Regolazione di flussi comprimibili : indagine sperimentale per lo sviluppo di valvole ad alta rangeability

L’oggetto di questo lavoro di tesi è l’analisi del funzionamento fluidodinamico della valvola Hyper-Cage in servizio gas, tramite un’apposita campagna sperimentale ed una serie di prove numeriche. La valvola, progettata dalla Pibiviesse s.r.l., è costituita da una parte Cage, accessibile al fluido per aperture maggiori di 42°, e una parte Hyper, che lavora singolarmente per alte perdite di pressione indotte sul flusso. Il funzionamento della parte Cage è studiato mediante prove su valvole di tipo Cage-Ball. Si analizza in particolare l’influenza sul coefficiente CV da parte del diametro dei fori presenti sui piatti dritti inseriti nelle cartucce. Da quanto emerso, tale parametro, che influenza la generazione di rumore aerodinamico, non ha effetto sulla regolazione. Per queste valvole sono definiti anche i parametri della caratteristica inerente. Si analizza il funzionamento della parte Hyper mediante l’ausilio di un Simulacro appositamente costruito, schematizzabile come una serie di piatti forati. Dalle prove effettuate emerge la necessità di indagare il fenomeno della regolazione tenendo conto degli effetti di comprimibilità. Si parte dallo studio di un singolo resistor per definire un legame funzionale tra la perdita di carico, adimensionalizzata rispetto alle condizioni al contorno di valle, e la porosità del piatto. Il legame individuato è valido per spessori relativi del piatto superiori all’unità e condizioni al contorno analoghe a quelle a cui sono effettuate le prove. Si confronta il risultato con quello fornito dalle formule di letteratura, applicabili però soltanto per numeri di Reynolds per i quali gli effetti legati alla comprimibilità siano trascurabili. La relazione trovata presenta il vantaggio di essere invece applicabile anche per alti valori di Reynolds. Si definisce una procedura per costruire la curva della portata massica e della perdita di carico in funzione della pressione di monte. Si fornisce anche una formula pratica per stimare la portata di blocco sonico in funzione della porosità, in corrispondenza di una fissata pressione di monte. Infine, a partire dalle prove su più piatti forati in serie, disposti all’interno del Simulacro, si analizzano alcune dipendenze funzionali del fenomeno della regolazione, sempre mediante un approccio adimensionale.