Dissertations / Theses on the topic 'Centrifugal Gas Compressors'

The PhD project focuses on operation and control of centrifugal gas compressors for carbon dioxide application. The analysis of the industrial background and the review of the academic literature have highlighted some research needs consisting in: - Improvement of the performance of the pressure controller of the compressor - Integration of pressure and surge control - Analysis of the effect of the recycle configuration on the operation of the compressor. Control configurations have been proposed in order to: - Reduce the interaction between control loops - Guarantee the stable and safe operation of the control system - Deal with partial and full recycle operation in supercritical carbon dioxide applications. Dynamic modelling and simulations have been employed in order to analyse the effect of boundary disturbances on the operation of the open and closed loop compression system. The performance of the system has been evaluated by means of graphical representation of controlled and manipulated variables and also by means of proposed performance indicators. These indicators focus on specific aspects of the operation of a compressor such as control performance, power consumption and amount of gas recycled. The results of the thesis demonstrate that better pressure control reduces the risk of surge. Moreover the interaction between pressure controller and surge controller can be avoided by employing a linear model predictive controller. The controller has been tuned according to various control purposes such as energy saving, surge avoidance or pressure control performance. The results also demonstrate that the recycle configuration influences surge occurrence, control stability and power consumption of the compression station. This phenomenon is emphasised when dealing with supercritical carbon dioxide because of the high density of the fluid.

Thesis (MEng)--Stellenbosch University, 2014.
ENGLISH ABSTRACT: This thesis details the methodology for developing a centrifugal compressor for application in a Micro Gas Turbine (MGT). This research forms part of a larger project, namely project Ballast, initiated by the South African Air Force (SAAF) in conjunction with Armscor. The methodology encompasses the development of a mean-line code that makes use of 1-dimensional theory in order to create an initial centrifugal compressor geometry which includes a rotor as well as radial vaned diffuser. This is followed by a Computational Fluid Dynamics (CFD) simulation process during which the compressor is optimised in order to maximise its performance. Before manufacturing a Finite Element Analysis (FEA) is done in order to ensure that the rotor does not fail during testing. The testing of the compressor is done to compare the numerical results with the experimental results and in so doing confirms the design process. A previous student had designed a rotor by making use of a mean-line code as well as a CFD optimisation process. The rotor had a measured total-static pressure ratio of roughly 2.8 at 121 kRPM and a total-total isentropic efficiency of 79.1 % at said rotational speed. The inclusion of a vaned diffuser resulted in a higher total-static pressure ratio and accordingly the compressor designed in this report has a CFD determined total-static pressure ratio of 3.0. The efficiency would however drop and as such a total-total isentropic efficiency of 76.5 % was determined theoretically. The theoretical results correlated well with the experimental results and as such it was concluded that the design methodology developed was sound.
AFRIKAANSE OPSOMMING: Hierdie tesis bespreek die metodologie vir die ontwikkeling van ‘n sentrifugale kompressor vir toepassing in ‘n Mikro-Gasturbine (MGT). Die tesis vorm deel van ‘n groter projek, genaamd die Ballast projek, wat deur die Suid-Afrikaanse Lugmag (SALM) daargestel is in samewerking met Krygkor. Die metodologie behels die ontwikkeling van ‘n middel-lyn kode wat gebruik maak van 1-dimensionele teorie om die aanvanklike geometrie van die kompressor te skep. Die geometrie bevat beide die rotor asook die gelemde radiale diffusor. Hierdie proses word gevolg deur ‘n Berekeningsvloeidinamika (BVD) simulasie waartydens die kompressor geoptimeer word om sodoende die verrigting ten volle te verbeter. Voordat vervaardiging plaasvind word ‘n Eindige Element Analise (EEA) toegepas om te verseker dat die rotor nie sal faal tydens toetse nie. Die toetse word gedoen sodat die eksperimentele resultate met die numeriese resultate vergelyk kan word. Sodoende word die proses waardeur die kompressor ontwikkel word bevestig. ‘n Vorige student het ‘n rotor ontwerp deur gebruik te maak van ‘n middel-lyn kode asook ‘n BVD optimerings proses. Die rotor het ‘n gemete totaal-statiese drukverhouding van ongeveer 2.8 teen 121 kRPM gelewer en ‘n totaal-totale isentropiese benutingsgraad van 79.1 % teen dieselfde omwentelingspoed. Met die insluiting van ‘n gelemde radiale diffuser word ‘n hoër totaal-statiese druk verhouding verwag en as sulks lewer die nuut-ontwerpte kompressor soos in die tesis bespreek ‘n teoretiese totaal-statiese drukverhouding van 3.0. Die benutingsgraad sal egter daal en daarvolgens het die nuwe kompressor ‘n totaal-totale isentropiese benutingsgraad van 76.5 % gelewer. Die eksperimentele resultate het goed ooreengestem met die teoretiese resultate en as sulks was dit besluit dat die ontwerps-metodologie goed is.

Природный газ дает больше тепла и сгорает более полно, чем другие ископаемые виды топлива. Но его запасы могут быть исчерпаны по разным подсчетам через 40 - 100 лет. Решением данной проблемы может стать расконсервация скважин, которые были законсервированы в связи с низким пластовым давлением газа. Именно для таких условий может быть использован многовальный центробежный компрессор для низких значений давления на входе.

В работе представлены результаты расчетно-экспериментального исследования влияния немодельных изменений меридионального сечения среднерасходной ступени центробежного компрессора (ЦК). Экспериментально было подтверждено линейное смещение интегральных газодинамических характеристик на соответствующее значение условного коэффициента расхода при расширении меридионального сечения базовой ступени ЦК на 10%. Методами вычислительной гидродинамики было расширено количество исследуемых ступеней с немодельными изменениями.

Thesis (MScEng)--Stellenbosch University, 2013.
ENGLISH ABSTRACT: Micro gas turbines used in the aerospace industry require high performance with a compact frontal area. These micro gas turbines are often considered unattractive and at times impractical due to their poor fuel consumption and low cycle efficiency. This led to a joint effort to investigate and analyze the components of a particular micro gas turbine to determine potential geometry and performance improvements. The focus of this investigation is the radial vaned diffuser which forms part of a centrifugal compressor. The size of the diffuser is highly constrained by the compact gas turbine diameter. The micro gas turbine under consideration is the BMT 120 KS. The radial vaned diffuser is analyzed by means of 1-D and 3-D (CFD) analyses using CompAero and FINETM/Turbo respectively. The aim is to design a diffuser that maximizes the total-to-static pressure recovery and mass flow rate through the compressor with minimal flow losses. An experimental test facility was constructed and the numerical computations were validated against the experimental data. Three new diffusers were designed, each with a different vane geometry. The static-to-static pressure ratio over the radial diffuser was improved from 1.39 to 1.44 at a rotational speed of 120 krpm. The static pressure recovery coefficient was improved from 0.48 to 0.73 with a reduction in absolute Mach number from 0.47 to 0.22 at the radial diffuser discharge.
AFRIKAANSE OPSOMMING: Mikro-gasturbines wat in die lugvaart industrie gebruik word, vereis ‘n hoë werkverrigting met ‘n kompakte frontale area. Hierdie gasturbines word menigmaal onaantreklik geag weens swak brandstofverbruik en n lae siklus effektiewiteit. Dit het gelei tot ‘n gesamentlike projek om elke komponent van ‘n spesifieke mikro-gasturbine te analiseer en te verbeter. Die fokus van dié ondersoek is die radiale lem diffusor wat deel vorm van ‘n sentrifugaalkompressor. Die deursnee van die diffusor word deur die kompakte gasturbine diameter beperk. Die mikro gasturbine wat ondersoek word is die BMT 120 KS. Die radiale lem diffusor word geanaliseer deur middel van 1-D en 3-D (BVD) berekeninge met behulp van CompAero en FINETM/Turbo onderskeidelik. Die doelwit is om ‘n diffusor te ontwerp met ‘n verhoogde massavloei en drukverhouding oor die kompressor. ‘n Eksperimentele toetsfasiliteit is ingerig om toetse uit te voer en word gebruik om numeriese berekeninge te bevestig. Die staties-tot-stasiese drukstyging oor die radiale diffusor is verbeter van 1.39 tot 1.44 by ‘n omwentelingspoed van 120 kopm. Die statiese drukherwinningskoeffisiënt is verbeter van 0.48 tot 0.73 met ‘n vermindering in die absolute Machgetal vanaf 0.47 tot 0.22 by die radiale diffusor uitlaat.

Wet gas compression and subsea compression technology has gained increased focus in the recent years. With aging fields on the Norwegian continental shelf and new discoveries in arctic regions, subsea compression could boost aging gas fields and make remote fields profitable where extraction is difficult. Wet-gas compression could reduce the need for expensive scrubbers and separators and this would be a major economic enhancement to subsea processing. There is currently no standard for wet gas compression as the ASME PTC 10 [1] offers no guidance on this. The complex phenomena encountered in wet-gas compression is not yet fully understood. The present work is concerned with the thermal discharge equilibrium of a wet-gas compressor, as this will strongly influence the performance calculations of the compressor. If there is thermodynamic equilibrium at the discharge, then measurements and calculations become relatively simple. If not, then everything becomes more complex.A numerical simulation model was established, both for dry and wet gas. An open loop test rig at NTNU was used to compare calculations with experiments to validate the model. This was done with great success for dry gas. For wet gas accurate measurements were not obtained. The working fluid was an air-water mixture, where water was injected into almost saturated air.To calculate the possible gas discharge temperature under heavily wet conditions, a power balance was also set up. The uncertainties in the frequency converter and the torque meter were too great for reliable power calculations. A new measurement technique has been proposed to be able to measure the gas temperature, utilizing a cyclone to separate the gas prior to the measurements. This technique has not been tested.The numerical model showed small signs of non-equilibrium conditions at GMF 0,8. The discharge temperature proved as large as 0,16°C or 0,15°C depending on the droplet diameter. These differences are still significant when calculating the polytropic efficiency. Evaporation proved to be virtually non-existent in the calculations, due to almost saturated conditions at the inlet. Still, validation against wet-gas experiments is needed to confirm the findings.

Thesis (MScEng)--Stellenbosch University, 2012.
ENGLISH ABSTRACT: The use of micro gas turbines (MGTs) for the propulsion of unmanned aerial vehicles (UAVs) has become an industry standard. MGTs offer better performance vs. weight than similar sized, internal combustion engines. The front component of an MGT serves the purpose of compressing air, which is subsequently mixed with a fuel and ignited to both power the turbine which drives the compressor, and to produce thrust. Centrifugal compressors are typically used because of the high pressure ratios they deliver per stage. The purpose of this project was to design a centrifugal compressor impeller, and to devise a methodology and the tools with which to perform the aforementioned. A compressor impeller adhering to specific performance and dimensional requirements was designed. The new compressor was designed using a mean-line performance calculation code. The use of the code was vindicated through comparison with the results from a benchmark study. This comparison included mean-line, Computational Fluid Dynamic (CFD), and experimental results: the new design mean-line results were compared to the results of CFD simulations performed on the same design. The new design was optimised using an Artificial Neural Network (ANN) and Genetic Algorithm. Prior to and during optimisation, the ANN was trained using a database of sample CFD calculations. A Finite Element Analysis (FEA) was done on the optimised impeller geometry to ensure that failure would not occur during operation. According to CFD results, the final design delivered good performance at the design speed with regards to pressure ratio, efficiency, and stall margin. The mechanical stresses experienced during operation were also within limits. Experimental results showed good agreement with CFD results of the optimised impeller. Keywords: micro gas turbine, centrifugal compressor, impeller, CFD, experimental, optimisation, FEA.
AFRIKAANSE OPSOMMING: Die gebruik van mikrogasturbines vir die aandrywing van onbemande vliegtuie het ‟n standaard geword in die industrie. Mikrogasturbines bied beter werkverrigting teen gewig as binnebrandenjins van soortgelyke grote. Hierdie eienskap verseker dat mikrogasturbines as aandryfmotors vir onbemande vliegtuie uiters voordelig is. Die voorste komponent van ‟n mikrogasturbine dien om lug saam te pers, wat dan met brandstof gemeng en daarna aan die brand gesteek word om krag aan die kompressor en stukrag te voorsien. Sentrifugaalkompressors word tipies gebruik as gevolg van die hoë drukverhoudings wat hierdie komponente per stadium kan lewer. Die doel van hierdie projek was om ‟n sentrifugaalkompressor te ontwerp, en ‟n metode en die hulpmiddels te ontwikkel om laasgenoemde uit te voer. ‟n Kompressor rotor wat voldoen het aan sekere werkverrigtings en dimensionele vereistes is ontwerp. Die nuwe kompressor rotor is met behulp van 1-dimensionele werkverrigting-berekeningskode ontwerp. Die berekeningsakkuraatheid van die kode en díé van ‟n kommersiële Berekenings Vloeidinamika pakket is bevestig deur die berekende resultate te vergelyk met die van eksperimente. Die nuwe rotor is gevolglik deur middel van ‟n Kunsmatige Neurale Netwerk en Genetiese Algoritme geoptimeer. Die Kunsmatige Neurale Netwerk is voor en gedurende optimering deur Berekenings Vloeidinamika simulasies opgelei. Die meganiese sterkte van die geoptimeerde rotor is nagegaan met behulp van ‟n Eindige Element Analise. Dit is gedoen om te verseker dat die rotor nie sal faal by die bedryfspunt nie. Berekenings Vloeidinamika resultate het getoon dat die finale rotor ontwerp ‟n goeie werkverrigting lewer by die ontwerpspoed, met betrekking tot drukverhouding, bennutingsgraad, en stakingsmarge. Eksperimentele resultate het goeie ooreenstemming met die Berekenings Vloeidinamika resultate van die geoptimeerde rotor getoon. Sleutelwoorde: mikrogasturbine, sentrifigaalkompressor, rotor, Berekenings Vloeidinamika, eksperimenteel, optimering, Eindige Element Analise.

Centrifugal is the main compressor type used in process industries and pipelines. This work presents the design of a centrifugal compressor in three steps. The first step is the preliminary design that has an unidimensional treatment and is heavily based on empirical data. Then, using the quasi-ortogonals method, the flow in the meridional plane of the impeller channel is analysed and the blade geometry improved. The last step consists of the compressor flow analysis through Computational Fluid Dynamics (CFD) techniques using a commercial software in order to verify any deficiencies in the methodology applied in the preliminary design.

Thesis (MEng)--Stellenbosch University, 2015.
ENGLISH ABSTRACT: The use of gas turbines in central receiver solar power plant cycles has become an increasingly popular research topic. This has led to the need to investigate and analyse the effect of the solar receiver on the gas turbine cycle. The aim of this thesis is to construct an experimental gas turbine setup to accommodate further research on utilizing solar energy to power gas turbines. The gas turbine under consideration is the Rover Gas Turbines 1S/60. The focus of this investigation is the centrifugal compressor of the gas turbine. An increase in static pressure is required for the gas turbine to cope with anticipated pressure drops in the central receiver that will be part of the gas turbine cycle. The standard compressor design is analysed by means of 3-D (CFD) analysis using CFX® and experimental data. The new centrifugal compressor is designed by means of 1-D and 3-D (CFD) analysis using CompAero and CFX®. The aim is to design a compressor that maximizes the total-to-static pressure ratio. The size of the compressor is highly constrained by the geometry parameters of the gas turbine. Since the turbine rotor will remain unchanged, the power input, mass flow rate and rotational speed must stay the same. The experimental setup was build and the numerical results of the standard compressor were validated against the experimental results. A new centrifugal compressor was designed. The total-to-static pressure ratio was increased from 2.50 to 3.30 at an operating speed of 46 krpm. The efficiency of the compressor was improved from 63.8% to 85.6%. The input power of the new compressor design deviated 1.6% from the set benchmark, and 1.3% from the numerical data of the standard compressor.
AFRIKAANSE OPSOMMING: Die gebruik van gasturbines in sonkragstasiesiklusse met ’n sentrale ontvanger het gegroei tot ’n gewilde navorsingsonderwerp. Dit het gelei tot die behoefte om die effek van die sonontvanger op die gasturbinesiklus te ondersoek en te analiseer. Die doel van hierdie tesis is om ’n eksperimentele gasturbine opstelling te bou vir verdere navorsing oor die benutting van sonenergie om ’n gasturbine aan te dryf. Die gasturbine in oorweging is die Rover Gas Turbines 1S/60. Die fokus van hierdie ondersoek is die sentrifugale kompressor van die gasturbine. ’n Toename in statiese druk word benodig vir die gasturbine om die verwagte drukverlies in die sentrale ontvanger, wat deel uit maak van die gasturbinesiklus, te hanteer. Die standaard kompressor ontwerp is geanaliseer deur middel van 3-D Berekenings Vloeimeganika (BVM) analises met behulp van CFX® en eksperimentele data. Die nuwe sentrifugale kompressor is ontwerp deur middel van 1-D en 3-D BVM analises met behulp van CompAero en CFX®. Die doel is om ’n kompressor te ontwerp wat die totale-tot-statiese drukverhouding maksimeer. Die grootte van die kompressor is beperk deur die geometrie van die gasturbine omhulsel. Aangesien die turbinerotor onveranderd sal bly, moet die insetdrywing, massa-vloeitempo en rotasiespoed dieselfde bly. Die eksperimentele opstelling is gebou en die numeriese resultate van die standaard kompressor is teenoor die eksperimentele resultate gevalideer. ’n Nuwe sentrifugale kompressor is ontwerp. Die totale-tot-statiese drukverhouding is verhoog van 2.50 tot 3.30 teen ’n rotasiespoed van 46 000 omwentelings per minuut. Die doeltreffendheid van die kompressor is verbeter van 63.8% tot 85.6%. Die insetdrywing van die nuwe kompressor ontwerp het met 1.6% afgewyk van die vasgestelde maatstaf, en met 1.3% van die numeriese data van die standaard kompressor.

Impellers are rotating components of a centrifugal compressor and gas turbine. Sometimes they have complex forms. They are mainly loaded by centrifugal forces. The wheels are heavy duty parts, often working for long time and their summary stresses may be so large that the analysis of the conditions of their strength is impossible without considering creep. At the same time the wheels are the most critical parts of machines and saving their strength should be provided with complete reliability. All this is defined by special difficulties and responsibilities of the compressor and turbine wheel strength calculating.

Газоперекачивающий агрегат (ГПА) природного газа – сложный комплекс энерготехнологических систем, обеспечивающих реализацию процессов: преобразования химической энергии топливного газа в тепловую и механическую энергию; преобразование механической энергии привода в энергию сжатого газа; охлаждение компримируемого газа; утилизацию теплоты выхлопных газов ГТП и т. д.

У даний час традиційні методи газодинамічного удосконалення конструкції практично вичерпані. Подальше підвищення ефективності є можливим за рахунок вдосконалення так званої мікрогеометрії, або допоміжної геометрії. Для таких досліджень досить ефективне застосування сучасних обчислювальних програм тривимірного моделювання течії реальних газів.

Газодинамические характеристики компрессора позволяют прогнозировать значения производительности, создаваемого давления газа, потребляемой мощности и их используют для регулирования основных параметров машин во время эксплуатации. Газодинамические характеристики позволяют также оценить энергетические и экономические показатели компрессора. Для более углубленного рассмотрения работы компрессора желательно иметь также характеристики его отдельных ступеней. Поэлементный анализ характеристик каждой ступени позволяет улучшить согласование работы отдельных элементов между собой и за счет этого достичь улучшения газодинамических характеристик компрессора.

В пояснювальній записці приведені розрахунки: термогазодинамічний розрахунок, конструктивні розрахунки, розрахунок геометрії проточної частини, розрахунки на міцність основного диска проектованого компресора. У технологічному розділі роботи розроблена технологiчна схема виготовлення нагнiтаючої камери , складені схеми полів допусків та припусків. У розділі охорони праці проведено аналіз небезпечних та шкідливих виробничих факторів , виконано аналіз потенційних небезпек і шкідливих чинників при роботі і монтажі компресорного устаткування. Також виконано розрахунок захисного заземлення.
В пояснительной записке приведены расчеты: термогазодинамических расчет, конструктивные расчеты, расчет геометрии проточной части, расчеты на прочность основного диска проектируемого компрессора. В технологическом разделе работы разработана технологическая схема изготовления нагнiтаючои камеры, составленные схемы полей допусков и припусков. В разделе охраны труда проведен анализ опасных и вредных производственных факторов, выполнен анализ потенциальных опасностей и вредных факторов при работе и монтаже компрессорного оборудования. Также произведен расчет защитного заземления.
The explanatory note shows the calculations: thermogas dynamic calculations, structural calculations, the calculation of the geometry of the flow part, the strength calculations of the main disk of the designed compressor. The technological section of the work has developed a technological scheme for manufacturing a nascent chamber, made up of field diagrams of tolerances and allowances. In the section of labor protection, an analysis of hazardous and harmful production factors was carried out, an analysis of potential hazards and harmful factors during operation and installation of compressor equipment was carried out. Also calculated the protective earth.

This research aims to assess the causes of inefficient and unstable operation of centrifugal compressors and turboexpanders in process gas applications in order to provide a solution for performance restoration and enhancement. It encompasses thermodynamic and flow evaluations to examine the efficiency and operating range improvement options of new units. Besides, this work is complemented by a technoeconomic analysis to provide a rounded outcome from these studies. In order to achieve the desired objectives, a novel integrated approach has been developed to assess the design and performance of multi-stage centrifugal compressors. The proposed systematic methodology involves five basic elements including evaluation of compressor selection, compressor sizing and casing structure, performance prediction at the design and off-design conditions, modelling of efficiency and head deterioration causes; and stage design evaluation. This will contribute towards evaluating the geometrical parameters of the new units’ designs at the early preliminary design phase, and thus, will be useful to identify the options for efficiency and operating range enhancements. For installed units, this approach can be implemented to assess the cause of inefficient and unstable operation by assessing the available operation data. A method was developed to predict the performance curve of multi-stage centrifugal compressor based on a stage stacking technique. This approach considers the advantages of Lüdtke and Casey-Robinson methods with an incorporation of a methodology for compressor selection and sizing to generate more accurate results. To emphasize the validity of the developed model, it has been evaluated for both low and high flow coefficient applications. The obtained results show a significant improvement in the estimated efficiency, pressure ratio, shaft power and operating range as compared with the existing methods. The centrifugal compressor is designed to run under various operating conditions and different gas compositions with the primary objective of high efficiency and reliability. Therefore, a new iterative method has been developed to predict the equivalent compressor performance at off-design conditions. This technique uses the performance parameters at design conditions as a reference point to derive the corresponding performance characteristics at numerous suction conditions with less dependency on the geometrical features. Through a case study on a gas transport centrifugal compressor, it was found that the developed approach can be applied for design evaluation on the expected variation of working conditions, and for the operation diagnosis of installed units as well. Furthermore, a parametric study has been conducted to investigate the effect of gas properties on the stage efficiency, surge margin, and compressor structure. The obtained results support the need for considering the gas properties variation when the off-design performance is derived. To evaluate the impact of internal blockage on the performance parameters, this study proposed an approach to model the effect of non-reactive deposits, which has been qualified using four operation cases and the obtained results are compared with the internal inspection findings from the stage overhauling process. This also covers the influential aspects of flow blockage on the technical and economic values. Since the main challenge here is to analyze the process gas composition in real time, the influences of the non-reactive deposits have been compared with the effect of the unanticipated gas composition change. Subsequently, it has turned out that the pressureratio parameter is not enough to assess the possibility of flow blockage and unexpected gas properties change. Moreover, it was observed that the stage discharge pressure was more sensitive to the fouled aftercooler comparing with suction and internal blockage. However, the effect of contaminated aftercooler on the surge point and discharge pressure and temperature of the upstream stage was found greater than its impact on the shaft power. Thus, a substantial surge margin reduction was detected when the first stage was operating with a fouled aftercooler comparing with the measured reduction as a result of unanticipated gas properties change. Furthermore, a larger pressure ratio drop was measured in the case of liquid carryover which revealed a more significant impact of the two phases densities difference comparing with the gas volume fraction (GVF) effect. The possibility of hydrate formation has been assessed using hydrate formation temperature (HFT) criteria. Additionally, this research highlights a number of challenges facing the selection of typical centrifugal stage design by assessing the contribution of design characteristics on the operating efficiency and stable flow range. Besides, an empirical-based-model was established to select the optimum impeller and diffuser configurations in order to make a compromise decision based on technical and economic perspective. It was concluded that there is no absolute answer to the question of optimum rotor and stator configuration. The preliminary aerothermodynamic evaluation exposed that the selection of the optimum impeller structure is governed by several variables: stage efficiency, pressure loss coefficient, manufacturing cost, required power cost, resonance frequency and stable operating range. Hence, an evaluation is required to compromise between these parameters to ensure better performance. Furthermore, it was argued throughout this study that the decision-making process of the typical stage geometrical features has to be based upon the long-term economic performance optimization. Thus, for higher long-term economic performance, it is not sufficient to select the characteristics of the impeller and diffuser geometry based on the low manufacturing cost or efficiency improvement criterion only. For turboexpanders, a simple and low cost tool has been developed to determine the optimum turboexpander characteristics by analysing the generated design alternatives. This approach was used in designing a turboexpander for hydrocarbon liquefaction process. Moreover, since the turboexpanders are expected to run continuously at severe gas conditions, the performance of the selected turboexpander was evaluated at different inlet flow rates and gas temperatures. It has turned out that designing a turboexpander with the maximum isentropic efficiency is not always possible due to the limitations of the aerodynamic parameters for each component. Therefore, it is necessary to assess the stage geometrical features prior the construction process to compromise between the high capital cost and the high energetic efficiency.

У проектному розділі виконано розрахунок термогазодинамічних параметрів, варіантний розрахунок компресора, розрахунок робочих коліс, лопатевого дифузору, зворотного напрямного апарату, збірної камери, осьових сил у компресорі, лабіринтного ущільнення, міцнісний розрахунок робочого колеса. У технологічному розділі описано призначення деталі, розраховані припуски на виготовлення камери нагнітальної, яка є складовою частиною збірної камери відцентрового компресора. Складено маршрут обробки для кожної операції, вибрані величини допуску і припуску. Визначені операційні розміри. В розділі «Охорона праці та безпека у надзвичайних ситуаціях» проведено аналіз небезпечних та шкідливих виробничих факторів при роботі відцентрового компресора, виконано розрахунок занулення електрообладнання та розглянуті питання безпеки у надзвичайних ситуаціях. В економічному розділі виконано розрахунки собівартості та оптової ціни компресора, капітальних та експлуатаційних витрат споживача, економічної ефективності нової техніки.
В проектном разделе выполнен расчет термогазодинамических параметров, вариантный расчет компрессора, расчет рабочих колес, лопастного диффузору, обратного направляющего аппарата, сборной камеры, осевых сил в компрессоре, лабиринтного уплотнения, прочностной расчет рабочего колеса. В технологическом разделе описано назначение детали, рассчитанные припуски на изготовление камеры нагнетательной, которая является составной частью сборной камеры центробежного компрессора. Составлен маршрут обработки для каждой операции, выбранные величины допуска и припуска. Определены операционные размеры. В разделе «Охрана труда и безопасность в чрезвычайных ситуациях» проведен анализ опасных и вредных производственных факторов при работе центробежного компрессора, выполнен расчет зануления электрооборудования и рассмотрены вопросы безопасности в чрезвычайных ситуациях. В экономическом разделе выполнены расчеты себестоимости и оптовой цены компрессора, капитальных и эксплуатационных затрат потребителя, экономической эффективности новой техники.
In the project section, the calculation of thermogasdynamic parameters, variant calculation of the compressor, calculation of the impellers, blade diffuser, reverse guide vane, assembly chamber, axial forces in the compressor, labyrinth seal, strength calculation of the impeller. The technological section describes the purpose of the part, the calculated allowances for the manufacture of the pressure chamber, which is an integral part of the assembly chamber of the centrifugal compressor. A processing route for each operation, selected tolerance and allowance values ​​are compiled. Defined operational dimensions. In the section “Labor Protection and Safety in Emergency Situations”, the analysis of dangerous and harmful production factors during the operation of a centrifugal compressor has been carried out, the calculation of electrical equipment vanishing has been performed, and safety issues in emergency situations have been considered. In the economic section, calculations are made of the cost and wholesale prices of the compressor, the capital and operating costs of the consumer, and the economic efficiency of the new technology.

В наш час освітня сфера вимагає навичок використання комп’ютерних технологій. Від випускників зараз потрібні знання не тільки спеціальності та вільне володіння комп’ютером, а також здатність успішно застосовувати комп'ютерні технології в будь-якій сфері діяльності. Саме тому актуальним зараз стає використання різних інформаційних систем в освітньому процесі. Метою роботи є розробка інформаційної системи для дисциплін «Турбокомпресори» і «Проектування турбомашин», яка є одним з прикладів впровадження комп'ютерних технологій у навчанні. Програма розроблена на мові програмування PHP та буде доступна в режимі онлайн.

У пояснювальній записці виконано наступні розрахунки. Термогазодинамічний розрахунок, конструктивні розрахунки, розрахунок геометрії проточної частини, міцнісні розрахунки основного диска компресора, що проектується. У технологічному розділі розроблено технолоігчну схему виготовлення основного диску робочго колеса, складені схеми полів допусків і припусків. У розділі охорони праці та безпеки у надзвичайних ситуаціях виконано аналіз потенційних шкідливих та небезпечних факторів при роботі та монтажі компресорного обладнання. Також виконано розрахунок запобіжного клапана. У економічному розділі виконані розрхунки оптової ціни нового обладнання, а також річний економічний ефект та строк окупності при експлуатації компресора, що проектується.
В пояснительной записке выполнены следующие расчеты. Термогазодинамических расчет, конструктивные расчеты, расчет геометрии проточной части, прочностные расчеты основного диска компрессора проектируемого. В технологическом разделе разработаны технолоигчну схему изготовления основного диска робочго колеса, составленные схемы полей допусков и припусков. В разделе охраны труда и безопасности в чрезвычайных ситуациях выполнен анализ потенциальных вредных и опасных факторов при работе и монтаже компрессорного оборудования. Также произведен расчет предохранительного клапана. В экономическом разделе выполнены розрхункы оптовой цены нового оборудования, а также годовой экономический эффект и срок окупаемости при эксплуатации компрессора проектируемого.
In the explanatory note performed the following calculations. Thermogasdynamic calculation, constructive calculations, calculation of the geometry of the flow part, strength calculations of the main drive of the compressor designed. In the technological section, the technological scheme for the manufacture of the main disk of the robot wheel, the diagrams of fields of tolerances and allowances are developed. In the section of occupational health and safety in emergency situations, an analysis of potential harmful and dangerous factors during the operation and installation of compressor equipment has been performed. Also, the calculation of the safety valve. The economic section contains the wholesale prices of the new equipment, as well as the annual economic effect and the payback period during the operation of the projected compressor.

Nell’elaborato vengono descritti ed analizzati i cicli reali e le irreversibilità nelle turbomacchine: i compressori centrifughi, le turbine radiali, le turbine a gas e le turbine a vapore. Gli obiettivi sono analizzare e trattare le tipologie principali delle perdite energetiche e i modelli principali per calcolare le perdite di trattamento delle irreversibilità. In questa tesi sono descritte le tipologie di perdite energetiche e le perdite di pressione totali relative alle turbomacchine e sono riportare le simulazioni eseguite mediante Ansys Fluent, un software per disegnare le strutture dei componenti delle macchine a fluido e analizzare la termo-fluidodinamica durante il funzionamento delle turbomacchine.

Il presente elaborato ha come oggetto l’attività di tirocinio svolta presso lo stabilimento Nuovo Pignone di Firenze, il quale rappresenta il quartier generale del business Turbomachinery & Process Solutions del gruppo Baker Hughes, una delle più grandi aziende nel campo dei servizi petroliferi, leader mondiale nel settore dell’Energy Technology. L’obbiettivo della tesi è realizzare, sulla base dei piani di manutenzione, un modello per la valutazione dell’Installed Base Opportunities (IBO) per la flotta di macchine di Nuovo Pignone, dal punto di vista dei tre principali campi dell’attività di post-vendita (service): riparazioni, parti di ricambio e attività in campo. L’IBO simula una fermata manutentiva in termini monetari, cioè indica l’insieme dei ricavi potenziali, derivanti dal service per la flotta di macchine installate ed in servizio e rappresenta per l’azienda uno strumento importante per l’identificazione e la valutazione delle opportunità di business. L’azienda si trovava sprovvista di un modello per la stima di questo valore monetario e disponeva solamente di un valore stimato negli anni precedenti. Si è rilevata quindi la necessità di elaborare un modello, il cui obbiettivo non fosse solo quello di consentire una valutazione dell’IBO che rispecchiasse la situazione presente, ma che permettesse anche un rapido aggiornamento dei valori negli anni a venire. Tali valori si modificheranno a causa di variazioni della flotta di macchine, dell’introduzione di nuovi modelli e di nuove tecnologie di riparazione, di nuovi materiali o modifiche sui componenti, che potranno portare ad un’estensione degli intervalli manutentivi. Il modello sviluppato, costituisce quindi anche le fondamenta per la valutazione, a fronte di piccole modifiche, dell’IBO nei prossimi anni. Le tecnologie prese in esame sono compressori alternativi, turbine a vapore, compressori centrifughi e turbine a gas, che rappresentano nel complesso la maggior parte del parco installato.

Дисертація присвячена питанню автоматичної ідентифікації помпажних характеристик відцентрових нагнітачів газоперекачувальних агрегатів дотискувальних компресорних станцій підземних сховищ газу. Проведено класифікацію способів ідентифікації помпажних характеристик відцентрових нагнітачів з газотурбінним приводом. Теоретично досліджено зв'язок ступеня підвищення тиску газу на виході відцентрового нагнітача з масовою витратою газу, що зумовлено зміною режиму роботи газоперекачувального агрегату. Визначено частотні характеристики та функцію передачі відцентрового нагнітача. Отримано вираз залежності ступеня підвищення тиску газу від масової витрати газу, який використано для автоматичної ідентифікації помпажних характеристик газоперекачувального агрегату. Досліджено вплив кроку дискретизації інформативних параметрів на час перехідного процесу системи автоматичного керування газоперекачувальним агрегатом. Розроблено новий метод автоматичної ідентифікації помпажних характеристик відцентрового нагнітача газоперекачувального агрегату з газотурбінним приводом, який реалізовано на базі удосконаленої методики визначення його витратно-напірних характеристик. Удосконалено загальну структуру системи автоматичного керування газоперекачувальним агрегатом і програмне забезпечення підсистеми автоматичної ідентифікації помпажних характеристик відцентрових нагнітачів дотискувальної компресорної станції, які прийняті в промислову експлуатацію на ДКС «Більче-Волиця» і «Дашава» філії УМГ «Львівтрансгаз».
Диссертация посвящена вопросам автоматической идентификации помпажных характеристик центробежных нагнетателей газоперекачивающих агрегатов дожимных компрессорных станций подземных хранилищ газа. Опыт эксплуатации дожимных компрессорных станций подземных хранилищ газа показал, что традиционная идентификация помпажных характеристик газоперекачивающих агрегатов с газотурбинным приводом осуществляется на основе обработки паспортных данных или фактических характеристик центробежных нагнетателей газоперекачивающих агрегатов. При решении этой задачи имеет место неопределенность в априорной информации, которая может ухудшить оценки или они вообще могут потерять смысл. Обоснована и доказана целесообразность разработки универсального способа и системы автоматической идентификации помпажных характеристик для однотипных центробежных нагнетателей не зависимо от типа авиационного газотурбинного привода. Предложен новый метод автоматической идентификации помпажных характеристик центробежного нагнетателя газоперекачивающего агрегата как объекта управления, который реализован на основе усовершенствованной методики определения его расходно-напорных характеристик. Он позволяет определять реальные помпажные характеристики для каждого типа нагнетателя в режиме реального времени, что позволяет реализовать более точное регулирование нагнетателя антипомпажным клапаном, что в свою очередь влияет на снижение аварийности при работе в переходных и передпомпажных режимах и обеспечивает экономию пускового и топливного газа. Определена передаточная функция центробежного нагнетателя, его дифференциальное уравнение, которое использовали для решения задачи автоматической идентификации помпажных характеристик. На основе исследований влияния шага дискретизации информативных параметров на время регулирования системы автоматического регулирования газоперекачивающим агрегатом выбрали оптимальный шаг дискретизации, что позволило уменьшить продолжительность переходного процесса системы. Усовершенствована общая структура системы автоматического управления газоперекачивающим агрегатом и программное обеспечение подсистемы автоматической идентификации помпажных характеристик центробежных нагнетателей дожимной компрессорной станции. Разработанная система автоматической идентификации помпажных характеристик центробежных нагнетателей принята в промышленную эксплуатацию на дожимных компрессорных станциях «Бильче-Волица» и «Дашава» филиала УМГ «Львовтрансгаз».
The thesis is devoted to the issue of the automatic identification of the surgin characteristics of centrifugal superchargers for gas-compressor units of booster compressor station in the underground gas storage facilities. The identification methods of the surgin characteristics for centrifugal superchargers equipped with the gas turbine drive have been determined. The dependence of gas pressure ratio of the centrifugal supercharger on gas mass flux caused by change of the gas-compressor unit operating mode has been analyzed theoretically. The frequency curves and transfer function of the centrifugal supercharger have been determined. Formula of gas pressure ratio dependence on gas mass flux was obtained and used for automatic identification of the surgin characteristics of the gas-compressor unit. Influence of sampling rate of the gas-compressor unit information-bearing parameters was studied. The unshocked nondestructive method of the automatic identification of the surgin characteristics for the centrifugal supercharger with the gas turbine drive has been developed and implemented based on improved techniques for determing its flow and head-capacity characteristics. The general structure of the automatic control system by means of the gas-compressor unit was improved and together with subsystem software of the automatic identification of the surgin characteristics for centrifugal superchargers of the boosting compressor station was brought into pilot production at BCS "Bilche-Volytsya" and "Dashava" branch of PLD "Lvivtransgas".