
工業用ファンや送風機は、建物やその他の構造物のさまざまな場所に大量の空気やガスを供給し、送り込むことを主な機能とする機械です。これは、ハブとシャフトに接続された多数のブレードをモーターまたはタービンで回転させることで実現されます。これらの機械式ファンの流量は、毎分約200立方フィート(5.7 m³ )から2,000,000立方フィート(57,000 m³ )の範囲です。送風機は、流れに対する抵抗が主にファンの下流側にある場合に作動するファンの別名です。
工業用ファンが生み出す空気やガスの連続流には、燃焼、換気、通気、微粒子輸送、排気、冷却、空気清浄、乾燥など、多くの用途があります。利用されている産業分野は、発電、公害対策、金属製造・加工、セメント製造、鉱業、石油化学、食品加工、極低温技術、クリーンルームなど多岐にわたります。
ほとんどの産業用ファンは、遠心ファンと軸流ファンの2つの一般的なタイプに分類できます。
遠心式設計では、回転するディスクと、ディスクに対して直角に取り付けられたブレードによって発生する遠心力を使用して、空気またはガスに動きを与え、圧力を高めます。ハブ、ディスク、ブレードのアセンブリはファンホイールとして知られており、多くの場合、空力機能または構造機能を持つ他のコンポーネントが含まれています。遠心ファンホイールは通常、中央に穴が開いたオウムガイの殻に似た渦巻き状のファンハウジング内に収められています。回転するファン内の空気またはガスはホイールの外側に投げ出され、ハウジングの最大直径にある出口に排出されます。これにより、中央の穴からホイール内にさらに空気またはガスが吸い込まれます。[ 1 ]空気またはガスを業界の要件に合わせて供給および/または排出するために、ファンハウジングに吸気ダクトと排気ダクトが取り付けられていることがよくあります。
遠心ファンには様々な種類があり、ファンホイールの直径は3cm未満から4.9m(16フィート) を超えるものまで多岐にわたる。
軸流ファンは、軸方向の力を利用して空気やガスを移動させます。中心ハブを回転させ、その外径から放射状に伸びるブレードを駆動します。流体はファンホイールの軸、つまり回転軸に平行に移動します。軸流ファンは、多くの場合、短い円筒形のダクト内に収められており、そこに吸気ダクトと排気ダクトを接続できます。
軸流ファンのファンホイールの直径は通常、1フィート(0.3メートル)未満から30フィート(9.1メートル)以上までですが、軸流冷却塔のファンホイールの直径は82フィート(25メートル)を超える場合もあります。
一般的に、軸流ファンは大量の風量が求められる場合に使用され、遠心ファンは風量と高圧の両方が求められる場合に使用されます。軸流ファンは低圧で大量の風量を発生させます。軸に平行に空気を吸い込み、まっすぐに押し出します。
用途に応じたファン設計を決定するには、いくつかの方法があります。
用途要件が大きく変わらず、適用可能なファン設計の直径が約4フィート(1.2メートル)以下である業界では、標準設計または既製設計が選択される場合がある。
より複雑な仕様や大型ファンを必要とする用途では、既存のモデル構成に基づいた設計で要件を満たすことがよくあります。多くのモデル構成は、現在の業界プロセスの範囲を既に網羅しています。ファンメーカーのカタログから適切なモデルを選択し、同社のエンジニアが設計ルールを適用して寸法を計算し、必要な性能、強度、動作環境に合わせてオプションと材料を選択します。
用途によっては、すべての仕様を満たすために、ファン設計に専用のカスタム構成が必要となる場合があります。
産業用ファンの設計はすべて、構造的完全性を維持しながら性能仕様を満たすように正確に設計されなければなりません。用途ごとに、特定の流量と圧力の要件があります。用途によっては、ファンは高速回転、腐食性化学物質や研磨性のある気流のある運転環境、極端な温度にさらされる可能性があります。ファンが大型化し、回転速度が速くなると、回転構造にかかる力が大きくなります。安全性と信頼性を確保するためには、設計において過剰な応力と励起共振周波数を排除する必要があります。設計プロセスでは、実験室規模のモデル試験に加えて、計算流体力学(CFD)および有限要素解析(FEA)用のコンピュータモデリングプログラムがよく使用されます。ファンが製造された後も、流量と圧力のファン性能試験、応力のひずみゲージ試験、ファンの共振周波数の記録試験などを用いて検証が継続される場合があります。
ファンの種類とそのサブタイプは業界標準であり、主要なファンメーカーすべてに認められています。[ 2 ]
これらのファンサブタイプはいずれも、耐久性に優れた耐侵食性ライナーを使用して製造できます。
翼型ファン(エアフォイル)は、中空の翼型ブレードを備え、多くの産業で幅広い用途に使用されています。高効率かつ静音運転が求められる気流での使用を想定して設計されています。金属、化学、発電、製紙、岩石製品、ガラス、資源回収、焼却など、世界中の様々な産業において、強制通風および誘引通風用途で、常温および高温での連続運転に広く使用されています。
後方湾曲型ファン– これらのファンは、翼型設計のファンとほぼ同等の効率を誇ります。利点としては、単板構造の湾曲したブレードにより、穴あき翼型ブレードのようにブレード内部に塵埃が堆積するのを防ぐことができる点が挙げられます。堅牢な設計により高速回転が可能であるため、このファンは高圧用途でよく使用されます。
後方傾斜型ファン – これらのファンは、シンプルな平らな羽根を後方に傾斜させることで、ファンホイールを通過する空気の速度パターンに合わせ、高効率な運転を実現します。これらのファンは、一般的に、大風量で比較的低圧のクリーンな空気を扱う用途で使用されます。
ラジアルブレード型ファン– このタイプの平らなブレードは放射状に配置されています。これらの頑丈なファンは、平均的な効率で高い圧力性能を発揮します。ローターの寿命を延ばすために、耐腐食性ライナーが装着されていることがよくあります。筐体はコンパクトな設計で、設置面積を最小限に抑えます。
ラジアルチップ型ファン – これらのファンは、後方に湾曲した羽根を備えていますが、後方湾曲型ファンとは少し異なる形状をしています。後方湾曲型ファンは羽根が外側に湾曲していますが、ラジアルチップ型ファンは羽根が内側に湾曲し、先端部が放射状になっています(そのため「ラジアルチップ」と呼ばれます)。後方湾曲型ファンは、先端部が放射状で、回転方向に向かって徐々に傾斜していると考えることもできます。この頑丈な設計は、圧力要求が高く、耐侵食性が必要な高流量用途で使用されます。中程度の効率を提供します。一般的な用途は、バグハウスまたは集塵機の汚れ側です。この設計は、翼型、後方湾曲型、または後方傾斜型ファンよりもコンパクトです。
パドルホイール式ファン– シュラウドのない開放型インペラ設計です。効率は高くありませんが、極めて粉塵負荷の高い用途に適しています。セラミックタイルまたはタングステンカーバイド製の現場交換可能なブレードライナーが付属します。このファンは高温用途にも使用できます。
前方湾曲型– この「かご型」インペラは、遠心ファンの中で最も高い風量(一定の羽根速度において)を生み出します。そのため、多くの場合、用途に応じて最小のパッケージサイズで設置できるという利点があります。このタイプのファンは、高温炉などで一般的に使用されています。しかし、粒子状物質の堆積に最も敏感であることに加え、前方湾曲型インペラは多数の羽根を必要とするため、粉塵負荷の低い空気の搬送にのみ使用できます。
工業用排気ファン– これは、ガスの排気、切削屑の搬送などに使用される、比較的安価で中程度の負荷に対応する、傾斜の急な平羽根ファンです。
プレエンジニアードファン(PE)とは、ブレード形状が異なる一連のファンで、通常は標準サイズのみで提供されます。プレエンジニアードファンであるため、比較的短い納期で入手できる場合があります。多くの場合、様々なブレード形状のプレエンジニアードローターが共通のハウジングに組み込まれています。これらのファンは、多くの用途のニーズを満たすために、幅広い風量と圧力要件に対応できるものが用意されています。
加圧式送風機– これらは高圧・低風量の送風機で、炉内の燃焼用空気供給用途や、清掃・乾燥用途における「吹き出し」用空気供給に使用されます。
サージレスブロワー– これらの高圧・低風量ブロワーは、ファン速度を大幅に下げた場合でも、「サージ」(流量の周期的な変動)が発生しにくいという特長があります。これにより、大きな脈動を起こすことなく、極端な低流量運転(ターンダウン)が可能になります。
機械式蒸気回収ブロワー- これらの特別に設計された遠心ファンは、密閉ループシステム内の飽和蒸気の温度と圧力を上昇させるように設計されています。
酸性ガス送風機- これらの非常に頑丈な構造の送風機は、完全真空から100psigまでの入口圧力に対応可能です。使用される材料は、処理するガスおよび微粒子に対する耐腐食性を考慮して選定されています。
特殊プロセス用ガスブロワー- これらのブロワーは、高圧石油化学プロセス向けです。
高温軸流ファン– これらは、工業用対流炉における低流量抵抗下での動作を想定して設計された大容量ファンです。単方向または双方向の設計があります。非常に堅牢な構造で、主に高温炉(最高1800°F)用途で使用されます。
チューブ型軸流ファン– これらは、吸気ダンパーや排気ダンパーのない円筒形のチューブ内にファンホイールが配置された軸流ファンユニットです。
ベーン軸流ファン– これらの軸流ファンは、静止ベーンの存在により、より高い圧力能力を備えています。
可変ピッチ軸流ファン– これらの軸流ファンの羽根は手動で角度調整が可能で、羽根の角度を変更できます。これにより、より広い範囲の風量/圧力関係で運転できます。羽根は、用途のさまざまな条件に合わせて羽根のピッチを調整することで効率を最適化するために、定期的に調整されます。これらのファンは、鉱業用途でよく使用されます。
可変ピッチ軸流ファン– これらは「可変ピッチ軸流ファン」と似ていますが、ファンローターの回転中にブレードのピッチを調整できる内部機構を備えています。これらの汎用性の高いファンは、さまざまな運転条件下で高効率な運転を実現します。この瞬時のブレード調整機能は、軸流ファンならではの利点です。
冷却ファン(「冷却塔ファン」とも呼ばれる)は、低圧で大風量を送るための軸流ファンで、一般的に直径が大きいのが特徴です。用途としては、湿式機械冷却塔、空冷式蒸気凝縮器、空冷式熱交換器、ラジエーター、その他同様の空冷式機器などが挙げられます。
混合流ファン― これらのファンが生み出すガス流パターンは、軸流と遠心流のパターンを組み合わせたようなもので、ファンホイールの形状は遠心ホイールに似ていることが多い。混合流ファンには、気密性の高い高圧ファンやブロワーなど、さまざまな種類がある。
ジェットファンは、日常の換気ニーズと火災時の排煙(250℃/120分)に使用されます。これらの産業用ファンは、対称型のインペラブレードを備え、100%可逆で低騒音、IP55モーター、絶縁クラスH(排煙バージョン)です。地下室の換気やトンネルの換気などに適しています。
ファンの流量を制御する方法はいくつかあり、例えば、空気やガスの流量を一時的に減らす方法などがあります。これらの方法は、遠心ファンと軸流ファンの両方に適用できます。
速度可変- 上記のファンタイプはすべて、可変速駆動装置と組み合わせて使用できます。可変速駆動装置には、周波数可変の交流コントローラ、直流モータおよび駆動装置、蒸気タービン駆動装置、または油圧式可変速駆動装置(「流体駆動装置」)などがあります。可変速による流量制御は、ダンパー制御による制御よりも一般的にスムーズで効率的です。システム稼働期間の大部分で流量を低減する必要がある用途に可変速ファン駆動装置を使用すれば、大幅な電力節約(運用コストの削減)が可能です。
工業用ダンパー- これらの装置は、パネルを用いてガスの流れを方向付けたり、入口または出口の面積を制限したりすることで、運転中のファンの体積流量を制御することも可能にします。
様々な種類のダンパーが利用可能です。
ルーバー付き吸気ボックスダンパー、 ラジアル吸気ダンパー、 可変吸気ベーン(VIV)ダンパー、 渦流ダンパー 、吐出ダンパー