その他タービン設計

遠心タービンからのジェット排気口

ガスタービンの遠心タービンからのジェット排気口を見た画面ショットが次の図です。

遠心タービンの出口部を出口方向から覗くと図のように、羽根出口は菊の花のような感じに見えます。

その周りには、スワラー(旋回流生成用羽根)を伴った燃料噴出ノズル部が8個見えています。

衝動式液体タービンの設計製作例

次の写真のタービンは、高圧液体で回転する衝動式液体タービンの設計製作例です。

タービンの回転数は毎分1万回転以上と非常に高速であり、最終的には毎分4万回転を行うように設計したものです。

よってこのタービンを駆動する液体も非常に高圧であり、少量の液体で動力を大きく得ることが可能です。

超小型エアタービンの設計

手のひらに乗るほどのエアタービンユニットの設計例です。

用途としては、各種装置の中で局所的な空気減圧を利用して回転動力を発生させるために使用されます。

回転数も数万回転は出すことが出来るので少々高速ですが、適切な減速部で使い易い動力源とすることが出来、利点は電気モータに比べて小型軽量なところです。

話は変わりますが、先日、ラジオの取材がありタービンの回転する音を中心に録音してもらいました。
毎回のことなのですが、湯けむり発電機の運転を見られた方々は、その湯けむり発電というイメージとは違う高速回転のタービン運転状態に驚かれるようです。

衝動式液体タービンの設計製作例

次の写真のタービンは、高圧液体で回転する衝動式液体タービンの設計製作例です。

タービンの回転数は毎分1万回転以上と非常に高速であり、最終的には毎分4万回転を行うように設計したものです。

よってこのタービンを駆動する液体も非常に高圧であり、少量の液体で動力を大きく得ることが可能です。

大風量型 軸流タービンの設計

圧力は非常に低く、風量が多い場合に対応する軸流タービン設計事例です。

ケーシング内反射が独特な雰囲気を出しています。

以上のように独特な形状で効率高くタービン出力が確保出来る設計を行いました。

衝動タービン部品

衝動タービンの部品写真です。

下のほうの円盤はケーシング関係部品、中央の羽根はノズル羽根、上には主軸付きのタービン羽根となります。

ノズル羽根はほぼ全周流入ですが、少しだけ部分流入になっています。

高速型ラジアルタービン羽根製作例

高速型ラジアルタービン羽根の製作例です。

このラジアルタービン羽根が高速対応と分かるのは、羽根入口角度が放射方向つまり90度となっており、
それにより入口流速接線速度成分も大きくなり、その高速による遠心力に放射方向入口ブレード部分が充分耐える構造となるからです。
次に、羽根の出口は、ボス側は出口角度が大きく、シュラウド側は出口角度が小さいことにより、羽根から出た流体は軸方向流れとなり、
最も排気損失の少ない運転状態を作り出します。

衝動タービン動翼 一体削り出しブリスクタイプ

気体衝動タービンの動翼製作例ですが、完全に一体削り出しのブリスクタイプとなります。

衝動タービン動翼ブレードはスパン方向に半径ごとのねじりを入れなくてもある程度効率を維持出来るので、タービンディスクとブレードの一体削り出し製作がやり易い羽根となります。

排気エネルギー回収タービン発電機初期検討構想

エンジン排気エネルギー回収タービン発電機の極初期の構想図が次となります。

初期の構想なので、全体計画が分かりやすいように軸流多段タービンが排気ガスタービンとして描いていますが、それでは複雑で高価となりすぎるため、実際はもっと簡素化したタービンを計画進めています。

発電機は、アウターローター型のバイクの発電機のような構造を持ちますが、これは高速型発電機が造り易く、冷却もし易いことから現在の進展した計画でも本方式にて計画進めています。

排気タービン発電機が構想図では大き過ぎ実用的ではないので、実際は両掌に載る程度の大きさとなるよう計画中です。

ハイドロタービン3次元組断面図

メカメカしくてカッコ良い、ハイドロタービンの3次元設計による3次元組断面図です。

2重反転プロペラ型タービンの設計

2重反転プロペラ型タービンの設計例です。

次は反転機構を透視。

タービンなのでプロペラ推進機とは異なり断面翼型は転向角が大きく、流体入射角の変化に対応できる鈍頭タイプ翼型となります。

さらに、上流側翼型と下流側翼型では翼形状が異なります。

その理由は、上流側翼には流体が軸方向にまっすぐ入ってきますが、下流側翼では上流側翼が造った流れが弱まった旋回流が入って来ますので最適翼型が異なるからです。

熱水タービン発電設備の全体3次元計画

熱水タービン発電設備の全体3次元計画を次のように行いました。

これまでにない発電装置になっています。

熱水タービン発電ユニットの4連構造となっていて、設置面積小さく、メンテしやすく、見て面白い全体構成となっています。

イメージはロケットエンジンです。

排気ガスタービン発電実験装置をご紹介します

排気ガスタービンで発電をするための実験装置をご紹介します。

バイク排気ガス→排気タービン→減速機→発電機→発電盤→負荷ランプというような排気エネルギーの流れとなっています。

減速機での抵抗損失により発電量がかなり喰われていたので、次改造は高速発電機をタービンに直結することです。

さらにタービンに入ってくる排気ガス温度も排気管で下がり過ぎていましたので、次はタービンをエンジンの排気口近くに取り付けます。

排気ガス発電実験装置用ガスタービンの開発設計

排気ガス発電実験用に設計したガスタービンの設計関係図です。

タービンの性能解析をしたところ上図右下グラフにあるように排気ガス圧力に対して適切なタービン出力を得ることが出来ていました。

特にタービン出口にはサイレンサーが付加されているのにタービン出力が充分だったことは、実験でもサイレンサーが効いて静かな排気音になっていたことから考えると実用的なエネルギー回収システムになっていると考えています。

排気ガスタービンの取り付け位置検討

エンジン排気で発電をする排気ガスタービンの取り付け位置検討を行い、次図のようにエンジン下に配置する方向で再設計を行うこととしました。

排気ガスタービンを拡大して見ると

排気ガスタービン本体部はかなり小型であり、さらに直径の小さいケーシングにすることも出来ますので、エンジン下配置でも問題ないと考えています。

新しいトータルフロータービンの設計中

新しいトータルフロータービンを次のように設計中です。

断面組立計画図はもう少しで終了し、明日には全体3次元組図設計が完成するでしょう。

何が新しいかは説明しにくいですが。

トータルフロータービン3次元設計途中

トータルフロータービンの3次元設計途中です。

だいたい全体構成は出来上がっているので、あとは細かい部品と組立穴などです。

トータルフロータービンの3次元設計が一応完成

なるべくシンプルであることを心がけたトータルフロータービン発電機の3次元設計です。

熱水型で熱水過多、蒸気少量の地熱井戸にて温度150℃、流量毎秒10Kg程度で、発電出力250KWほどとなります。

もう少し洗練可能な流体部設計を見直してみます。

遠心ガスタービン設計例

遠心式ガスタービンの設計例です。

タービン羽根の大きさに対して、ケーシングの大きさが大きすぎる設計となったものです。

ノズルリング付きなので渦巻ケーシング巻き基礎円直径が大きくなっています。

タービン回転数25000rpm、入口ガス温度500℃となります。

バイク用エネルギー回収型ターボチャージャー開発設計

バイク用のエネルギー回収型ターボチャージャーの開発設計をしています。

もう少し設計を詰めてから試作を開始し、400CCバイクに搭載してデータ取得を行います。

エネルギー回収型ターボチャージャー設計

エネルギー回収型ターボチャージャーを設計した3次元CAD図です。

次は、断面カット図です。

ダブルボリュート排気ガスタービン、ダブルボリュート遠心コンプレッサーと発電機という主要部で構成されています。

熱水タービン性能解析モデル

熱水タービンの熱流体解析による性能解析モデルです。

円筒形ケーシング内に熱水タービン羽根があり、図中右側の熱水蒸気入り口となるパイプ部から超音速ノズルを通り加速された二相流が動翼に作用して駆動されます。

カプランタービン内部構造

カプランタービンの内部構造図です。

ガイドベーンとランナベーンが可変構造になっているため複雑な機構となっています。

タービン軸受ユニット 水冷

タービンの軸受ユニットであり水冷です。

カット図です。

トータルフロー発電用熱水タービンの防音構造

トータルフロー発電用の熱水タービンの防音構造は次のような四角い箱となっています。

熱水タービン本体は円筒形構造が基本ですが、そのタービン全体を覆うように防音箱を設置しています。

防音箱の内側には吸音材が入っていて、その効果もありタービンの横にいてもタービン騒音はほとんど聞こえません。

発電機も同様に防音箱をかぶせており、インバーター発電機特有の高周波音を遮断しています。