IINNDDIICCEE GGEENNEERRAALLEE

vii

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1 1 IINNTTRROODDUUZZIIOONNEE..........................................................................................................................................................................................................11 1.1 GENERALITÀ... 1 1.2 LA CAVITAZIONE... 8 1.3 TIPOLOGIE DI CAVITAZIONE... 17 1.4 I FENOMENI ROTODINAMICI... 21

1.5 OBIETTIVI ED ORGANIZZAZIONE DELLA TESI... 22

1.6 BIBLIOGRAFIA... 25

2 2 PPRREESSTTAAZZIIOONNIIDDEELLLLEETTUURRBBOOPPOOMMPPEE......................................................................................................................2277 2.1 GEOMETRIA DELLE TURBOMACCHINE... 28

2.2 PRESTAZIONI DELLE POMPE... 30

2.3 PARAMETRI ADIMENSIONALI E CURVE CARATTERISTICHE... 31

2.4 LA CAVITAZIONE NELLE TURBOMACCHINE... 37

2.4.1 Parametri usati per la caratterizzazione della cavitazione... 37

2.4.2 Innesco della cavitazione ... 39

2.4.3 Prestazioni delle pompe in regime cavitante... 41

2.4.4 Fondamenti di dinamica delle bolle ... 43

2.4.5 Influenza degli effetti termici... 44

2.5 CURVE CARATTERISTICHE DI ALCUNE TURBOMACCHINE... 47

2.6 BIBLIOGRAFIA... 52 3 3 IILLCCIIRRCCUUIITTOODDIIPPRROOVVAAEEDDIILLSSIISSTTEEMMAADDIIAACCQQUUIISSIIZZIIOONNEEDDEEIIDDAATTII . ............................................................................................................................................................................................................................................................... 5533 3.1 LA CONFIGURAZIONE CPTF... 54 3.1.1 Il serbatoio principale... 57

3.1.2 I circuiti di travaso e di pressurizzazione/depressurizzazione... 58

3.1.3 I raddrizzatori di flusso ... 59

3.1.4 I compensatori elastici... 59

3.1.5 I flussimetri ... 60

3.1.6 La “Silent Throttle Valve” ... 60

3.1.7 Il motore principale... 62

3.1.8 Il giunto omocinetico ... 63

3.1.9 La camera di prova... 63

3.1.10 I condotti e le staffe di smontaggio ... 65

3.1.11 Tabella riassuntiva delle caratteristiche dell’impianto... 66

3.2 LA CPRTF, LA CI2TF E LA CI2RTF... 67

3.2.1 La CPRTF ... 67

3.2.2 La CI2_{TF e la CI}2_{RTF ... 71}

3.3 I CRITERI DI SIMILITUDINE E L’INVILUPPO OPERATIVO DEL CIRCUITO... 73

3.3.1 I criteri di similitudine... 73

3.3.2 L’inviluppo operativo del circuito ... 76

3.3.3 Controllo e modifica dei parametri nel circuito ... 79

3.4 LA STRUMENTAZIONE ED IL SISTEMA DI ACQUISIZIONE DATI... 80

3.4.1 I trasduttori piezoelettrici ... 81

viii 4

4 AANNAALLIISSIIDDEELLSSEEGGNNAALLEE::RRIICCHHIIAAMMII..............................................................................................................................8855

4.1 CLASSIFICAZIONE DEI DATI: DATI RANDOM... 86

4.2 PROCESSI RANDOM STAZIONARI ED EGODICI... 87

4.3 CORRELAZIONE TRA DUE PROCESSI RANDOM... 89

4.4 SERIE E TRASFORMATA DI FOURIER... 91

4.5 FUNZIONI DI DENSITÀ SPETTRALE... 94

4.6 IL TEOREMA DEL CAMPIONAMENTO E LE SUE CONSEGUENZE... 96

4.7 BIBLIOGRAFIA... 99

5 5 PPRROOVVEENNOONNCCAAVVIITTAANNTTIISSUULLLL’’IINNDDUUTTTTOORREEFFAASSTT22..............................................................110011 5.1 INTRODUZIONE... 102

5.2 CARATTERISTICHE DELL’INDUTTORE FAST2 ... 105

5.3 LE PROVE... 106

5.4 I MODELLI DI INDUTTORE: CONFRONTO CON I DATI SPERIMENTALI... 112

5.4.1 Il modello “ideale” ... 112

5.4.2 Il modello quasi-tridimensionale... 114

5.4.3 Il modello “throughflow” ... 117

5.5 PRESTAZIONI: PARAMETRI AVIO ... 128

5.6 CONFRONTO DELLE PRESTAZIONI DEI DUE ESEMPLARI DI FAST2 ... 129

5.7 BIBLIOGRAFIA... 131

6 6 PPRROOVVEECCAAVVIITTAANNTTIISSUULLLL’’IINNDDUUTTTTOORREEFFAASSTT22..................................................................................113333 6.1 INTRODUZIONE... 134

6.2 PROVE DISCRETE E PROVE CONTINUE: LA RISERVA DI VUOTO... 139

6.3 LE PROVE ED I RISULTATI SPERIMENTALI... 145

6.3.1 Confronto dei risultati con il modello a “linea di corrente libera” ... 158

6.3.2 Le prove discrete : verifica della sovrapposizione con le curve “continue” 161 6.3.3 La sessione fotografica: caratterizzazione della cavitazione del FAST2 .. 163

6.4 BIBLIOGRAFIA... 169

7 7 IINNSSTTAABBIILLIITTAA’’FFLLUUIIDDOODDIINNAAMMIICCHHEE::IINNDDAAGGIINNEESSPPEERRIIMMEENNTTAALLEE SSUULLLL’’IINNDDUUTTTTOORREEFFAASSTT22..................................................................................................................................................................117711 7.1 CLASSIFICAZIONE DEI FENOMENI DI INSTABILITÀ... 172

7.1.1 Lo stallo rotante... 174

7.1.2 La cavitazione rotante... 176

7.1.3 Il “surge” ... 178

7.1.4 L’ auto-oscillazione ... 179

7.1.5 Il “surge” di cavitazione ... 181

7.1.6 Tabella riassuntiva delle instabilità fluidodinamiche ... 181

7.2 ANALISI SPETTRALE: METODOLOGIA... 183

7.2.1 Osservazioni sulla simmetria ed asimmetria dei fenomeni rotanti... 188

7.3 CALCOLO DELLE FREQUENZE NATURALI DELL’IMPIANTO... 194

7.3.1 Il modello quasi-monodimensionale ... 194

7.3.2 Calcolo del coefficiente di perdita k... 196

7.3.3 Matrice di trasferimento dinamica di una pompa non cavitante... 198

ix

7.3.5 Il modello numerico dell’impianto... 199

7.4 ANALISI SPETTRALE: RISULTATI... 202

7.4.1 I “waterfall plots” ... 202

7.4.2 Studio dell’ampiezza delle oscillazioni... 212

7.4.3 Analisi dei fenomeni riscontrati ( I ) ... 217

7.4.4 Analisi dei fenomeni riscontrati ( II )... 237

7.5 BIBLIOGRAFIA... 255

8 8 CCOONNCCLLUUSSIIOONNIIEESSVVIILLUUPPPPIIFFUUTTUURRII........................................................................................................................225577 8.1 RICONFIGURAZIONE DEL CIRCUITO: DALLA CI2TF ALLA CI2RTF... 258

8.2 SVILUPPI FUTURI... 261

8.2.1 Instabilità rotodinamiche... 261

8.2.2 Adozione di tecniche di velocimetria laser ... 263

8.2.3 Oscillazione all’interno dei canali e fenomeni asimmetrici ... 264

8.2.4 Qualità dell’acqua ed estensione della zona cavitante ... 265

8.3 CONCLUSIONI... 265 8.4 BIBLIOGRAFIA... 267 B BIIBBLLIIOOGGRRAAFFIIAAGGEENNEERRAALLEE......................................................................................................................................................................226699

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A A AAPPPPEENNDDIICCEEAALLCCAAPPIITTOOLLOO55 ((PPRROOGGRRAAMMMMIIMMAATTLLAABB))....................................227755 A.1 COSTRUZIONE DELLA CURVA CARATTERISTICA... 276

A.2 COSTRUZIONE DELLA CURVA DELLA VELOCITÀ SPECIFICA IN FUNZIONE DEL COEFFICIENTE DI FLUSSO... 280

A.3 I MODELLI DI INDUTTORE... 281

A.4 CALCOLO DELLA PREVALENZA DEFINITA TRAMITE IL SALTO DI PRESSIONE STATICA, SFRUTTANDO I RISULTATI DEL MODELLO “THROUGHFLOW” ... 286

B B AAPPPPEENNDDIICCEEAALLCCAAPPIITTOOLLOO66 ((PPRROOGGRRAAMMMMIIMMAATTLLAABB))....................................228877 B.1 COSTRUZIONE DELLA CURVA DI CAVITAZIONE _{Ψ(σ) ... 288}

B.1.1 Costruzione della curva di cavitazione Ψ(σ) “continua” ... 288

B.1.2 La funzione offset_fun... 290

B.1.3 Costruzione della curva di cavitazione Ψ(σ) col metodo della sovrapposizione degli intervalli ... 296

B.1.4 Costruzione della curva di cavitazione Ψ(σ) discreta ... 299

B.2 RICOSTRUZIONE DEL SEGNALE TEMPORALE... 302

B.3 COSTRUZIONE DEL GRAFICO σ(Φ)... 303

B.3.1 La funzione trova_sigma... 306

B.3.2 La funzione trova_psi... 306

B.4 IL MODELLO DI BRENNEN-ACOSTA... 307

C C AAPPPPEENNDDIICCEEAALLCCAAPPIITTOOLLOO77 ((PPRROOGGRRAAMMMMIIMMAATTLLAABB))....................................331111 C.1 I WATERFALL PLOTS... 312

x

C.2 DIAGRAMMI WATERFALL RIPORTANTI L’AMPIEZZA REALE DELLE OSCILLAZIONI E DIAGRAMMI RIPORTANTI LE AMPIEZZE DELLE OSCILLAZIONI AL VARIARE DEL

NUMERO DI CAVITAZIONE σ... 322

C.2.1 Costruzione della matrice MATRICE_SS_A... 330

C.2.2 La funzione spectra_lucio_base_han_funzione ... 335

C.3 IL FILTRAGGIO... 339

C.4 STUDIO DEI FENOMENI ROTANTI ASIMMETRICI... 340

C.4.1 Fenomeno rotante asimmetrico a due lobi... 340

C.4.2 Fenomeno rotante asimmetrico a tre lobi ... 342

C.5 MODELLO NUMERICO DELL’IMPIANTO... 344

C.5.1 Caratterizzazione della perdita di pressione nelle cadute a filtro ... 344