空気力学とは？ファンとタービンの負荷• ポータブルバランサー、振動分析装置「Balanset」は、破砕機、ファン、粉砕機、コンバインのオーガー、シャフト、遠心分離機、タービン、その他多くのローターの動的バランス調整に使用されます。 空気力学とは？ファンとタービンの負荷• ポータブルバランサー、振動分析装置「Balanset」は、破砕機、ファン、粉砕機、コンバインのオーガー、シャフト、遠心分離機、タービン、その他多くのローターの動的バランス調整に使用されます。

空気力とは何か？ファンとタービンの負荷

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空気力学の力を理解する

定義: 空気力とは何ですか?

空気力 空気力とは、ファン、ブロワー、コンプレッサー、タービンなどの回転部品および静止部品に、移動する空気またはガスによって作用する力です。これらの力は、圧力差、流動するガスの運動量変化、および流体構造相互作用によって生じます。空気力には、定常力（推力、ラジアル荷重）と非定常力（脈動）が含まれます。 ブレード通過頻度, 乱流によって誘発されるランダムな力）が 振動, ベアリングや構造物に負荷がかかり、場合によっては自己励起不安定性も発生します。.

空気力は、ポンプの水力の気相における同等の力ですが、圧縮性の影響、圧力と温度による密度の変化、非圧縮性液体システムには存在しない共鳴や不安定性を生み出す音響結合など、重要な違いがあります。.

空気力の種類

1. 推力

ブレード表面に作用する圧力による軸方向の力:

  • 遠心ファン: 圧力差により入口方向への推力が生じる
  • 軸流ファン: 空気の加速による反力
  • タービン: ガスの膨張によりブレードに大きな推力が生じる
  • 大きさ: 圧力上昇と流量に比例
  • 効果： 負荷 スラストベアリング, 、作成します 軸方向振動

2. ラジアル力

不均一な圧力分布による横方向の力:

定常ラジアルフォース

  • 住宅/ダクト内の非対称圧力
  • 動作点（流量）によって変化
  • 設計点における最小値
  • ベアリング荷重と1倍の振動を生成

回転ラジアル力

  • インペラ/ローターに非対称の空力負荷がかかる場合
  • 力はローターとともに回転する
  • 1倍の振動を作り出す アンバランス
  • 機械的不均衡と結合可能

3. ブレード通過時の脈動

ブレード通過速度における周期的な圧力パルス:

  • 頻度： ブレード数 × 回転数 / 60
  • 原因： 各ブレードは流れ場を乱し、圧力脈動を生み出す
  • 交流： 回転ブレードと固定支柱、ベーン、またはハウジングの間
  • 振幅： ブレードとステータのクリアランスと流れの条件によって異なります
  • 効果： ファン/コンプレッサーの騒音と振動の主な発生源

4. 乱流誘起力

  • ランダムフォース: 乱流渦と流れの剥離から
  • ブロードバンドスペクトル: 広い周波数範囲にわたって分散されたエネルギー
  • フロー依存: レイノルズ数と設計外運転で増加する
  • 疲労の懸念: ランダム荷重は部品の疲労に寄与する

5. 不安定な流れの力

回転失速

  • 環状部の周りを回転する局所的な流れの剥離
  • 同期周波数（ローター速度の0.2～0.8倍）
  • 激しい不安定な力を生み出す
  • コンプレッサーの低流量時によく見られる

うねり

  • システム全体の流れの振動（順方向と逆方向の流れ）
  • 非常に低い周波数（0.5～10 Hz）
  • 極めて高い力の振幅
  • 継続するとコンプレッサーが破壊される可能性がある

空気力学的発生源からの振動

ブレード通過周波数（BPF）

  • 支配的な空力振動成分
  • 振幅は動作点によって変化する
  • 設計外条件ではさらに高くなる
  • 構造共鳴を励起できる

低周波脈動

  • 再循環、失速、またはサージから
  • 振幅が激しい場合が多い（1倍の振動を超えることがある）
  • 設計点から離れた動作を示す
  • 動作条件の変更が必要

広帯域振動

  • 乱流と流れの騒音から
  • 高速度領域で上昇
  • 流量と乱流強度に応じて増加する
  • 音色成分ほど心配する必要はないが、流れの質を示す

機械的効果との結合

空気力学と機械の相互作用

  • 空気力によってローターが偏向する
  • たわみはクリアランスを変え、空気力に影響を与える
  • 結合不安定性を引き起こす可能性がある
  • 例: シール内の空気力がローターの不安定性に寄与する

空力減衰

  • 空気抵抗は構造振動を減衰させる
  • 一般的にプラス（安定化）効果
  • しかし、いくつかの流れの条件ではマイナス（不安定化）となる可能性がある
  • 重要 ローターダイナミクス ターボ機械の

設計上の考慮事項

力の最小化

  • ブレードの角度と間隔を最適化する
  • 脈動を減らすためにディフューザーやベーンレススペースを使用する
  • 広く安定した動作範囲を実現する設計
  • 音響共鳴を避けるため、ブレード数を考慮する

構造設計

  • 空気力学的負荷と機械的負荷を考慮したサイズのベアリング
  • 空気力によるたわみに十分なシャフト剛性
  • 励振源から分離されたブレードの固有振動数
  • 圧力脈動負荷に対応するように設計されたケーシングと構造

事業戦略

最適動作点

  • 空気力を最小限に抑えるために設計点付近で運転する
  • 非常に低い流量（再循環、失速）を避ける
  • 非常に高い流れ（高速度、乱流）を避ける
  • 最適なポイントを維持するために可変速度を使用する

不安定さを避ける

  • コンプレッサーのサージラインの右側に留まる
  • サージ対策制御を実装する
  • 失速開始の監視
  • ファンとコンプレッサーの最小流量保護

空気力は、空気移動装置およびガス処理装置の運用と信頼性にとって不可欠です。これらの力が運転条件によってどのように変化するかを理解し、その振動特性を認識し、設計点付近での運転を通じて非定常空気力を最小限に抑えるように装置を設計・運用することで、産業用途におけるファン、ブロワー、コンプレッサー、タービンの信頼性と効率性を確保できます。.

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