본 연구에서는 4단으로 구성된 LNG 플랜트용 프로판 냉매 원심 압축기 각 단의 설계점에 대해 상용 코드를 이용하여 공력설계를 하였다. 1차원 공력 설계 결과와 3차원 유로 형상의 타당성은 유동해석을 통해 확인하였다. 특히 입구전압이 높고 회전수가 큰 4단 압축기 임펠러의 유로와 베인리스 디퓨저 내부 유동에 대한 속도장, 압력장 및 엔트로피 등의 유동특성에 대해 고찰하였고, 아울러 익단 간극이 유동장에 미치는 영향에 대해서도 알아보았다. 본 연구 결과는 프로판 냉매 압축기의 시스템 제작에 활용될 것이며 추후 실제 실험결과와 비교하고자 한다. 향후 설계된 프로판 냉매압축기에 대한 LNG 플랜트에서의 실증시험을 통해 구체적인 설계결과에 대한 평가 및 설계 개선이 이루어지리라 생각한다.
We design a four-stage propane-refrigerant centrifugal compressor for an LNG plant. Using a commercial code, we aerodynamically designed the compressor at each design point of the corresponding stages. We estimated the one-dimensional aerodynamic design output and the three-dimensional shape of the impeller flow passage via three-dimensional flow analysis. In particular, we discuss in detail the flow characteristics of the impeller and the vaneless diffuser passages of the fourth-stage compressor in terms of the velocity fields, the pressure, and the entropy distributions of the flow passages. We include the flow effects of the tip clearance flow, because at this stage the rotating speed and total inlet pressure are higher than those at the other compressor stages are. We carried out performance tests of the designed compressor stages using propane as a refrigerant in the LNG cycle. The practical evaluation could lead to design enhancements in the future.
