Digital Twin

Abstract

Denne masteroppgaven har som mål å bidra til å utvikle en Digital Tvilling som i samarbeid med industrielle samarbeidspartnere er på vei. Oppgaven produserer pålitelige eksperimentelle caser som lager et solid fundament for framtidig bruk i en Digital Tvilling. Den Digital Tvillingen vil kjøres i parallel med kompressor systemet, med mål om å gi tilbakemelding for å optimalisere og opprettholde en trygg operasjonen. NTNU sin kompressor lab er brukt i eksperimentene for å få en helhetlig forståelse av et kompressor system og for å vise riggens evne til å utføre relevante eksperimenter. Den eksperimentelle dataen er deretter pre-prossesert og strukturert fra en TDMS-fil videre til et Python script som integrerer HYSYS og Excel for å regne ut viktige kompressor parametre som volumestrøm og polytropisk løftehøyde.

I sammenheng med den økende etterspørselen verden har for energi, og behovet for å videreutvikle energi effiktiviteten, så fokuserer denne oppgaven på å undersøke effektiviteten av kompressoren og dokumentere to ventilers oppførsel. Det ble simulert tre caser ved NTNU test anlegg - en termisk stabil og to dynamiske tester. Den termisk stabile testen brukes som basis for de dynamiske casene. De dynamiske casene fokuserer på på ventilenes oppførsel og påvirkningen av forskjellige ventil karakteristikker. En trend mellom ventil parametere og kompressor surge parametre har blitt utført. Åpning og lukke tiden til ventilen under variende RPM tilfeller har også blitt identifisert. Viktige kompressor parametre som time to surge, time in surge og recovery time er analysert for to forskjellige strupeventiler. Videre, har kompressor trip-scenarioer blitt utført for å oppnå viktig erfaring når det gjelder kompressorens nedkjøringskarakteristikk.

This master thesis aims to contribute to the development of a Digital Twin that currently, in cooperation with industrial partners seems to be on its way. The thesis produces reliable experimental cases that create a solid fundamental for future use in the Digital Twin. The Digital Twin is intended to run in parallel with the compressor system, with the objective to provide feedback thus to optimize and ensure a safe operation. The NTNU testing facility was used for the experiments, to get a thorough understanding of a compressor system and to prove its ability to perform relevant experiments. The experimental data is then preprocessed and structured from a TDMS file into a Python script integrating HYSYS and Excel to calculate important compressor parameters such as volume flow and polytropic head.

In the context of the increasing demand of energy in the world, and the need for improved energy efficiency, this thesis focus on evaluating operational efficiency of the compressor, document and compare the performance of two throttle valves. Three cases were simulated at the NTNU testing facility - one thermally stable and two transient cases. The thermal stable test served as the base for the transient cases. The transient tests focus on the valves performance and the impact of different valve characteristics. A trend between valve parameters and the compressor surge parameters have been conducted. As expected, the anti-surge valve shows the best results. The valves opening and closing time under various RPM conditions has also been identified. Important compressor surge parameters such as time to surge, time in surge and recovery time are carried out for two different throttle valves. Subsequently, compressor trip scenarios have been performed to obtain essential experience on the compressor rundown characteristics.