ポンプ設計

新型タービンポンプの設計例


船舶推進用のジェットポンプを設計するソフトで、10年ほど前にC++Builderで自作したものです。

特に高比速度の斜流ポンプをジェットポンプとして適応出来るように、耐キャビテーション性能を上げる工夫を随所に入れてポンプ3次元形状が生成出来ます。
高速型船舶用推進機としてのジェットポンプを設計しますので、上の設計例ではジェット速度が
時速84km(43ノット)ほどになり、ポンプ駆動必要馬力は562馬力となります。

新型タービンポンプの設計例


大変に小さなインデューサー付き遠心ポンプ羽根の設計例です。

インデューサーの直径は20mm以下になります。
吸い込み液体が低圧でキャビテーションが発生しやすいポンプ用に設計したものです。
時速84km(43ノット)ほどになり、ポンプ駆動必要馬力は562馬力となります。

液体燃料圧送用ポンプ的な形状をAutodesk Inventor 2015で造ってみました


液体燃料圧送用ポンプ的な形状をAutodesk Inventor 2015の3次元羽根形状生成能力を探るために造ってみました。

軸流インデューサー部と遠心羽根部分ともにスムーズに作成出来ています。
以上から、Autodesk Inventor を流体機械3次元設計に使うことには全く問題ないと判断しました。

ターボ機械3次元羽根設計の手順


ターボ機械3次元羽根設計の手順を説明します。設計の全体過程が次になります。

3次元羽根断面形状を決定する形状変数値の一覧です。

羽根は比速度の大小により次のように羽根断面形状が変化します。

ターボ機械での3次元羽根設計手順説明 後半


ターボ機械での3次元羽根設計手順の説明後半となります。
羽根円錐曲面上を流れる3次元流線は、次の図のように円錐面の円周方向距離Lと子午面方向距離Mにより
構成され、LとMで造られる3角形の斜辺が円周方向となす角度を羽根角βで示すことが出来ます。

次の図のように、羽根の子午面方向断面流れに子午面流線として3次元流線を断面に投影した流線図が
基本的な流れを計算する(r、z)座標値を決めてしまいます。

そして3次元流線の具体的な形状は、次の図のように3次元流線を等角写像で平面に投影した流線平面展開図を 作成することで間接的に3次元流線の3次元座標値を計算することが出来ます。

以上のようにして3次元羽根形状が形成されていきますが、これらの過程を手計算、作図で行っていくと大変な
手間と時間がかかりますので、自分はプログラムに全過程を造り上げ、自動計算できるようにしています。