Evaluation of off design and dynamic performance of an ORC radial inflow turbine provided by IGV

The goal of this thesis is to work on the improvement of the tool for the production of the performances maps of the turboexpanders. In particular the work has been focused on the turbo machinery for the ORC application (Organic Rankine Cycle), where are present two turboexpanders, one of high pressure, and the other one of low pressure. The ORC application produced in General Electric is called ORegenTM. The same work has been done even on other application, as the machineries for PLD applications (Pressure Let Down). Facing with the initial lack of experimental accurate data, I have calibrated the models for the maps on the CFD post-process results, calibrating initially five tuning parameters, and later on the value of the total power, trying to find some equations which would describe in the best way its behavior. First of all, has been necessary the validation of a new stationary model The performances maps obtained in this way have been introduced in stationary and dynamic models, and have been used in a huge range of operative condition. Finally, has been done a comparison between the results obtained from the new model and the data field taken from an ORC plant actually working.

Con il presente lavoro di tesi si è voluto lavorare sul miglioramento del tool per la produzione delle mappe di prestazione dei turboespansori. In particolare il lavoro si è concentrato sulle macchine per applicazioni ORC (Organic Rankine Cycle), nelle quali sono presenti due turboespansori, uno di alta pressione e uno di bassa pressione. Lo stesso lavoro ha avuto anche una ulteriore appendice relativa a macchine per applicazioni PLD (Pressure Let Down). Data la iniziale mancanza di dati sperimentali accurati, si è ritenuto adeguato calibrare i modelli per le mappe sui risultati CFD post-processati, andando a tarare inizialmente cinque parametri di tuning, e successivamente il valore della potenza, cercando di individuare delle equazioni che descrivessero il comportamento di quest’ultimo, dipendente da altri fattori. A monte di tutto è stata necessaria anche la validazione di un nuovo modello stazionario. Le mappe di prestazioni ottenute sono state introdotte in modelli Hysys, sia dinamici sia stazionari, e utilizzate in un ampio range di condizioni operative. Infine è stata eseguita una comparazione dei risultati ottenuti dal nuovo modello, con i dati di cantiere presi da un impianto ORC già installato e perfettamente funzionante.