Handout Entwicklungsschwerpunkte Abgasturbolader MAN

Transcription

Ringvorlesung TU Braunschweig
Zukünftige Aufladekonzepte
Entwicklungsschwerpunkte bei Abgasturbolader
für Großdiesel- und Gasmotoren
Dr. Alexander Rippl, 16.06.2015
MAN Diesel & Turbo
Dr. Rippl, EEDB
Entwicklungsschwerpunkte Abgasturbolader
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1
>
MAN Diesel & Turbo
Dr. Rippl, EEDB
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2
>
Agenda
1
Vorstellung MAN Diesel & Turbo und Portfolio
2
Entwicklungsschwerpunkte nach Produktgruppen
3
Grundlagen der Turboladerentwicklung
4
Zusammenfassung
MAN Diesel & Turbo
Dr. Rippl, EEDB
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3
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Volkswagen Gruppe
12 Marken
MAN Diesel & Turbo
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4
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MAN Group
Kennzahlen 2014
MAN SE
Geschäftsbereiche
Divisionen
Commercial Vehicles
Power Engineering
MAN
Truck & Bus
MAN
Latin America
MAN
Diesel & Turbo
Renk
Umsatz ‘14: € 8,4 Mrd
Umsatz ‘14: € 2,3 Mrd
Umsatz‘14: € 3,3 Mrd
Umsatz‘14:
€ 0,5 Mrd
(76 %)
Beteiligungen Sinotruk (25,0 % +1 Aktie), Scania (17,4 %*)
* Stimmrechte
Die MAN Gruppe in 2014: €14,3 Mrd Umsatz, 55.903 Mitarbeiter
MAN Diesel & Turbo
Dr. Rippl, EEDB
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5
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MAN Diesel & Turbo
Erstklassiges Produktportfolio
Engines & Marine Systems
2-Takt- und 4Takt-Motoren
für MarineAnwendungen
Propeller und
komplette
Antriebssysteme
Power Plants
2-Takt- und 4Takt-Motoren für
stationäre
Anwendungen
Diesel- und
Gaskraftwerke
Turbomachinery
Kompressoren,
Gas- und
Dampfturbinen
Turbomaschinenstränge
Chemische
Reaktoren
Turbolader
Service: MAN PrimeServ
Weltweites
ServiceNetzwerk,
24/7 OEM
Service
MAN Diesel & Turbo
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Turbomachinery
Breites Produktportfolio für vielfältige industrielle Anwendungen
MAN Diesel & Turbo
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The world‘s most comprehensive
Product Line of Compressors & Turbines
MAN Diesel & Turbo
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Leading Turbomachinery
Supplier for Basic Industry
MAN Diesel & Turbo
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Market Leader for Air Separation Units
(e.g. for GTL, Coal Gasification)
MAN Diesel & Turbo
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Power Plants
Breites Portfolio für motorbasierte Diesel- und Gas-Kraftwerke
MAN Diesel & Turbo
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Schwimmendes Kraftwerk
Power Ships für Karadeniz
Das Karadeniz Power Ship 6 Irem Sultan mit 6 x 18V51/60DF-Motoren (102 MW) liefert Elektrizität für mehr
als 220.000 Haushalte
MAN Diesel & Turbo
Dr. Rippl, EEDB
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Engines & Marine Systems
Umfassendes Produktportfolio für maritime Anwendungen
MAN Diesel & Turbo
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>
Umfangreiches Motorenprogramm
Dieselmotoren von 450 kW bis 82,400 kW
4-Takt-Motoren
450 - 21.600 kW
Vergleich
4
29
2-Takt-Motoren 3.200 - 82.400 kW
195
747
(Anzahl VW
Golf TDI)
MAN Diesel & Turbo
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Two-stroke Low-speed Engine
12K98MC-C
up to 80 080 kW
MAN Diesel & Turbo
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Langsamläufer 12K98ME
2299t, 74.760 kW, 29 m Länge
MAN Diesel & Turbo
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16
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Genset
8L27/38, 2 640 kW at 750 rpm
MAN Diesel & Turbo
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17
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Four-stroke Propulsion Package
7L27/38, 2 380 kW at 800 rpm
MAN Diesel & Turbo
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100% High-Speed – Der neue MAN 175D
Designed für die Anforderungen der kommerziellen Schifffahrt
Einfache Inbetriebnahme, einfacher Betrieb, einfache Wartung. Der MAN 175D punktet bei der
Umweltfreundlichkeit: Mit einem SCR-Sysetm erfüllt er die IMO Tier III-Norm von der Markteinführung an
MAN Diesel & Turbo
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>
Giganten der Effizienz
Maersk Triple E Klasse mit MAN 2-Takt-Motoren
Mit einer Kapazität von 18.000 TEU und einer Maximallast von 165.000 metrischen Tonnen kann die
Maersk Mc-Kinney Møller rund 36.000 Autos oder 111 Millionen Paar Sportschuhe transportieren
MAN Diesel & Turbo
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>
Power für schwimmende Hotels
48/60 Motoren für Norwegian Cruise Line-Schiffe
Fünf MAN 4-Takt-Motoren liefern Antrieb und Strom für 4.000 Passagiere an Board der Norwegian
Getaway
MAN Diesel & Turbo
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>
Spezialschiffe für den Offshore-Einsatz
“Pionieering Spirit” wird von neun 32/44 CR Motoren angetrieben
Die Pioneering Spirit ist bei weitem das größte jemals gebaute Schiff der Welt in Bezug auf ihre
Bruttotonnage von 403.342 gt, ihre Breite (123,75 m) und Verdrängungsvolumen (900.000 metr. Tonnen)
MAN Diesel & Turbo
Dr. Rippl, EEDB
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22
>
Marine-Anwendugen
Angetrieben von 2-Takt- und 4-Takt-Motoren
Containerschiffe
Stückgutfrachter
LNG-Tanker
Kreuzfahrer
Massengutfrachter
MAN Diesel & Turbo
Tanker
Dr. Rippl, EEDB
Marine
Offshore
Fischereischiffe
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23
>
MAN-Motoren bewegen 50% des Welthandels
Zweitakt-Motor für die CSCL Globe
Antrieb für eines der größten Containerschiffe der Welt:
Die “CSCL Globe” wird von einem MAN B&W 12S90ME-C 2-Takt-Motor mit 56.800 kW angetrieben.
MAN Diesel & Turbo
Dr. Rippl, EEDB
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24
>
Von der Gießerei bis zur Endmontage
Eigene Produktion mit kompletter Wertschöpfungskette
MAN Diesel & Turbo
Dr. Rippl, EEDB
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25
>
Agenda
1
2
3
4
Zusammenfassung
MAN Diesel & Turbo
Dr. Rippl, EEDB
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>
MAN Diesel & Turbo
Kernkompetenz Entwicklung
 Diesel Motor – Turbolader – Einspritzung – Elektronik – Abgasnachbehandlung
Technologietreiber
Diesel Motor Technologie
getrieben von
 Wirkungsgrad
+
Abgasturboaufladung
1934
MAN Diesel & Turbo
 Leistungsdichte
 Emissionen u. Gesetzgebung
+
+
Motorsteuerung CR-Einspritzsystem
1990
2000
Dr. Rippl, EEDB
+ Kraftstoffvielfalt
+ Abgasnachbehandlung
+ 2-stufige Aufladung
2010
2020
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27
>
Emissionsstandards in der Schifffahrt
Sulphur Content (fuel) [%]
Treiber der Technologieentwicklung
4,5
4,0
General (%)
3,5
3,0
2,5
2,0
1,5
in SECAS (%)
1,0
0,5
0,0
2008
MAN Diesel & Turbo
2010
2012
2014
2016
Dr. Rippl, EEDB
2018
2020
2022
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28
>
Technologien zur Emissionsreduktion
Technische Gegenmaßnahmen
Gegenmaßnahmen für
NOx
SOx
EGR
MGO
SCR
Wet Scrubber
Gas
(4-Takt Tier III, 2-Takt Tier II)
MAN Diesel & Turbo
Dr. Rippl, EEDB
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>
Kundenanforderung
10 MW / mechanisch
Schiffshauptantrieb
 Propeller FPP  5 m bei 125 rpm – drehzahlvariabel
Kraftwerk 50 Hz
 Generator bei 1.500 rpm – Konstantdrehzahl
10 MW / mechanisch
= 8G50ME-C9
= 9L48/60CR
= 14VPC2.6B
= 18V32/44CR
= 20V28/33DSTC
MAN Diesel & Turbo
10320 kW =
10800 kW =
10500 kW =
10800 kW =
9100 kW =
Dr. Rippl, EEDB
8x1290 kW/Zyl. @ 100 rpm
9x1200 kW/Zyl. @ 500 rpm
14x 750 kW/Zyl. @ 600 rpm
18x 600 kW/Zyl. @ 750 rpm
20x 455 kW/Zyl. @ 1000 rpm
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30
>
Motormarktsegmente
Drehzahl
1500 - 8000 rpm
Leistung / Zyl.
1500 - 3600 rpm
High Speed 4-Takt
900 - 1800 rpm
z. B. 175D oder 28/33D / MDO-tauglich
Medium Speed 4-Takt
400 - 1200 rpm
z. B. 16/24 – 48/60 / HFO-tauglich
58 - 195 rpm
bis 6300 kW/Zyl
0
500
1000
1500
2T-LowSpeed
4T-MediumSpeed
4T-HighSpeed
58 – 195
400 – 1.200
900 – 1.800
640 – 6.870
90 – 1.400
120 – 500 kW/Zyl.
MAN Diesel & Turbo
Dr. Rippl, EEDB
Low Speed 2-Takt
z. B. S30 – G95 / HFO-tauglich
2000 kW/Zyl.
Industrie
Lkw
Pkw
Rennsport
1.200 – 1.800 1.500 – 3.600 1.500 – 8.000

 
- 15.000 rpm
16.06.2015
<
31
>
Einteilung Medium- / High-Speed
Pe = const. bzw. Pe  pme  cm
mittl. Kolbengeschw. Cm / m/s
14,0
12V175D
13,0
12,0
20V28/33D
STC
11,0
18V32/44CR
10,0
9L48/60CR
14V40/50
PC2.6B
9,0
8,0
15
6G50ME
15,8/8,3
Low Speed
20
25
30
Mitteldruck pme / bar
MAN Diesel & Turbo
Dr. Rippl, EEDB
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 
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<
32
>
Ladedruck über effektivem Mitteldruck
Pe = const. bzw. Pe  pme  cm
Verdichterdruckverhälnis V / -
6,0
5,0
4,0
3,0
2,0
15
20
25
30
Mitteldruck pme / bar
MAN Diesel & Turbo
Dr. Rippl, EEDB

 
16.06.2015
<
33
>
Entwicklungstrends
Unterschiedlich je nach Motoren Anwendung
High Speed
Ladedruck
 4 bar
Anforderungsprofil
 Dynamik
 Kennfeldbreite
 1-/2-stufige Aufladung
Medium Speed  5,0  5,5 bar
steigend
Low Speed
MAN Diesel & Turbo
 4,0  4,5
 1-stufig
 2-stufig
 SCR (EGR)




Dr. Rippl, EEDB
1-stufig
SCR
EGR-Systeme
WHR-Systeme

 
16.06.2015
<
34
>
Thermo Efficiency Systems
Development of Various Methods for Fuel Saving
 Thermo Efficiency System, TES
(Waste Heat Recovery -, Turbo Compound System,
Exhaust Gas Power Turbine)
Steam- and Exhaust-Power-Turbine
Generator System
MAN Diesel & Turbo
Dr. Rippl, EEDB
Stand-Alone Power-Turbine
Generator System

 
16.06.2015
<
35
>
Energierückgewinnung
Grundsätzliche Konzepte
Conversion I
Conversion II
Waste
Heat
G
~
ST
G
Einfluss TL-Wirkungsgrad
Motorprozess bei 2-Taktmotoren
Utilisation
~
~G
Exhaust
Enthalpy
PT
TC
Mech. Energy
G
~
G
~
TC
PTI/PTO
Turbocharger
Gear
Hydraulic
Pump
Engine Type
2-Stroke
4-Stroke
On-Board Power Supply
Boiler
Energy
2-Stroke
2-Stroke
4-Stroke
(PTI only)
Engine
Hydraulic
Exhaust Receiver
Prime Mover
MAN Diesel & Turbo
~G
Dr. Rippl, EEDB
Propeller + Shaft (Gear-)Generator

 
16.06.2015
<
36
>
Power Turbine Generator Units
TCS-PTG Assembly
MAN Diesel & Turbo
Dr. Rippl, EEDB

 
16.06.2015
<
37
>
Leistung und Geschwindigkeit
Leistung P  u³  n³
mit P = M   und M  u²
Drehzahlreduzierung von 100 % → 80 % ≙
Leistungsreduzierung von 100 % auf 51 %
Vortriebsleistung P  v3,7..
Reduzierung von 25 kt auf 21 kt entspricht
ca. einer Halbierung der benötigten
Antriebsleistung
MAN Diesel & Turbo
Dr. Rippl, EEDB

 
16.06.2015
<
38
>
Registeraufladung / TC-Cut-Out
1/2-, 1/3-, 1/4-Systeme, je nach
Anzahl TL am Motor
auch Baugrößenstufungen möglich
MAN Diesel & Turbo
Dr. Rippl, EEDB
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 
16.06.2015
<
39
>
Variable Turbine - VTA
Volle Flexibilität mit variabler Turbine - VTA
 Strömungsgeometrie des Leitgitters vollständig variabel
 geringste Spaltverluste, - keine Wirkungsgradnachteile gegenüber
feststehender Beschaufelung
 kleiner Querschnitt für hohen Teillastladedruck (Betriebslinie im
Verdichterkennfeld näher an Pumpgrenze)
 NOx-Grenzwerte = Limit für Kraftstoffeinsparung
MAN Diesel & Turbo
Dr. Rippl, EEDB

 
16.06.2015
<
40
>
Kraftstoffpreisentwicklung
Überlagerung mit Emissionsgesetzgebung
MAN Diesel & Turbo
Dr. Rippl, EEDB

 
16.06.2015
<
41
>
IMO TIER III Concept with EGR
EGR-Blower - ETB
 Power up to 300kW
 Flexible Speed
up to 18.000 rpm
 HFO Exhaust
Electrical Turbo Blower
MAN Diesel & Turbo
Dr. Rippl, EEDB

 
16.06.2015
<
42
>
Exhaust Gas Recirculation (EGR)
Integrated EGR Layout
EGR Module consisting of
 Scrubber
 Cooler
 Water mist catcher
 EGR Blower
MAN Diesel & Turbo
Dr. Rippl, EEDB

 
16.06.2015
<
43
>
Electrical Turbo Blower
Concept and Challenges
Preliminary Application Data
Max. power
[kW]
Max. speed
[min-1]
ETB18
120
18.000
ETB20
160
15.000
ETB22
260
12.000
Framesize
MAN Diesel & Turbo
Dr. Rippl, EEDB

 
16.06.2015
<
44
>
Entwicklungstrends
High Speed
Ladedruck
 4 bar
Anforderungsprofil
 Dynamik
 Kennfeldbreite
steigend
Low Speed
MAN Diesel & Turbo
 4,0  4,5
 1-stufig
 2-stufig
 SCR (EGR)




Dr. Rippl, EEDB
1-stufig
SCR
EGR-Systeme
WHR-Systeme

 
16.06.2015
<
45
>
2-stufige Aufladung
Mehrkoten bei
2-stufiger Aufladung
+ 1012%
Aufladewirkungsgrad in %
Potential für höheren Aufladewirkungsgrad und -drücke
80
70
Motor Kosten
+ 23%
60
Grenze der
1-stufigen
Aufladung
3.0
MAN Diesel & Turbo
4.0
5.0
Dr. Rippl, EEDB
6.0
7.0
Druckverhältnis 

 
16.06.2015
<
46
>
Wirkungsgradvorteil
1-stufige Verdichterleistung
 7.7 MW
Leistung ND u. HD-Stuge
 7.4 MW (4.5 MW + 2.9 MW)
compressor work
single stage
18V48/60B – 18.9 MW
specific enthalpy – h
Effekt der Zwischenkühlung im h-s-Diagramm
 niedrigeres be
 - 2.5 g/kWh
 100 000 €/Jahr
Kraftstoffkosteneinsparung
1th stage
 niedrigerer Abgasgegendruck
 - 0.3 bar
 niedrigere Abgastemperatur
 - 14 °C
 größeres Spülgefälle
2nd stage
*) Beispielrechnung im Vergleichsprozess
p1 = const.
specific entropy – s
MAN Diesel & Turbo
Dr. Rippl, EEDB

 
16.06.2015
<
47
>
Two-Stage Turbocharging
Test on Engine 18V48/60TS
Comparison of engine performance data between single-stage
and two-stage turbocharging systems
18V48/60TS
Single-Stage
TC-System
2-Stage
TC-System
Cylinder output
1050 kW
1050 kW
Nominal engine speed
500 / 514 rpm
500 / 514 rpm
Mean effective pressure (mep)
23.2 /22.7 bar
23.2 / 22.7 bar
Charge air pressure
3.4 bar
4.0 bar
SFOC (at 100 % engine load)
Reverenz
 = -5,9 g/kWh
Emission limit
World Bank II
World Bank II
*ISO, 42700 kJ/kg, 5 % tolerance, without pumps
MAN Diesel & Turbo
Dr. Rippl, EEDB

 
16.06.2015
<
48
>
2-stufig aufgeladene Motoren
Beispiele für 2-stufig aufgeladene Motoren
MAN Diesel & Turbo
Dr. Rippl, EEDB

 
16.06.2015
<
49
>
Herausforderungen 2-stufige Aufladung
 „Packaging“, Kombination zweier
freidrehender Turbomaschinen
 Regelung der Maschinen
Waste-Gate oder VTA
 spezielle Auslegung der
Hochdruckstufe
MAN Diesel & Turbo
Dr. Rippl, EEDB

 
16.06.2015
<
50
>
HD- und ND-Stufe
Mögliche Anordnungen und Kombination Axial- / Radial
eine HD-/
zwei ND-Stufen
eine ND- /
zwei HD-Stufen
eine ND- /
eine HD-Stufen
MAN Diesel & Turbo
Dr. Rippl, EEDB

 
16.06.2015
<
51
>
HD- und ND-Stufe
Mögliche Anordnungen und Kombination Axial- / Radial
eine ND- /
zwei HD-Stufen
eine ND- /
eine HD-Stufen
MAN Diesel & Turbo
Dr. Rippl, EEDB

 
16.06.2015
<
52
>
Regelungsmöglichkeiten





Bypass um die Hochdruckstufe
Bypass um die Niederdruckstufe oder um beide
variable Turbinengeometrie
Verdichter-Bypass
Kombinationen mit SCR-Systemen oder EGR-Systemen
V = 71,2 m³/s
p = 1,0 bar
V = 40,4 m³/s
p = 2,0 bar
V = 29,8 m³/s
p = 3,0 bar
V = 35 m³/s
p = pu
V = 18,4 m³/s
p = 2,6 bar
V = 14,2 m³/s
p = 2,6 bar
V = 9,6 m³/s
p = 4,5 bar
MAN Diesel & Turbo
Dr. Rippl, EEDB

 
16.06.2015
<
53
>
Vergleich 1-stufig / 2-stufig
 Ansaugvolumen konstant angenommen
 aufgrund geringerem Druckverhältnis  relativ
größere Niederdruckstufe
 Trimm Verdichter – Turbine verändert sich
 HD-Stufe hat vorkomprimiert und gekühlte Luft,
aber gesamten Abgasstrom des Motors
 HD-Stufe überträgt relativ höhere Leistung und
arbeitet bei größeren Druckdifferenzen
Konsequenzen für:
 Wellenauslegung, Abdichtung, Axialschub
MAN Diesel & Turbo
Dr. Rippl, EEDB
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16.06.2015
<
54
>
TCX - Hochdruckstufe
Design & Product Features
Product Features
 Diagonal-Verdichter
 Turbine hoher Schluckfähigkeit
 Welle / Lagerung / Abdichtung
angepasst für hohe Drücke
MAN Diesel & Turbo
Dr. Rippl, EEDB
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16.06.2015
<
55
>
Entwicklungstrends
High Speed
Ladedruck
 4 bar
Anforderungsprofil
 Dynamik
 Kennfeldbreite
steigend
Low Speed
MAN Diesel & Turbo
 4,0  4,5
 1-stufig
 2-stufig
 SCR (EGR)




Dr. Rippl, EEDB
1-stufig
SCR
EGR-Systeme
WHR-Systeme

 
16.06.2015
<
56
>
Power
Generation
Locomotive
 hohe Lastwechselzahl
 hohe Anforderungen an mechanische Lebensdauer
 thermische Zyklen / TMF - Anforderungen
B&I Mining
 hohe Anforderung an Dynamik
 Kennfeldbreite
 mehrere kleinere Lader als wenige große
 2-stufige Aufladung / Registeraufladung
 oder Kombination
Marine
Anforderungen an High Speed Motoren
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Verdichterkennfeld und Betriebslinie
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Erklärung Impeller- / Diffusor-Stall
4,00
 in kg/m³
3,50
diffusor
3,00
2,50
impeller
2,00
eta=0,75
eta=0,80
1,50
eta=0,85
1,00
200
u2 > u2opt.
diffusor stall
Maßnahmen
u2 = u2opt.





300
400
500 u2 in m/s 600
Rezirkulationsnuten
Vordrall
schaufelloser Diffusor
Variabilität
Diffussoroptimierung
u2 < u2opt.
impeller stall
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Mechanische Beanspruchung
Verdichterrad „statisch“ unter Fliehkraft
Verdichterrad: Zyklen-Proportional
Bersten ̂ Rm bei n > 2  nmax
1,41nmax
nmax ̂ Betrieb = 0,5  Rm
1,00nmax
D  1/4  1/3  Rm
0,350,47nmax
allg. übliche Werkstoffe
Auslegung im Zeitbereich LCF (ggf. auch TMF):
Annahme:
 gleiche Auslegung bezogen auf die Streckgrenze des Materials
 Darstellung in Wöhlerdiagramm, ab 2106 spricht man von Dauerfest
 Auslegung im Zeitfestigkeitsbereich führen zu gleicher Lastspielzahl, vorausgesetzt,
Werkstoffeigenschaften größenunabhängig!
 mehrere 10.000 Zyklen möglich
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Agenda
1
2
3
4
Zusammenfassung
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Kernkompetenzen
in allen wesentlichen Komponenten:
Verdichter
Turbine
Lagerung
Noise & Vibration
Gehäuse / Containment
Thermodynamik
Turbolader / Aufladung
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 Aerodynamik CFD
 Strukturmechanik FE
 Rotordynamik
 Werkstoffwissenschaften
 theromdynamische und
mech. Erprobung
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Entwicklungsfelder und Ähnlichkeit
CFD-analysis
centrifugal compressor
Development
Similarity:
thermo- and fluiddynamic
mech. stresses
 u², D
structure analysis
natural frequencies
 u, 1/D
bearing and rotordynamic
thermodynamic, pressure ratio
 u², D
noise and acoustic
air flow
 u, D²
u2  r    d    f  const .
FE-analysis
axial turbine
Di  k i  D0 
laser vibrometer
analysis compressor
 2  D
4
i
0
k  1.19
k  1.21
TCR10
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TCA33
TCA88
TCR22
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TCA – Application Ranges
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TCR - Application Ranges
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TCA und TCR Baureihenstufung
TCR - Series
TCR10
TCR12
TCR14
TCR16
TCR18
TCR20
TCR22
Max. supercharged engine
output per turbocharger
-
Max. supercharged engine
output per turbocharger
TCA - Series
600 kW
800 kW
1,200 kW
1,800 kW
2,700 kW
3,900 kW
6,900 kW
TCA33
TCA44
TCA55
TCA66
TCA77
TCA88
-
Di  k i  D0 
 2  D
4
5,400 kW
8,200 kW
10,400 kW
14,800 kW
21,000 kW
30,000 kW
i
0
k  1.189
k  1.211
TCR10
MAN Diesel & Turbo
TCA33
TCA88
TCR22
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Grundlagen
„skalierter Motor mit Turbolader“
V H B 2 

4
H
~ l3
P e  p me  c m  B 2 

8
 z i
~ l2
pme  const.  cm  const.
Maßstab 
1
n~
l
: 1,2
: 1,5
: 2,0
: 3,0
: 6,0
: 10,0
500
600
750
1000
1500
3000
5000
Hub / Bohrung
48/60
40/50
32/40
24/30
16/20
8/10
4,8/6,0
VH in ltr.
108,6
62,8
32,2
13,6
4,02
0,503
0,1086
Pzyl. in kW
1200
833,3
533,3
300,0
133,3
33,3
12,0
Pzyl./VH in kW/ltr.
11,05
13,3
16,6
22,1
33,1
66,3
110,5
Drehzahl in U/min
3
VH ~ l
PZyl . ~ l 2
Kennzahl
1,0
Motor
Turbolader
Druck
pme
V
Geschwindigkeit
cm
u2
Stufensprung
Generator
Polpaarzahl
frei wählbar
Feinstufung
Zylinderzahl
Meridionalschnitt
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Produkt Turbolader – Kennzahlen
THM-Gasturbine:
Kompressor 375 m/s,
HD Turbine 425 m/s, ND Turbine 420 m/s
MARTin-Gasturbine:
Kompressor 390 m/s,
HD Turbine 495 m/s, ND Turbine 505 m/s
u2 = 560 m/s (590 m/s)
Fliehkraft
u2
F  m   r  m 
r
Rotationsenergie
J
m
E kin.   2   v 2  m  g  h  E pot .
2
2
2
28 kWs bei TCR 10 Verdichter
 15.000 kWs bei TCA88-25 Turbine
entspricht ~ 4 km Epot
kinetische Energie äquivalent:
TCR22 Verichterrad
 Pkw 1.6 to 130 km/h (180)
TCA88 Verdichterrad
 Lkw 40 to 85 km/h (130)
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Produkt Turbolader
Welche Gemeinsamkeiten haben diese Turbomaschinen?
u2 = 5 m/s (?)
u2  480 m/s
u2 = 590 m/s
spez. Kosten  10  20 €/kW
*) bezogen auf Motor-Leistung
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Agenda
1
2
3
4
Zusammenfassung
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Kernaussagen
1. Der aufgeladene Dieselmotor ist die beste Wärmekraftmaschine im
Einzelprozess.
2. Der TL ist der (ein) Schlüssel dazu.
3. Der Turbolader setzt intern 40% der Motorleitung um.
4. Rationelle Entwicklung durch skalierte Baugrößenstufung.
5. Betriebsbedingung einer hochbelasten Turbomaschine.
6. Die Entwicklung ist mehr und mehr emissionsgesteuert
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Disclaimer
All data provided in this document is non-binding.
This data serves informational purposes only and is especially
not guaranteed in any way. Depending on the subsequent
specific individual projects, the relevant data may be subject
to changes and will be assessed and determined individually
for each project. This will depend on the particular
characteristics of each individual project, especially specific
site and operational conditions.
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Do you have any more questions?
Dr. Alexander Rippl
MAN Diesel & Turbo SE
+49 821 322 3710
[email protected]
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Handout Entwicklungsschwerpunkte Abgasturbolader MAN

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