪化す る｡ 一方､面積比 を大 きくすれば､相対 速度 が大 き くな り騒音 の増加 を招 く｡ この結 果､比騒音 レベル も高 くなる｡

そこで遠心 フアンの特性 を改善す るために著 者 らは羽根車の上部の内径 を広 げて､上部翼列 と下部翼列の内径 が異なる二重翼列遠心 フアン を製作 し､隔壁の位置 とスクロール広が り角が フアンの空力特性 と騒音 に及 ぼす影響 について 研 究 を行 った(1)｡ この結果､通常 の多翼遠心 フ アン (シロッコファン) に比べ て騒音 と空力特

*

1 長崎大学 工学部

E‑mail:[email protected]‑u.ac.jp

*2

東 陶機 器㈱ ､長崎大学 大学 院

*3 長崎大学 工学部

原稿受付 日 平 成14年6月12日

性がか な り改善 されることや遠距離場 で問題 に なるのは乱流騒音であることを明 らかに した｡

著者 らの一部 は送風機 の乱流騒音の理論解析 を行 い､音圧 レベルが動翼 によって作 られる後 流の幅 と相対速度の6乗 に比例するとい う予測 式 を提案 した(2)｡ さらに､ この式が種 々の フア

ンに適用 で きることを明 らかに した(2ト(

6 ) 0

二重翼列遠心 フアンの騒音特性 を改善す るた めには乱流騒音発生 に関与する因子 について詳 細 に調査 し､検討することが肝要である｡ 上述 の乱流騒音 の予 測式 を本研究 に適用す る場合､

後流の幅お よび羽根 に対する相対速度の予測が 重要である｡

上述の背景 に立脚 して本研究では､後流の幅 の予測法の導入 を試み るとともに､この予測法 の妥 当性 を二重翼列遠心 フアンと翼弦長の異な る二種類の単翼列遠心 フアンを用いて騒音 の予 測値 と実験値 との比較で明 らかに した｡ さらに 露出度､スクロール吐出角 などの因子が乱流騒 音 と空力特性 に及ぼす影響 についても検討 した｡

ターボ機械第30巻第12号 7

また､乱流騒音の予測は聴感補正 を施 してい ないL特性 と聴感補正 を施 したA特性 の両特性 で行 った｡

2

. お もな記号

A

, :入口/出口面積比 [=

( 7 E D, ･ 2 / 4) / 7 E D o L

,)]

an :

音速

( m/ S ) β

:動翼枚数

C

:翼弦長

( m)

または

( mm)

〟 :

^後流の幅

^{( m)}

^または

^{( mm)}

D,I :羽根車内径

( m)

または

( mm) D, ,:

羽根車外径

( m)

または

( mm)

d :羽根車頂点 と舌部間の間隔

( mm)

E :音響 出力

( W)

e :露出度 (o/o)

∫

:周波数

( Hz )

K.‑(A):A特性の音圧 レベルに基づ く 比騒音 レベル

( dB)

K∫(I,):L特性の音圧 レベルに基づ く 比騒音 レベル

( dB)

上 r :羽根出口のスパ ン長 さ

( mm)

〟 :

^{回転数 (叩}

^m)

〟

:音圧 (pa)

〝〝

:最小可聴音圧 (pa) 丹 :全圧 (pa)

Q :流量

( m

3

/ S )

または

( m

3

/ mi n)

R(0(.)'.角度o(.における

スクロールケーシングの半径

( m) r

:音源 と観測点間の距離

( m)

SPL,(A):

A

特性 における音圧 レベ ル

( dB)

SPL,(L):L特性 における音圧 レベル

( dB)

〟 :

^{代表相対速度}

( m/ S )

wm:平均相対速度

( m/ S )

〜

:スパ ン方向の距離

( mm)

zp :後面 シュラウ ドと隔壁 間の距離

( mm)

α :ス クロール角 (°eg.)

β2 :羽根 出口における流出角 (°eg.)

γ1

:羽根入口角 (°eg.)

γ2

:羽根 出口角 (°eg.)

♂

:フ ア ンの軸 中心 と観 測 点 との なす 角 (°eg.)

oc :村数 ら線 の出発点か らの角度 (°eg.)

od :ス クロール吐出角 (deg.) T7 :フアン効率

号 :取 り付 け角 (°eg.)

〟

:空気 の密度

( k g / m

3)

￠

^{:流量係数}

y :圧力係数

3

.乱流騒音の基礎式

羽根車の上流 に障害物がな く､羽根車 に流入 す る流 れの乱 れが小 さい場合 には､送風機か ら 発生す る騒音 は主 として翼後縁か ら放 出 され る 渦 に起 因す る｡ この騒音の音響出力Eは式(1)で 与 えられる(2ト (4)｡

E‑7 l BpJ DW6 d z/ ( 2 4 0 0 a o 3 ) ･

･･(1) ここでBは動翼枚 数､

p

は空気の密度 ､Dは 後流の幅､Wは代表相対速度､

Z

はスパ ン方向 の距離､ 恥 は音速である｡ 市販のソフ ト (タス クフロー)か ら求めた翼周 りの数値 シ ミュ レー シ ョン結果 (図省略)､翼弦長のほぼ中央 で は く離す ることが分か ったので､ これを参考 に し て入口相対速度 と出口相対速度の平均値すなわ ち平均相対速度 を本研究では代表相対速度 とし て用いた｡

一方 ､送風機 の乱流騒音 の場 合 ､音 の放 射 特性 は双極子形であるか ら､音響 出力月と観測 点の音圧

〝とは次 の ように関係付 けられる

(2ト (4)0

E/ 2‑4

7rr2p2

/ ( 3 pa

ncos20)

･

･･(2) ここでrは音源 と観測点 との距離で､実際 は 入口ノズル端か らマ イクロホ ンまでの距離であ る^｡

また､

β

は音源 を中心 としてフアンの軸中心 と観測点 との なす角 で､本実験 ではooである｡

二重翼列遠心 フ アンの空力特性 と乱流騒音 について‑ (3)777

上‑1か ー‑

Fig.1 Derinitionofthewakewidth

以上の関係 を基 に､次式 よ り観測点の音圧 レベ ル

( S P L , )

が求 まる(2ト(5)0

spLJ‑1010g10(P2/po2)

･

･･(3) ここで

po

は最小可聴音圧 で0.

0 00 02 Pa

である｡

なお､本研究で は聴感補正 を施 したA特性 に おける音圧 レベルの予測 も行 った｡ この予測 に 関 しては文献(7)に述べ ている予測法 を用 いた｡

4

.後流の幅の予測法

式(1)に示す ように､乱流騒音 を予測す るため には相対座標系 における後流 の幅βの算定が必 要である｡後流の幅 を得 る方法 として､後流 の 速度 変動波形 を用 い る方法 が あ る(4)(7)が ､本研 究で用いているような羽根枚数が非常 に多い フ

アンでは速度変動波形 を精度 良 く得 ること自体 簡単ではない｡ また､ この ような方法で後流の 幅 を計算す ることは非常 に煩雑である｡ これ を 簡単 に決定で きれば音圧 レベ ルの予測 にあたっ て好都合である｡ このことを考慮 して､本研究 で は､Fig.1に示す関係 に よ り後流 の幅

D

を近 似 的 に算定する方法 を試みた｡

Fig.1は遠心 フアン内の流 れの概 要 を示 した もので あ る｡流 れ は､負圧 面倒 で は設計 流 入 角γ1で流 入 し､円弧状 に流 れて流 出角β2で流 出す る｡ また､圧力面側 では､翼面 に沿 って流 れ､流 出角 β2で後縁 か ら流 出す る もの と仮 定 す る｡後縁 において流 れ方向 に垂直 な線 を立て

M

rO Gas r:i̲̲｣

∴ ･i L:.:･‑I:･̲:.Iti雪 ､■ Fig.2 Experimentalapparatusfornoisemeasurement

て正負両面 間の幅 をβとすれば､βが求め る後 流 の幅である｡

5

.実験装置及 び方法

Fig.2は騒音測定用 の装置の概要 を示 した も のである｡ 吸込 口には人口ノズルが取付 け られ てお り､吐 出 口 には長 さ1100mm､幅500mm､ 高 さ500mmの無響箱が設 けられている｡ 流量調 整 は無響箱 出口の ダンパで行 った｡ また電動機 か らの騒音 を遮断す るために､電動機 は フェル ト製吸音材が内張 してあるアル ミニウム製の箱 に収 め られてお り､ さらに箱全体 をゴム製遮音 材 で覆 ってい る｡ 騒音測定 は無響室で行 った｡

騒音 測定 位 置 は送風機 の 回転軸 中心 上 の入 口 ノズル端 か ら1m上流 の点であ る｡ 騒音計 か らの出力信号 はFFTアナライザ を用いて周波数 分析 した｡騒音 は聴感補正 を施 してい ないL特 性 と聴感補 正 を施 したA特性 で行 った｡ また､

空力特性 の測定 は文献(1)に示 した実験装置 を用 いて行 った｡

二重翼列遠心羽根車 (以後DC羽根車 と呼ぶ) をFig.3に､供試羽根車の概要 をFig.4に示す｡

二重翼列遠心羽根車 の上部翼列 と下部翼列 は隔 壁 で仕切 られている (Fig.4(a)参照)

｡

これには 隔壁 の位置が異 なる

DC28 2 2

､DC1

9 31

､DCl

1 3 9

の三種類 の羽根車がある｡ それ らの羽根車のス パ ン長 さと入 口/ 出口面積比

A,

をTablelに示 す｡ こ れ ら の 羽 根 車 を 内 蔵 した フ ア ン を

ターボ機械第30巻第12号 9

Fig.3 Dual‑cascadesimpeller

(a) DC2822impeller

書 . 葦

(b) sc9impeller

Pardtion

書 =T 竪

(C) sc19impeller Fig.4 Testimpeller

DC2822

､

DC1 931

､

DCl1 39

フ ア ン と呼 ぶ こ と にす る^｡

また､翼弦長が乱流騒音 に及 ぼす影響 を調べ るた め に､弦長 が

9 mm

と

1 9mm

の単翼 列 の羽根 車 も用 い て実験 を行 った｡前 者 を

sc9

羽根 車 ､ 後 者 を

sc1 9

羽根 車(1)と呼 ぶ ｡Table2に これ ら の羽根 車 の主要諸元 を示す｡ これ らの フ アンの 設 定 回転 数 は

28 00

叩

m

で あ り､羽根 車外 縁 にお け る周 速度 Uoは約

1 8. 5 m/

Sで あ る｡

Fig.5はス クロールケー シ ングを示 した もの で あ る｡ ケー シ ングは平行 壁 を有す るスパ イラ ル ケー シ ングであ り､ ス クロールの広 が り形状 は対 数 ら線形状 である｡ また､ ス クロールケ‑

Tab一e1 DimensionsoftheDC‑impeller

Ⅰmpeller Lrmm Ar DC2822 U.C. 28 0.86 L.C. 22 0.70 DC1931 U.C. 19 1.27 L.C. 31 0.50 DC1139 U.C. ll 2.20

Table2 Maindimensionsoftheimpeller

Ⅰmpeller U.C.DC2822L.C. SC9 SC9

β 120 100 loo loo

∫)P mm 125

Dj mm Ilo 88 88 110

C mm 9 19 19 9

上r mm 28 22 50 50

γl deg. 64.7 57.9 57.9 64.7 γ2 deg. 27.4 35.5 35.5 27.4

i

deg. 102 97 97 102

Fig.5 Schematicofthescrollcasing

シ ングの広 が り角 αは6⁰(1)であ る^｡ ス クロール 吐 出 角odと露 出 長 さ d はFig.5の よ う に定 め､dを羽根車外径D,,で除 して

1 00

倍 した もの を露 出度

e

と定義 し､百分率 で表 した｡ 国 中の

MPl〜MP4

は流動様 相 の計測 断面 で あ る^｡

計測 は5孔 球形 ピ トー管 を用 い てスパ ン方 向 には

5 mm

間隔の

9

点 で行 った｡ なお､舌部 と羽 根 車外径 の 間のす きまで定義 され る舌部 す きま

二重翼列遠心 フアンの空力特性 と乱流騒音 について･･･(5)719

㌔C.b

8

.6唱

山

21

Q

盲.6唱UOUuJnSSa占

Fig.6 Effectsoftheoutletangleatscrollcasingon characteristiccurves

はいずれの フアンとも6mmである｡

衛生機器のように比較的広 い出口面積 を必要 とす るに もかかわ らず､機器 その ものは小型化 を要す る機 器 におい ては､ ケー シ ング吐 出角 odをつけた り､露出度

e

を大 きくす る必要があ る｡

本研 究 で はス クロールケー シ ングの吐 出角

odとして､00､200の2種類 を､露出度

eとし

て

9%､25%､40%の 3

種類 を採用 した｡

6

.実験結果お よび考察

6‑ 1

空力特性

Fig.6は特性 曲線 に及 ぼす ス ク ロー ル吐 出 角odの影響 を示 した もの で あ る｡ 図 中の γ､

￠お よび 叩 はそれぞれ圧 力係 数 ､流 量 係 数 ､ 電動機 とフアンの総合効率であ る(1)｡ また､ 白 抜 き記号 は Odが

Oo

の場 合 を､黒 塗 り記号 は

200

の場 合 を示 してい る｡ Odを増加 させ れ ば､

効率 と圧力係数がほぼ全流量域 において上昇す る ことが分 かる｡

なお､ス クロール吐出角弘 を

300

にすればケ ーシング出口の舌部下流では く離 や逆流が生 じ て､圧力や フアン効率がかな り低下す る とい う 結果(8)か ら判断 して今 回は吐出角が3

00

の実験 は

%C.btDP田山

2 1

?

首

3唱

00 9 aJn SSの

占

Fig.7 Effectsofthebareratiooncharacteristiccurves

省略 した｡以上の結果 を考慮すれば､吐 出角の 最適値 は200近傍 に存在する と考 えられる｡

Fig.7は露 出度eが二重翼列遠心 フ アンの空 力特性 に及 ぼす影響 を示 した ものである｡ この 図 よ り､最大流量 は露出度が大 になるにつれて 増加す ること､最高効率 は露出度が

9%

と

25%

ではほ とん ど同 じであるが40%では若干低下す ること､圧力係数 に関 しては､ほぼ全流量域で 露出度 が25%の フアン (▲印)が､他の フアン

よ り若 干高 い こ と､ また露 出度40%の フ アン は､ どの露出度の フアンよりも､ほぼ全流量域 で効率が低下す るこ と､などが分かる｡

Fi9.8は設計流量 点 ￠

=0. 23

におけ る フアン 効率 の フ アンに よる差異 を示 した ものである｡

いずれの フアンも､露出度

e

が大 きくなるにつ れて効率 は低下す る｡ これは前述 した ように露 出度が大 になるにつれてスクロール出口 におけ るスクロールケーシングを通過 しない流 れが増 加 し､静圧の変換が効率 よく得 られない ことの ためである｡ 一方､DC28

22

フ アン

( ○

印) と

sc9

フアン (□印) とはほ とん ど効率 に差 はな いが ､sc1

9

フ アンは前二者 に比べ て､効率が

8 ‑1 0%低下 してい る

｡

これ はsc1

9

羽根 車 は羽根 車入 口/ 出 口の面 積比が後者が前二者 よ り小 さいために前面 シュ

ターボ機械 第30巻 第12号

1 1

10 20 30 40 50

Ba T er a t i o

,e %

Fig.8 Effectsofthebareratioonthefanefficiency

5

4uttu0.qtP!)VtOTeJh 2ー

0

0. 2 0. 4 0. 6 0. 8

1 Spanwisedistance,Z/i,

Fig.9 Spanwisedistributionofthewakewidth

ラウ ド近傍 では く離や逆流が生 じる領域が広が ることや､翼弦長が長いために境界層が発達 し やす く､後流の幅が広 くな り

( Fi g. 9

参照)､圧 力損失が増加す ることに基づいている｡

6‑2

流動様相

Fi g.9は後流の幅のスパ ン方向分布 を三種類

の フアンについて示 した ものである｡ なおスパ ン方 向の各点の値 は計測断面MPl〜MP4の

4

断 面

( Fi g. 5

参照)の平均値である｡

DC28 2 2

フア ン

( ○

印) は､スパ ン方向距離Z/ん が0.

3

近傍 まではsc1

9

フアン (△印) と後流の幅はほとん ど同 じであるが､0.

4

以上ではsc9(□印) とほ ぼ 同 じ値 にな る｡ またDC2822フ ア ンにお い てZ/L,が0.

3

近傍で後流の幅が低下するのはここ に隔壁があるためであ り､ この近傍 で流れが上 部翼列 と下部翼列の翼面 により沿 うようになる｡

spLu

Ai . 倉

3

0

P^

3^

P

t!t巴

tnaM 00′0411120=リ=リ

0. 2 0. 4 0. 6 0. 8 1

Spanwisedistance,Z/i,

Fig.10 Spanwisedistributionofthemeanrelativevelocity

スパ ン平均値 で は後流 の幅 はsc1

9

フ アンが ほぼ3.

5mm

､

DC28 22

フアンが2.

7mm

､SC9フア ンが2.

4mm

である｡

Fi g. 10

に平均 相対速度 wmのスパ ン方向分布 を示す｡w mを求め るに当た っては､入 口流 れ は羽根 に沿 って流 れると仮定 して入口相対速度 は計算 で求め､出口相対速度 は実験値 を用いて 算 出 した｡DC28

22

フ アンの相対速度 はスパ ン 方向距離

Z/

ん が0.

5

以上 でSC9フ アンとほぼ同 じになる｡ これは上部翼列の内径 がSC9フアン と等 しいためである｡ また､〜/ん が0.

4

以下で は内径 の小 さいSC1

9

よ りも相対 速度 は低 い｡

仝 スパ ンで平均すれば､DC28

22

と

DC1 9

フアン では差 はほ とん どないが､sc9フアンでは高 く なる｡ この ことは､入 口内径 を大 き くす れば､

入口相対速度が増加 し､ ひいては平均相対速度 の増加 につ なが る｡ このため､騒音が高 くなる ことが予測 される｡ しか しなが ら二重翼列遠心 フアンにす ることによって､平均相対速度のス パ ン平均値 を下げることがで きる｡ この ことは 騒音の低減化 につなが る もの と考 えられる｡

6‑ 3

騒音特性

Fi g. 11

はス クロール吐出角が二重翼列遠心 フ ァン騒音のスペ ク トル分布 に及ぼす影響 を示 し た ものである｡ いずれの吐出角 において も回転 騒音 [基本周波数

( 49 6 7 Hz )およびその高調波]

二重翼列遠心 フアンの空力特性 と乱流騒音 について･･･(7) 721

gp Td

SJuもtamSSaJdptmos

60

40

20

0 2000 4000 6000 8000 10000 Frequency,IHz

Fig.11Spectraldistributionofthefannoise

は現れていない｡ これは舌部す きまが6mmと比 較的広 い こと､動翼枚数が1

0 0

〜 120枚 と多いた め､翼 間で後流 の干渉が生 じ､後流が比較的近 距離で一様化 されるため と考 える｡ この ことは､

二重翼列遠心 フアンで問題 になる騒音 は乱流騒 音 であることを示す ものある^｡ ス クロール吐出 角が騒音のスペ ク トル分布 に及 ぼす影響 は小 さ いが､吐出角odがooのフアンは200のフアンに 比べ て仝周波数域で音圧 レベルが若干高い｡

送風機騒音の評価の一つ に音圧 レベ ルに流量 と圧 力 を加味 した式(4)で表 され る比騒音 レベ ル

K

sが ある｡ この値 が低 い ほ ど良好 な送風機 あるいは静音の送風機 と呼 ばれている｡

K

s

‑S PL‑1 0l o g

l

O ( QE i 2 ) +2 ･

･･(4) こ こで

S PL

は音 圧 レベ ル(dB)､Qは流 量 (m3/S)､ pTは全圧(pa)である｡Fig.12は二重翼列 遠心 フアンの隔壁の位置が仝帯域騒音 と比騒音 レベルに及ぼす影響 を示 した ものである｡ 図中 の白抜 き記号 は音圧 レベルを､黒塗 り記号 は比 騒音 レベ ル を表 してい る｡ 図中のDC2822は隔 壁が前面 シュラウ ドか ら下方28mmの位置 ､後 面 シュラウ ドか ら上方22mmの位 置(zp=22mm) にあることを示 している｡ 音圧 レベル､比騒音

レベ ルは ともに隔壁の位置が前面 シュラウ ドに 近づ くにつれて､す なわちzp=22mm､31mm､ 39mmの順 に､ ほぼ全流量域で高 くなる傾 向が 見 られ る｡ これはDC2822の場合 は上部翼列 と

qpcxで^ataS!OtZ0盟岩

ds

(V)qpTJSJa^atumSSaJdp

tm os

000人V54

3

0.1 0.2 FlowcoedlCient,♂

Fig.12ChangeinS比 andKswithnowrate

(V )e p TJ S

'P^

aT

UmSSaJdptmo

s

50

(V)qpSx.p^utus!otI3gPads

Fig.13 EffectsofthebareratioontheSPLandKs

下部翼列 の羽根入 口/出口面積比が ともに1近 くであるが､隔壁位置が前面 シュラウ ドに近づ くに従い､下部翼列 の面積比が1よ り低下 して 行 き､下部翼列 において隔壁 の下面近傍 の流 れ が悪 くな り､逆流 や渦などが発生 して翼面上の 境界層が発達 し､結果 として後流 の幅が厚 くな

ったため と考 え られ る｡

Fig.13は三種類 の羽根車の騒音特性 に及 ぼす 露出度 の影響 を設計流量 ￠が0.23について表 し た ものである｡ 図中の白抜 き記号 は音圧 レベ ル を､黒塗 り記号 は比騒音 レベ ルを示 してい る｡

Fig.13に示す音圧 レベルは露 出度が増加す るに つ れ て増 加 す るが ､増 加 率 はDC2822フ ア ン

( ○

印)が最 も低 く､

s c9

フアン (□印)が最

ターボ機械第30巻第12号 13

5

8

(

V

)

gp TdS .P^a IaJn SS巴d

ptmos 22 31 39

Locationofpartition･Zpmm

(V)qpSx

.Tぎ at aS! OtZ Og P a

ds

Fig.14 EffectsofthelocationofpartitionontheSPLandKs

も急激 に増加す る｡ また､いずれの露出度 に関 して も

DC2822

フアンが音圧 レベルが最 も低 い｡

黒塗 り記号で示 した比騒音 レベ ル も音圧 レベ ルの場合 と同様 なことがい える｡DC2822フア ン (●印)の場合は露出度が25%までほ とん ど 変化が無 く最 もレベルが低い｡ したがって､騒 音特性 の面か らはDC2822フアンが最 も静音性 に優 れた フアンといえる｡ またFig.8の フアン 効率 も勘案すればDC2822フアンが最 も良好 な フアンといえる｡ 以上の結果か ら､羽根車の入 口直径 を大 きくして二重翼列遠心 フアンにすれ ば､空力特性及 び騒音特性の両特性 ともに良好 になることが期待 され る｡ また､DC2822フア ンを用 いれば､両特性 をほ とん ど損 なうことな くス クロール出口面積 を広 げることが可能であ る｡

Fig.14は隔壁の位置が フアンの騒音特性 に及 ぼす影響 を示 した ものである｡ 後面 シュラウ ド か ら隔壁の位置 までの距離zpが広がるに したが って音圧 レベル (○印) は徐 々に増加す る｡

これは隔壁が前面 シュラウ ドに近づ くにつれ て下部翼列 において隔壁下面のは く離や逆流領 域 が広 が り (図省略)､ これに起 因す る騒音が 増 加 す るため と考 える｡ 一方 ､比騒音 レベ ル (△印) も音圧 レベルと同様の傾 向が見 られる｡

これ も下部翼列の面積比が1よ り小 さ くな りは

(V )q p T dS ' P^

aT

aJnS

S巴d

ptmo s

7 0

60

50

0 1 0 ^{2 0}

0u t l c t a ng le

,Cd

%

0

(V )

qp

Sx

'p

^

aT

aS!Ot ZDg T 邑 S

Fig.15 Effectsoftheout

l e

tangl

ea t s c r

o

l l c a s i n

^g

ontheSPLandKs

く離域や逆流域が増加 し､音圧 レベルが増加す ることに主 因がある｡以上の結果 より､本研究 範囲では二重翼列 フアンとして上部翼列 と下部 翼 列 の 入 口/ 出 口面 積 比 が と もに

1

に近 い

DC2822

フアンが最 も良好 な フアンであ る とい

える｡

Fig.15はスクロール吐出角 odが音圧 レベルに 及 ぼす影響 を示 した ものである｡ 白塗 り記号 の 音圧 レベ ル､黒 塗 り記号 の比騒音 レベ ル と も に､三種類 の フアンいずれ も吐出角がooの場合 よ り

200

の場合が低下 している｡ 吐出角 を3

00

に すれば､第

6

章の

1

節で述べ た ように圧力が低 下す るので､た とえ音圧 レベ ルが200の場 合 と 同 じであった と して も､比騒音 レベ ルが200の 場 合 よ り高 くなるのは避 け られないであろ う｡

したが って騒音特性の面か らも､吐出角 の最適 値 は200近傍 であろ う｡

Fig.16(a)､(b)は乱流騒音の仝帯域音圧 レベ ル の実験値 と予測値 の比較 を行 った ものである｡

450の太 い実線 は実験値 と予測値 とが一致 した 点 を結 んだ線 である｡ 細い実線 は±3dBの誤差 を示す線 である｡ Fig.16(a)はL特性 の結果であ る｡ 一方Fig16(b)は文献(7)に述べ た方法 を用 い て算 出 したA特性 の結果である｡全帯域音圧 レ ベ ルの実験値 と予測値 とはL特性 ､A特性 のい ず れ もほぼ±3dB以 内の精度 で一致す る ことが

二重翼列遠心 フアンの空力特性 と乱流騒音 について･･･(9)723

h)qpTdS.Pl

a

TamSS

巴 dp tm o

∽

65

0

5/｣U5(pきじ唱a占)

ち 0

^{55 60 65}

Soundpressurelevel,SPL dB(L) (Measured)

(a)withL‑weightingfunction

(papTPa占)(V)gpTJS.P^aTaJnSSaJdp

tm o

s

0

5′05

5

0

55 60 65

Soundpressurelevel,SPLdB(A) (MeaSured)

(b) w ith A‑weightingfunction

Fig.16 Comparisonofmeasuredsoundpressureleveland predictedvalues

分 か る｡ これ らの ことよ り､本研究で用 いた後 流 の幅の予測法 はほぼ妥 当であ る と考 える｡

7

.結言

本研究では､二重翼列遠心 フアンの空力特性 と騒音特性 に及 ぼす隔壁 の位置､スクロール吐 出角お よび露出度の影響 について実験的 に究明 した｡併せ て乱流騒音 に及 ぼす 因子の一つであ る後流の幅の予測法 について議論 した｡得 られ た結論 は以下の通 りである｡

① 隔壁 の位置が前面 シュラウ ドに近づ くほ ど下部翼列の流動状態が悪化す るため､隔 壁近傍 の後流の幅が増加 し､音圧 レベル と 比騒音 レベルは高 くなる｡

(参 設計点 においては､スクロール吐出角 を ooか ら

2 00

に広 げることで音圧 レベ ル と比 騒音 レベルの値 は若干低下す る｡ この こと は騒音面 と広 い出口面積 を使用 で きる とい う面か ら有用である｡ 実験結果か ら判断す れば､吐 出角 の最適値 は

2 00

近傍 に存在 す る｡

③ 露 出度 を増加 させ れ ば､scフ アンで は 効率 は低下 し､音圧 レベル と比騒音 レベ ル は高 くなる｡ しか しなが ら

DC2 8 2 2

フ アン では露出度 を

9%か ら 25%

まで増加 させ て も上述 の フ アン特性 はほ とん ど変 わ らな い｡ したが って､二重翼列 フアンでは フア ンの特性 を損 なわず にフアンの出口面積 を 広 げることが可能である｡

④ 本研究で提案 した後流の幅の予測法 を用 いれば､ ほぼ

±3dB

以内の精度 で二重翼列 フアンと単翼列 フアンの乱流騒音 のA特性 とL特性 の値 を予測す ることが可能である｡

<参考文献>

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(3)探野 ･児玉,低圧 の軸流 お よび斜流送風機 の音圧 レベ ル予測 ,機論 (B),5ト466 (1985),1825‑1832.

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ターボ機械 第30巻第12号 15