前方湾曲型電動インペラ
必要な風量（新鮮な空気の供給、またはプロセス冷却など）を定義したら、次に、ファンがアプリケーションで遭遇する流れ抵抗を考慮する必要があります。風量（m³/時）と圧力（パスカル - Pa）を組み合わせて、ファンが動作しなければならないデューティポイントを決定します。性能特性が要求されるデューティポイントとほぼ一致し、かつ最大効率に近いファンを選択することが重要です。ファンを最大効率で使用することで、必要な性能を発揮しながら、消費電力と騒音を最小限に抑えることができます。
前向き湾曲型遠心ファンはどのように動作するのですか？
「遠心ファン」という名称は、空気の流れの方向と、空気がインペラに軸方向に入り、ファンの外周から外側へ押し出される様子に由来しています。前向き湾曲型と後向き湾曲型の遠心ファンにおける流れの方向の違いは、空気がインペラの外周から出る方向です。後向き湾曲型インペラでは空気は半径方向に排出されますが、前向き湾曲型では空気はファンの外周から接線方向に排出されます。
前向き湾曲型遠心ファンは、円筒形の形状と、インペラの外周に多数の小さな羽根が配置されているのが特徴です。下の図に示すように、ファンは時計回りに回転します。
後方湾曲型インペラとは異なり、前方湾曲型インペラは、インペラブレードの先端から出る高速の空気を低速の静圧に変換するハウジングを必要とします。ハウジングの形状は、空気の流れを出口へと導く役割も果たします。このタイプのファンハウジングは一般的にスクロールと呼ばれていますが、ボルテックスハウジングやシロッコハウジングと呼ばれることもあります。前方湾曲型インペラをスクロールハウジングに取り付けた場合、通常は前方湾曲型ブロワーと呼ばれます。
下図に示すように、前方に湾曲した電動インペラを採用した送風機には2種類あります。
左側のシングルインレットブロワーは、ハウジングの片側から丸いインレットを通して空気を吸い込み、四角いアウトレット（取り付けフランジ付き）に送ります。ダブルインレットブロワーは、スクロールハウジングの幅が広く、スクロールの両側から空気を吸い込み、幅の広い四角いアウトレットに送ります。
後方湾曲遠心ファンと同様に、インペラブレードの吸込側はファンの中心から空気を吸い込むため、吸込口と排気口の間で気流の方向が90度変化する。
ファン特性
前向き湾曲型遠心ファンの最適な動作領域は、高圧で動作しているときです。前向き湾曲型遠心ファンは、少量の流量に対して高圧が必要な場合に最も効果を発揮します。下のグラフは、最適な動作領域を示しています。
X軸には体積流量、Y軸にはシステム圧力がプロットされています。システム内に圧力がかかっていない状態（ファンが自由に回転している状態）では、前向き湾曲遠心ファンが最大の体積流量を生み出します。ファンの吸込側または排気側に流れに対する抵抗が加わると、体積流量は減少します。
低圧・最大風量で運転する前向き湾曲型ブロワーを選定する際には注意が必要です。この状態では、軸流ファンが曲線上の鞍点で運転する場合と同様に、インペラは空力失速状態にあります。乱流のため、この状態では騒音と消費電力が最大になります。
効率が最大となるのは、特性曲線のニーと呼ばれる点です。この点では、ファンの出力電力（体積流量（m³/s）×静圧（Pa））と入力電力（W）の比が最大となり、ファンが発生する音圧も最も静かになります。最適な運転範囲を超えると、ファンを通過する風の騒音が大きくなり、ファンシステムの効率が低下します。
単一入口の前方湾曲型電動インペラを使用する利点は、ファン特性が急峻であることです。これは、一定のろ過レベルが求められるシステムで特に役立ちます。空気が粒子フィルターを通過する際、フィルターは空気中の塵や花粉を捕捉します。ろ過の精度が高いほど、フィルターで捕捉される粒子は小さくなります。時間が経つにつれて、フィルターは汚れやゴミで目詰まりし、同じ空気量を供給するためにより高い圧力が必要になります。この場合、特性曲線が急峻なインペラを使用すると、フィルターの目詰まりが進むにつれて、流量は一定に保たれ、フィルターにかかる圧力が上昇します。
二重入口前方湾曲インペラを使用する利点は、比較的小型のブロワーで大流量を実現できることです。一方、二重入口ブロワーを使用する際の欠点は、圧力発生が低いため、低圧システムでしか動作しないことです。
取り付けオプション
前述の通り、前方湾曲型電動インペラはブレード先端で高速の空気を発生させますが、この空気の流れを方向転換し減速させることで、動圧を静圧に変換する必要があります。そのため、インペラの周囲に渦巻き状の構造を設けています。この形状は、インペラの中心からファン出口までの距離の比率によって決まります。後方湾曲型ファンと同様に、吸気リングとインペラの開口部との間にわずかな重なりを持たせることを推奨します。これらの取り付けに関する考慮事項は、下記の図に示されています。
吸気リングの直径は、空気の再循環を防ぐために、インペラとリングの間にわずかな隙間しか生じないようにする必要があります。
取り付けに関する考慮事項 - クリアランス
ファンの吸込口と側面には十分なクリアランスを確保することが重要です。
ファン吸込側のクリアランスが不十分だと、吸込速度が増加し、乱流が発生します。この乱流は、空気がインペラを通過する際に増大し、ファンブレードから空気へのエネルギー伝達効率を低下させ、騒音の増加やファン効率の低下につながります。
吸気および排気条件に関する一般的な推奨事項は以下のとおりです。
入口側
- ファン入口からファン直径の1/3以内の距離に障害物や流れ方向の変化がないこと
要約 – 前向き湾曲型遠心ファンを選ぶ理由とは？
ファン特性曲線において、要求される運転点がシステム圧力が高く流量が少ない領域にある場合は、単一入口の前向き湾曲遠心ファンを検討すべきです。用途において、限られた空間内で大流量が必要な場合は、二重入口の前向き湾曲遠心ファンを検討すべきです。
ファンは、その特性曲線のニーと呼ばれる最適範囲内で選定する必要があります。効率が最大となる点は、ファンの特性曲線において高圧側の限界に近い位置にあり、そこでファンは最も静かに動作します。最適範囲外（大流量の極端な場合）での動作は避けるべきです。これらの点では、乱流とインペラブレードの空力効率によって騒音が発生し、インペラは空力失速状態になります。低圧かつ大流量の場合、負荷がかかった状態でのモーターの動作温度を考慮する必要があります。モーターが過熱する可能性があるためです。
インペラの入口側の空気は、できる限り滑らかで層流の状態に保つ必要があります。効率を最大化するには、ファン入口にインペラ直径の少なくとも1/3のクリアランスを確保する必要があります。インペラ入口に重なるようにインレットリング（インレットノズル）を使用すると、空気がファンを通過する前に流れの乱れを解消し、乱流による騒音を低減し、運転点における消費電力を最小限に抑え、効率を最大化することができます。
急峻な運転特性、単一吸込口ブロワーの高い圧力能力、および二重吸込口ブロワーの高い流量能力により、前方湾曲型ファンは幅広い設置環境において検討する価値のある有用な選択肢となります。
投稿日時：2023年8月16日