Radialverdichter mit betriebsbereichserweiterndem Casing Treatment für effiziente wasserstoffbasierte Power-to-X-Technologien

Description: Wasserstoff nimmt in der zukünftigen Energieversorgung einen wichtigen Stellenwert ein. Zur Verdichtung und Verflüssigung von Wasserstoff und anderen Energieträgern werden häufig Radialverdichter als Anlagenkomponente eingesetzt. Diese sind aufgrund ihrer hohen Stufendruckverhältnisse, ihrer Robustheit, ihrer niedrigen Investitionskosten sowie der guten Regelbarkeit besonders geeignet. Eine Erweiterung ihres stabilen Betriebsbereiches ist aufgrund der fluktuierenden Überschüsse der erneuerbaren Energien durch den zusätzlichen Einsatz eines Casing Treatments (CT) wünschenswert. Im Rahmen dieses Vorhabens wird ein CT für eine industrielle Radialverdichterstufe mit Vorleitrad (VIGV) ausgelegt und in den bestehenden Prüfstand integriert. Aufgrund der starken Wechselwirkung zwischen dem Laufrad und dem CT muss der Aspekt der Instationarität bereits in der Auslegung berücksichtigt werden, um ein effektives Design zu entwickeln. Aus diesem Grund wird die Auslegung bzw. Optimierung erstmalig mit Hilfe eines Frequenzbereichsverfahrens durchgeführt werden. Die Verwendung effizienter Simulationsverfahren ermöglicht es, komplexe instationäre Problemstellungen auch mit hoher Anzahl an freien Parametern mit vertretbaren Ressourcenaufwand zu lösen. Die experimentellen Messkampagnen untersuchen erstmalig, in welchem Maße bei verschiedenen Drehzahlen die Kennfeldbreite des Radialverdichters mithilfe der Kombination aus CT und VIGV erweitert wird. Es soll geklärt werden, inwiefern der Vordrall des VIGVs die Wirksamkeit des CTs beziehungsweise die Stabilität der Stufe beeinflusst. Von besonderem Interesse sind der Entstehungsort und der Mechanismus der Strömungsphänomene, die zur Stabilitätsminderung führen. Zuletzt wird der Einfluss des CTs auf den Wirkungsgrad des Radialverdichters untersucht. Die gleichzeitig durchgeführten instationären Strömungssimulationen vervollständigen das physikalische Verständnis der geplanten Messkampagne.

SupportProgram

Origins: /Bund/UBA/UFORDAT

Tags: Wasserstoff ? Energieträger ? Energieversorgung ? Erneuerbare Energie ? Power-to-X-Technologien ? Kapselung ? Strömungsmodell ? Wirkungsgrad ? Ressourcennutzung ? Investitionskosten ?

Region: Nordrhein-Westfalen

Bounding boxes: 6.76339° .. 6.76339° x 51.21895° .. 51.21895°

License: cc-by-nc-nd/4.0

Language: Deutsch

Organisations

• RWTH Aachen University, Institut für Strahlantriebe und Turboarbeitsmaschinen (Betreiber*in)
• Umweltbundesamt (Bereitsteller*in)

Time ranges: 2023-07-01 - 2026-06-30

Alternatives

• Language: Englisch/English
  Title: CT centrifugal compressor - centrifugal compressor with operating range-extending casing treatment for efficient hydrogen-based power-to-X technologies
  Description: Hydrogen will play an important role in the future energy supply. For the compression and liquefaction of hydrogen and other energy carriers, centrifugal compressors are frequently used as plant components. These are particularly suitable due to their high stage pressure ratios, robustness, low investment costs and good controllability. An extension of their stable operating range is desirable due to the fluctuating surpluses of renewable energies by the additional use of a casing treatment (CT). In this project, a CT for an industrial centrifugal compressor stage with a guide vane (VIGV) will be designed and integrated into the existing test rig. Due to the strong interaction between the impeller and the CT, the aspect of instationarity has to be considered already in the design in order to develop an effective design. For this reason, the design or optimization will be performed for the first time using a frequency domain method. The use of efficient simulation methods makes it possible to solve complex transient problems even with a high number of free parameters with a reasonable expenditure of resources. The experimental measurement campaigns investigate for the first time to what extent the map width of the centrifugal compressor is extended at different speeds with the aid of the combination of CT and VIGV. The aim is to clarify the extent to which the pre-swirl of the VIGV influences the effectiveness of the CT or the stability of the stage. Of particular interest are the point of origin and the mechanism of the flow phenomena leading to the stability reduction. Last, the influence of the CT on the efficiency of the centrifugal compressor is investigated. The simultaneously performed unsteady flow simulations complete the physical understanding of the planned measurement campaign. https://ufordat.uba.de/UFORDAT/pages/PublicRedirect.aspx?TYP=PR&DSNR=1119265

Status

Aktiv

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