Campagna sperimentale per lo sviluppo e la verifica di un compressore a palette con geometria statorica modificata

The aim of this thesis is to evaluate the performance obtained optimizing the stator geometry of a modified positive-displacement vane compressor and to develope calculation tools useful to process data. Five versions of the compressor were considered and their performances compared to estimate the improvement due to the new design of the stator and the use of a larger intake valve, a wider intake port and a larger exhaust. During the experimental investigation the main operating parameters were monitored by a data acquisition system which is able to measure both static and dynamic pressures, temperatures, humidity and electric power. The volume flow rates were calculated by using a MATLAB® ad-hoc developed code, taking into consideration the ISO1217 and ISO5167-3 standards. This code also allows to determine the specific energy of the compressor and to evaluate the error of the measurement system. During the tests, the used measuring chain proved some limits concerning the measurement accuracy, therefore, a new highly accurate configuration of measurement of the flow rate was studied, with the error reduced to 1.55%. Another code, built in MATLAB®, allows to reconstruct the experimental p-θ diagram using data measured during experimentation. The results of the tests have shown that the changes brought to the standard compressor have produced an increase of the flowrate (+1.92%)and a decrease of the specific energy (-1.93%). Furthermore this version was discovered to have the best ’trade off’ between performance and production costs.

Lo scopo di questa tesi è quello di valutare le prestazioni ottenute ottimizzando la geometria statorica di un compressore volumetrico modificato a palette e sviluppare apposite risorse utili alla rielaborazione dei dati. Per stimare i miglioramenti ottenuti si confrontano le prestazioni di cinque versioni del compressore, aventi, rispetto alla macchina standard presa come riferimento, statore modificato, una differente valvola di aspirazione, un’ampia luce di aspirazione e una più ampia sezione del tubo di mandata. Durante la campagna sperimentale sono stati monitorati i più importanti parametri operativi attraverso un sistema di acquisizione dati. Vengono rilevate le pressioni statiche e dinamiche, temperature, umidità relativa e la potenza elettrica, utili per il calcolo della portata volumetrica e per l’energia specifica alla rete. La portata volumetrica è stata calcolata usando un codice MATLAB® codificato appositamente per questo lavoro di tesi, seguendo le norme ISO 1217 e ISO 5167-3; il codice inoltre permette di calcolare l’energia specifica del compressore e valutare gli errori sulle misure. La catena di misura utilizzata durante la sperimentazione ha mostrato dei limiti sotto il profilo dell’accuratezza. La tesi è stata l’occasione per studiare una nuova configurazione capace di garantire misure più accurate riducendo l’errore all’1.55%. Un altro codice, implementato in MATLAB®, permette di ricostruire il diagramma sperimentale p-θ utilizzando i dati rilevati durante la sperimentazione tramite quattro trasduttori piezoelettrici. I risultati della campagna sperimentale hanno evidenziato che le modifiche apportate alla macchina standard hanno consentito di ottenere un aumento del valore di portata aspirata (+1.92%) e una diminuzione dell’energia specifica (-1.93%). Questa versione, inoltre, è risultata essere quella avente il migliore compromesso tra prestazione e costi di produzione.