流体機械設計と流体解析シミュレーション

流体機械設計と流体解析シミュレーションを行っている株式会社ターボブレードの社長である林 正基の日々について記載しています

縦軸発電機直結型プロペラ水車 龍神1号

2017年05月28日 | 3次元CAD設計

縦軸の発電機をプロペラ水車軸に直結している型式のプロペラ水車発電機で、名前を龍神1号と付けています。

次の3次元設計図のように、全体の形状が水から昇っていく龍のように見えることから龍神1号としています。

<今日の流れ>

今日は昼から事務所に来ており、PCセッティングや片付け、掃除、月曜からの準備をしています。

昨日も来ようと思っていたのですが、昨日は完全な引きこもりとなり、しかもぐだぐだしていたら、このブログを書くことを忘れてました。

反省です。

ただよく休んだ気はしますから、無駄な土曜日ではなかったと思いたいのですけれど。


熱水タービン駆動ポンプ加圧型高速二層流噴射大型ノズル装置

2017年05月26日 | 未来製品設計

熱水タービンで駆動されるポンプにより熱水が加圧され、より高速の二層流を生み出すことの出来る大型ノズルタイプの二相流噴射装置です。

タービンパンク世界観の中で紹介したこの機械は実世界で役に立つ機械でもあるので、今回は外装色を変えて、近未来の製品として御紹介します。

<今日の流れ>

今日は弊社始業前の朝一番からウエブ会議があり、1時間程度で終わりましたが、それから昼までがすごく長く感じました。

今日の主流は、流体計算式の確認と見直しと、やはり見積作成作業です。

見積もりを行わないと次の仕事は来ませんので重要な作業ですが、面白い作業ではなく、金額で悩むことも多いので、少々疲れます。

会社で楽しいことは、昼のお弁当ぐらいかなー?

ただ、設計に集中している時は非常に充実感があり、心も平穏となるので、それも楽しみの一種かもしれません。

時間を忘れて集中出来ることは変なストレスが無く、良いことのようです。


容積式排気ポンプの設計

2017年05月25日 | 流体機械設計

容積式排気ポンプの設計例です。

不要な気体を機械内から吸い出す必要がある場合などで、真空度が高く必要でしかも排気流量が少ない場合には、このような容積式排気ポンプが用いられたりします。

一般的に容積式排気ポンプの設計回転数は低くなり、この事例のようにモーターの回転を減速歯車で低くして用いられる場合が多いのです。

この容積式ポンプは、次図のように2つの繭のような形を持つ羽根が歯車で同期しながら回るようになっており、二葉形ブロワと呼ばれる型式です。

この型式のブロワはわりと吸い込み真空度を大きく取ることが出来て、しかも形状はシンプルなので産業用ポンプとしても良く使われるタイプです。

普通はターボ型タイプのブロワ設計がほとんどなので、このような容積式設計は珍しくなります。

<今日の流れ>

今日は、午後いっぱいの用事がありましたが、なぜか途中で腰が痛くなり座りっぱなしは辛いので、用事は早々に切り上げ事務所に帰ってきました。

夕方にかけては養生します。


タービンパンクTurbinepunk世界観での熱水タービン駆動ポンプシステムの3次元CAD Inventorでの表示

2017年05月24日 | タービンパンク

タービンパンクTurbinepunk世界観における、熱水タービンで駆動されるポンプシステムを3次元CAD Inventorを使って表示してみました。

なお、タービンパンク世界観(Turbinepunk)とは自分の造語の世界観であり、より具体的なイメージ世界で言えばスターウォーズのようなタービン装置をたくさん身の回りで使っている未来世界に近い、しかし平和な近未来世界と考えています。

次の図が熱水タービン駆動ポンプシステムですが、上部にある丸いタンクから4台のポンプが高温液体を吸い込み、それをマシン中央部の混合ノズル部でエンタルピー開放により二相流高速流れを造り、その一部がタービンを駆動してポンプがさらに高温液体を吸い込み続けるサイクルを行い、主流の二相流高速流れはマシン中央部下部の拡大スカート部で更にエンタルピー開放が促され、その流れは他の大型タービン機械を駆動することとなります。

より簡単に言えば、「熱水タービン駆動ポンプ加圧型高速二層流噴射大型ノズル装置」となります。

<今日の流れ>

今日は、流体機械の構造設計が主な作業です。

午後はお客様の来社があり、充分なお打合せをさせて頂きました。

そんなこんなで夕方となりました。 


「スケルトンメカ ロボット掃除機 初号機」の流体部流れ状態を、吸込みから吐出まで完全にシミュレーション出来ました

2017年05月23日 | 未来製品設計

先日より設計していた「スケルトンメカ ロボット掃除機 初号機」の空気とゴミが流れる流体部の流れ状態を、吸込部ノズル部からサイクロン部、高速回転ブロワー部、そして空気を排気する吐出部まで完全に流体解析シミュレーションを行うことが出来ました。

次の流れ解析結果としての3次元流線図ですが、空気の流れが掃除機の吸込みノズルからサイクロンゴミポッドを通り、高速ブロワーが空気を吸込み、ブロワー吐出部で一部空気がバッテリーを冷却しますが、排気された空気は後方に流れ出すと共に、一部排気は吸い込みノズル部へも戻っていることが分かります。

次の解析結果図では、サイクロンゴミポッドに吸込まれた空気は確かにサイクロン旋回を起こしており、内部のメッシュを通って上部サイクロンからも吐出される様子がはっきり分かります。

よってこの解析結果流れにゴミに相当するパーティクル粒子を入口から入れてやれば、サイクロンでのゴミ分離の様子も見ることが可能です。

次の解析結果図では、サイクロンゴミポッド部内での流れは均一ではなく、やはりブロワーの吸い込み部に近い位置から重点的に空気がブロワーに吸込まれるという、イメージ的にも当たり前な流れが見られます。

つまりサイクロン内流れはブロワーへの吸い込み位置に起因する理由で均一ではないと言う、重要な視点を確認出来る結果図です。

次の流体解析の3次元流線図からは、毎分7万回転以上という高速回転のブロワーがこの解析計算上でもちゃんとその高速回転状態でブロワ羽根が回転して空気を吸い込みディフューザー羽根で軸方向に整流されて、後流のモーターと制御ECUを冷却しながら、一部の空気はバッテリー室に送られそれを冷却しているということを確認できます。

次の解析結果図では、高速回転ブロワー部の3次元流線流れを拡大して見たものですが、ブロワーが高速な流れを作っていることを見てもらえます。

この流体解析シミュレーションでは風量は最大値に近い運転状態なのですが、色々な測定位置での解析計算結果値から、ブロワー部は吸い込み仕事率が約70W程度であり、バッテリーを使うロボット掃除機であれば最大動力として妥当な値で運転出来ることが確認出来ました。

<今日の流れ>

今日は昨日に続けて流体部形状が多数のシミュレーションの結果決定した流体機械の構造設計を行います。

その構造設計に使う要素部品の検討も昨日行ったので、主要部の構造が本日には決まりそうです。

午後からは来客もありますので、少し予定よりも進捗が遅れるかもしれません。


サイフォン式水力発電所の3次元全体設計と実際の運転写真

2017年05月22日 | 自然エネルギー

サイフォン式水力発電所の3次元全体設計と実際の運転写真です。

次の3次元設計計画図は、水力発電所設備全体の3次元設計をSolidWorksを使って行ったものですが、水力発電機だけでなく、水路に被せている設置の太陽光発電装置と水力発電機すぐ上流のポンプ設備建屋も入れています。

次は、サイフォン式水力発電機部の取水から放水部までの3次元断面図となり、プロペラ水車の設置位置や取水位や放水位の位置関係が良く分かるようになっています。

この上流部溜まりの水路底にあるプロペラ水車のガイドベーンは可変となっており、水量の変動があっても上水位が一定になるように調整が出来ます。

次が実際のサイフォン式水力発電機が設置されて運転している写真です。

使える落差はわずかに1m程度となっています。

<今日の流れ>

今日は、特殊な流体設計を行った機器の構造設計をSolidWorksを使って行います。

あ、それと、まだやっていなかった見積もりもやらないといけません。

「もっと好きに生きろと心が言う」・・・・・


両吸込みシロッコファンの羽根設計と遠心力強度解析

2017年05月21日 | 流体機械設計

特殊な用途で使われる両吸込みシロッコファンの羽根を設計して、それの遠心力強度解析を行い安全率を確認しました。

この両吸込みシロッコファンの回転遠心力強度解析の結果は、最低安全率が4.99となり、繰り返し起動などでも安全であることが分かりました。

その最も安全絵率が低い箇所は、ファンブレード入口側根元のドーナツ形バンドに止められている場所であり、そこではブレード曲部にかかる遠心力分布が集中するためです。

<今日の流れ>

今日は朝から会社に出ています。

午前中はマシン整備で.午後は設計の仕事になります。

夕方に帰宅し、夜は3DCAD Inventor2017による機構設計の続きになりそうです。


タービンパンクTurbinepunk世界での5号熱水タービンのポンプ駆動への進化形

2017年05月20日 | タービンパンク

タービンパンク(Turbinepunk)世界観の中にある5号熱水タービンをタービンによる発電機駆動から、タービンによるポンプ駆動へと進化させてみました。

なお、タービンパンク世界とは自分の造語であり、突出したタービン技術の発展により身の回りにタービン機械が大量に使われている近未来の世界観を表しています。

<今日の流れ>

今日は午前中はのんびりと過ごしました。

午後は用事を済ませた後は、電気関係の勉強を基礎的な学習本により行います。

主に電気・電子回路の設計について基本からの勉強です。

夜は、3次元CADによる動作機構関係の練習を予定しています。

最近寝る時間が遅くなり過ぎていたので、今日は早く寝るようにしたいものです。


スケルトンメカ ロボット掃除機 初号機の各部詳細

2017年05月19日 | 未来製品設計

「スケルトンメカ ロボット掃除機 初号機」の各部詳細3次元設計図です。

次図は、モーター駆動回転ブラシが付いたゴミ吸込み部の詳細です。

右奥には制御基盤も見えています。

次図は、移動用クローラー部の詳細を下部から見たものです。

サーボモーターからの動力は減速歯車で低速回転とされます。

次図は、ゴミ吸込み部からサイクロンゴミポッドまでの空気輸送通路の詳細です。

次図は、ゴミポッドからフィルターを通してブロワーへの吸込みとブロワーからの吐出部の詳細です。

次図は、高速型掃除機用ブロワーの詳細です。

ブロワーの高速モーターは制御機器と一体になっています。

<今日の流れ>

昨日検討をしていた流体により部品にかかる力の値が流体解析値では小さすぎるのではないかとの疑問を持ち、別の角度から再度流体解析した結果では同じだったことから、自分の推測が間違っていたことが分かりました。

長年流体設計を行っている自分でも直感的には流体挙動を間違える事もあり、やはり流体機械に流体解析による性能チェックは欠かせないと思いました。

午後からは溜まっている見積りを作っていきます。

「見積もりを やらなければ、次は無し」 一句・・・・・


スケルトンメカロボット掃除機の初号機を設計しました

2017年05月18日 | 未来製品設計

新しいタイプのロボット掃除機として、弊社に於いては「スケルトンメカロボット掃除機」と呼ぶ初号機を設計しました。

このロボット掃除機のイメージとしては、企業のオフィスや工場で使われる中型の産業用ロボット掃除機的なものですが、その外観からメカ好きな方に買っていただく小型の家庭用とも考えています。

これはメカメカしさ100%の外観をしていますが、産業用ロボット掃除機としても少々機器がむき出し過ぎるかもしれませんね。

「スケルトンメカロボット掃除機」の全体構造設計はこのようにほぼ決まりましたので、現在これのゴミ流れ流体部である吸い込み部からサイクロンダストボックス部、高速回転ブロワー部、ブロワー吐出部までの全ての流路を流体解析シミュレーションで空気とゴミの流れ状態と吸込み仕事率を求める解析作業を開始しています。

<今日の流れ>

今日は午前中は用事があり、午後から会社に出ています。

よってもうすぐ午後3時の休憩時間です。

ターボ機械の羽根部に作用する流体力を求める案件があり、その結果が予想よりかなり力が小さかったので、その原因を探るべく、別条件での解析を担当女性エンジニアに開始してもらいました。

もしかしたら自分の予想が間違っていて、結局解析が正しいのかも知れませんが、色々な条件変更で解析値の様子を見ることで判断していきます。