ポンプ設計

気液2層流ポンプ計画 軸流3段動翼・静翼設計

気液2層流ポンプ設計の続きです。

気液2層流ポンプ計画 軸流3段動翼・静翼設計1

初段インデューサーの後部にある、3段の気液2層流用特殊軸流段を左図のように設計しました。
この軸流段の動翼は普通の軸流ポンプ羽根とはかなり異なる形状をしています。

気液2層流ポンプ計画 軸流3段動翼・静翼設計2

その大きな違いは、動翼の羽根が気液流を無理なく流すために非常に弦長の長い羽根となっているところです。
それ以外の静翼などは、あまり一般の軸流ポンプと変わりないと思います。

気液2層流ポンプに遠心段を追加

気液2層流ポンプ

現在進行中でこの頃良くこの記事にも載せています「気液2層流ポンプ」の軸流段の後方にインデューサー付き遠心段を付け加えました。

少々遠心段のブレード形状の入口縁から出口縁にかけての羽根角度分布があまり良くなく、流路の広がり具合が滑らかではありません。

形状が見た目に美しい羽根は、総じて性能も良い傾向がありますので、この遠心段羽根はもう一度設計しなおします。

多段遠心ポンプの設計 インペラをソリッドモデリング化

多段遠心ポンプの設計1

多段遠心ポンプインペラの流力設計によりインペラブレード形状データを作成しましたので、今日はそれを元に左図のようにソリッドワークスにて最終部品形状にモデリングしました。

実はソリッドワークスにてインペラ形状をほぼ自動で作成する為に、昨日見て頂いた自家製遠心ポンプ設計ソフトによりソリッドワークスのマクロファイルを生成していたのです。

それをソリッドワークス上で走らせることで、羽根作成作業は、非常に短時間で終了しています。

多段遠心ポンプの設計2

今回設計した羽根とほぼ同等な比速度を持つ羽根を、左図のように5軸同時加工で製作した現物を撮った物を載せてみます。

これは実際はかなり小さい径の羽根なので加工も非常に難しいのですが、大変上手に加工屋さんで仕上げてくれています。

元々当社は流体機械の開発設計と解析というエンジニアリングを行うことが業務ですが、かなり小型の流体機械であれば、このように開発設計したものを実際に製作して、当社で実験まで行って性能の確認を行う案件は段々と増えそうな予感です。

多段遠心ポンプのディフューザーとリターン部計画

遠心ポンプの出口ディフューザーからリターン部を計画してみました。

多段遠心ポンプのディフューザーとリターン部計画1

これがその計画図です。
多段遠心ポンプの2段目インペラまでの流路を計画したものです。
2段目のインペラはこの計画図には含まれていません。

多段遠心ポンプのディフューザーとリターン部計画3

真横から流路を見た図となります。
今回は、遠心ポンプ出口でのディフューザーは、とりあえず羽根なしディフューザーで計画しました。

羽根なしディフューザーで流体解析を行い、リターン部静翼との兼ね合いを見ながら次はディフューザー翼を付加して性能解析してみます。

多段遠心ポンプのディフューザーとリターン部計画4

入口正面方向から見た図です。
すこしリターン部の直径が大きいかもしれません。なるべく解析結果を見ながらこの直径を小さくして、ポンプ全体をコンパクトにしていこうと思います。

多段遠心ポンプの単段に羽根有りディフューザー追加

多段遠心ポンプの単段に羽根有りディフューザー追加1

多段遠心ポンプの単段に羽根有りディフューザー追加2

羽根付きディフューザーにした遠心ポンプ単段のインペラ、ディフューザー、戻り流路を配した多段遠心ポンプの単段としての解析用組形状を左図に示しています。 

多段遠心ポンプの単段に羽根有りディフューザー追加3

多段遠心ポンプの単段に羽根有りディフューザー追加4

左図のように、ディフューザーの静翼部分は直線テーパ翼によるディフューザー羽根としています。

そして、リターン(戻り流路)の静翼は前回入口角度が大きすぎたので、今回は入口角度をかなり小さくしています。それにより、静翼の長さがかなり長くなりました。

超高圧用バレル型多段遠心ポンプの設計

高圧用のバレル型(樽型)多段遠心ディフューザーポンプの3次元組図です。

超高圧用バレル型多段遠心ポンプの設計1

超高圧用バレル型多段遠心ポンプの設計2

超高圧用バレル型多段遠心ポンプの設計3

この多段ポンプは、非常な高圧水を発生させるため、図のような円筒形の肉厚の樽(バレル)型ケーシングに複雑構造の羽根部などが格納される構成となっているため、外から見ると吸込み口と吐き出し口などのかなりあっさりした形状となっています。

しかし、その内部には、遠心ディフューザーポンプの段が10段も格納されており、高圧水によるポンプ羽根への強大なスラスト力を打ち消すため、5段と5段で背中合わせに羽根が配置されているのです。

明日は、このポンプの非常に複雑な内部を、120度カット断面図でお見せしようと思います。

超高速回転用の低比速度遠心ポンプ設計

ますます高速回転化・小型化が求められいます遠心ポンプにおいて、超高速回転用の羽根を色々と検討して設計してみました。

超高速回転用の低比速度遠心ポンプ設計1

超高速回転用の低比速度遠心ポンプ設計2

高速回転での性能を確保するために、子午面形状は直線を主に用いた形状としています。

また、超高速ではこの遠心ポンプ羽根の前にインデューサーが付加されるので、中心軸の径が割と太くなり、翼の巻き角は短くなるので、羽根枚数を非常に増やし、一般的なポンプ羽根形状とはかなり異なるものとなっています。

また、圧力を確保するために羽根出口角度は大きくなっていて、更にスプリッタブレードを入れることで効率の確保と圧力上昇を狙っています。

このような羽根により、遠心ポンプにおいても数万回転が達成可能となります。