Compressore centrifugo monostadio

Compressore centrifugo: triangoli di velocità

Compressore centrifugo: grado di reazione

Compressore centrifugo: diffusore

Il diffusore ha il compito di convertire l’energia cinetica del fluido

all’uscita della girante in energia di pressione.

Il grado di recupero è misurato dal rendimento del diffusore:

𝜂𝑑 = 1 −𝑐3𝑐2

2

I diffusori si suddividono in due categorie principali:

1. diffusori lisci

2. diffusori palettati

In entrambi i casi vale la legge di conservazione della portata:

𝜌2𝜋𝐷2𝑙2𝑐2 sin 𝛼2 = 𝜌3𝜋𝐷3𝑙3𝑐3 sin 𝛼3

ovvero, nel caso di diffusore a facce parallele (𝑙2 = 𝑙3):

𝝆𝟐𝑫𝟐𝒄𝟐 𝒔𝒊𝒏𝜶𝟐 = 𝝆𝟑𝑫𝟑𝒄𝟑 𝒔𝒊𝒏𝜶𝟑

Compressore centrifugo: diffusore liscio

Nel caso del diffusore liscio il moto del fluido, non essendo guidato da

palettature, risponde al criterio del vortice libero 𝑐𝑢𝑟 = cost:

𝒄𝟐 𝐜𝐨𝐬𝜶𝟐𝑫𝟐 = 𝒄𝟑 𝐜𝐨𝐬𝜶𝟑𝑫𝟑

Dal rapporto tra conservazione della massa e del momento della qdm

risulta:

𝐭𝐚𝐧𝜶𝟑 =𝝆𝟐𝝆𝟑

𝐭𝐚𝐧𝜶𝟐

Pertanto 𝛼3 < 𝛼2 in generale, 𝛼3 = 𝛼2 per fluido incomprimibile

(traiettoria a spirale logaritmica con 𝛼 costante).

L’angolo 𝛼3 di uscita dal diffusore è dettato dal flusso a vortice libero.

Rendimento del diffusore:

𝜂𝑑 = 1 −𝑐3𝑐2

2

= 1 −𝐷2𝐷3

cos 𝛼2cos 𝛼3

2

Compressore centrifugo: diffusore palettato

• Il diffusore palettato consente di imporre al fluido una traiettoria

diversa da quella del vortice libero.

• Si potrà pertanto avere 𝛼3 > 𝛼2, il che consente di ottenere un dato

rendimento del diffusore con una minore estensione radiale.

• Il diffusore palettato consente una struttura più compatta e una

maggiore efficienza grazie a minori perdite per attrito (lunghezza del

diffusore ridotta), ma lavora in maniera ottimale soltanto in

condizioni prossime a quelle di progetto -> campo di funzionamento

più ristretto.

Compressore centrifugo: girante

La girante di un compressore centrifugo può

avere due configurazioni:

• Girante aperta

Vantaggi: di più semplice costruzione,

presenta minori problemi di vibrazioni e

resiste a maggiori velocità periferiche

Svantaggi: maggiori perdite volumetriche

• Girante chiusa

Vantaggi: miglior rendimento grazie a minori

trafilamenti

Svantaggi: costruzione, velocità periferica

Campi di impiego dei turbocompressori

• Gruppi turbogas (fluido di processo aria)

– Turbine a gas industriali ed aeronautiche (prevalentemente

assiali)

– Microturbina a gas (centrifughi)

– Sovralimentazione (turbocharger, centrifughi)

• Impieghi industriali (fluido di processo variabile)

– raffinerie

– impianti siderurgici

– impianti chimici

• produzione di ammoniaca, metanolo, urea, etilene, acido

nitrico, etc.

– impianti di frazionamento dell’aria

– rete del gas naturale (stoccaggio, trasporto, liquefazione e

rigassificazione, etc.)

Compressore monostadio (Siemens STC-SOR)

• Flow rates from

600 up to

360.000 m3/h

• Pressure ratio

up to 1.7

• Impeller

diameter up to

2.120 mm

• Driver of your

choice

Compressore monostadio (Siemens STC-SOF)

• Flow rates from

10.000 up to

600.000 m3/h

• Pressure ratio

up to 3.5

• Impeller

diameter up to

2.240 mm

• Driver of your

choice

Cassa aperta orizzontalmente (Siemens STC-SH)


• Impeller diameters 225 - 1,900 mm

• Volume flows from 250 to 600,000 m³/h (147 to 353,000 cfm)

• Discharge pressure for oxygenand inert gas up to 100 bar (1,450 psi)

• Discharge pressure for hydrocarbon gases up to 50 bar (725 psi)

• Speed up to 20,000 rpm

• Driver: depending on processand energy resources – steamturbine, gas turbine, electricmotor

Cassa aperta verticalmente (Siemens STC-SV)


• Volume flows from 250 to

480,000 m³/h (150 to 280,000

cfm)

• Discharge pressure up to

1,000 bar (14,500 psi)


• Driver: depending on process

and energy resources:

steam turbine, gas turbine or

electric motor

Geared compressors (Siemens STC-GC)


STC-GC

• Volume flow rates from 10,000 to 120,000 m³/h

• Suction pressure up to 1.1 bar (16 psi)

• Pressure ratio up to 20 (machine size 10 - 50)

• Pressure ratio up to 7.5 (machine size 63 - 100)

• Driver: Electric motor

STC-GC (H)

• Volume flow rates from 3,600 to 11,000 m³/h

• Suction pressure up to 5 bar (72.5 psi)

• Pressure ratio up to 8

• Driver: Electric motor

Compressore misto (Siemens STC-SR)

Compressore misto (Siemens STC-SR)

• Flow rates from 50,000 to 1,300,000 m³/h

• Pressure ratio between 5.8 and 16.0

• Various control systems to optimize operation

• Driver: electric motor or steam turbine, depending on process and energy resources

Compressore assiale multistadio (STC-SX)

Compressore assiale multistadio (STC-SX)

• Flow rates from 50,000

to 1,300,000 m³/h

• Pressure ratio between

1.9 and 6.0


• Discharge temperature

up to 350 °C

• Various control systems

to optimize operation

• Driver: electric motor or

steam turbine,

depending on process

and energy resources

Turbina centripeta: struttura dello stadio

Turbina centripeta

Sovralimentazione (turbocharger)

Microturbina a gas

Microturbina a gas (Turbec T100)

Microturbina a gas (Turbec T100)

Dati salienti (assetto cogenerativo)

• rapporto di compressione 4,5

• T ingresso turbina 950 °C

• T scarico turbina 620-650 °C

• T fumi uscita rigeneratore 270 °C

• T fumi al camino 85 °C

• velocità di rotazione 70000 rpm

• potenza elettrica 105 kW

• potenza termica 168 kW

• rendimento elettrico 30%

• rendimento I principio 78%

• potenza in ingresso 350 kW

• temperatura acqua in-out 50-70 °C

Compressore centrifugo monostadio

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