Sommario
Nella propulsione aerospaziale le turbomacchine hanno un ruolo fondamentale e conoscere le perturbazioni che possono generare fenomeni d'instabilità è essenziale. Ciò permette di ottimizzare le prestazioni delle turbopompe ed evitare che si presentino determinate condizioni che influirebbero sul loro funzionamento. L'attività sperimentale qui proposta riguarda le problematiche inerenti allo sviluppo della cavitazione e delle instabilità fluidodinamiche legate o no alla sua presenza, su alcuni modelli di induttori assiali e di giranti centrifughe.
Dopo aver analizzato la possibilità di valutare sperimentalmente la matrice di trasferimento dinamico di una pompa, in modo tale da poter prevedere la propagazione delle perturbazioni nel flusso, si sono riportate le scelte effettuate per la modifica dell'impianto CPRTF (Cavitating Pump Rotordynamic Test Facility) di ALTA S.p.A., allo scopo di renderlo adatto alla sperimentazione per la caratterizzazione POGO delle turbomacchine. In particolare, sono state descritte le due configurazioni in grado di fornire due diverse oscillazioni di pressione e di portata senza alterare le condizioni operative della pompa.
Nei capitoli successivi sono state analizzate le prestazioni sia in regime cavitante che non, di una turbopompa centrifuga prodotta dall'azienda FIP e di due induttori assiali della famiglia DAPAMITOR, rispettivamente a tre e quattro pale, progettati dal Prof. d'Agostino e dal suo gruppo di lavoro. In tutti i casi esaminati le prove sono state condotte a quattro temperature diverse, e nel caso cavitante sia con test continui che discreti. Lo studio delle instabilità fluidodinamiche è avvenuto per mezzo dell'analisi di Fourier dei segnali provenienti dai trasduttori piezoelettrici, generando dei “diagrammi a cascata” o waterfall plots.
Abstract
Turbopumps play a fundamental role in space rockets propulsion systems, so it is essential to understand how perturbations act on instabilities generation. Potential damaging conditions can be avoided this way, by a performance optimization. The experimental activity here submitted has been carried out to study the consequences linked with cavitation development and its fluidodynamic instabilities, on axial inducers and centrifugal turbopumps.
The possibility of measuring the dynamic transfer matrix of a pump has been proven in order to previously understand how flux perturbation will propagate. This has led to changes in ALTA's CPRTF (Cavitating Pump Rotordynamic Test Facility) in order to make it suitable for POGO characterization of turbomachines. In particular, here you can find a description of the two configurations of the facility, needed to obtain two different sets of pressure and mass flow rate oscillations, without altering the operative conditions of the pump.
Afterward, the performances of a centrifugal impeller produced by FIP and two axial inducers of the DAPAMITOR family, respectively with three and four blades designed by Prof. d'Agostino and his team, have been analyzed. Tests have been carried out at four different temperatures, both with continous and discrete methods as concerned for the cavitating ones. Fluidodynamic instabilities have been studied with Fourier analysis of the signals coming from the piezoelectric transducers, generating waterfall plots to visualize each phenomenon.
