Experimental analysis of the flow field in an axial turbine stator

Baker Huges General Electric has requested to the Laboratory of Fluid Machines of the Politecnico of Milan an experimental measure-based assessment on the flow field evolution inside a turbine nozzle that will be part of the complete turbomachine the company is going to realize in the mid-long term and to sell in the market. The commissioning forecasts the measurement of the incoming mass flow rate inside the stator by using a five holes aerodynamic pressure probe and other measurement devices in order to guarantee the uniformity of the field entering in the cascade. This activity is carried out with the aim to provide the correct initial boundary conditions to the computational fluid dynamics which will be implemented inside the company to make a comparison with the experimental path. In addition, the experimental work must provide an estimation of the maximum expansion ratio the nozzle can realize, but the key-object is the representation of flow maps regarding what is happening upstream and downstream of the cascade and to identify possible fluid-dynamics issues such as not periodicity between the channels, secondary flows and losses mechanism. For this purpose, a plastic sector 1:1 scale model of the real stator will be coupled with the closed loop test rig available inside the laboratory in order to speed up the initial commissioning section. The frame of the experimental activity will be also represented by the implementation of the software regarding the handling of the measurement instruments, the monitoring and the acquisition phases of the plant and the final elaboration with the following graphic output of the flow field development.

Baker Huges General Electric ha richiesto al Laboratorio di Fluidodinamica delle Macchine del Politecnico di Milano una valutazione sperimentale basata sulle misure sull'evoluzione del campo di flusso a monte e a valle di un ugello di turbina che farà parte della turbomacchina completa che l'azienda realizzerà nel medio- lungo termine e che intende vendere sul mercato. La messa in servizio prevede la misura della portata massica in entrata all'interno dello statore mediante una sonda di pressione aerodinamica a cinque fori e altri dispositivi di misurazione per garantire l'uniformità del campo che entra nella cascata. Questa attività viene svolta con lo scopo di fornire le corrette condizioni iniziali al contorno della fluidodinamica computazionale che verrà implementata all'interno dell'azienda per fare un confronto con il percorso sperimentale. Inoltre, il lavoro sperimentale deve fornire una stima del massimo rapporto di espansione che l'ugello può realizzare, ma l'oggetto chiave è la rappresentazione delle mappe di flusso riguardo a ciò che sta accadendo a monte e a valle della cascata e identificare possibili problemi fluidodinamici come la non periodicità tra i canali, flussi secondari e perdite. A tale scopo, un modello in scala 1: 1 del modello in plastica dello statore reale sarà abbinato all'impianto di prova a circuito chiuso disponibile all'interno del laboratorio per accelerare la sezione iniziale di messa in servizio. Il quadro dell'attività sperimentale sarà inoltre rappresentato dall'implementazione del software riguardante la gestione degli strumenti di misura, le fasi di monitoraggio e acquisizione dell'impianto e l'elaborazione finale con il seguente output grafico dello sviluppo del campo di flusso.