Stosownie do zapotrzebowania sieci ciepłowniczej i elektroenergetycznej turbiny ORC pracują w trybie kondensacyjnym i kogeneracyjnym. Takie podejście wymaga zaprojektowania ekspandera, który charakteryzuje się wysoką sprawnością w każdym trybie pracy. Wykonano wielokryterialną optymalizację sprawności jednostopniowej osiowej turbiny ORC 30 kWe pracującej na MM (heksametylodisiloksan). Algorytm filtrowania niejawnego (IF) służy do znalezienia układu przepływu o maksymalnej sprawności izentropowej. Podczas optymalizacji zmieniane są profile wirnika (przy piaście i ograniczeniu górnym) oraz kształt konturów ograniczeń zewnętrznych domeny wirnika. Wykonano pięć zadań optymalizacyjnych z różnymi wagami sprawności dla obu reżimów pracy. Otrzymano front Pareto najlepszych rozwiązań. Zastosowano metodę decyzyjną do wyboru optymalnego rozwiązania. Optymalizacja układu przepływowego wirnika pozwala na znaczną poprawę sprawności w obu reżimach pracy, w odniesieniu do konfiguracji bazowej zaprojektowanej metodami klasycznymi 0D. Sprawność turbiny wzrosła o 3,1 pp. w trybie kondensacyjnym i o 4,8 pp. w trybie kogeneracyjnym.

Front Pareto najlepszych rozwiązań.


Kontury ciśnienia całkowitego w kanale wirnikowym przed (rys. lewe) i po (rys. prawe) optymalizacji – praca kondensacyjna (rys. górne), praca kogeneracyjna (rys. dolne).