Preliminary design and aerodynamic performance evaluation of multi-stage centrifugal compressors

The present Master Thesis deals with the implementation of a program for the preliminary design and performance evaluation of multi-stage centrifugal compressors. The work is an integration of a previous software, named CCD (Centrifugal Compressor Design), successfully created by the former student of Polytechnic of Milan Alessndro Romei. The low cost, the quickness and the few information required to provide a reliable sizing of the machine are the principal characteristics that make a program like CCD a very useful tool during the first steps of the design process. Instead of performing a simulation that relies on global machine parameters to compute the geometry of the compressor and the efficiency at operation point, as it is for the previous version of CCD, the new task is the development of an analysis based on accurate 1D loss correlations, available in literature, for each of the principal components of a centrifugal compressor: the impeller, the diffuser, the return system and the volute. Finally, a validation of the routine is conducted comparing the outputs of two versions with respect to the same test cases.

La presente Tesi Magistrale tratta l’implementazione di un programma per la progettazione preliminare e valutazione delle prestazioni di compressori centrifughi multistadio. Il lavoro è l’integrazione di un precedente software, chiamato CCD (Centrifugal Compressor Design), ideato con successo da Alessandro Romei, un ex studente del Politecnico di Milano. Il basso costo, la rapidità e le poche informazioni richieste per fornire un’affidabile dimensionamento della macchina sono le principali caratteristiche che fanno di un programma come CCD uno strumento molto utile durante le prime fasi della progettazione. Invece di svolgere simulazioni che fanno affidamento ai parametri globali di macchina per calcolare la geometria del compressore e l’efficienza al punto di funzionamento, come nel caso della precedente versione di CCD, il nuovo obiettivo è lo sviluppo di un’analisi che si basi su accurate correlazioni di perdita 1D, disponibili in letteratura, per ognuno dei principali componenti di un compressore centrifugo: la girante, il diffusore, il sistema di ritorno e la voluta. Infine, una validazione del programma è portata a termine paragonando tra di loro i risultati delle due versioni rispetto a medesimi casi di riferimento.