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A100-M/H ラジアルOptimized fuel consumption and rapid, cost-effective conversion

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ABB 過給機A100 シリーズ高圧力比と高効率を実現する A100 形過給機は現代のディーゼルエンジンとガスエンジンの燃料節約とエミッションの低減を可能にしました。

A100-M と A100-H シリーズは、市場の声に対応した単段過給用の最高コンプレッサ圧力比に対応する中および高速エンジン用過給機です。

エネルギー需要の増加、燃料コストの上昇や規制強化が、中速・高速機関開発に与える影響は大変大きなものです。これらの要因に加え、さらなる高出力化のトレンドが現在も続いており、ターボチャージャーテクノロジーに対しても、インパクトを与えていることは言うまでもありません。エンジンが高い Pme を得るために、高圧力比過給機が必要とされる一方で、燃焼技術の最適化、エンジンでの新しい対策、排気ガスでの後処理システムへの注力といったあらゆる要因が現代の過給機開発システムに影響を及ぼしています。つまり、燃費の良いエンジンにとって高効率の過給システムは、不可欠となっています。

コンプレッサの高圧力比化はこれまでエンジン出力の増大に重要な役割でしたが、今日ではエミッション削減にも大きな役割を果たしています。例えば殆どの最新ディーゼルエンジンとガスエンジンに何らかの形で利用されているミラーサイクル、アトキンソンサイクルにはこの高圧力比化が不可欠です。このサイクルは、ディーゼルエンジンでは NOx排出削減に利用され、ガスエンジンではノッキング開始タイミングを調整するために使用されています。また、高地で使用されるエンジンでは、更に高い圧力比が必要とされています。

ターボチャージャーの性能 －決定的な要因この 10 年でエンジンメーカー各社は、中速エンジンの大幅な高出力化を達成するとともに、燃費削減やエミッション低減も実現させてきました。同時に過給機の熱力学的かつ機械的性能に対するリクエストも実質的に増えました。（Fig. 1）

次世代のディーゼル／ガスエンジンは、A100 シリーズ過給機のポテンシャルを最大限に活用していただけることと確信しています。アルミ製コンプレッサでの連続運転条件下でも、高効率を維持しながら定格負荷での圧力比 5.8 まで対応可能であり、ターボチャージャー機構に新しい出力密度のベンチマークを樹立し、単段過給の限界を、更に大きく拡大させるものです。

TPS . .-E

TPS . .-D

2004 2012 20162008

年

50

0

100

150

200

[%]

レベル

Engine emissions

Engine bsfc

T

TP

TP

TPS

T

TPEngine power output

Turbocharger power used

A100

Fig. 1: 過給機の性能に対する要求の変化

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TPS から A100-M/H ターボチャージャーへTPS シリーズ過給機の導入から 10 年が経過し、5.5 万台を超える TPS シリーズ過給機が 500 kW ～ 3,300 kW 級の小型中速ディーゼルエンジンや大型高速ディーゼル／ガスエンジンに搭載されて順調に稼動しています。これらの過給機は従来の出力レベルのエンジンにご好評をいただいておりますが、エンジンエミッションの規制強化とともに、かつてないレベルのエンジン出力と熱効率に対する市場のリクエストにより、新しいエンジンコンセプトと新しい世代の過給機の登場が期待されています。これにお応えして開発されたものが ABB の次世代エンジン用高圧力過給機 A100-M/Hシリーズ（小型中速用 A100-M シリーズ、高速用 A100-H シリーズ）です。

A100 のラジアル過給機のフレームサイズは、フィールドで実証された TPS 過給機と外形寸法を同一にしており、かつ、TPS 同様、潤滑油入口／出口配管が過給機に内蔵されています。この設計コンセプトにより、現在 TPS 過給機が搭載されているエンジンベースを更に開発を進めていく場合におきましても、過給機の搭載上、大きな変更を行うことなく、A100ラジアル過給機を搭載することが可能となっております。

A100-M シリーズの中で最新の A150-M と A155-M は、ABBの中で最大のラジアル過給機であり、過給機 1 台あたり 5,000 kW以上のエンジンに対して、キーとなる製品で最高レベルの効率を実現します。

設計コンセプト A100 ラジアル過給機は、部品点数の最小化を図ったモジューラー構造となっており、ディーゼルエンジンやガスエンジンのさまざまなアプリケーションへの要求にも対応可能な設計となっております。

中速エンジン用の A100-M ラジアル過給機はコーティング及び高度化で効果の高い洗浄システムといった詳細設計機能の設定により、低質油の使用が可能となっております。2 口以上のガス入口ケーシングもご用意しております。

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アルミがコンプレッサの標準材質ですABB が開発したクーリングテクノロジーは、高コストなチタン材ではなく、高圧力比においてもアルミ製コンプレッサでの連続運転を可能にしました。また、この素材は運転に対する高い信頼性や長時間の部品交換インターバルを低下させることもいたしません。

コンプレッサエアーによる冷却方式は、広範なテストプログラムにより、最も効率的な解決策であり、エンジン搭載上の視点からも、最も簡単でエコノミーであることが明らかです。このコンセプトはすでに大型の ABB TPL-C 過給機にオプションとして提供されており、フィールドにおいても実証されております。

コンテインメントコンセプトA100 のケーシングは厳しいメカニカルな要求に十分に応えた設計がなされています。この設計にあたって ABB はエンジンメーカーと緊密な協力の下、エンジンコンソール上の過給機搭載の最適化と、TPS 過給機同等のコンパクト性を実現しました。コンテインメントコンセプトの安全性－大幅に上昇した出力密度の視点からの重要な確認検討事項－は、計算上や回転体のバーストテストを含めたコンテインメントテストで確認されています。

新たに開発された高出力のタービンも A100 の特徴です。TPS-F 過給機で実証された回転体及びケーシングのセンタリング思想が継承されており、更に優れた効率的な過給機の運転を確実なものにするために開発されました。

高性能なデザインコンプレッサクーリングとコンテインメントは高出力、高効率、エミッション削減と安全運行を確保します。

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4.0

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5.4

5.6

5.8

体積流量

�c [-]

コンプレッサ圧力比

V [m3/s]

A13

0

A13

5

A14

0

A14

5

A15

0

A15

5

TPS-F

コンプレッサ圧力比

1.5

1.0

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

4.5

5.0

5.5

6.0

6.5

�c [-]

�*s,C

体積流量

Fig. 2: A100 ラジアル過給機の全負荷における圧力比 vs 体積流量レンジ(仕様によりさらに高い値を達成します)

Fig. 3: A145 のコンプレッサマップ

熱力学性能A100-M/H 過給機の 3 種類の新設計コンプレッサは、それぞれ異なった翼型を持ち、広範囲の体積流量に対応できるとともに現在の TPS-F 過給機よりも、更に高圧比にもかかわらず、あらゆる点をカバーしています。(Fig. 2)

A100 過給機の特徴は、一体型アルミ製コンプレッサです。高圧ディフューザとコンプレッサ翼はアルミ製コンプレッサを全負荷における圧力比 5.8 まで対応可能にした冷却技術に加え、高圧力比用として、開発されました。すべてのアプリケーションに最適なマッチングが実施できるよう、さまざまなコンプレッサが過給機ごとに用意されています。A145 過給機コンプッレッサマップは、ワイドレンジ、ゆとりあるオーバースピードマージンと全ての作動レンジにおいて、最適な効率分布を表しています。（Fig. 3）

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認証プログラム新しく開発されたすべての ABB 過給機同様、A100 もまた将来の多様なエンジンアプリケーションにおいて、信頼できるオペーレーションを確実にするため、必須の認証試験を ABBの燃焼テスト装置を使用して行っています。新しいコンプレッサやタービンの熱力学的性能のチェックから始まり、新設計部品や組立まで、広範囲な試験が実施されました。

サービスとトータルコストA100 過給機はトータルコストを著しく軽減した機種の代表です。A100 過給機のメンテナンスインターバルは、実績のあるTPS過給機と同等となっています。熱力学的、機械的な要求は非常に高いものになっていますが、新しい A100 は、高い信頼性と少ないメンテナンスでも可能な運転という観点からも全ての必要条件を満たしています。A100 では最長で2 万 4 千時間のメンテナンスインターバルであり、メンテナンス、部品の交換、オーバーホールが容易と なっています。

新型タービン新世代の斜流タービンは A100 で使用するために開発されました。新しいタービンの特徴の一つは、大容量タイプであり新しいコンプレッサの高圧力比ポテンシャルに適合できるよう、大流量アプリケーション用として開発されています。タービンはそれぞれの流量範囲で最適化され高効率となっています。また、シーリングテクノロジーの開発により、ブローバイ量の減少が可能となったため、損失もまた軽減されました。これはより高い圧力比域における過給性能の実質的な改善につながっています。（Fig. 4）

TPS 過給機と効率を比較した場合広範囲な流用域をカバーするコンプレッサやタービン仕様のラインアップにより、A100 過給機は、舶用、産業用、発電用、鉄道用、移動式機器など多様なエンジンアプリケーションに対して理想的なマッチングが可能です。A100 の極めて優れた熱力学的ポテンシャルは定格負荷重視の過給機仕様において明らかであり、TPS 過給機との比較した場合、非常に高いコンプレッサ圧力比を要求するアプリケーションにおいて性能向上を明確に表しております。これは現代の中速・高速機関の単段過給用過給機の開発において A100 が示している飛躍的な発展の証です。（Fig. 5）

1.5 2.0 2.5 3.5 4.0

5%

3.0

A140

TPS 57-F

�T [-]

タービン膨張比

タービン効率

A140

TPS 57-F

1.5 2.0 2.5 4.5 5.0 5.53.0 3.5 4.0

コンプレッサ圧力比

65

70

75

60

55

50

45

40

� TC [%]

過給機効率

定格負荷重視仕様

�c [-]

Fig. 4: タービン効率、A140/TPS 57-F Fig. 5: 全負荷仕様の A140 過給機の効率

一流の商品と一流のサービスを タービン、コンプレッサ、そして効率の良いサービスでお客様の長期的な利益につながります。

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グローバルサービス この新しい過給機に必要なサービスノウハウや部品調達のサポートは全世界 100 か所以上、50 か国以上にはりめぐらされた ABB サービスステーションにより確実に対応いたします。

ABB の A100 過給機が搭載されている最新のディーゼルエンジンやガスエンジンをご利用のお客様には、世界共通であるABB のオリジナル部品によるオリジナルサービスを受けていただけます。

過去－現在－未来A100 シリーズの導入時、熱力学的性能を検証するためのエンジンテストリグ上での試験が実施されました。A100 過給機は、エンジン上で高圧力比及び高効率を達成できることを実証しました。そして数百台の A100 過給機が継続して高性能なレベルで稼動しています。最近では、全負荷運転で最大 5.8の圧力比を誇る A150-M と A155-M を市場投入しました。過給機でお客様に絶え間なく貢献を続けるため、新しい形式に伴うレンジの拡大と継続的な改善をいたします。

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