Témata
Reklama

Dokončený vývoj nového turbodmychadla

11. 12. 2002

PBS Turbo, s. r. o., Velká Bíteš, jeden z českých výrobců plnicích turbodmychadel, v letošním roce úspěšně dokončuje projekt vývoje nového turbodmychadla s radiální turbínou.

Projekt turbodmychadla získal podporu Ministerstva průmyslu a obchodu České republiky v rámci programu Zvýšení exportních možností (rámcová smlouva FA - E3/079/00), což umožnilo velmi komplexní řešení celého vývojového úkolu, spolupráci s předními vědeckými pracovišti a použití moderních návrhových metod.
Reklama
Reklama

Specifikace zadání

Již na počátku projektu byla velká pozornost věnována definici požadavků zákazníků. Provedená studie četnosti prodeje různých kategorií motorů vedla k rozhodnutí o zahájení vývoje turbodmychadla určeného pro jednotkový výkon motoru 450 - 900 kW s cílovou účinností turbodmychadla 63,5 % a maximálním trvalým stlačením vzduchu 4,5 při použití kola kompresoru z hliníkové slitiny.
Aby turbodmychadlo obstálo na trhu, byla provedena marketingová studie, jejímž cílem bylo i stanovení ekonomických omezení, zejména trhem akceptovatelné ceny a z ní odvozených výrobních nákladů. Minimální životnost rotoru byla stanovena na 25 000 hodin. Požadavek trvalého stlačení 4,5 s hliníkovým kolem kompresoru vedl k napěťové optimalizaci, jejímž výsledkem byla nová konstrukce kola. Stlačení a rozsah teplot nasávaného vzduchu však nedovolil zůstat pouze u hliníkových kol kompresorů a vyžádal si osvojení výroby kol ze slitiny titanu. Tento fakt musel být brán v úvahu při návrhu uložení rotoru. Nová konstrukce vedla ke snížení hmotnosti o 25 % ve srovnání s předcházejícím turbodmychadlem PTR 154. Byly splněny i velmi omezující požadavky výrobců motorů na připojovací rozměry.

Konstrukční řešení

Byl zvolen zcela nový způsob připevnění turbodmychadla na motor a přívod oleje bez vnějších trubek. Z dalších požadavků, které konstrukce zabezpečila, lze zmínit rozsah teplot mazacího oleje do 95 °C a tlaků 2 až 5 barů, způsob odvedení tepla z kritických míst, bezpečnost stroje vůči okolí v případech závažné poruchy, použitelnost turbodmychadla pro motory spalující agresivní paliva. S tím souvisí výběr vhodných materiálů.
K základním částem konstrukce patří kompresorový stupeň, turbína a ložiska. Kompresorový stupeň byl navržen v PBS Velká Bíteš, a. s., včetně programu pro obrábění lopatek. Následně proběhla v podobném turbodmychadle optimalizace tak, že se v novém stroji pouze doladily profily lopatkových difuzorů, které využily zlepšené prostorové možnosti konstrukce. Pro návrh turbíny byl použit CFD program FLUENT, který optimalizoval jednotlivé části turbíny navržené na základě jednorozměrných výpočtů. Bylo navrženo několik variant dílců. Závěrečné rozhodnutí pak bylo provedeno na základě výsledků porovnávacích zkoušek za tepla.

Nová řešení

Celá konstrukce byla provedena pomocí systému Pro Engineer. Vytvořená třírozměrná data sloužila nejen jako podklad pro pevnostní optimalizace, kontrolu váhového limitu, kontrolu dynamiky rotoru a CFD analýzu, ale i jako podklad pro výrobu a kontrolu na měřicím stroji. Návrh vycházel jak z dříve osvědčených prvků, tak ze zcela nových řešení. Celková koncepce stroje je zdánlivě stejná - radiální kompresorový a turbínový stupeň s kluznými ložisky mezi oběžnými koly. Jdeme-li však do detailů, najdeme několik poměrně významných rozdílů. Nová konstrukce kola kompresoru již byla zmíněna, ale k viditelné změně došlo také na axiálním ložisku a ložiskové skříni. Přepracována byla spirální skříň turbíny, ucpávky, způsob uložení lopatkového difuzoru. Konstrukce byla celkově zaměřena na řešení každého dílce do nejmenšího detailu tak, aby bylo dosaženo zadaných termodynamických parametrů, ale i bezporuchové funkce za všech režimů, bezpečnosti a životnosti. U prototypů nebyl dodržen stanovený limit pracnosti, který společně s náklady na materiál zabezpečuje přiměřeně nízké výrobní náklady. S ohledem na snížení počtu obráběných dílů o 6 % a průběžně prováděnými konzultacemi s technology lze očekávat splnění tohoto cíle v sériové výrobě. Součástí návrhu bylo použití FMEA na posouzení konstrukce a odhalení možných problematických uzlů již v raném stadiu návrhu.

Ověřování parametrů

Souběžně s konstruováním probíhalo ověřování důležitých prvků na podobných turbodmychadlech a v laboratořích. Ověřeny byly zejména materiály z pohledu vysokých namáhání a použitých pracovních médií. Například s rozváděcím kolem pro těžká paliva vyrobeným novým způsobem již bylo dosaženo 4500 provozních hodin beze změny parametrů. Revize po 10 000 h prokázala spolehlivost nového způsobu těsnění turbínové skříně, což platí i o ucpávkách.
Součástí řešení projektu bylo i zvýšení přesnosti měření a jeho automatizace. Byla provedena rekonstrukce zkušebního stavu, která umožňuje zkoušky až do stlačení 6. Stav byl doplněn novou měřicí ústřednou napojenou na počítač, což výrazně zrychlilo zpracování naměřených dat. Zvolené zařízení významně zvýšilo i přesnost měření, která je nezbytná pro získávání podkladů k další optimalizaci.

Výsledky zkoušek

Velmi důležité jsou výsledky zkoušek. Prototyp turbodmychadla hladce dosáhl projektované otáčky 70 000 min-1 a potvrdil správnost návrhu. Významné je to zejména z důvodu minimalizace průměrů ložisek a tím i mechanických ztrát. Pro jejich další snížení existuje potenciál, který je v současnosti konstrukčně zpracováván. Velmi důležité bylo ověření funkčnosti nové konstrukce kola kompresoru, která se osvědčila i za extrémně tvrdých podmínek cyklického zatížení a pumpáže. Provedeny samozřejmě byly i termodynamické zkoušky. Hned první měření potvrdilo optimum účinnosti turbodmychadla v návrhovém bodě. Její hodnota byla 63 %, což je velmi blízko zadání a po dokončení optimalizace bude stanovených cílů zcela určitě dosaženo. Zaznamenán byl i vliv snížených mechanických ztrát. V současné době je již projednáváno nasazení turbodmychadla na motor.
Výsledky doposud provedených zkoušek dávají vysokou naději pro prosazení výrobků PBS Turbo na moderní, vysoce zatížené motory. Na dosažení zadaných cílů měla rozhodující vliv šíře, s jakou byl úkol řešen. Takový rozsah prací by ani pro středně velkou firmu, jakou PBS Turbo je, nebyl možný bez vnějších finančních zdrojů - v tomto případě podpory MPO.
Reklama
Vydání #12
Kód článku: 21227
Datum: 11. 12. 2002
Rubrika: Trendy / Kompresory
Autor:
Firmy
Související články
Inteligentní řízení kompresorů přináší úsporu energie

Novinkou na českém trhu, kterou představila společnost Veskom, je inteligentní nadřazené řízení až dvanácti kompresorů Gardner Denver Connect 12. Mezi jeho výhody patří optimalizace tlaku ve vzduchové soustavě, flexibilita spínání kompresorů, zobrazování aktuálního stavu stanice a kompresorů, vyšší bezpečnost provozu a úspora energie.

Modulární příprava vzduchu pro průmyslové aplikace

Stlačený vzduch je bezpečný a spolehlivý zdroj energie za předpokladu, že se správně používá a upravuje. Často je mylně pokládán za levný nebo dokonce "bezplatný" zdroj energie, avšak v místě použití má přibližně stejnou cenu jako zemní plyn. Proto je velmi důležité instalovat správné vybavení pro úpravu a regulaci přívodu vzduchu.

Výměnný systém pro automatizaci obrábění

Hlavice Robot point je novinkou české strojírenské firmy v-tech a je dalším produktem, který jde cestou filozofie Průmysl 4.0.

Související články
Modulární lisovací systémy

Od univerzálních standardních lisů až po jednoúčelové speciální lisy - firma TOX Pressotechnik je díky svému modulárnímu systému lisů a pohonů schopna realizovat speciální a úsporná řešení v krátkém čase. Lisy ecoLine je možné sestavit v online konfigurátoru.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Přichází doba zmenšování

Stále menší jsou nejen naše mobilní telefony, počítače a všechna elektronika obecně. I výrobky pro automatizaci se viditelně zmenšují. Však také tato dvě témata spolu silně souvisejí. Výroba elektroniky je dnes tahounem automatizace. Technologie se odehrává na malém prostoru, velmi často ve formě tzv. stolních aplikací. Koncentrace do malých rozměrů se objevuje u v jiných oblastech - představte si moderní světlomet do automobilu. Jeho výroba vyžaduje značně komplikované přípravky a prostoru také není nazbyt.

Bílá kniha - zónová bezpečnost

Výrobci jsou povinni předcházet pracovním úrazům prevencí bezpečnostních rizik. Dosažení požadované úrovně bezpečnosti může být náročné, jelikož může dojít ke zvýšení složitosti a snížení produktivity. Tato bílá kniha představuje unikátní řešení zónové bezpečnosti, která snižuje složitost konstrukce redundantních pneumatických bezpečnostních okruhů a zvyšuje produktivitu stroje. Jsou zde vysvětleny výhody tohoto konceptu oproti tradičním metodám pneumatických bezpečnostních okruhů, využívajících vypouštěcí ventily a zároveň jsou zmíněny jeho přínosy jak pro výrobce strojů a zařízení (OEM), tak pro koncové uživatele.

Nové pneumatické válce dle ISO 15552

Nové pneumatické pohony Parker řady P1F s certifikací podle ISO 15552 řeší širokou škálu průmyslových aplikací pro všeobecné použití v různých provozních podmínkách. Nová série nahrazuje stávající série P1D a AZ. Válce jsou k dispozici ve velikostech pístu od 32 do 125 mm.

Chlazení a mazání kompresorů

V kompresorech se běžně používají chladiva spolu s mazivy. Aby kombinace těchto dvou složek dobře fungovala, je potřeba zvolit vhodné mazivo. Výrobci maziv reagují na změny v legislativě EU o využívání freonů jako chladiva v kompresorech.

Fenomén otáčení

Najít v přírodě cokoliv, co se mechanicky otáčí, je velmi obtížné. Otáčení však hraje roli v celé historii našeho průmyslu. Bez otáčení by nebyl vynalezen soustruh, bez soustruhu by nebyly vyrobeny písty, bez pístů by se nepodařilo spustit parní stroj, bez páry by nezačala éra techniky…

Hydraulika a pneumatika. Quo vadis?

Vážení čtenáři, opět po roce se vám dostává do rukou letní vydání magazínu MM Průmyslové spektrum věnované hydraulice a pneumatice. Ve své úvaze se pokusím najít odpověď na úvodní otázku, tedy kam tyto tradiční obory směřují.

Když je součástka rozhodující

Dokonalé fungování nového automatického testovacího systému realizovaného společností Sagicofim k provádění přejímacích zkoušek bezpečnostních nádob na filtrační prvky podle nejpokrokovějších předpisů zaručuje servoventil řady LR z produkce společnosti Camozzi.

Pneumatické válce certifikované dle ISO

Nové pohony řady P1F řeší širokou škálu průmyslových aplikací pro všeobecné použití v různých provozních podmínkách.

Vícecestné rotační přívody médií

Do rotačních částí obráběcích strojů je při obrábění nutné stále častěji přivádět, odvádět nebo v nich vést více než jedno médium. Nutností je to při soustružení i frézování a také při kombinaci obou technologií, kdy je potřeba přivádět média ke všem nástrojům obráběcích operací. Společnost Deublin, výrobce rotačních přívodů, představila novou generaci vícecestných rotačních přívodů – hybridní řadu.

Chvění zakázáno

Nemusí to být samotný stroj nebo budova, které způsobují nežádoucí vibrace. Tlumiče kmitů mají kmity vzniklé vibracemi odstranit. Zkušebna a zkušební obráběcí stroj byly vybaveny rozdílnými výrobky, které chvění tlumí.

Reklama
Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

Proč jsme nejlepší?

  • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
  • Vysoký podíl redakčního obsahu
  • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

a mnoho dalších benefitů.

... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

      Předplatit