Scelta delle soluzioni

Per ognuna delle tre soluzioni selezionate dopo aver considerato le modifiche del moltiplicatore di giri e del corpo di BP della macchina, si sono ottenute due possibili configurazioni del corpo di AP ricavando così gli angoli α∗ _da

utilizzare nella progettazione degli IGV ottimizzati. Si precisa che per tro- vare gli angoli di prerotazione da dare alle pale dell’IGV si è fatta l’ipotesi che gli angoli α di ingresso allo stadio AP1, riportati in Tabella 5.1, fosse- ro costanti al variare della velocità di rotazione del compressore in quanto gli incrementi di velocità considerati sono di pochi punti percentuali; questa ipotesi sarà comunque verificata per mezzo delle simulazioni CFD.

Nella Tabella 5.15 sono raccolte le sei configurazioni trovate che possono es- sere confrontate in termini di potenza assorbita e pressione alla mandata; con il simbolo β si indicano quelle per cui si ha l’uguaglianza degli ango- li di attacco alla girante AP1 con quelli di riferimento mentre con la sigla Axial. si indicano le soluzioni che prevedeno flusso assiale in ingresso allo stadio AP1. I valori dei parametri D1,AP 1 e D1,AP 2 non sono stati indicati in

quanto per tutte le soluzioni risultano uguali a quelli della configurazione da manuale (D1,AP 1 = 310 mm e D1,AP 2 = 264 mm). Delle sei configurazioni

se ne sono selezionate due, una per tipologia di IGV, cercando di ottenere il miglior compromesso tra pressione alla mandata e potenza assorbita dalla

Progetto S3 S10 S11

Simbolo Unità Valore Valori con IGV ottimizzati

Axial β Axial β Axial β Gtot kg/h 16356 16339 16339 16339 16339 16336 16336 p2,AP 2 bar 1,049 1,318 1,262 1,376 1,298 1,397 1,311 PEG MW 1227 1293 1274 1317 1290 1325 1296 D1,BP mm 612 608 606,5 606 b2,BP mm 57 55,7 55,2 55,1 D1,M P mm 650 642 642 637,5 637,5 636,5 636,5 b2,M P mm 70 66,9 66,9 65,8 65,8 65,4 65,4 b2,AP 1 mm 19 17,2 17,2 16,6 16,6 16,4 16,4 b2,AP 2 mm 10,5 9,1 9,1 8,3 8,3 8,1 8,1

Tabella 5.15: Riepilogo delle soluzioni con IGV ottimizzato

macchina. L’unica delle configurzioni che non arriva a 1,3 bar alla mandata è la Soluzione 3 con IGV β, ma, facendo un ragionamento analogo a quanto fatto nel paragrafo 5.2.3.6 per la Soluzione 2, si potrebbe anche prendere in considerazione in quanto la p2,AP 2 è molto vicina al valore obiettivo; tuttavia

si è deciso di scartata in quanto le altre soluzioni riescono a soddisfare pie- namente le richieste del committente con modifiche analoghe attuate sulla macchina. Quindi premettendo che tutte le altre soluzioni trovate possono essere considerate accettabili sia per quanto riguarda il valore di pressio- ne alla mandata che per quanto riguarda il comportamento fluidodinamico, almeno fino allo stadio AP1, le due configurazioni scelte sono la:

1. Soluzione 3 con IGV Axial.;

2. Soluzione 11 con IGV β.

Le altre soluzioni, pur rispettando tutte le richieste in termini di p2,AP 2e di

angoli β1, sono state scartate in quanto sono caratterizzate da una pressione

alla mandata eccessiva; ciò non produce effetti positivi ai fini del raggiungi- mento dello scopo del processo di upgrading, anzi la conseguenza principale è un aumento ingiustificato della potenza assorbita dalla macchina. Come si può vedere dai dati nella Tabella 5.15, a parità di incremento di velocità di rotazione, l’IGV Axial. consente di ottenere una pressione alla mandata superiore e di conseguenaza maggiore potenza assorbita rispetto all’altro ti-

po di IGV; ciò è logico in quanto viene annullata la componente c1tequiversa

ad u1, e come si può vedere dall’equazione di Eulero (equazione 4.44), questo

fa si che il lavoro scambiato tra fluido e macchina risulti maggiore. Quan- to detto trova riscontro nelle due soluzioni trovate infatti la soluzione con IGV Axial. è caratterizzata da un incremento di giri leggermente inferiore a quella con IGV β per un valore simile di pressione alla mandata.

Nella Tabella 5.16 si confrontano i valori degli angoli β delle soluzioni se- lezionate con quelli della configurazione di riferimento. Analizzando i dati

Stadio Grandezza Valori in [°]

Riferimento S3 IGV Axial. S11 IGV β

BP β1,tip 23,5 23,5 23,5 β1,med. 31,0 31,0 30,9 β1,hub 44,3 44,1 44,0 MP β1,tip 24,6 24,7 24,7 β1,med. 32,9 32,8 32,9 β1,hub 47,6 47,2 47,2 AP1 β1,tip 22,5 20,7 22,5 β1,med. 27,2 25,1 27,2 β1,hub 34,1 31,6 34,1 AP2 β1,tip 27,4 24,3 24,0 β1,med. 31,1 27,8 27,3 β1,hub 35,8 32,2 31,7

Tabella 5.16: Confronto tra gli angoli β1 della configurazioni di riferimento

e delle soluzioni scelte.

presenti in Tabella si può vedere che:

• per gli stadi di BP e di MP gli angoli β1 in pratica coincidono con quelli

di riferimento;

• Per lo stadio AP1 si ha perfetta coincidenza nel caso di IGV β mentre per il caso con IGV Axial. si hanno angoli inferiori. La differenza oscilla tra 1,8 ° al tip e 2,5 ° alla base della pala;

• per lo stadio AP2 entrambe le soluzioni si allontanano maggiormente dai valori di riferimento: per il caso con IGV β la differenza oscilla tra 3,4 ° al tip e 4,1 ° alla base mentre per il caso con IGV Axial. la

variazione è compresa tra 3,1 ° e 3,6 ° rispettivamente al tip e alla base della pala.

Da ciò deriva che le ridotte modifiche apportate ai componenti del corpo di AP si paga con un comportamento fluidodinamico non perfetto soprattut- to nello stadio AP2. Quindi le simulazioni CFD riportate nei capitoli suc- cessivi si rendono necessarie per verificare che questi scostamenti teorici dalla condizione di riferimento non pregiudichino il corretto funzionamento fluidodinamico della macchina.

5.3.4.1 Verifiche fluidodinamiche

Come fatto nel paragrafo 5.2.3.7 anche per queste soluzioni di upgrading geometrico con IGV ottimizzati è necessario andare ad effettuare opportune verifiche fluidodinamiche. Nelle Tabelle 5.17 e 5.18 si riportano i valori di M1,tip, M2,p, e φ1l ricavati per mezzo del foglio di calcolo.

Grandezza STADIO

BP MP AP1 AP2

M1,tip 0,87 0,82 0,74 0,67

M2,p 1,19 1,05 1,21 1,09

φ1l 0,119 0,133 0,064 0,038

Tabella 5.17: Verifiche fluidodinamiche per la configurazione con IGV β.

Grandezza STADIO

BP MP AP1 AP2

M1,tip 0,87 0,82 0,83 0,66

M2,p 1,18 1,04 1,18 1,07

φ1l 0,120 0,136 0,068 0,039

Tabella 5.18: Verifiche fluidodinamiche per la configurazione con IGV assiale.

Dall’analisi delle Tabelle si può concludere che almeno teoricamente le due soluzioni con IGV ottimizzato selezionate risultano essere accettabili. Non resta che andare a verificarne l’attuabilità per mezzo di simulazioni CFD.