3D shape optimisation of a low-pressure turbine stage

The possibility of reducing the flow losses in low-pressure turbine stage has been investigated in an iterative process using a novel hybrid optimisation algorithm. Values of the maximised objective function that is isentropic efficiency are found from 3D RANS computation of the flowpath geometry, which was being changed during the optimisation process. To secure the global flow conditions, the constraints have been imposed on the mass flow rate and reaction. Among the optimised parameters are stator and rotor twist angles, stator sweep and lean, both straight and compound. Blade profiles remained unchanged during the optimisation. A new hybrid stochastic-deterministic algorithm was used for the optimisation of the flowpath. In the proposed algorithm, the bat algorithm was combined with the direct search method of Nelder-Mead in order to refine the best obtained solution from the standard bat algorithm. The method was tested on a wide variety of well-known test functions. Also, the results of the optimisation of the other stochastic and deterministic methods were compared and discussed. The optimisation gives new 3D-stage designs with increased efficiency comparing to the original design.This work was supported by The National Science Centre, Grant No. 2015/17/N/ST8/01782

ORC turbine design

Workshop byl částečně podpořen projektem CZ.1.07/2.3.00/20.0139. Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky

Design and performance study of a small-scale waste heat recovery turbine

The paper presents the design process of a radial-axial turbine working with SES36 working fluid. First, the mean-line design process is performed and then the geometry is developed. In the next stage the numerical verification is performed taking into account the real properties of the working fluid. The properties are implemented via a look-up table and by a modified Benedict-Webb-Rubin equation of state. The presented turbine is characterized by a very small stator outflow angle which is about 4.5◦ but despite this small value, the efficiency of the machine is relatively high and equal to about 88%. The influence of internal leakages has also been investigated

Методы проектирования турбин осевого типа для когенереционной установки ORC, использующая в качестве рабочего тела силикатное масло (MDM)

The paper describes two methods for the design of blading systems of axial turbines for an Organic Rankine Cycle (ORC) cogeneration unit working with silica oil MDM. The algorithms are based on mathematical models of various levels of complexity – from 1D to 3D. Geometry of flow parts is described with the help of analytical methods of profiling using a limited number of parameters. The 3D turbulent flow model is realised in the software complex IPMFlow, which is developed based on the earlier codes FlowER and FlowERU, or in software complex ANSYS. Examples of developed turbines for a 500 kW machine are presented.Представлены алгоритмы проектирования проточных частей турбин осевого типа. Алгоритм основан на использовании математических моделей различных уровней сложности – от 1D до 3D. Описание геометрии проточных частей выполняется с помощью методов аналитического профилирования, исходными данными для которых служит ограниченное число параметрических величин. Модель 3D турбулентного течения реализована в программном комплексе IPMFlow, который является развитием программ FlowER и FlowER-U и программном комплексе ANSYS. Представлены примеры разработанных проточных частей турбин энергетических машин мощностью 500 кВт

Методи проектування турбін осьового типу для когенераційної установки ORC, яка використовує в якості робочого тіла силікатне масло

The paper describes two methods for the design of blading systems of axial turbines for an OrganicRankine Cycle (ORC) cogeneration unit working with silica oil MDM. The algorithms are based onmathematical models of various levels of complexity – from 1D to 3D. Geometry of flow parts is described withthe help of analytical methods of profiling using a limited number of parameters. The 3D turbulent flow model isrealised in the software complex IPMFlow, which is developed based on the earlier codes FlowER and FlowERU,or in software complex ANSYS. Examples of developed turbines for a 500 kW machine are presented.Представлены алгоритмы проектирования проточных частей турбин осевого типа. Алгоритм основан на использовании математических моделей различных уровней сложности – от 1D до 3D. Описание геометрии проточных частей выполняется с помощью методов аналитического профилирования, исходными данными для которых служит ограниченное число параметрических величин. Модель 3D турбулентного течения реализована в программном комплексе IPMFlow, который является развитием программ FlowER и FlowER-U и программном комплексе ANSYS. Представлены примеры разработанных проточных частей турбин энергетических машин мощностью 500 кВт.Представлено алгоритми проектування проточних частин турбін осьового типу. Алгоритм базується на використанні математичних моделей різних рівнів складності - від 1D до 3D. Опис геометрії проточних частин виконується за допомогою методів аналітичного профілювання, початковими даними для яких служить обмежене число параметричних величин. Модель 3D турбулентної течії реалізована в програмному комплексі IPMFlow, який є розвитком програм FlowER і FlowER-U та програмному комплексі ANSYS. Представлені приклади розроблених проточних частин турбін енергетичних машин потужністю 500 кВт

Методи проектування турбін радіально-осевого типу для когенереційної установки ORC, що використовує в якості робочого тіла силікатне масло (MDM)

The paper describes two methods of design of blading systems of radial-axial turbines for an Organic Rankine Cycle (ORC) cogeneration unit working with silica oil MDM. Preliminary design of the turbine flow part draws on methods of 1D calculation and pre-selection of basic geometric characteristics. Final design involves also methods for construction of 3D geometry and methods of 3D flow calculations of the turbine flow part. 3D numerical calculations of turbine flows are made with the help of the software package IPMFlow, developed based on the earlier codes FlowER and FlowER-U, or using the software complex ANSYS. 100 kW ORC turbine designs with the single-stage radial-axial turbine are elaborated in this paper.Описано два метода проектирования проточных частей турбин радиально-осевого типа для когонерационной установки, работающей по органическому циклу Ренкина, использующей в качестве рабочего тела силикатное масло (MDM). Предварительное проектирование проточной части основано на методе 1D расчетов и предварительного выбора основных геометрических характеристик. Окончательная доводка геометрии проточной части включает в себя также методы построения 3D геометрии и методов 3D расчета течения в проточной части турбины. Модель 3D турбулентного течения реализована в программном комплексе IPMFlow, который является развитием программ FlowER и FlowER-U и программном комплексе ANSYS. Представлены примеры разработанных проточных частей турбин энергетических машин мощностью 100 кВт.Описано два методи проектування проточних частин турбін радіально-осьового типу для когонераціонной установки, що працює по органічному циклу Ренкіна, та використовує в якості робочого тіла силікатне масло (MDM). Попереднє проектування проточної частини базується на методі 1D розрахунків та попереднього вибору основних геометричних характеристик. Остаточний доведення геометрії проточної частини включає в себе також методи побудови 3D геометрії і методів 3D розрахунку течії в проточній частині турбіни. Модель 3D турбулентної течії реалізована в програмному комплексі IPMFlow, який є розвитком програм FlowER і FlowER-U та програмному комплексі ANSYS. Наведено приклади розроблених проточних частин турбін енергетичних машин потужністю 100 кВт