Nei paragrafi precedenti è stato messo in evidenza come i risultati delle simulazioni si discostassero eccessivamente dai valori di progetto: in particolare viene osservato un ampio distacco tra l’angolo di ingresso β1 rilevato e quello di progetto, nella zona vicina al mozzo (span = 0.1).
Per correggere gli angoli del fluido all’ingresso e all’uscita della girante, per avvicinarsi alle corrette condizioni di incidenza con le pale della girante, è stato necessario apportare alcune modifiche al condotto meridiano, andando ad aumentare i diametri in corrispondenza di mozzo e corona.
3.2.1 . Il condotto meridiano intermedio
Per modificare il condotto meridiano adeguatamente, mantenendo i dati relativi alle velocità e alle portate ottenuti nelle precedenti simulazioni, si è dovuto effettuare un semplice calcolo per mantenere inalterata l’area di passaggio del fluido in corrispondenza delle pale: (AeAi)old (AeAi)new con
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2 d A
, cioè l’area della corona circolare del nuovo condotto, delimitata da mozzo e corona, deve rimanere all’incirca la stessa del condotto precedente.
Quindi noti i diametri iniziali, rispettivamente di corona e mozzo, (d) = 291 mm
53208 4 130 4 291 ) ( 2 2 old i e A A ; 53365 4 138 4 295 ) ( 2 2 new i e A A .
si sono così ricavati i nuovi diametri: (de)new = 295 mm
(di)new = 138 mm
Fig. 3.10: Condotto meridiano modificato.
Una volta ottenuto il nuovo condotto meridiano (vedi Fig. 3.10) sono state ricostruite tutte le nuove mesh con le nuove coordinate modificate. Le nuove mesh sono state riassemblate per far partire nuovamente le simulazioni.
Prima di effettuare le simulazioni con girante, per alleggerire la simulazione e verificare rapidamente che con la modifica al condotto meridiano si procedesse nella giusta direzione (deviare correttamente il fluido verso le condizioni di progetto), sono state effettuate delle simulazioni in “Opening” prive di girante, per verificare l’effettiva differenza tra vecchio e nuovo condotto.
Sono state eseguite due simulazioni, entrambe con una apertura del distributore a 32°, e una portata imposta a Q = 0.238 m3/s (la portata è la stessa rilevata nella simulazione con la stessa apertura del distributore, e girante progettata a Q1.1 e +5° di calettamento). La prima ovviamente è stata efffettuata con il condotto iniziale, la seconda con il nuovo condotto meridiano.
Per l’assemblaggio dei componenti e la lettura dei risultati, sono state usate sempre le stesse modalità viste in precedenza. Ovviamente, trattandosi di simulazioni prive di girante, con solo organi statorici e condotti aperti, i risultati non sono direttamente confrontabili con i risultati precedenti. Tuttavia è stato preso come dato oggettivo la differenza di angoli nelle simulazioni “Opening” tra il vecchio ed il nuovo condotto.
Fig. 3.11: Rappresentazione delle linee di flusso nel condotto della macchina priva di girante, nella simulazione “aperta”, rispettivamente per vecchio e nuovo condotto. L’analisi delle velocità e degli angoli assoluti è stata rilevata all’uscita dalla parte statorica, in corrispondenza dell’ingresso fittizio della girante.
Fig. 3.12: Angolo assoluto α all’uscita dallo statore: a sinistra nella simulazione di “Opening”, a destra nella simulazione a Q1.1 e +5°.
(span 0.1). Questo dato è sicuramente positivo, se si osserva che nel grafico di destra, riguardante la simulazione Q1.1 +5° (vedi Fig. 3.12), la distanza che si ha tra il dato della simulazione e il valore da progetto, richieda un aumento dell’angolo assoluto α.
Per confermare il buon risultato ottenuto, è stata effettuata una simulazione con girante (girante progettata a Q1.1 +5°, apertura del distributore a 32°), con il nuovo condotto meridiano. Per verificare che i risultati della simulazione col nuovo condotto meridiano, fossero attendibili rispetto a quelle con condotto meridiano precedente, sono state fatte due simulazioni: nella prima è stata imposta la portata Q = 0.238 m3/s (la portata è la stessa rilevata nella simulazione con la stessa apertura del distributore, e girante progettata a Q1.1 +5°); nella seconda la portata è stata lasciata libera di variare.
Sono state rilevate le componenti delle velocità relative ed assolute, e sono stati calcolati gli angoli relativi ed assoluti, all’ingresso e all’uscita della girante. I risultati sono poi stati messi a confronto con la stessa simulazione del condotto meridiano precedente.
Fig. 3.13: Andamento delle Cm1,2, Cu1,2, Wu1,2 rilevate dalle simulazioni, in funzione dello span. A confronto ci sono i risultati del vecchio e nuovo condotto meridiano.
Fig. 3.14: Andamento degli angoli assoluti α1,2 e relativi β1,2 rilevate dalle simulazioni, in funzione dello span. A confronto ci sono i risultati del vecchio e nuovo condotto
Le osservazioni che derivano dalla lettura dei grafici di figure 3.13 e 3.14, sono le seguenti:
- viene riscontrato un miglioramento dei dati di simulazione, i quali grazie alla modifica del condotto meridiano, tendono a spostarsi verso i valori di riferimento; - la portata rilevata nella simulazione con Q non imposta, risulta coincidere con la
portata della simulzione a Q imposta, confermando la validità del metodo utilizzato per determinare i nuovo diametri del condotto meridiano;
- nel rispetto della letteratura usata nel Capitolo 1 per il dimensionamento del condotto meridiano, è possibile modificare nuovamente i diametri di mozzo e corona per ottenere un ulteriore miglioramento dei risultati.
3.2.2 . Il condotto meridiano definitivo
Per modificare nuovamente il condotto meridiano in maniera adeguata, mantenendo i dati relativi alle velocità e alle portate ottenuti nelle precedenti simulazioni, si è effettuato il precedente calcolo per mantenere inalterata l’area di passaggio del fluido in corrispondenza della girante: (Ae Ai)old (Ae Ai)new con
4
2 d A
, cioè l’area della corona circolare del nuovo condotto, delimitata da mozzo e corona, deve rimanere all’incirca la stessa del condotto precedente.
Quindi noti i diametri iniziali, rispettivamente di corona e mozzo, (de)old = 295 mm (di)old = 138 mm 53365 4 138 4 295 ) ( 2 2 old i e A A 53192 4 143 4 297 ) ( 2 2 new i e A A
si sono così ricavati i nuovi diametri: (de)new = 297 mm
Fig. 3.15: Condotto meridiano definitivo.
Una volta ottenuto il nuovo condotto meridiano (vedi Fig. 3.15) sono state ricostruite nuovamente tutte le mesh dalle rispettive coordinate modificate. Le nuove mesh sono state riassemblate per ottenere le nuove simulazioni.
Per testare il nuovo condotto meridiano, è stata provata una nuova girante, costruita sempre seguendo la stessa linea di progettazione vista nel Capitolo 1, al paragrafo 1.2, per il calcolo dei triangoli delle velocità a partire dall’equazione dell’energia gHt, l’ottenimento degli angoli costruttivi, il calcolo dei profili palari nel rispetto della teoria secondo gli autori Carter, Howell e Constant. In questo caso, la differenza è stata semplicemente usare nelle formule viste, come portata Q, la portata Q0.9 90. Qprog. Quindi 252Q0.9 2800.9 [l/s].
Gli angoli costruttivi ottenuti al termine dei calcoli con la nuova portata, sono riassunti nel grafico di figura 3.16, dove sono in funzione delle varie sezioni della girante.
Nei grafici che seguono, viene mostrato il confronto tra le misure rilevate dalle simuazioni, e i valori di progetto.
Fig. 3.17: Andamento delle Cm1,2, Cu1,2, Wu1,2 rilevate dalla simulazione, in tutte le aperture del distributore, in funzione dello span, a confronto con l’andamento da progetto,
Fig. 3.18: Andamento degli angoli assoluti α1,2 e relativi β1,2 rilevate dalla simulazione, in tutte le aperture del distributore, in funzione dello span, a confronto con l’andamento da
progetto, per la Girante Q_0.9.
Sono state rilevate le componenti delle velocità relative ed assolute, e sono stati calcolati gli angoli relativi ed assoluti, all’ingresso e all’uscita della girante (vedi Fig. 3.17 e 3.18) per confermare il miglioramento dei dati di simulazione a confronto con i dati di progetto. Oltre a notare rapidamente un avvicinamento delle curve dei dati presi dalla simulazioni, ai dati di progetto, va fatto notare come l’angolo relativo all’ingresso β1 abbia subito un notevole miglioramento. Tale miglioramento è dovuto alla modifica effettuata sul condotto meridiano. Infatti nella zona vicina al mozzo (span 0.1) soprattutto per le aperture del distributore attorno ai 30°, si verificava un discostamento di 50° tra dati CFD e dati da progetto, mentre con il nuovo condotto la differenza è stata ridotta a 40°, recuperando con ottimi risultati all’incirca 10° di discostamento.
miglioramenti minimi a discapito di grossi interventi sulla linea di curvatura e sui diametri. Dunque per questi motivi, il condotto meridiano trattato nel presente paragrafo viene scelto come definitivo.