Original title: Optimalizace kola kompresoru s cílem snížení hmotnosti a setrvačných účinků
Translated title: Optimisation of the compressor impeller to reduce mass and inertial effects
Authors: Schiffer, Adam ; Lošák, Petr (referee) ; Hrabovský, Jozef (advisor)
Document type: Master’s theses
Year: 2023
Language: cze
Publisher: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství
Abstract: [cze] [eng]
V současné době se klimatická krize stává stále více diskutovaným tématem, které vyžaduje hledání vhodných alternativních zdrojů energie. V dosavadních technologiích jsou kompresory častou součástí spalovacích motorů. S příchodem nových generací pohonných jednotek, jako jsou vodíkové palivové články, se objevují nové způsoby využití kompresorů. Nové využití kompresorů přináší nové výzvy v oblasti návrhu a optimalizace jejich jednotlivých částí. Tato diplomová práce se zaměřuje na optimalizaci jedné z klíčových částí kompresoru, kterou je jeho oběžné kolo. Cílem optimalizace bylo snížit jeho hmotnost a setrvačné účinky. Výsledkem této optimalizace oběžného kola bude pozitivní přínos v oblasti rotor-dynamiky, namáhání radiálních ložisek a tím i případná možnost jejich zmenšení. Snížení zatížení ložisek má dále pozitivní vliv na celý návrh uložení rotoru nebo volbu typu samotných ložisek kompresoru. K dosažení optimalizace oběžného kola bylo využito výpočtového modelování v softwaru Ansys Workbench. Praktická část práce zahrnuje návrh optimálního odlehčení kola kompresoru s využitím metody Density Based a Michellovy příhradové konstrukce. V rámci řešení bylo navrženo funkční a stabilní uchycení kola na hřídel pro eliminaci nevývahy. Kromě toho byl vybrán vhodný materiál pro výrobu kola aditivní metodou Selective Laser Melting. Práce zahrnuje srovnání jednotlivých návrhů pro odlehčení oběžného kola. Výsledky diplomové práce přináší nové poznatky v oblasti odlehčování oběžných kol a mohou být přínosem pro další výzkum v této oblasti. Currently, the climate crisis is becoming an increasingly discussed topic that requires the search for suitable alternative energy sources. In existing technologies, compressors are a common component of combustion engines. With the advent of new generations of power units, such as hydrogen fuel cells, new ways of utilizing compressors are emerging. The new utilization of compressors brings new challenges in the design and optimization of their individual parts. This thesis focuses on the optimization of one of the key parts of a compressor, which is its impeller. The aim of the optimization was to reduce its weight and inertial effects. The result of this impeller optimization will have a positive impact on rotor dynamics, the loading of radial bearings, and thus the potential for their downsizing. Reducing the bearing loads also has a positive influence on the overall design of the rotor support system or the choice of compressor bearing types. Computational modeling in Ansys Workbench software was used to achieve the impeller optimization. The practical part of the thesis includes the design of an optimal impeller lightweighting using the Density Based method and Michell truss structure. As part of the solution, a functional and stable attachment of the impeller to the shaft was designed to eliminate imbalance. In addition, a suitable material was selected for manufacturing the impeller using the Selective Laser Melting additive method. The thesis includes a comparison of different designs for impeller lightweighting. The results of this thesis provide new insights into impeller lightweighting and can be beneficial for further research in this field.
Keywords: Ansys Workbench; Centrifugal compressor impeller; Density Based method; Michell truss structures; topology optimization; Ansys Workbench; metoda Density Based; Michellovy příhradové konstrukce; Oběžné kolo odstředivého kompresoru; topologická optimalizace

Institution: Brno University of Technology (web)
Document availability information: Fulltext is available in the Brno University of Technology Digital Library.
Original record: http://hdl.handle.net/11012/213498

Permalink: http://www.nusl.cz/ntk/nusl-531713


The record appears in these collections:
Universities and colleges > Public universities > Brno University of Technology
Academic theses (ETDs) > Master’s theses