ポンプ設計

新型タービンポンプの設計例

新型のタービンポンプを設計してみました。

タービンによりポンプが駆動されますが、タービン駆動液が非常に高圧のため回転数が数万回転と高速のタービン駆動ポンプとなっています。

高圧の海水が動力源となっているタービンにより、無駄に捨てている高圧海水のエネルギーを回収して主ポンプを助けるブーストポンプが直接駆動される構造となっています。
いうなれば高圧海水用ターボチャージャーと言って良いでしょう。
この高圧海水用ターボチャージャーは、海水淡水化設備などでのエネルギーを回収する用途に使われます。

以上のようにちょっと特殊な設計例となっています。 タービン駆動ポンプの全体構造としては、シンプルで綺麗にまとまったものとなりました。

3年以上前に自主的な設計をしてみたキャンドウォーターポンプ

もう3年以上前になると思いますが、これからは機械駆動ウォーターポンプは全て電動ウォーターポンプへ替わっていくだろうとの予測から、自主的に設計を行ってみたのが次の図のキャンド電動ウォーターポンプです。

次の図も斜めから見た電動キャンドウォーターポンプです。

この設計を行うときは、試行錯誤状態で電動キャンドウォーターポンプの構造を決めていきましたが、

それが大変に良い設計上の経験となり、ちょうど今非常に役に立つという状況になっています。

2液使用軸流多段ターボポンプの使われ方構想図

以前に概念設計だけである2液用軸流多段ターボポンプ(タービン駆動)の構想図に他の要素を追加してみたのが次の図です。

液体燃料圧送用 2段ターボポンプの動翼部分1

図の背景を黒としたので、分かりにくい図となっておりすみません。

全体構成としては、ターボポンプ左側に燃料タンクがあり、右側には噴射ノズルがあるというものです。
それら構成より機械全体としての特徴は、ひとつのスマートな円筒内に納まりよく機器要素が配置され、とっても小型化が出来易くなることでしょう。

それにより、小型なのに運転時制御は可能な推力機械となると予想します。

動力回収 タービン駆動ポンプ

メインポンプから発生した液体圧力を使用後に残圧が残っていれば、それでタービンを駆動して更にその動力でポンプを回して、結局メインポンプのブースターポンプとしての役割を担うのが次の図のタービン駆動ポンプです。

液体燃料圧送用 2段ターボポンプの動翼部分1

結局この装置は、省エネ装置であり、いろいろなプラントにおいて発生している可能性のある無駄に捨てている圧力エネルギーを回収して大きな省エネを達成する機械と言えます。

よって既存の装置を見直して省エネを計ることはまだまだ出来そうです。

特殊な真空ポンプの組図 研究途中

まだ研究途中ですが、特殊な用途に使う、特殊な構造の真空ポンプの組図を載せてみます。

液体燃料圧送用 2段ターボポンプの動翼部分1

同軸上のターボ型ポンプのみにて高真空を造り出すための工夫をしており、多段軸流コンプレッサー+スクリュウ式ポンプ+多段遠心ポンプなどの構成で、目的を達成しようとしています。

それぞれの要素流体機器が複雑な形状をしているので、製作も高額となりますが、なんとか工夫をして少しでも加工費が安くなる設計としています。

複雑な真空ポンプ部を駆動するのはタービンとしており、それにより非常に小型に全体構造を計画出来ています。

タービンはモーターなどに比べて高出力、小型、軽量となるので全体構造を極小に造るには有利なのです。

洪水急速排水用小型高速斜流ポンプの設計

洪水時に急速に排水を行う目的の小型高速斜流ポンプの設計検討図です。

設計検討途中なので、羽根形状など最適化される前です。

液体燃料圧送用 2段ターボポンプの動翼部分1

モーターは回転数毎分7000回転以上として小型軽量のモーターとし、それにより斜流ポンプも小型の高比速度型高速タイプになっています。

洪水で冠水した場合の急速排水に使われます。

高効率ポンプ3次元インペラ設計製作例

高効率なポンプ用3次元インペラ設計製作例です。

液体燃料圧送用 2段ターボポンプの動翼部分1

流れに逆らわない滑らかな羽根曲面形状が重要な設計ポイントです。

それと翼間の広がり具合の滑らかさも重要です。

高効率電動ウォーターポンプ設計例

軸動力が少なくても充分な流量・圧力を発生する高効率ポンプの一種であるエンジン用電動ウォーターポンプ設計例が次製品です。

液体燃料圧送用 2段ターボポンプの動翼部分1

高効率化の要点は、2次元羽根であるが羽根入口角度の分布に極力ロスがないように充分考えて設計していることや、
高比速度型であるため通常よりも多めの羽根枚数で翼間流れ状態を改善していること、
そしてシュラウドの付加、自由にのびのびとした渦巻ケーシング形状などたくさんあります。

ハイブリッド車用電動ウォーターポンプの開発設計例

ハイブリッド車などに使われ、その高効率運転にて燃費を改善する目的で開発される電動ウォータポンプの開発設計例です。

液体燃料圧送用 2段ターボポンプの動翼部分1

これは完全に自主的設計品であり、基本設計、詳細設計、性能解析とすべての開発工程を行い高性能が確認されています。

ただ自主開発設計例なので実際の製作は行っていません。

非ニュートン流体用ポンプの設計と解析例

非ニュートン流体用ポンプの設計と解析例です。

液体燃料圧送用 2段ターボポンプの動翼部分1

特殊な羽根形状で高粘度非ニュートン流体を押し出すポンプです。

電動ポンプ設計

電動ポンプ設計例です。

材質は、アルミ+樹脂となります。

性能は良いのです。

圧力100気圧、流量28m^3/分、毎分50000回転インデューサーポンプ設計

吐出圧力は100気圧、流量は28m^3/分、毎分50000回転というインデューサーポンプを自社開発設計ソフトで設計してみました。

比速度は約1500、入口チップ側径が105mm、チップ側周速度275m/秒なので強度は確保出来そうであり、動翼は3枚で巻き角270度、静翼枚数10枚となります。

このポンプを駆動するのに必要な動力は5260KWという強大な動力が必要なので、タービンで駆動されることとなります。

このインデューサーポンプの用途は、灯油系液体燃料圧送用ターボポンプとして設計しています。

本インデューサーポンプの後流に遠心ポンプを付加すれば、圧力は更に上昇します。