Development of numerical and experimental techniques for seal ring analysis of reciprocating compressors for H2

L’energia ottenuta da fonti rinnovabili è affetta da una rilevante incostanza. Tale limite è aggirabile utilizzando un accumulo di energia come l’idrogeno ottenuto per elettrolisi, la cui densità volumica di energia è tuttavia bassissima in condizioni standard. La compressione consente di ottenere un accumulo e di facilitarne la distribuzione. Per raggiungere valori di pressione superiori a 70 MPa risulta vantaggioso l’utilizzo di compressori alternativi, che per evitare problemi di idrogenazione devono operare “a secco”. La tipologia di gas estremamente rarefatto e l’utilizzo di tenute auto-lubrificate rende necessario conoscere il trafilamento dalle fasce del pistone e il carico cui esse sono sottoposte. Il presente lavoro si propone di sviluppare un modello numerico a rete di volumi fluidi per il calcolo del trafilamento e la stima del carico cui si trovano a lavorare le tenute con un approccio fisico. I percorsi di trafilamento sono schematizzati attraverso volumi di gap (individuati nel gioco radiale che si viene a creare tra il pistone e il cilindro) e volumi di groove (racchiusi tra le tenute e la cava che vincola gli anelli sul pistone). Le condizioni termodinamiche della rete e la dinamica delle tenute sono calcolare in serie ad ogni step angolare (dell’albero di manovella). I volumi di controllo interagiscono tra di loro mediante 4 tipologie di scambio di massa: (I) un contributo dovuto allo spostamento della tenuta sulla propria sede, (II) il flusso dovuto al gioco assiale tra tenuta e i fianchi della sua sede che si viene a creare tra un volume di groove e i due volumi di gap ad esso adiacenti, (III) un contributo dovuto al collegamento realizzato grazie al taglio delle tenute che collega un volume di groove ai due volumi di gap ad esso adiacenti ed infine (IV) il flusso dovuto al collegamento realizzato dal taglio tra i due volumi di gap a cavallo di una tenuta. Il modello sviluppato è in grado di calcolare il flusso di trafilamento e la potenza di attrito (media e funzione dell’angolo di manovella) cui sono sottoposte le tenute del pistone. Per effettuare la futura taratura e validazione del modello è stato svolto uno studio concettuale di un banco prova apposito operante in elio. Grazie alla strumentazione scelta sarà possibile verificare pressioni dinamiche nei volumi di controllo ed il valore di portata di trafilamento media con quelle stimate dal modello numerico.