Untersuchung des Einflusses der Filletradien auf die aerodynamische Performanz und die Fertigungskosten bei radialen Turbomaschinen für Hochtemperaturwärmepumpen

Kurzfassung

<english version below> Um den fortschreitenden Klimawandel aufhalten zu können, mussen neue Technologien erforscht und bestehende verbessert werden. Ein großer Teil der CO2-Abgase entsteht in der Industrie. Einige Anlagen, welche Wärme benötigten und dafur aktuell auf Verbrennung setzen, könnten mithilfe von Hochtemperaturwärmepumpen klimafreundlicher oder sogar neutral gemacht werden. Um der Industrie die fur die jeweilige Anwendung optimale Anlage aufzeigen zu können, mussen die Bestandteile optimiert werden. Ein Bestandteil ist der in der Wärmepumpe verbaute Verdichter. Den gesamten Verdichter zu optimieren würde den Rahmen dieser Arbeit übersteigen. Die Frage ist deshalb, welcher Wirkungsgrad für eine bestimmte Zahl an Betriebsstunden ideal ist, wobei die Anschaffungskosten mit dem Wirkungsgrad steigen. Dafur wird in dieser Arbeit die Verdichtereffizienz in Abhängigkeit vom Filletradius, einem Parameter bei der Verdichterauslegung, betrachtet. Dafür werden die Grundlagen von Clausius-Rankine-HTWPs, Verdichtern und des Fräsens als Fertigungsmethode dargestellt. Fur die Umsetzung wurde ein Pythonprogramm geschrieben, das uber Fidelity aufgerufen wird. Dadurch wird ein Netz erzeugt, welches in eine bestehende Prozesskette eingesetzt wird, um FEM-Analysen zu ermöglichen. Das neue Programm muss in die bestehende Kette eingefügt werden. Auf der anderen Seite wurde die Fertigung betrachtet. Dafür wurde ein Kostenmodell aufgestellt, das die reine Fertigungszeit unter Idealbedingungen ohne Werkzeugabnutzung berechnet. Als beides ins Verhältnis gesetzt wurde, kam heraus, dass die Hauptkosten der Fertigung nicht in der reinen idealen Bearbeitungszeit lagen, wie zuerst angenommen. Außerdem konnte das geschriebene Programm zum aktuellen Zeitpunkt nicht in die Prozesskette integriert werden. To stop the progress of the climate change new technologies need to be researched and existing ones improved. A big part of the CO2-emissions originates in the industrial sector. Factories that require heat to function, that currently rely on combustion, could, with the help of high temperature heatpumps, be made more climate friendly or even neutral. To present optimal plant setups to the industry, the parts need to be optimized. One component build into heatpumps is the compressor. To optimize the entire compressor would be to extensive for this work. The question is which efficiency is ideal for a set amount of operating hours. The acquisition cost increases with a higher efficiency. For that the topic of this thesis is the efficiency of compressors viewing only the influence of the fillet radii, which is a parameter for compressors. For this the basics of clausius-rankine-high-temperature-heatpumps, compressors and of milling techniques will be covered. For the realisationa python program will be written, which will be executed in fidelity. The programm will create a mesh, that will be used in an existing process chain, to enable Finite-Elemente-Methode (FEM)-analyses. For that the new programm must be made compatible with the chain. The second topic of the thesis was the fabrication process. For it a cost-model was created, that computes the pure fabrication time under ideal conditions without work wear. The result of the combination of the two parts was, that the main cost factor for the fabrciation is not in the ideal worktime as assumed previously. In the end the written programm could not yet be integrated into the process chain.