Un turbocompressore di un motore diesel marino è parte integrante del motore delle navi.
È una forma di sistema di recupero dell'energia di scarto che utilizza i gas di scarico del motore per ruotare la turbina e fornire aria alla camera di combustione attraverso il compressore montato sullo stesso asse. Con l'uso di un turbocompressore, la potenza del motore può essere aumentata senza aumentare la dimensione del motore e allo stesso tempo riducendo il consumo specifico del combustibile. Le efficienze termiche meccaniche e di lavaggio meccanico del motore marino sono migliorate grazie alla migliore alimentazione dell'aria e utilizzo dei gas di scarico. Il carico termico è ridotto a causa di un periodo di combustione più corto e più efficiente del carburante.
Il turbocompressore del motore marino è costituito principalmente da due parti: il lato soffiatore e il lato turbina. Il turbocompressore è costituito da una turbina a impulsi monostadio collegata a una girante centrifuga sull'altro lato tramite un albero. Entrambi i lati sono dotati di un involucro che contiene turbina e soffiante. L'involucro del lato soffiante è costituito da un filtro per aspirare l'aria pulita senza polvere e particelle, che danneggiano le pale del soffiatore del compressore. Un diffusore è previsto nel lato soffiante per aumentare la pressione dell'aria aspirata.
Sul lato turbina, è presente un involucro di ingresso, che raccoglie i gas di scarico verso la pala della turbina. E’ presente anche un anello di ugelli (Nozzle Ring) per convertire la pressione dei gas di scarico in energia cinetica prima di colpire le palette della turbina.
L'albero ruota su cuscinetti che aiutano il turbocompressore a ruotare alla velocità di circa 5000 - 10.000 giri / min a seconda delle dimensioni del turbocompressore. I cuscinetti sono generalmente di tipo a sfera e a rullo. I cuscinetti sono lubrificati con il sistema di lubrificazione del motore o con la sua pompa a seconda della progettazione e del tipo di turbocompressore.
Quando il motore viene avviato, comprime e brucia il carburante. Parte dell'energia viene sprecata e produce gas di scarico che devono essere estratti dal cilindro tramite una valvola di scarico. Questi gas di scarico da ogni cilindro si spostano verso un collettore di scarico.
La turbina è azionata dai gas di scarico del motore. I gas di scarico dal collettore scarichi entrano, tramite la cassa di ingresso del gas del turbocompressore. Il gas si espande attraverso un anello degli ugelli, dove l'energia di pressione viene convertita in energia cinetica. Questa elevata velocità viene diretta sulle pale della turbina, dove aziona la ruota della turbina e il compressore collegato allo stesso albero.
I gas di scarico vengono convertiti in energia cinetica dall’anello degli ugelli (Nozzle Ring). È realizzato in acciaio al nichel-mollychromes resistente al calore o in una lega Nimonic che può sopportare alte temperature e resistenza alla corrosione. L'uscita laterale della turbina è collegata al tubo di aspirazione dei gas di scarico, che conduce i gas di scarico al fumaiolo della nave.
Sul lato aria, l'aria viene aspirata nel filtro. Un panno in feltro può inoltre essere messo in cima al filtro per ulteriore filtrazione. L'aria entra nella girante del compressore assialmente, dove raggiunge un'elevata velocità. L'aria esce e passa attraverso un diffusore dove parte dell'energia cinetica viene convertita in energia di pressione uscendo dalla girante. Alla fine, l'aria viene quindi fatta passare in un involucro a voluta dove avviene un'ulteriore conversione di energia.
L'uscita dal lato soffiante è connessa ad un dispositivo di raffreddamento dell'aria. Si tratta di un dispositivo di raffreddamento dell'aria a fascio tubiero in cui viene passata l'acqua dolce all'interno dei tubi come agente di raffreddamento per ridurre la temperatura dell'aria. Questa aria viene poi inviata come aria fresca all'interno del collettore aria lavaggio del motore. Da qui ogni cilindro prende aria attraverso le luci di lavaggio.
Durante l'avviamento del motore, anche il turbocompressore è fermo, quindi non viene fornita aria al collettore lavaggio. L'aria è essenziale per avviare la combustione, pertanto vengono installate soffianti elettriche aggiuntive, che vengono accese durante l'avviamento del motore. Quando il regime del motore raggiunge una certa soglia e il turbocompressore fornisce aria, l’alimentazione elettrica alle soffianti viene interrotta.
Turbocompressore a geometria variabile.
Un VGT o VTA è un turbocompressore, in cui le pale mobili sostituiscono le pale fisse convenzionali, possono cambiare angolazione per controllare il flusso di scarico sulle pale della turbina. Ciò aiuta il motore a bilanciare il volume di aria necessario al carburante lungo l'intero intervallo di carico del motore.
Il VGT o VTA è costituito da anelli degli ugelli dotati di palette ad angolazione regolabile.
Ogni aletta è collegata per controllare un anello tramite una leva, il che riduce l'isteresi termica e aumenta la precisione di posizionamento. La posizione o l'angolazione delle pale viene regolata dall'anello di controllo collegato al motore elettrico di posizione tramite un riduttore.
Il sistema di controllo governa l'azione del motore posizionale controllato dal microprocessore. La posizione o l'angolo delle pale viene quindi modificato dopo aver confrontato i segnali di feedback di pressione dell'aria dopo il compressore e temperatura dei gas di scarico prima e dopo il turbocompressore.
Vantaggi del VTA
- Funziona su tutto l'intervallo di carico del motore
- Elimina la necessità di un ventilatore ausiliario
- Riduce il consumo di carburante
- Riduce le emissioni di gas di scarico e quindi l'inquinamento atmosferico
- Riduce le emissioni di CO2 , NOx e SOx
- Riduce la fuliggine e i depositi di carbonio nello spazio di combustione e di scarico
- Riduce l'incrostazione delle parti del motore
- Migliora l'efficienza del motore
- Economico nel funzionamento
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