その他タービン設計

低比速度ガス遠心タービン羽根設計例


低比速度(流量少なく圧力高い状態)ガス遠心タービン羽根の設計例です。

ガスタービン

遠心タービン

ブレード入り口は外周部ですが、ブレードは半径方向の入り口を持ち、 そこにガスが流入して翼間を加速しながら流れると出口のねじった羽根部分で回転方向と反対方向に振り出され絶対速度が軸方向に向くよう羽根出口相対速度角度を調整します。 遠心ガスタービン入口のブレードが半径方向を向いているのは、ガイドベーンからの接線方向流れに周速度係数0.7程度ではブレード入口が90度に選び易いことと、 遠心力に対して半径方向入口ブレードは耐強度で有利になるからです。 この遠心ガスタービン羽根は5軸加工機による全削りだしで造られ、短い製作期間と妥当な加工費となります。 これからも直径800mmぐらいまでの遠心ガスタービン羽根は5軸加工全削りだしで造られていくでしょう。

パイプライン減圧エネルギー回収タービン発電機構想図


パイプライン減圧エネルギー回収用タービン発電機の構想図です。

エネルギー回収タービン

ガスパイプラインの途中で減圧弁にて捨てられるエネルギーをタービン発電機で電力として回収するシステムとなります。 タービンは単段衝動型軸流タービンで、それに直結される発電機は密封型の永久磁石式高速型同期発電機となり、軸受も密封型の自己動圧軸受によりメンテナンスフリーとなっています。 このようなエネルギー回収タービンでは、タービン回転数を変えるとそれに応じて流量も調整出来るので減圧弁的な役目を狭い範囲ですが持たせることも出来ますが、 より正確に圧力調整を行うならタービンノズル可変制御構造が必要となります。

低圧低温度排ガス用エネルギー回収タービン発電機


低圧低温度の排ガスのエネルギーを回収する250Kwクラスタービン発電機です。

エネルギー回収

プラントで200℃程度の低圧排ガスが大量にある場合は、それをガス流速30m/秒程度でこのタービン発電機に導入すれば発電出力250KWで電気エネルギーとしてプラントに供給出来ます。 タービン入口径は2.5mになりますので、毎秒147m3のガス量が必要です。ガス温度としては、300℃程度まで耐久出来ると考えています。

ガスタービン設計を開始して、最初の性能熱流体解析を開始


小型のガスタービン設計を開始して流体部形状が大まかに出来上がったので、最初の性能熱流体解析計算を開始しました。 次がガスタービンの流体部全体の解析用形状です。

ガスタービン

次が断面図です。遠心コンプレッサー2段と燃焼器部、そして遠心タービン1段の構成です。

遠心コンプレッサー

そして最後が現在解析計算進行中の解析モニタリング画面です。

遠心タービン

遠心コンプレッサー2段と遠心タービン1段での全羽根を回転させての解析計算ですが、 順調に計算が進行しており、収束状況も悪くないのですが、やはり羽根全部の同時回転解析は計算時間が非常にかかっています。 これはまず、燃焼器部の適切な開口穴面積を求めるために行っているもので、開口穴面積と配置が設計点に合致するようにこれから調整して解析計算の繰り返しが待っています。

高圧・微小流量用の液体タービンの設計


高圧・微小流量用の液体タービンの設計例です。

エネルギー回収タービン

用途としては、膨張弁などの高圧液体の圧力を開放する部分から流体エネルギーを回収するために使われるエネルギー回収タービンとなります。 または、ターボチャージャーのタービンの回転を低回転で補助する潤滑オイル駆動液体タービンとしての使い方が考えられます。 更には、液体原動機利用による切削加工機の軸駆動用タービンとしての用途が考えられたりします。