Preliminary design of a centrifugal compressor for an industrial blower application

The aim of this thesis is to design a compressor to replace the side channel blower employed by Nilfisk in the assembly of a vacuum cleaner. The blowers used by Nilfisk are produced by Elmo Rietschle. Nilfisk provided the technical data of the G series side channel blowers by Elmo Rietschle. The blowers had a very low efficiency and Nilfisk intended to start producing their own compressors, instead of blowers. The aim of the design is to design a more efficiency machine, that can replace the blower. The efficiency of the most efficient point had to exceed 80% in the impeller and 50% in the overall compressor, including the diffuser. The current blower employed by Nilfisk is a side channel blower called 2BH1 930. The blower has two types of operation. It operates as a vacuum and as a compressor. The blowers all seemed to be working in very similar points in the Balje diagram. This way they all had very similar expected efficiencies. Nevertheless, the expected efficiencies were quite low. The goal was to provide a much better efficiency considering as a starting point that the rotating speed had to increase. The method used to calculate the compressor is one dimensional. The calculation comprises: the inlet flange, the impeller and the vaneless diffuser. The method is based on the methodology from the book, but it was adjusted to avoid doing too many iterations and to have the least amount of iterative equations. The Balje diagram was used to determine the speed and size of the compressor, the rest of the parameters were calculated to maximize the efficiency. The expected efficiency was determined based on the calculation of the loss correlations in the impeller and the diffuser. Since the size and speed of the machine were already determined based on the Balje diagram, the variable that changed was the volumetric flow entering the compressor. After the compressor was designed to reach the target pressure ratio, the other working points were calculated varying the inlet volumetric flow rate. The performance of the compressor in the design point has an efficiency of 84% along the impeller and 72% along the whole compressor. The lowest efficiency in the compressor is 57%, which is higher than the highest efficiency in the side channel blower.

Lo scopo di questa tesi è di progettare un compressore per sostituire il soffiatore a canale laterale impiegato da Nilfisk nel montaggio di un aspirapolvere. I soffiatori utilizzati da Nilfisk sono prodotti da Elmo Rietschle. Nilfisk ha fornito i dati tecnici delle soffianti a canale laterale serie G di Elmo Rietschle. I ventilatori avevano un'efficienza molto bassa e Nilfisk intendeva iniziare a produrre i propri compressori, anziché i ventilatori. Lo scopo del progetto è progettare una macchina più efficiente, in grado di sostituire la soffiante. L'efficienza del punto più efficiente doveva superare l'80% nella girante e il 50% nel compressore generale, incluso il diffusore. L'attuale soffiante impiegato da Nilfisk è un soffiante a canale laterale chiamato 2BH1 930. Il soffiatore ha due tipi di funzionamento. Funziona come un vuoto e come un compressore. Tutti i soffiatori sembravano funzionare in punti molto simili nel diagramma di Balje. In questo modo tutti avevano efficienze attese molto simili. Tuttavia, le efficienze attese erano piuttosto basse. L'obiettivo era fornire un'efficienza molto migliore considerando come punto di partenza che la velocità di rotazione doveva aumentare. Il metodo utilizzato per calcolare il compressore è monodimensionale. Il calcolo comprende: la flangia di ingresso, la girante e il diffusore vaneless. Il metodo si basa sulla metodologia del libro, ma è stato adattato per evitare di fare troppe iterazioni e per avere il minor numero di equazioni iterative. Il diagramma di Balje è stato utilizzato per determinare la velocità e le dimensioni del compressore, il resto dei parametri è stato calcolato per massimizzare l'efficienza. L'efficienza prevista è stata determinata in base al calcolo delle correlazioni di perdita nella girante e nel diffusore. Poiché le dimensioni e la velocità della macchina erano già determinate in base al diagramma di Balje, la variabile che cambiava era il flusso volumetrico che entrava nel compressore. Dopo che il compressore è stato progettato per raggiungere il rapporto di pressione target, gli altri punti di lavoro sono stati calcolati variando la portata volumetrica di ingresso. Le prestazioni del compressore nel punto di progettazione hanno un'efficienza dell'84% lungo la girante e del 72% lungo l'intero compressore. L'efficienza più bassa nel compressore è del 57%, che è superiore all'efficienza più alta nel ventilatore del canale laterale.