三菱重工技報 VOL.43 NO.1: 2006

特集論15

大型ディーゼル機関用高効率過給機
MET-MA シリーズの開発

文

Development of High Ef f iciency
Turbocharger MET-MA Series for Large
Bore Diesel Engine
白 石 啓 一＊1

岩 佐 幸 博＊2

Keiichi Shiraishi

平野雄一郎

Yukihiro Iwasa＊3

西Yuichiro Hirano

1．はじめ野Hiroshi Nishino宏

手 島 貴 典＊2
Takanori Teshima＊4

レッサ羽根車とタービン翼の改良によって実施されにた．図２に，これらの空力設計の変遷を示す．
2．2

過給機は，排気ガスエネルギを排気ガスタービンでMET 過給機の特徴回収し，同軸上のコンプレッサを駆動して，燃焼に必MET 過給機の特徴は，図３の過給機断面図に示さ要な空気を機関に送る機械である．最近の大型ディーれるように，軸受が羽根車とタービン翼の内側に配置

ゼル機関の高出力化に対応するために，過給機には，され，ロータが熱変形の少ない軸受台で支えられていコンプレッサの高圧力比化，過給機効率の向上が望まれている．また，排気ガスエネルギーの一部を動力として回収するターボコンパウンドシステムが近年注目本報では，最新の高効率 MET-MA 型過給機の開発について報告する．

2．MET 過給機の概要
2．1

MET 過給機の歴史

コンプレッサ圧力比されており，高効率過給機へのニーズが高まっている．

MET-MA

4
MET-SC

MET-S,-SA

3

MET .. O
2

オリジナル MET
水冷式過給器1960

低速機関用に開発された過給機で，機関の高出力化要

図１

い，性能向上を図ってきた．性能向上は，主にコンプ

図２
＊1
＊2

1970

1980

MET-SC一体型羽根車1984 年MET-SB
2 分割・バックワード羽根車
1982 年MET-SB，SC，SD単独翼
1982 年

三菱 MET 型過給機の歴史

MET-SD，SE，SEII一体型羽根車スプリッタ翼付き
1990 年MET-SE，SEII
単独翼，ワイドコード
1995年

三菱 MET 型過給機のコンプレッサ羽根車とタービン翼の変遷

長崎造船所風力・舶用機械設計部過給機設計課主席
長崎造船所風力・舶用機械設計部過給機設計課

1990年

求に対応するために，図１に示すモデルチェンジを行

MET-S，SA
ダンピングワイヤ付き
1973 年SEII
MET-SE

MET-SB,-SBII

MET 過給機は，1965 年当初三菱 UE 型２サイクル

MET-S，SA
２分割・放射状羽根車
1973 年MET-SD＊3＊4

技術本部長崎研究所ターボ機械研究室
技術本部長崎研究所振動研究室主席

2000

三菱重工技報 VOL.43 NO.1: 2006

16の新シリーズとし，MET-MA の開発を行った．
MET-MA の開発に当たっては，次の点に配慮した．
① 過給機高効率化に応えるために，タービン動翼形状と排気ガス通路の形状の見直しを行い，性能向上を図った．
② 図 ４ に 示 す MET53 と MET66 と の 間 に MET60を新たにシリーズに加え，10 000 kW 前後の出力機関に，MET66 よりもフレームサイズの小さいMET60MA を適用することで，過給機サイズの小型化を可能とした．
図３③ 外径寸法は従来機種と略同一とし，互換性をもたMET83SE Ⅱ過機断面せた．
ることである．これによって，タービン側ケーシング

次に，性能向上にかかわるタービン翼及びガスケーの熱膨張がロータの支持に影響を及ぼさない．また，

シングの設計について詳細に述べる．

軸受台には，機関の危急停止後にも潤滑油が供給でき

4．MET-MA の設計るように，内蔵型のヘッドタンクが設けられている．
さらに，ガス入口ケーシングは２重構造で，機関側と4．1

タービン動翼の設計の配管を外すことなく，ケーシング内側が取り外され，

MET-MA 型 過 給 機 の 効 率 向 上 の た め， 新 型 の容易にタービン，ノズルの点検が可能な構造である．

タ ー ビ ン 翼 を 採 用 し た． 図 ５ に，MET-SEⅡ 型 とMET-MA 型過給機のタービン翼外観を示す．

3．MET-MA 過給機開発のねらい

MET-SEⅡ型のタービン翼は，翼前縁部及び後縁部機関の高出力化のためには，高い密度，すなわち高い圧力の燃焼用空気を効率良く供給することが必要である．このため，過給機には，高いコンプレッサ圧力比と，高い過給機効率が望まれている．
また，エネルギーの有効活用の観点から，過給機に供給される排気ガスの一部を抽出して，動力として回収するターボコンパウンドシステムが注目されている．ターボコンパウンドシステムは，過給機効率が高いほど，得られるエネルギーを増やせるため，過給機には，より高い効率が求められる．

MET-MA

これらの過給機性能向上を図るため，MET 過給機

図５

MET-SEII

MET90SE

83SEII

MET71MA
71SEII
MET71SE
MET66MA
MET66SE

66SEII

MET60MA
MET53MA
MET53SE

53SEII

MET42MA
42SE 42SEII
33MA
33SE033SEII
5 000

10 000

15 000

20 000過給機一台当りの適合機関出力（kW）

図４

MET-SEII

MET-MA と MET-SE Ⅱのタービン翼概観

MET90MA
MET83MA
MET83SE

MET-MA

MET-MA 型過給機適合機関出力

25 000三菱重工技報 VOL.43 NO.1: 2006
Turbine Pressure Ration＝2.5

4：MET-MA（a）（b）

従来ケーシング MET-MAケーシング

図６

ガス出口ケーシング内の流速分布解析結果：MET-SEII

210−1−2−30.5

0.55

0.6

図７0.70.75

MET MA タービンの効率が直線的に形成されているのに対して，MET-MA 型のタービン翼は，翼高さ方向の翼面流れを最適化するために，完全に三次元の曲面形状を採用した．
4．20.65

理論速度比

ケーシングの空力設計

最近の計算技術の進歩により，大規模な流れ場の解析が比較的短時間で可能になり，有効な設計ツールとなっている．
これを活用して，タービンのガス出口ケーシング，排気ディフューザの最適化を図った．
図６に従来の MET-SEⅡ型のガス出口ケーシング

過給機総合効率（％）

タービン性能差（％）

3流れの剥離17

図８MET83MA 過機断面757065：MET83MA：MET83SEII

6055
1.52.02.5

3.0

3.5

4.04.5

コンプレッサ圧力比

図９MET83MA 過給機と MET83SE Ⅱ過給機の総合効率比較と比較して内部の流れ解析結果を示す．従来の設計においては，図６（a）に示されるように部分的に流れの剥離が生じていたため，ガス出口ケーシングの形状を改善し，図６（b）のように，流れの剥離を解消した．

5．性 能 試 験 結 果
5．1

タービン単体試験

タービン単体の性能試験結果を図７に示す．ター
ビン圧力比 2.5 において，従来の MET-SEⅡ型と比べ6．おわりに従来機種の実績を踏まえ，過給機のタービンに改良を加えることで，大幅な過給機効率向上が得られた．
この MET-MA 型過給機の高効率は，今後，新たに開発される高出力機関，排熱回収システムに適用され，ディーゼルプラントの更なる高効率化に大きく寄与していくものと考える．

MET-MA 型では約２％のタービン効率向上が確認された．
5．2

過給機性能試験

MET83MA プロトタイプを製作し，過給機の性能試験を実施した．図８に，MET83MA 過給機の断面図を示す．
図 ９ に，MET83MA の 過 給 機 効 率 を， 従 来 の

白石啓一

岩佐幸博

平野雄一郎

西野宏

MET83SEⅡと比較して示す．圧力比 3.8（掃気圧力0.38 MPa 相当）において，MET83MA では 70 ％以上の過給機効率が得られており，従来よりも約２％効率が向上している．この効率向上により，高い効率のターボコンパウンドシステムが実現できると考える．

手島貴典