蒸気タービン設計

遠心式蒸気タービン

遠心式蒸気タービン1

この蒸気タービンは、蒸気タービンでは珍しい遠心式の羽根を持つタイプです。そのため回転数も非常に速く20000rpmとなり、出力は300KWぐらいが出ます。

よって発電機には減速機で回転数を落として繋げています。この遠心式タービンは、自動車のターボチャージャー用のガスタービンが遠心式が用いられ、その回転数が10万回転以上となるように、軸流式タービンに比較し高速回転が可能なものとなります。下の図に有るように、遠心式羽根に入る蒸気量を調整する可変式の案内羽根を全周に持ち、それをリンク機構で駆動し制御するようになっています。このように、複雑な構造を持つ流体機械の設計も得意な範疇となります。

軸流タービン3次元化 主軸と羽根

これは、2列衝動タービンを更に2段としている構造の動翼部分を3次元CADで作成したものです。

小さな羽根がタービンディスクに多数作られています。この1枚1枚が高速ガスの噴射を受けて仕事をすることとなります。

軸流タービン3次元化 主軸と羽根2

さらに、軸周りの部品として、歯車・継手・ポンプインペラー・ベアリング・メカニカルシールなども全てを作成配置しました。
こうしてみると、割と良い配置と構造になったように感じています。まさに、自画自賛ですけど。

軸流タービン設計3次元化 ケーシング廻り

軸流タービン設計においての3次元CADによる完成過程で、ケーシング関連を行いましたのでご紹介します。

軸流タービン設計3次元化 ケーシング廻り1

左図のように、耐圧ケーシング関係は断面計画図より3次元化しました。

そして、発電機を付加する発電機架台部分も作成しています。

これで、今回タービンの耐圧容器としての重要な部分であるケーシングのガス圧に対する強度解析が出来ますので、明日は耐圧シミュレーション結果などをご紹介したいと思います。

軸流タービン設計 誘導発電機取り付け

軸流タービンの目的である発電の為の誘導発電機を全体計画に付加しました。

軸流タービン設計 誘導発電機取り付け1

誘導発電機を取り付けたことで、やっと全体がタービン発電機らしくなりました。

軸流タービン発電機の2次元組図

ほぼ完成に近づいた軸流タービン発電機の3次元組立を元に、ソリッドワークスの2次元図作成機能で「軸流タービン発電機組図」を図のようにテスト作成してみました。

軸流タービン発電機の2次元組図1

この2次元組図をソリッドワークスで作成する場合は、その便利な機能である自動投影図配置と、特に部品表自動作成機能、部品番号バルーン自動配置機能などは、あっという間に基本的な2次元組図を作成することが出来ます。

3次元組立に更に、6角穴付きボルトなどの購入部品を付け加えて、より正確な組図とした後にもう一度正式の2次元組図を作成しようと思っています。

特殊ガス蒸気タービン設計例

特殊ガス蒸気を使用する蒸気タービンの開発設計引き合いが増えてきておりますので、今日はそのひとつの開発設計事例をご紹介します。

特殊ガス蒸気タービン設計例1

これが、その小型の蒸気タービンと発電機を横から見たところです。
かなり小型でシンプルなすっきりとした全体構造に納めることが出来ています。
左側がタービン本体で、図中右側は誘導発電機となります。

特殊ガス蒸気タービン設計例2

このタービンは、一般的な蒸気系タービンの中でも、最小の部類に入ります。
そして、設計の繰り返し検討を羽根径・回転数などについて詳細に行いましたので、ここまで小型化出来ているというところです。

特殊ガス蒸気タービン設計例3

使用する気体が非常に特殊なもので、わずかの漏洩しか許されないので、その点にも気を使ったシール・ベアリング・ギア減速機などとなっています。

設計もほとんど終了しているので、来週には加工に入りたいと願っていて、加工に難しいところがないか心配しますが、加工屋さんの素晴らしい加工技術で図面と変わらないものが出来上がるのは間違い無さそうです。

今後このような小型のタービンをたぶん多く設計して試作していかなければならないと思っていますので、その基本的な構造を確立できたことが、今回設計品の最も成果となったと思っています。

特殊ガス蒸気タービン内部構造

特殊ガス蒸気タービン内部構造1

これが「特殊ガス蒸気タービン」の内部を、ケーシングなどを透明化して見ているものです。

このタービンの外観は割とすっきりとシンプルなものでしたが、その内部はこんなに複雑に部品が入り組んで構成されています。

特殊ガス蒸気タービン内部構造2

このように複雑な構造を持つ機械に、私は大変「ぐっと来る」ものがあり、複雑な機械になればなるほど、設計していて嬉しくなるという性格です。

これは、小さいときに紙にロボットなどを書いていて、内部構造みたいなのをぐちゃぐちゃに書き込んでいたのを思い出しますので、それが大変好きなんだと思います。

特殊ガス蒸気タービン内部構造3

今後は、もっと複雑な構造、配管、ケーブルなどを持つていて、ひとつのかたまりのような、小型で性能の良い機械をたくさん設計していくつもりです。