3D tištěné turboexpandéry pro mikro-aplikace - návrh a ověření radiální rovnotlaké koncepce

Abstract

Tato bakalářská práce se zabývá 3D tištěnými turboexpandéry pro mikro-aplikace, které by mohly mít v budoucnu uplatnění například v organickém Rankinově cyklu. V první části práce byla provedena rešerše turboexpandérů pro ORC o výkonech 1-10 kW. V druhé části práce byl proveden návrh 3D tištěné radiální rovnotlaké jednostupňové koncepce vzduchového expandéru, podle kterého byly následně vyrobeny jednotlivé komponenty. V závěrečné části byly změřeny účinnosti expandéru pro různá nastavení a materiály komponent. Bylo dosaženo izoentropické účinnosti 28,512% při použití dvou trysek vyrobených z materiálu SLS a rotoru vyrobeného z materiálu SLA, při otáčkách 7 161 ot/min, tlakovém poměru 1,35 a hmotnostním toku 0,021 kg/s. Oproti návrhovému 1D designu byl menší hmotnostní tok. Nebylo dosaženo návrhových otáček 12 000 ot/min ani při otáčkách naprázdno, protože hrozilo poškození rotoru.

This thesis deals with 3D printed turboexpanders for micro-aplications which could be in the future used for exaple in organic Rankine cycle. The first part of this thesis consist of the research on turboexpanders for ORC with power output 1-10 kW. In the second part the 3D printed radial impulse concept of air expander had been designed and it was produced afterwards. In last part the efficiency was measured for different setups and materials of components. For setup with nozzle made of SLS and rotor made of SLA, pressure ratio 1,35, rotational speed 7 161 RPM and mass flow 0,021 kg/s was measured highest isentropic efficiency 28,512%. Parameters from 1D design weren't achieved, mass flow was lower than expected. Designed revolutions 12 000 RPM weren't achieved, not even without power load on generator because there was danger of expander damages.