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)
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 orizzontalmente (Siemens STC-SH)
Cassa aperta orizzontalmente (Siemens STC-SH)
Cassa aperta verticalmente (Siemens STC-SV)
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)
• Speed up to 20,000 rpm
• Driver: depending on process
and energy resources:
steam turbine, gas turbine or
electric motor
Cassa aperta verticalmente (Siemens STC-SV)
Geared compressors (Siemens STC-GC)
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
Geared compressors (Siemens STC-GC)
Geared compressors (Siemens STC-GC)
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
• Speed up to 9,000 rpm
• 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)
Sovralimentazione (turbocharger)
Sovralimentazione (turbocharger)
Microturbina a gas
Microturbina a gas
Microturbina a gas
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