• CFD
• compressore centrifugo
• geotermia
• IGV
• Inlet Guide Vane

Sommario

L'obiettivo del seguente lavoro è simulare il comportamento degli ultimi due stadi di alta pressione di un compressore centrifugo, usato nelle centrali geotermoelettriche per il mantenimento del vuoto nel condensatore. Lo scopo principale è stato quello di indagare la variazione dei parametri di funzionamento, al variare della portata massica elaborata dalla macchina, con e senza l'utilizzo di un Inlet Guide Vane sul primo stadio e di verificare se l'utilizzo delle pale di prerotazione fosse previsto o meno dal progetto originale. Per la realizzazione del modello, sono stati usati modelli 3D della cassa del compressore e disegni 2D di diffusori e giranti, ottenuti con tecniche di reverse dalle macchine esistenti. Tramite i software Pro/Engineer wildfire 4.0 e Solid-Works 2010, sono stati realizzati i volumi solidi nei quali evolve il fluido e assemblati, la griglia di calcolo è stata realizzata tramite il software Gambit 2.3.16 ed esportata in ambiente Fluent 13. In ambiente Fluent sono state imposte al modello le condizioni al contorno: pressione costante alla mandata e flusso di massa in ingresso. Il modello è stato validato nel punto di funzionamento garantito dal manuale, è stato verificato se l'IGV installato su alcune macchine fosse parte del progetto verificando sia il grado di vuoto atteso, sia i triangoli delle velocità in aspirazione del primo stadio. Sono stati poi verificati, al variare della portata elaborata, i triangoli delle velocità su entrambi gli stadi in aspirazione e mandata delle giranti, sono stati analizzati gli angoli di attacco all'aspirazione dei diffusori, sono stati ricavati i coefficienti di recupero degli statori e il grado di reazione delle giranti; infine sono state date indicazioni sull'eventuale modifica del palettamento di prerotazione per la regolazione del compressore che lavora come estrattore di gas per garantire il vuoto al condensatore.

Abstract

The purpose of this work is the simulation of the behavior in the last two stages of high pressure in a centrifugal compressor, used in geothermal power plants for maintaining the vacuum in the condenser. The main aim was to investigate the variation of the operating parameters with a possible range of mass flow rate processed by the machine, with and without the use of an Inlet Guide Vane on the first stage, and check whether the use of the prerotation's blades was foreseen in the original project. For the realization of the model, was used a 3D models of the compressor's shell and 2D drawings of diffusers and impellers, obtained by reverse engineering from existing machines.
The softwares Pro / Engineer Wildfire 4.0 and Solid-Works 2010, were used to design the volumes in which the fluid evolves, the computing grid was realized using the software Gambit 2.3.16 and exported in Fluent 13 environment. In Fluent environment was imposed the model boundary conditions: constant pressure at the outlet and mass flow at the inlet. The model was validated in the operating point defined in the manual, checking whether the IGV was part of the original design, estimating the expected degree of vacuum and the resulting suction velocity triangles in the first stage.
Then were analyzed the velocity triangles of both stages (inlet and discharge) in the range of the flow drawn and the incidence's angles at the diffuser's inlet, were finally found for the stators' gain coefficients and for impellers' degree of reaction. In conclusion of the analysis, were given indications for a possible modification of the inlet guide vane, in order to ensure a better adjustment of the compressor in the extraction of incondensable gas from condenser.