Tăng áp tua bin khí xả lai máy nén (TB-MN) là phương pháp dùng tur bine làm việc nhờ sử dụng năng lượng khí xả lai máy nén gió kiểu ly tâm được gắn đồng trục với roto turbine. Khí xả của động cơ có áp suất và nhiệt độ rất cao nên nhiệt năng của nó tương đối lớn.
Hình 2.12: Sơ đồ nguyên lý cơ bản của tăng áp với tổ hợp TB-MN
Trên hình 2.12 thể hiện sơ đồ khối động cơ Diesel tăng áp bằng TB- MN. Khí xả sau khi ra khỏi động cơ có thể qua bộ biến đổi sơ bộ rồi cấp vào tua bin. Công sinh ra của tua bin trực tiếp được sử dụng để dẫn động máy nén gió tăng áp. Không khí nén trước khi cấp vào động cơ có thể được làm mát bằng sinh hàn.
Tăng áp bằng turbine khí xả máy nén đơn thuần nhất cho phép tăng công suất động cơ Diesel từ 50 ÷ 70%, tăng hiệu suất động cơ từ 4 ÷ 6%, suất tiêu hao nhiên liệu có ích giảm từ 8 – 13%, nhiệt độ khí xả giảm 50oC. Bằng một số biện pháp cải tiến, tăng áp TB-MN hiện đại có thể tăng công suất động cơ
400%. Để chủ động định lượng mức độ tăng áp, tăng khả năng tăng áp có thể trích một phần năng lượng khí cháy trong xy lanh động cơ dành cho tua bin bằng cách tăng góc mở sớm cơ cấu xả. Trong trường hợp này, tua bin khí xả máy nén là thiết bị tận dụng năng lượng của khí xả. Thực tế đã chứng minh được rằng, khí xả của động cơ ở tất cả mọi chế độ sử dụng trong thực tế đảm bảo được các điều kiện sau:
- Năng lượng đủ cao để có thể sử dụng một phần cho giãn nở trong tua bin và sinh công cơ khí.
- Nhiệt động không quá cao nên có thể tránh được việc hư hỏng các chi tiết của tua bin.
- Tua bin khí xả có thể dẫn động máy nén ly tâm mà không tạo ra sức cản quá lớn trên đường xả của động cơ. Trong động cơ Diesel, khoảng 35%-40% năng lượng của nhiên liệu phát ra bị mất do theo khí xả ra bên ngoài. Xét trong 40% năng lượng đó, có 10% mang đi bị mất mát do ma sát, tiết lưu vì không thể thải khí ra ngoài với áp suất và nhiệt độ môi trường, 20% năng lượng thải ra môi trường.
Như vậy, còn có thể tận dụng được khoảng 10% năng lượng của nhiên liệu phát ra chứa trong khí xả.
Trên thực tế, các động cơ Diesel thường được trang bị các tổ hợp tua bin khí xả máy nén với nhiều thiết bị phụ trợ, nhiều phương án cải tiến. Các phương án đó có thể kể ra như: bộ biến đổi xung khí xả, ống phun và ống khuyếch tán điều chỉnh được, phối hợp tăng áp cơ giới và tua bin khí xả máy nén, sử dụng máy nén hốc dưới piston; sử dụng quạt gió phụ hoặc máy nén phụ vào mục đích giảm tải cho tổ hợp tua bin khí máy nén …
Ưu điểm của phương pháp tăng áp TB-MN:
- Hệ thống tăng áp tua bin khí xả- máy nén có cơ cấu được chế tạo đơn giản và bố trí gọn.
- Tận dụng được nguồn năng lượng khí xả, làm giảm lượng khí thải. - Cải thiện được các chỉ tiêu kinh tế của động cơ.
- Hiệu suất hệ thống tăng áp TB-MN lớn hơn hiệu suất của hệ thống tăng áp cơ giới.
Nhược điểm phương pháp này là: khả năng gia tải của động cơ rất kém, so với hệ thống tăng áp khác. Vì thế động cơ cỡ lớn phải trang bị thêm quạt gió phụ hỗ trợ khi khởi động và khi chạy tải thấp.