前方湾曲電動インペラ
必要な体積流量を定義したら、それが新鮮な空気を供給するためであれ、プロセス冷却のためであれ、これをファンがアプリケーション内で遭遇する流れ抵抗と組み合わせる必要があります。体積流量（m³/hr）と圧力（パスカル - Pa）の組み合わせが、ファンが動作すべきデューティポイントとなります。必要なデューティポイントとピーク効率またはその付近で性能特性が一致するファンを選択することが重要です。ファンをピーク効率で使用することで、必要な性能を維持しながら、消費電力とファンから発生する騒音を最小限に抑えることができます。
前屈遠心ファンはどのように機能しますか?
「遠心ファン」という名称は、空気の流れの方向と、空気が軸方向からインペラに入り、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の流れ方向の違いは、空気がインペラの円周から排出される方向です。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、前向き湾曲型インペラでは空気はファンの円周に対して接線方向に排出されます。
前湾曲型遠心ファンは、円筒形の形状と、インペラの円周上に多数の小さな羽根が配置されているのが特徴です。下図の例では、ファンは時計回りに回転します。
後向き湾曲インペラとは異なり、前向き湾曲インペラには、インペラブレードの先端から放出される高速の空気を低速の静力に変換するハウジングが必要です。ハウジングの形状は、空気の流れを出口へと導く役割も担っています。このタイプのファンハウジングは一般的にスクロールハウジングと呼ばれますが、ボリュート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。前向き湾曲インペラをスクロールハウジングに取り付ける場合、通常は前向き湾曲ブロワーと呼ばれます。
以下に示すように、前方に湾曲した電動インペラを採用したブロワーには 2 つのタイプがあります。
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（ここでは取り付けフランジ付き）へと導きます。ダブルインレットブロワーは、より幅広のスクロールハウジングを備え、スクロールの両側から空気を吸い込み、より幅広の四角いアウトレットへと導きます。
後方に湾曲した遠心ファンと同様に、インペラブレードの吸引側がファンの中心から空気を吸い込み、その結果、入口と排気口の間で空気の流れの方向が 90 度変わります。
ファン特性
前向き湾曲遠心ファンの最適な作動面積は、高圧運転時です。前向き湾曲遠心ファンは、低い流量に対して高い圧力が求められる場合に最も効果的に機能します。下のグラフは、最適な作動面積を示しています…
体積流量はX軸に、システム圧力はY軸にプロットされます。システム内に圧力がかかっていない場合（ファンが自由に回転している場合）、前向き湾曲遠心ファンは最大の体積流量を生成します。ファンの吸気側または排気側に流れ抵抗が加わると、体積流量は減少します。
低圧かつ最大流量で運転する前向き湾曲ブロワーを選択する際には注意が必要です。この状態では、インペラは軸流ファンが曲線の鞍点（サドルポイント）で運転するのと同様に、空力失速状態で運転します。この状態では、乱流の影響で騒音と消費電力がピークに達します。
効率のピークは、特性曲線の「膝」と呼ばれる点にあります。この点で、ファンの出力（体積流量（m³/s）×静圧発生（Pa））と電力入力（W）の比率が最大となり、ファンから発生する音圧は最も小さくなります。最適な動作範囲の上下では、ファンを流れ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。
単一入口の順方向湾曲型電動インペラを使用する利点は、急峻なファン特性を持つことです。これは、一定の濾過レベルが求められるシステムに特に有効です。空気が微粒子フィルターを通過すると、フィルターは空気中の塵や花粉を捕らえます。濾過レベルが細かいほど、フィルターに捕らえられる粒子は小さくなります。時間の経過とともに、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のにより多くの圧力が必要になります。このような場合に急峻な特性曲線を持つ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、流量は一定のまま、フィルターにかかる圧力は増加します。
両吸気口の順方向湾曲インペラを使用する利点は、比較的小型のブロワーから高流量を供給できることです。ただし、両吸気口ブロワーを使用することで生じる欠点は、圧力発生率が低いため、低圧システムでしか使用できないことです。
取り付けオプション
前述の通り、前向き湾曲の電動インペラは、ブレードの先端で高速の空気を発生させます。この空気は、動圧を静圧に変換するために、方向を変えて減速する必要があります。これを促進するために、インペラの周囲にスクロール構造を形成します。この形状は、インペラ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。後向き湾曲ファンと同様に、入口リングとインペラの開口部の間にわずかな重なりを持たせることが推奨されます。両方の取り付けに関する考慮事項は、下の図に示されています。
入口リングの直径は、空気の再循環を避けるために、インペラとリングの間に小さな隙間のみを許可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
ファンの吸気口と側面に十分なクリアランスを確保することが重要です…
ファンの吸込側のクリアランスが不十分だと、吸込速度が上昇し、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が低下し、騒音が増加し、ファン効率が低下します。
入口と排気の条件に関する一般的な推奨事項は次のとおりです。
入口側
- ファンの入口からファン直径の1/3の距離以内に障害物や流れの方向の変化がないこと
要約 – 前屈遠心ファンを選択する理由
ファン特性において、システム圧力が高く、流量が低い領域で必要なデューティポイントが該当する場合は、片側入口の順方向湾曲遠心ファンを検討する必要があります。限られたスペース内で高流量が必要な場合は、両側入口の順方向湾曲遠心ファンを検討する必要があります。
ファンは、特性曲線の屈曲点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、ファン特性曲線の高圧限界に近い位置にあり、この位置でファンは最も静かに動作します。最適範囲外（高流量の極限）での動作は避けるべきです。これらのポイントでは、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で動作するためです。低圧・高流量の環境では、負荷時のモータの動作温度を考慮する必要があります。モータ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、可能な限り滑らかで層流に保つ必要があります。効率を最大化するには、ファンの入口にインペラ直径の少なくとも1/3の隙間を確保する必要があります。インペラ入口に重なるインレットリング（インレットノズル）を使用することで、空気がファンを通過する前の流れの乱れを除去し、乱流による騒音を低減し、デューティポイントでの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。
急峻な動作特性、単一入口ブロワーの高圧能力、および二重入口ブロワーの高流量能力により、前方湾曲ファンは、幅広い設置にわたって検討する価値のあるオプションとなります。
投稿日時: 2023年8月16日