(57)【要約】      （修正有）【課題】カルマン渦に起因する騒音を防止できる羽根車を提供する。【解決手段】羽根車１０は、回転方向Ｒに並んで配置された複数の羽根１２を備える。少なくとも１つの羽根１２の後縁には線状部材１３が後縁をなす面に沿って密着するように取り付けられている。線状部材１３は、後縁の稜線に沿って延びるように、或いは、後縁の稜線に対して斜めに延びるように取り付けられている。また、線状部材13は、すべての羽根１２の後縁に取り付けられても良く、その断面は円形状である。【選択図】図１Ｂ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転方向に並んで配置された複数の羽根を備え、
少なくとも１つの羽根の後縁には線状部材が前記後縁をなす面に沿って密着するように取り付けられている、
ことを特徴とする羽根車。
【請求項２】
前記線状部材は、前記後縁の稜線に沿って延びるように取り付けられている、
ことを特徴とする請求項１に記載の羽根車。
【請求項３】
前記線状部材は、前記後縁の稜線に対して斜めに延びるように取り付けられている、
ことを特徴とする請求項１に記載の羽根車。
【請求項４】
前記線状部材は、すべての羽根の後縁に取り付けられている、
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の羽根車。
【請求項５】
前記線状部材の断面は円形状である、
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の羽根車。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の羽根車を備えた流体機械。
【請求項７】
回転中の羽根車から生じる音を計測し、騒音の問題があるか否かを判定するステップと、
騒音の問題があると判定された場合には、前記羽根車の径方向における騒音源の位置を特定するステップと、
前記羽根車が備える少なくとも１つの羽根の後縁のうち前記騒音源の位置に対応する径方向の領域に、線状部材を前記後縁をなす面に沿って密着するように取り付けるステップと、
を含むことを特徴とする羽根車の騒音防止方法。
【請求項８】
回転中の前記羽根車から生じる音を計測し、騒音の問題があるか否かを判定するステップと、
騒音の問題があると判定された場合には、前記線状部材を前記羽根の後縁から一旦取り外し、取り付ける位置または向きを変えて前記羽根の後縁に再度取り付けるステップと、
をさらに含むことを特徴とする請求項７に記載の羽根車の騒音防止方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、羽根車、流体機械、羽根車の騒音防止方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
気体中や水中に設置された翼（羽根ともいう）の後縁からは、しばしばカルマン渦が発生する。この渦は騒音源となる。とくに船舶のスクリュープロペラでは、翼後縁に発生するカルマン渦が、翼との連成振動源となり、鳴音と呼ばれ、対策が必要な事象である。
【０００３】
非特許文献１では、鳴音防止法として、翼後縁の丸みや翼後縁近くから翼後縁までに、片側だけテーパ角を付けるような切削を行うことが提案されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】川添強他、「最近のプロペラ鳴音の特徴とその防止法の研究」、長崎大学工学部研究報告Ｖｏｌ．２８（５０）ｐ．１５−１９、１９９８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、非特許文献１記載の従来の方法では、どのような寸法や形状で翼後縁を整形するのか十分な資料が無く、試行錯誤の改善作業とならざるを得ないなど、煩雑である。また、翼の形状それ自体を変化させるため、翼本来の性能への影響も大きい。
【０００６】
本発明は、以上のような点を考慮してなされたものでる。本発明の目的は、カルマン渦に起因する騒音を防止できる羽根車、流体機械、羽根車の騒音防止方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の態様に係る羽根車は、
回転方向に並んで配置された複数の羽根を備え、
少なくとも１つの羽根の後縁には線状部材が前記後縁をなす面に沿って密着するように取り付けられている。
【０００８】
このような態様によれば、羽根車の回転中に、少なくとも１つの羽根の後縁に取り付けられた線状部材が流れに小さな剥離を起こすことで、羽根の後縁に発生する大きなカルマン渦の構造が変化し、すなわちカルマン渦の発生周波数がずれる。これにより、カルマン渦の発生周波数と羽根の固有振動数との共振周波数が変化する。したがって、たとえば従来は人間の可聴域で発生する鳴音による騒音が問題となっていた場合であっても、このような態様により、カルマン渦と羽根との共振により発生する鳴音の周波数を人間の可聴域外にずらすことができ、これにより、カルマン渦に起因する騒音を防止できる。
【０００９】
本発明の第２の態様に係る羽根車は、第１の態様に係る羽根車であって、
前記線状部材は、前記後縁の稜線に沿って延びるように取り付けられている。
【００１０】
このような態様によれば、線状部材が羽根の後縁における流体の流れを妨げるように位置することになるため、羽根車の回転中に、線状部材により流れに小さな剥離を起こす効果を高めることができる。これにより、羽根の後縁に発生する大きなカルマン渦の構造が効果的に変化させることができ、結果的に、カルマン渦に起因する騒音をより効果的に防止できる。
【００１１】
本発明の第３の態様に係る羽根車は、第１の態様に係る羽根車であって、
前記線状部材は、前記後縁の稜線に対して斜めに延びるように取り付けられている。
【００１２】
このような態様によっても、線状部材が羽根の後縁における流体の流れを妨げるように位置することになるため、羽根車の回転中に、線状部材により流れに小さな剥離を起こす効果を高めることができる。これにより、羽根の後縁に発生する大きなカルマン渦の構造が効果的に変化させることができ、結果的に、カルマン渦に起因する騒音をより効果的に防止できる。
【００１３】
本発明の第４の態様に係る羽根車は、第１〜３のいずれかの態様に係る羽根車であって、
前記線状部材は、すべての羽根の後縁に取り付けられている。
【００１４】
このような態様によれば、カルマン渦に起因する騒音をより効果的に防止できる。
【００１５】
本発明の第５の態様に係る羽根車は、第１〜４のいずれかの態様に係る羽根車であって、
前記線状部材の断面は円形状である。
【００１６】
このような態様よれば、羽根の後縁に線状部材を取り付ける作業の施工性を高めることができる。
【００１７】
本発明の第６の態様に係る流体機械は、第１〜５のいずれかの態様に係る羽根車を備える。
【００１８】
本発明の第７の態様に係る羽根車の騒音防止方法は、
回転中の羽根車から生じる音を計測し、騒音の問題があるか否かを判定するステップと、
騒音の問題があると判定された場合には、前記羽根車の径方向における騒音源の位置を特定するステップと、
前記羽根車が備える少なくとも１つの羽根の後縁のうち前記騒音源の位置に対応する径方向の領域に、線状部材を前記後縁をなす面に沿って密着するように取り付けるステップと、
を含む。
【００１９】
本発明の第８の態様に係る羽根車の騒音防止方法は、第７の態様に係る羽根車の騒音防止方法であって、
回転中の前記羽根車から生じる音を計測し、騒音の問題があるか否かを判定するステップと、
騒音の問題があると判定された場合には、前記線状部材を前記羽根の後縁から一旦取り外し、取り付ける位置または向きを変えて前記羽根の後縁に再度取り付けるステップと、
をさらに含む。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、カルマン渦に起因する騒音を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１Ａ】図１Ａは、一実施の形態に係る羽根車を備えた流体機械の構成を示す内部側面図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、一実施の形態に係る羽根車の構成を示す平面図である。
【図２】図２は、図１Ｂに示す羽根車の羽根のＡ−Ａ線に沿って切断した断面を示す図である。
【図３】図３は、図２に示す羽根の後縁部分を拡大して示す図である。
【図４】図４（ａ）は、一実施の形態に係る羽根車の羽根の後縁部分を流れ方向から見た図である。図４（ｂ）は、一実施の形態に係る羽根車の羽根の後縁部分を回転方向から見た図である。
【図５】図５は、一実施の形態に係る羽根車の騒音防止方法の一例を示すフローチャートである。
【図６】図６（ａ）は、第１変形例に係る羽根車の羽根の後縁部分を流れ方向から見た図である。図６（ｂ）は、第１変形例に係る羽根車の羽根の後縁部分を回転方向から見た図である。
【図７】図７（ａ）は、第２変形例に係る羽根車の羽根の後縁部分を流れ方向から見た図である。図７（ｂ）は、一実施の形態の第２変形例に係る羽根車の羽根の後縁部分を回転方向から見た図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下に、添付の図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、以下の説明および以下の説明で用いる図面では、同一に構成され得る部分について、同一の符号を用いるとともに、重複する説明を省略する。
【００２３】
図１Ａは、一実施の形態に係る羽根車１０を備えた流体機械１の構成を示す内部側面図である。図１Ｂは、一実施の形態に係る羽根車１０の構成を示す平面図である。
【００２４】
以下では、羽根車１０を備えた流体機械１の一例として軸流ポンプについて説明するが、軸流ポンプはあくまで一例であり、本実施の形態に係る流体機械１は軸流ポンプに限定されるものではなく、たとえば、斜流ポンプや遠心ポンプであってもよいし、送風機や圧縮機であってもよいし、船舶や飛行機のプロペラであってもよい。
【００２５】
図１Ａに示すように、流体機械１は、内部に流体の流路を確定するケーシング２と、ケーシング２の内部に一端が挿入された回転軸１１と、回転軸１１の当該一端に固定された羽根車１０と、回転軸１１の他端に接続された原動機３とを備えている。
【００２６】
原動機３からの動力により回転軸１１が回転方向Ｒに回転されると、ケーシング２の内部に配置された羽根車１０が回転軸１１と一体に回転方向Ｒに回転され、これにより、ケーシング２内の流体が羽根車１０から圧力を受けて流動され、ケーシング２の一端から流体が吐き出されるとともに、ケーシング２の他端から新たな流体が吸い込まれるようになっている。
【００２７】
図１Ｂに示すように、羽根車１０は、回転軸１１の回転方向Ｒに等間隔に並んで配置された複数（図示された例では３枚）の羽根１２を有している。
【００２８】
複数の羽根１２の各々は回転軸１１に固定されており、回転軸１１の回転に伴って一緒に回転方向Ｒに旋回される。これにより、図１Ｂにおいて紙面に垂直な向き（紙面手前から奥へと向かう向き）で流体が流れるようになっている。
【００２９】
図２は、羽根１２のＡ−Ａ線に沿って切断した断面を示す図である。図２に示すように、羽根１２は、前縁１２ａから後縁１２ｂまで滑らかに延びるような流線形状の断面を有している。ここで、前縁１２ａとは、羽根車１０が回転方向Ｒに回転される際に、羽根１２の進行方向（回転方向Ｒ）前側の縁をいい、後縁１２ｂとは、羽根１２の進行方向（回転方向Ｒ）後側の縁をいう。
【００３０】
本実施の形態では、図１および図２に示すように、羽根１２の後縁１２ｂには、線状部材１３が後縁１２ｂをなす面に沿って密着するように取り付けられている。
【００３１】
一例として、羽根１２の材質が金属の場合には、線状部材１３として針金を用いることができる。この場合、線状部材１３は、羽根１２の後縁１２ｂをなす面に沿って密着するように配置され、羽根１２の後縁１２ｂをなす面に溶接されて固定される。
【００３２】
一変形例として、羽根１２の材質が樹脂の場合には、線状部材１３としては樹脂製の紐（ロープ）を用いてもよい。この場合、線状部材１３は、羽根１２の後縁１２ｂをなす面に沿って密着するように配置され、羽根１２の後縁１２ｂをなす面に接着剤で固定されてもよい。
【００３３】
図３は、羽根１２の後縁部分を拡大して示す図である。図示された例では、線状部材１３は、円形状の断面を有している。線状部材１３の直径は、たとえば１ｍｍ〜５ｍｍであるが、この範囲に限定されるものではなく、たとえば船舶や飛行機のプロペラのように比較的大型の羽根車１０の場合には、線状部材１３の直径はたとえば１０ｍｍ程度であってもよい。
【００３４】
羽根１２の後縁１２ｂに線状部材１３が取り付けられていることで、羽根車１０の回転中に、線状部材１３の部分で流体の流れに小さな剥離が起きる。これにより、羽根１２の後縁１２ｂに発生する大きなカルマン渦の構造が変化し、すなわちカルマン渦の発生周波数が変化する。
【００３５】
図４（ａ）は、羽根１２の後縁部分を流体の流れ方向Ｆから見た図であり、図４（ｂ）は、羽根１２の後縁部分を回転方向Ｒから見た図である。
【００３６】
本実施の形態では、図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、線状部材１３は、羽根１２の後縁１２ｂの稜線に沿って延びるように取り付けられている。図示された例では、線状部材１３の数が２本であるが、これに限定されるものではなく、線状部材１３の数は１本または３本以上であってもよい。
【００３７】
線状部材１３が後縁１２ｂの稜線に沿って延びるように取り付けられていることで、羽根１２の後縁１２ｂにおける流体の流れが線状部材１３によって妨げられる。これにより、羽根車１０の回転中に、線状部材１３により流れに小さな剥離を起こす効果を高めることができる。
【００３８】
次に、以上のような構成からなる羽根車１０の騒音防止方法について図５を参照して説明する。図５は、羽根車１０の騒音防止方法の一例を示すフローチャートである。
【００３９】
図５に示すように、まず、羽根車１０を回転させ、回転中の羽根車１０から生じる音を計測する（ステップＳ１０）。
【００４０】
次いで、音の計測結果に基いて、騒音（すなわち、人間の可聴域での鳴音）があるか否かを判定する（ステップＳ１１）。
【００４１】
騒音があると判定された場合には（ステップＳ１１：ＹＥＳ）、羽根車１０の径方向における騒音源の位置を特定する（ステップＳ１２）。具体的には、たとえば、指向性の強いマイクロホンを使用して騒音源の位置を特定してもよいし、音カメラまたは音響カメラにより作成された画像から騒音源の位置を特定してもよい。
【００４２】
そして、羽根車１０の回転を停止させ、少なくとも１つの羽根１２の後縁１２ｂのうち、特定された騒音源の位置に対応する径方向の領域に、線状部材１３を、当該後縁１２ｂをなす面に密着するように取り付ける（ステップＳ１３）。
【００４３】
次に、線状部材１３が取り付けられた羽根車１０を再び回転させ、回転中の羽根車１０から生じる音を計測する（ステップＳ１４）。
【００４４】
次いで、音の計測結果に基いて、騒音（すなわち、人間の可聴域での鳴音）があるか否かを判定する（ステップＳ１５）。
【００４５】
騒音があると判定された場合には（ステップＳ１５：ＹＥＳ）、羽根車１０の回転を停止させ、線状部材１３を羽根１２の後縁１２ｂから一旦取り外した後、取り付ける位置または向きを変更して線状部材１３を再度取り付ける（ステップＳ１６）。そして、騒音がなくなるまでステップＳ１５およびＳ１６を繰り返して、線状部材１３の取り付け位置または向きを調整する。
【００４６】
以上のような本実施の形態によれば、羽根車１０の回転中に、少なくとも１つの羽根１２の後縁１２ｂに取り付けられた線状部材１３が流れに小さな剥離を起こすことで、羽根１２の後縁１２ｂに発生する大きなカルマン渦の構造が変化し、すなわちカルマン渦の発生周波数がずれる。これにより、カルマン渦の発生周波数と羽根１２の固有振動数との共振周波数が変化する。したがって、たとえば従来は人間の可聴域で発生する鳴音による騒音が問題となっていた場合であっても、このような態様により、カルマン渦と羽根１２との共振により発生する鳴音の周波数を人間の可聴域外にずらすことができ、これにより、カルマン渦に起因する騒音を防止できる。
【００４７】
また、本実施の形態によれば、線状部材１３が後縁１２ｂの稜線に沿って延びるように取り付けられており、羽根１２の後縁１２ｂにおける流体の流れが線状部材１３により妨げられることになるため、羽根車１０の回転中に、線状部材１３により流体の流れに小さな剥離を起こす効果を高めることができる。これにより、羽根１２の後縁１２ｂに発生する大きなカルマン渦の構造が効果的に変化させることができ、結果的に、カルマン渦に起因する騒音をより効果的に防止できる。
【００４８】
なお、線状部材１３の取り付ける向きは後縁１２ｂの稜線に沿った向きに限定されるものではない。
【００４９】
たとえば、図６（ａ）および図６（ｂ）に示すように、線状部材１３は、羽根１２の後縁１２ｂの稜線に対して斜めに延びるように取り付けられていてもよい。図示された例では、１本の線状部材１３が、後縁１２ｂの稜線に対してジグザグに位置するように、羽根１２の表面と裏面でそれぞれ折り返されながら、後縁１２ｂをなす面に沿って密着して固定されている。
【００５０】
このような態様によっても、線状部材１３が羽根１２の後縁１２ｂにおける流体の流れを妨げるように位置することになるため、羽根車１０の回転中に、線状部材１３により流れに小さな剥離を起こす効果を高めることができる。
【００５１】
あるいは、図７（ａ）および図７（ｂ）に示すように、線状部材１３は、羽根１２の後縁１２ｂの稜線に対して直角に延びるように取り付けられていてもよい。図示された例では、６本の線状部材１３がそれぞれ、羽根１２の表面から裏面に這うようにして、後縁１２ｂをなす面に沿って密着して固定されている。
【００５２】
このような態様によれば、線状部材１３が羽根１２の後縁１２ｂにおける流体の流れに沿うように位置することになるものの、羽根１２の後縁１２ｂに線状部材１３が取り付けられていることで、羽根車１０の回転中に、線状部材１３により流れに小さな剥離を起こすことが可能である。
【００５３】
また、上述した実施の形態では、図１Ｂに示すように、線状部材１３が羽根車１０のすべての羽根１２の後縁１２ｂに取り付けられているが、これに限定されるものではなく、少なくとも１つの羽根１２の後縁１２ｂに取り付けられていてもよい。線状部材１３が取り付けられた羽根１２の枚数が多いほど、カルマン渦に起因する騒音の防止効果を高めることができる。
【００５４】
以上、本発明の実施の形態および変形例を例示により説明したが、本発明の範囲はこれらに限定されるものではなく、請求項に記載された範囲内において目的に応じて変更・変形することが可能である。また、各実施の形態および変形例は、内容が矛盾しない範囲で適宜組み合わせることが可能である。
【符号の説明】
【００５５】
１      流体機械
２      ケーシング
３      原動機
１０    羽根車
１１    回転軸
１２    羽根
１２ａ  前縁
１２ｂ  後縁
１３    線状部材
Ｒ      回転方向
Ｆ      流れ方向
【図１Ａ】
2020133579.tif 000003
【図１Ｂ】
2020133579.tif 000004
【図２】
2020133579.tif 000005
【図３】
2020133579.tif 000006
【図４】
2020133579.tif 000007
【図５】
2020133579.tif 000008
【図６】
2020133579.tif 000009
【図７】
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