Analisi sperimentale di palettature transoniche di turbina a vapore attraverso misure pneumatiche e visualizzazioni Schlieren

The text presents the results of a wide measurement program, aimed to investigate four turbine linear cascades’ performances. Turbine has been studied using air, thanks to an installation situated in the LFM of Politecnico of Milan. In this master thesis, a transonic flow in turbine channels has been studied. Tests have been performed in order to obtain a large performances database referred to one convergent and two convergent-divergent stators, but also to one rotor. This database will be used to validate a CFD code and to develop new and more efficient profiles. Measurements have been carried out for different values of isoentropic downstream Mach number; for the two convergent- divergent cascades have been tested different incidence angles. Thanks to a huge set of measurements instruments, tests have been able to rebuild the downstream flow and to obtain the Mach distribution’s diagrams on pressure and suction side. For the stator cascade, flow has been studied only traversing a midspan section, while for the rotor has been studied half heigh of the channels, because of the uneven upstram pressure distribution and the very large deflection imposed to the flow. In this way, secondary flows have been ivestigated. Schlieren immages have been realised for the stator cascades, in order to compare pneumatic and optic measurements.

Questo lavoro contiene i risultati di un’estesa campagna di prove sperimentali atte a indagare le prestazioni di quattro profili di turbina a vapore di uno stadio ad azione, tre statorici, di cui due a geometria convergente-divergente e uno puramente convergente, e uno rotorico. Lo scopo delle prove è ottenere un insieme di dati di riferimento sulle prestazioni dei profili, da confrontare con i risultati forniti dal codice CFD utilizzato da Fincantieri. Le tre schiere statoriche sono state indagate per un range del numero di Mach isoentropico in uscita compreso tra 0.6 e 1.6. Per i due profili convergenti-divergenti, è stata poi fatta variare l'incidenza del flusso in ingresso. Il profilo rotorico invece è stato testato ad un numero di Mach isoentropico in uscita di 0.6 e 0.8. Le prove sperimentali, grazie ad un esteso set di strumenti di misura, hanno permesso sia di ricostruire il flusso a valle, sia di ottenere i diagrammi di carico e i coefficienti di perdita di pressione totale ed energia cinetica alle varie condizioni di funzionamento. Per le schiere statoriche è stato sufficiente analizzare il flusso a midspan, mentre per il profilo rotorico è stato indagato tutto il piano meridiano, poiché, data la grande deflessione imposta al flusso, si dubitava della presenza di una zona di flusso bidimensionale in mezzeria. Per i tre profili di statore, sono state poi realizzate visualizzazioni Schlieren, che hanno permesso di chiarire il comportamento della corrente in regime di flusso supersonico in uscita. Nel profilo rotorico, invece, la definizione del flusso su tutto il piano meridiano ha permesso di indagare la natura dei fenomeni secondari.