成果報告書詳細
管理番号20090000000268
タイトル平成18年度-平成20年度成果報告書 エネルギー使用合理化技術戦略的開発/エネルギー使用合理化実用化開発/中大型エンジン用ターボチャージャ直結型発電システムに関する研究開発
公開日2009/9/12
報告書年度2006 - 2008
委託先名西芝電機株式会社 三井造船株式会社
プロジェクト番号P03033
部署名省エネルギー技術開発部 研究開発グループ
和文要約本研究「中大型エンジン用ターボチャージャ直結型発電システムに関する開発研究」の目的は、中大型ディーゼル及びガスエンジンの余剰排気エネルギーを有効利用するために、排気バイパスや減速機を介さず、ターボチャージャに直結した高速発電機を用いたシステムとすることで、中大型ディーゼル及びガスエンジンの熱効率を2ポイント 向上することである。平成18年度の永久磁石式大型高速発電機の開発では発電機1/2モデルの計画及び詳細設計を行った。インバータシステム及び制御システムの開発では、制御方法(出力制御機能、高調波抑制機能、保護機能)の設計を行い、インバータ仕様を決定した。ターボチャージャ・発電機直結構造の開発では、基本構造の検討を行った。平成19年度の永久磁石式大型高速発電機の開発では発電機1/2モデルの製作及びインバータ盤、システム制御盤との組合せ試験を行い、電気特性、出力特性の採取と、定格回転数10,500 min-1において問題なく運転できることを確認した。また、発電機1/2モデルの試験結果を発電機実機モデルに反映させ、実機モデルの計画及び詳細設計を行った。インバータシステム及び制御システムの開発では、出力制御機能、高調波抑制機能、保護機能の性能確認試験を行い、確実に故障を検出し電気的に遮断することを確認した。ターボチャージャ・発電機直結構造の開発では、詳細構造設計を行った。平成20年度は、永久磁石式大型高速発電機の開発では、実機モデルのロータについて先着磁/焼ばめ方式の製造方法を検証するため試作ロータを製作し、製造方法を確立した。また、発電機実機モデルを製作し、発電機実機モデル、インバータ盤、システム制御盤、ターボチャージャの組合せ試験を行い、10,500 min-1において軸振動等問題なく運転でき、余剰排気エネルギーを効率よく電気エネルギーに変換できることを確認した。発電機出力1,015 kW(推定により1,300 kW出力可能)、発電機効率94.0%(鉄心改善により発電機効率96% 可能)、システム効率90.8%(発電機効率改善時)を確認した。エンジンの熱効率は2.3ポイント 向上することが可能である。
英文要約Title : Turbocharger Compound System (FY2006-FY2008) Final Report The continuous increase of turbocharger efficiency has made the large marine diesel engines possible to recover the additional power through TCS(Turbo Compound System) from the surplus exhaust energy. In this R&D, a Turbocharger Generator Unit(TGU), in which a high speed generator is coupled directly with a turbocharger, is developed instead of a conventional power turbine system which requires a reduction gear and an exhaust gas bypass line as well as a power turbine. The target is to develop a high speed generator, maximum power of which is 1,300kW at 10,500min-1 with generator efficiency of 96%, and the electric power control system for the world largest turbochargers. In order to obtain the fundamental design data prior to designing a full-scale high speed generator, a half-sized model, maximum power of which is 162.5kW at 10,500min-1, was designed, manufactured and tested driven by an electric motor in combination with such electric power control system as an inverter, a transformer, a harmonic filter and a system controller which were newly developed to adapt to a full-scale model. A full-scale high speed generator was designed and manufactured based on the evaluation of the manufacturing and test results of the half-sized model. On the other hand, the connection between a full-scale high speed generator and a world largest turbocharger was carefully designed through FEM analysis and rotor vibration analysis. A full-scale model was assembled to a turbocharger after a mechanical running test driven by an electric motor and the assembly was subjected to a turbocharger burner rig test together with the above mentioned electric power control system. Generator/system output of 1,015kW/960kW was achieved at 10,500min-1 with generator/system efficiency of 94.0%/88.9%, resulting in the reduction of apparent turbocharger efficiency by 3.8 points. The system output corresponds to 4.6% of the intended diesel engine shaft output, which yields 2.3 points increase in thermal efficiency through the recovery of exhaust gas energy. It is expected through the detailed evaluation of the measured data that the target output and efficiency can be achieved when the turbocharger is designed for the high temperature cycle suitable for waste heat recovery in addition to the use of thinner and more iron core sheets. It was also confirmed that the electric power control system works satisfactorily and the rotor runs without any harmful vibration through the whole running speed.
ダウンロード成果報告書データベース(ユーザ登録必須)から、ダウンロードしてください。

▲トップに戻る