Radiaalikompressorin valinta hiilivetyteollisuudessa

Tutkimuksen tavoitteena oli selvittää hiilivetyteollisuudessa käytettävien radiaali-kompressorien ominaisuuksia, toimintaympäristöjä, turvallisuusasioita, etuja ja rajoitteita. Tämän lisäksi selvitettiin vaihtoehtoisia yleisesti käytettyjä menetelmiä radiaalikompressorien simuloimiseksi. Työssä tutkittiin myös kaupallisten mitoitusohjelmien soveltuvuutta laitesuunnittelun tueksi Neste Jacobs Oy:ssä. Työn kirjallisuusosassa käsiteltiin radiaalikompressorien toimintaympäristöjä, säätötapoja sekä näistäja muista tekijöistä aiheutuvia rajoitteita ja vaatimuksia. Kirjallisuustutkimuksen perusteella laadittiin tarkistuslista asioista, jotka tulee selvittää ennenvarsinaista radiaalikompressorien mitoittamista. Soveltuvaakaupallista kompressorien mitoitusohjelmaa ei tutkimuksessa löytynyt. Tämän vuoksi työn kokeellisessa osassa laadittiin Excel-laskentataulukko, joka perustuu yhteen kirjallisuusosassa esitettyyn mitoitustapaan. Laaditun laskentataulukon soveltuvuutta kompressorien esivalintaan testattiin vertailemalla ohjelman mitoituksia Neste Jacobs Oy:llä käytössä olevaan mitoitusohjelmaan ja toiseen työssä esitettyyn mitoitus-menetelmään. Lisäksi Excel-laskentataulukon ja Neste Jacobs Oy:n ohjelman mitoituksia verrattiin todellisen, käytössä olevan kompressorin suunnittelu- ja operointiarvoihin. Lisäksi tutkimuksessa arvioitiin laaditun laskentataulukon käytettävyyttä, rajoitteita ja kehitysmahdollisuuksia. Saatujen tulosten perusteella työssä laadittu laskentataulukko soveltuu sellaisenaan Neste Jacobs Oy:n radiaalikompressorien simulointiin.

Turbokonetekniikan seminaari, kevätlukukausi 2003

Tämä opetusmoniste koostuu turbokonetekniikan seminaarin lukuvuonna 2002-2003 suorittaneiden perus- ja jatko-opiskelijoiden laatimista seminaariesitelmistä. Opetusmoniste koostuu seuraavista osista: Jani Ikonen: Materiaalin valinta kaasuturbiinin turbiiniin huomioiden uusimmat materiaalit. 20 sivua. Ikonen esittää työssään katsauksen materiaalien valintaan kaasuturbiinissa, korkean lämpötilan materiaalien tulevaisuudennäkymiin,korroosiolta ja korkeilta lämpötiloilta suojaaviin pinnoitteisiin sekä joihinkin teollisuuskaasuturbiinien komponenttien valmistusmenetelmiin. Jouni Ritvanen: Värähtelymittaukset ja niiden tulkinta. 19 sivua. Kaikki laitteet värähtelevät käydessään. Värähtelyä aiheutuu yleensä epätasapainosta, valmistus- tai asennusvirheistä sekä kuluneista tai muuten vaurioituneista osista. Ritvanen tarkastelee työssään värähtelyä, värähtelyn mittausta ja tuloksien tarkastelua. Jarkko Vanhanen: Vaaka-akselisen 3 MW:n tuuliturbiinin siipien perussuunnittelu Utön olosuhteisiin, 18 sivua Vanhanen mitoittaa työssään 3 MW:n tuulivoimalan Utön ulkosaariston olosuhteisiin. Tuuliturbiini on vaaka-akselinen ja 3 siipinen. Mitoituksessa käytetään Schmitzin menetelmää joka on tarkempi kuin Betzin kriteeri. Weibull-jakauman avulla lasketaan mitoituksella saadun turbiinin teho eri kuukausina. Lisäksi tarkastellaan huipun käyttöaikaa ja tuotettua energiamäärää. Jani Keränen:Kolmidimesionaalinen siipisolavirtaus aksiaaliturbiinissa. 12 sivua. Keränen käsittelee työssään kolmidimensionaalista virtausta aksiaalisessa turbokoneessa. Työssä luodaan kuva toisiovirtauksen pääkomponentteihin: hevosenkenkäpyörteeseen,kanavapyörteeseen, kulmapyörteisiin ja jättöreunapyörteisin. Työssä selitetään kyseisten pyörteiden aiheuttamien häviöiden alkuperää ja tuodaan esille joitain keinoja, joilla pyörteilyä hallitaan. Lisäksi aihetta on käsitelty suppeasti myös numeerisen virtauslaskennan (CFD:n) kannalta. Teemu Turunen-Saaresti: Radiaalikompressorin ajansuhteen tarkka CFD-laskenta. 15 sivua. Turunen-Saaresti on seminaarityössään laskenut ajansuhteen tarkalla CFD-laskennalla radiaalikompressorinkahdessa eri toimintapisteessä. Lasketut toimintapisteet ovat suunnittelupiste ja toimintapiste lähellä tukkeumaa. Ajansuhteen tarkassa laskennassa mallinnetaan koko kompressori ja kytketään pyörivät ja paikallaan olevat osat toisiinsa liukuhilatekniikan avulla. Laskettuja arvoja verrataan Virtaustekniikan laboratoriossa kyseisestä kompressorista tehtyihin mittaustuloksiin.

Suurnopeuskompressorin tekninen markkinoilletuonti

Diplomityössä tarkastellaan suurnopeuskompressorin kehityspolkua suurnopeusteknologian lähtökohdista prototyypiksi ja edelleen teolliseksi tuotteeksi. Työssä tarkastelun kohteena on sähköteholtaan 20….250 kW oleva, suurnopeussähkökoneella ja öljyttömillä magneettilaakereilla varustettu keskipainekompressori. Tyypillisesti kompressorin painesuhde on 1,2 … 2,4. Ko. kompressorin käyttökohteina on tarkasteltu mm. pienen kunnallisen jätevedenpuhdistamon käsittelyaltaiden ilmastusta, suuren kaupungin vastaavan puhdistuslaitoksen ilmastuskäyttöä ja teollista käyttöä lasivillatehtaan ns. linkokompressorina. Suurnopeuskompressori soveltuu hyvin rinnankytkentään ns. ryhmäohjaimen avulla, jolloin rinnan voi olla kytkettynä jopa 16 kompressoria, joiden päällä oloa optimoidaan säätöteknisesti niin, että koko laitos on kuin yksi kompressori. Työssä tarkastellaan myös kompressorin em. sovellutuksista yli kahdeksan vuoden ajalta kaupallista kohteista saatuja käyttökokemuksia. Pääsäätöisesti voi sanoa, että jokaisessa uudessa sovellutuksessa ilmenee uusia reunaehtoja ja järjestelmäkohtaisia vaatimuksia, jotka täytyy huomioida kompressorin säädössä ja ominaisparametreissa.

Radiaalikompressorin spiraalivirtauksen numeerinen mallinnus

Diplomityössä mallinnetaan numeerisesti radiaalikompressorin spiraalin virtaus. Spiraalin tarkoituksena radiaalikompressorissa on kerätä tasaisesti virtaus diffuusorin kehältä. Spiraaliin on viime aikoina kiinnitetty enemmän huomiota, koska on havaittu, että kompressorin hyötysuhdetta voidaan parantaa spiraalia optimoimalla. Spiraalin toimintaa tarkastellaan kolmella eri massavirralla. Työn alussa käsitellään spiraalin toimintaperiaatteita. Numeerisena ratkaisijana käytetään Teknillisessä korkeakoulussa kehitettyä FIN-FLO -koodia. FINFLO -laskentaohjelmassa ratkaistaan Navier-Stokes yhtälöt kolmeulotteiselle laskenta-alueelle. Diskretointi perustuu kontrollitilavuus menetelmään. Työssä käsitellään laskentakoodin toimintaperiaatteitta. Turbulenssia mallinnetaan algebrallisella Baldwin-Lomaxin ja kahden yhtälön Chienin k-e turbulenssimalleilla. Laskentatuloksia verrataan Lappeenrannan teknillisessä korkeakoulussa tehtyihin mittauksiin kyseessä olevasta kompressorin spiraalista. Myös eri turbulenssimalleilla ja hilatasoilla saatuja tuloksia verrataan keskenään. Laskentatuloksien jälkikäsittelyä varten ohjelmoitiin neljä eri tietokoneohjelmaa. Laskennalla pyritään saamaan lisäselvyyttä virtauksen käyttäytymiseen spiraalissa ja erityisesti ns. kielen alueella. Myös kahden eri turbulenssimallin toimivuutta kompressorin numeerisessa mallinnuksessa tutkitaan.

Radiaalikompressorin juoksupyörän valmistus koneistamalla

Työssä on tarkasteltu radiaalikompressorin juoksupyörän valmistamista koneistamalla viisiakselisella työstökoneella sekä vertaillaan sitä muihin valmistustapoihin. Lisäksi työssä on esitelty lyhyesti viisiakselisessa koneistamisessa käytettäviä työkaluja ja juoksupyörien materiaaleja.

The performance and the characteristic field of a centrifugal compressor

Tässä työssä tarkastellaan radiaalikompressorin puristusprosessiin liittyvä peruslaskenta. Ilmankosteuden vaikutukset laskentaan huomioidaan ja kompressorin tunnuskenttä esitellään tässä työssä. Esimerkkinä lasketaan pisteitä kompressorin tunnuskentästä.

Radiaalikompressorin juoksupyörän virtauskanavan suunnittelu

Diplomityössä on tutkittu radiaalikompressorin juoksupyörän virtauskanavan suunnittelua ja esitelty yleisesti käytetyt suunnittelumenetelmät. Virtauskanavan muodon vaikutukset virtauskenttään on esitetty. Työssä on kehitetty uusi tietokoneohjelma juoksupyörän kolmiulotteisen geometrian luomiseen, yksiulotteisesta suunnittelusta saatujen päämittojen pohjalta. Ohjelmalla luotua juoksupyörän geometriaa voidaan käyttää virtaus- ja lujuusanalyyseissä. Ohjelmaan on myös liitetty kaksiulotteinen kokoonpuristuvan viskoosittoman virtauksen ratkaisija.

Radiaalikompressorin aerodynaaminen suunnittelu

Tämän diplomityön tavoitteena on ollut suunnitella radiaalikompressori. Aluksi on tutustuttu radiaalikompressorissa tapahtuviin ilmiöihin, jonka jälkeen radiaalikompressori on suunniteltu. Reunaehtoina suunnittelussa olivat toimilaitteelta saatava teho 250 kW ja sen suurin pyörimisnopeus 500 Hz. Esisuunnittelu on tehty Virtaustekniikan laboratoriossa kehitetyllä CentriFlow-ohjelmalla. Juoksupyörän muoto on suunniteltu viskoosittomilla 2D-malleilla. Juoksupyörän muodon suunniittelussa on käytetty kaupallista AxCent-ohjelmaa. Juoksupyörän muoto on tarkistettu laskennallisen virtausdynamiikan avulla. Virtausmallinnuksessa käytettiin FinFlo-ohjelmaa. Suunnittelun ja mallinnuksen pohjalta valittiin kolme erilaista juoksupyörää valmistukseen.