Temperatura superficiale della pala statorica

In Fig. 3.1-3.2 si può vedere il posizionamento radiale dell’ugello per la generazione di

hot-streak al 25, 50 e 75% dell’altezza palare.

Fig. 3.1: posizionamento dell’hot-streak generator al 25, 50 e 75% dell’altezza palare (vista dall’alto)

Fig. 3.2: posizionamento dell’hot-streak generator al 25, 50 e 75% dell’altezza palare (vista dal basso)

In Fig. 3.3-3.12 sono riportate le immagini termografiche e lo zoom che riporta le linee isolivello della temperatura adimensionale θ nella regione della pala interessata dal getto caldo, sia per l’intradosso che per l’estradosso, dalla posizione radiale più vicina al mozzo a quella più vicina alla cassa, per quattro delle diverse posizioni circonferenziali dell’ugello, già descritte nel precedente capitolo:

• in corrispondenza del bordo di ingresso dello statore, y / g(r) = 0, (immagine 1); • ad un quarto del passo statorico, y / g(r) = 0.25, (immagine 2);

• al centro del canale, y / g(r) = 0.5, (immagine 3);

• a tre quarti del passo statorico, y / g(r) = 0.75, (immagine 4). Dove g(r) indica la larghezza del passo palare alla posizione radiale r.

La temperatura adimensionale θ, per l’analisi del carico termico superficiale della pala statorica, è definita come:

𝜃 (𝑟, 𝛳) = 𝑇𝑏𝑙𝑎𝑑𝑒 − 𝑇∞

𝑇ℎ𝑜𝑡− 𝑇∞ (3.1)

Dove Tblade è la temperatura superficiale della pala misurata mediante termografia ad

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Fig. 3.3: temperature superficiali sull’intradosso della pala statorica per hot-streak posizionato ad un’altezza pari al 12.5% dell’altezza palare

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Fig. 3.4: temperature superficiali sull’estradosso della pala statorica per hot-streak posizionato ad un’altezza pari al 12.5% dell’altezza palare

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0 0.65 Ugello P.S. della pala Ugello S.S. della pala

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Fig. 3.5: temperature superficiali sull’intradosso della pala statorica per hot-streak posizionato ad un’altezza pari al 25% dell’altezza palare

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Fig. 3.6: temperature superficiali sull’estradosso della pala statorica per hot-streak posizionato ad un’altezza pari al 25% dell’altezza palare

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Fig. 3.7: temperature superficiali sull’intradosso della pala statorica per hot-streak posizionato ad un’altezza pari al 50% dell’altezza palare

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Fig. 3.8: temperature superficiali sull’estradosso della pala statorica per hot-streak posizionato ad un’altezza pari al 50% dell’altezza palare

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Fig. 3.9: temperature superficiali sull’intradosso della pala statorica per hot-streak posizionato ad un’altezza pari al 75% dell’altezza palare

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Fig. 3.10: temperature superficiali sull’estradosso della pala statorica per hot-streak posizionato ad un’altezza pari al 75% dell’altezza palare

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Fig. 3.11: temperature superficiali sull’intradosso della pala statorica per hot-streak posizionato ad un’altezza pari al 87.5% dell’altezza palare

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Fig. 3.12: temperature superficiali sull’estradosso della pala statorica per hot-streak posizionato ad un’altezza pari al 87.5% dell’altezza palare

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Le immagini termografiche acquisite, per tutte le posizioni radiali dell’hot-streak, evidenziano chiaramente lo spostamento del getto caldo, che già nell’immagine 2 impone temperature superficiali sulla pala decisamente più contenute rispetto a quelle a cui la pala è sottoposta quando l’hot-streak è allineato con il leading edge (immagine 1). Nell’immagine 3, l’effetto del getto caldo sulla temperatura superficiale della pala interessata diventa solo lievemente percettibile, mentre nell’immagine 4 l’hot-streak inizia ad impattare sulla pala adiacente con conseguente innalzamento della temperatura superficiale registrata su quest’ultima. Quanto detto è evidente sia nelle immagini acquisite sul pressure side (indicato con P.S.) sia in quelle della parte frontale del suction side (S.S.). Le curve isolivello, riportate nelle immagini sottostanti a quelle termografiche, permettono di quantificare le variazioni della temperatura superficiale θ per le diverse posizioni circonferenziali dell’hot-streak. I valori di temperatura massimi misurati sull’estradosso e sull’intradosso della pala (riassunti in Tab. 3.1) quando il getto caldo è allineato con il bordo d’ingresso dello statore (immagine 1) sono molto vicini tra di loro e

la differenza di temperatura massima (Tblade,max - T∞) cui è sottoposta la pala, il cui bordo di

ingresso si trova alla distanza di una corda dal piano di uscita dell’ugello, è dell’ordine del

55-60% della differenza di temperatura imposta all’uscita del generatore di hot-streak (Thot

- T∞). L’estensione della superficie palare interessata dal getto caldo cambia lievemente al

variare della posizione radiale a cui il getto è iniettato per via della geometria fortemente tridimensionale dello statore. Quando il getto viene spostato circonferenzialmente in senso orario di un quarto del passo dello statore (immagine 2) i valori di temperatura massima sulla pala si riducono di circa il 50% rispetto alla posizione precedente. Nel passaggio dall’immagine 1 (hot-streak sul bordo di ingresso) alla 3 (hot-streak in mezzo al canale) i valori di θ massimi misurati sia sull’intradosso sia sull’estradosso della pala crollano a valori dell’ordine del 10% del valore misurato con hot-streak allineato con leading edge. Inoltre, il fatto che si riscontrino pressoché gli stessi valori sia sull’intradosso che sull’estradosso, sebbene quest’ultimo si trovi ormai a non esser più interessato dal getto caldo che si sta muovendo in direzione dell’estradosso della pala successiva, suggerisce che ci possa essere anche un effetto dovuto al non ancora completo raffreddamento della pala in seguito al passaggio dell’hot-streak. Questo implicherebbe valori della temperatura superficiale reale ancora più ridotti rispetto a quelli registrati, suggerendo quindi che il carico termico cui è sottoposta la pala quando l’hot-streak si trova in mezzeria del canale è

del tutto marginale. Quando il getto caldo viene spostato di un altro quarto di passo in senso orario (immagine 4), esso inizia ad impattare sulla pala adiacente, come evidenziato sia dalle immagini termografiche sia delle isolinee della temperatura adimensionale. I valori di θ massimi misurati nell’immagine 4 sono dell’ordine di quelli misurati sulla pala precedente nel caso dell’immagine 2. In questo caso, però, generalmente si hanno valori lievemente più elevati in corrispondenza dell’estradosso, essendo questa la superficie della pala incontrata prima dal getto caldo. La posizione radiale del getto non sembra avere una particolare influenza sui valori di temperatura superficiale della pala.

Tab. 3.1: valori di θ massimi misurati sulle superfici palari

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HS al leading edge) HS ad 1/4 del passo palare HS ad 1/2 del passo palare HS a 3/4 del passo palare P.S. S.S. P.S. S.S. P.S. S.S. P.S. S.S. Hot-streak al 12.5% di hblade 0.57 0.52 0.26 0.26 0.08 0.08 0.32 0.30 Hot-streak al 25% di hblade 0.59 0.57 0.30 0.26 0.08 0.07 0.35 0.32 Hot-streak al 50% di hblade 0.56 0.62 0.20 0.22 0.07 0.08 0.11 0.32 Hot-streak al 75% di hblade 0.59 0.57 0.20 0.20 0.07 0.06 0.26 0.26

Hot-streak all’87.5% di hblade 0.57 0.62 0.18 0.20 0.05 0.06 0.22 0.36

Fig. 3.13: valori di θ massimi misurati sulle superfici palari, dove P1, P2, P3, P4 rappresentano le quattro posizioni circonferenziali analizzate

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 ma x HS at (r-rhub)/hblade = 12.5%, on p.s. HS at (r-rhub)/hblade = 12.5%, on s.s. HS at (r-rhub)/hblade = 25%, on p.s. HS at (r-rhub)/hblade = 25%, on s.s. HS at (r-rhub)/hblade = 50%, on p.s. HS at (r-rhub)/hblade = 50%, on s.s. HS at (r-rhub)/hblade = 75%, on p.s. HS at (r-rhub)/hblade = 75%, on s.s. HS at (r-rhub)/hblade = 87.5%, on p.s. HS at (r-rhub)/hblade = 87.5%, on s.s. P1 P2 P3 P4

3.2

Campo aero-termico nei piani a monte e a valle della schiera

Nel documento Studio sperimentale degli aspetti aero-termici associati al raffreddamento dei primi stadi delle turbine a gas (pagine 186-195)