Avviamento e controllo di un nuovo banco prova turbine. Mappatura del flusso 3D a monte e a valle del rotore di uno stadio di turbina assiale

The traditionally predominant role of gas and steam powered turbines in the energetic field and the constant efforts to improve its efficiency have made of these machines a constant subject in the area of experimental research, which is a fundamental support for validation and calibration of numerical models. This study focuses on the analysis of the fluid dynamics phenomena produced by the specific geometry of the blades, more particularly on the secondary flows and the interaction between fixed parts (stator) and moving parts (rotor). The purpose of this thesis was to set up the devices, to plan the monitoring system and to optimize a new engine test stand for an entire axial turbine stage, under both conditions: action and reaction with different aspect ratio. The final goal, largely achieved, was to characterize the three-dimensional flow field under steady conditions to evaluate performance in terms of work and efficiency and to measure the influence of the flow structures with the downstream blade. The research was performed through stationary measuring methods such as the five holes probe. This instrument solves the stage downstream flow field in terms of pressure, Mach numbers and velocity vectors for a radial measurement plane of the machine's axis. The work developed during these months is a preamble to further studies that will describe the results of the interaction within the unsteady flow field produced by the stator cascade.

Il ruolo tradizionalmente predominante occupato nel panorama energetico mondiale e la conseguente sempre più pressante corsa al miglioramento dell'efficienza rendono le turbine a gas e a vapore sempre più protagoniste nell'ambito dell'attività di ricerca sperimentale, la quale si colloca come fondamentale supporto per la validazione e per la taratura dei modelli numerici. L'interesse è mirato in particolare allo studio dei fenomeni di natura fluidodinamica indotti da particolari geometrie delle pale, in particolare lo studio dei flussi secondari, e allo studio dei fenomeni di interazione tra parti fisse (statore) e parti mobili (rotore). Scopo di questo lavoro di tesi è la messa a punto, vale a dire il completamento delle operazioni di montaggio, la progettazione del sistema di monitoraggio e l'ottimizzazione della procedura di avviamento di un nuovo banco prova per stadi completi di turbina assiale sia ad azione che a reazione con diversi aspect ratio. L'obiettivo finale, ampiamente raggiunto, ha riguardato la caratterizzazione del campo di moto tridimensionale, in regime stazionario, a valle dello stadio di turbina installato allo scopo di analizzarne le prestazioni in termini di lavoro e rendimento e di valutare l'influenza a valle del rotore di strutture di flusso presenti a valle dello statore. L'indagine del campo di moto medio è stata svolta attraverso tecniche di misura tradizionali, quali una sonda pneumatica a 5 fori. Tale strumento risolve il campo di moto a valle dello stadio in termini di pressione, numero di Mach e vettore velocità per un piano di misura radiale rispetto all'asse della macchina. Il lavoro svolto in questi mesi è il preludio ad indagini ancor più dettagliate di tipo instazionario, che saranno volte a caratterizzare fenomeni risultanti dall'interazione tra il campo di moto non uniforme presente a valle della schiera statorica e la palettatura successiva.