Realizzazione di un impianto per la caratterizzazione POGO di induttori e turbopompe centrifughe
Prove non cavitanti sull'induttore DAPAMITOR4
In questo capitolo si riportano i risultati della campagna sperimentale effettuata sull'induttore DAPAMITOR4, con lo scopo di caratterizzarne le prestazioni in regime non cavitante. Le prove sono state realizzate con due diverse velocità di rotazione, per dimostrare l'indipendenza delle prestazioni da tale parametro; scelta poi una di queste due velocità, si è confrontato i risultati ottenuti con quelli ricavati nelle prove a temperatura diversa, mettendo in evidenza le differenze.
8.1 Procedura di realizzazione delle prove
La posizione dei trasduttori differenziali ed assoluti è identica a quella impiegata per le altre giranti e presentata in figura 2.1. La configurazione dell'impianto e la procedura per la realizzazione degli esperimenti sull'induttore DAPAMITOR4 coincidono con quelle descritta nel capitolo 2.
8.2 Risultati delle prove
Come nel caso del DAPAMITOR3, il raggio di estremità dell'induttore è 81.8 mm e le prove sono state realizzate con un condotto in Plexiglas che garantisse un gioco radiale di 0,8 mm. In figura 8.1 si può osservare l’induttore assemblato nella sua sede nella camera di prova.
Sono stati effettuati due gruppi di prove, diversi tra loro per la velocità di rotazione imposta alla pompa, per un totale di 56 misurazioni. Si è scelto una portata diversa per ogni prova, partendo dal valore più alto ottenibile con la valvola completamente aperta e la pompa ausiliaria spenta, e diminuendolo di volta in volta. Appena è stata raggiunta una portata prossima a 0 l/s, le prove sono proseguite con l'ausilio della pompa Grundfos, che ha permesso di ottenere una curva delle prestazioni completa.
Capitolo VIII– Prove non cavitanti sull'induttore DAMPAMITOR4
Figura 8.1: L'induttore DAPAMITOR4 assemblato nella camera di prova
Nella seguente tabella si riportano i valori delle velocità angolari utilizzate, i corrispettivi valori massimi della portata (Qmassima) e le sue variazioni indicative (ΔQ) tra una prova e l’altra.
Ω (rpm) Qmassima (l/s) ΔQ (l/s)
2000 29.29 0.837
1500 34.14 1.626
Tabella 8.1: Valore massimo e variazione indicativa della portata da prova a prova per
ciascuna velocità angolare esaminata
Per controllare che le misurazioni effettuate con i due trasduttori differenziali con fondo-scala diversi siano equivalenti, si riportano le due curve delle prestazioni ottenute per Ω pari a 2000 rpm, utilizzando il programma Matlab in Appendice 5. In figura 8.2 si osserva che il trasduttore con fondo-scala da 1 bar non entra mai in saturazione. Inoltre, i risultati dei due trasduttori sono leggermente discostati per coefficienti di flusso bassi, mentre si sovrappongono quasi perfettamente per valori più elevati; questo comportamento può essere attribuito alla non perfetta taratura dei due strumenti ed alla loro diversa risoluzione. In tabella 8.2 viene presentata la media percentuale degli scostamenti (indicata con la lettera d) tra i segnali provenienti dai due trasduttori, per la velocità angolare di 1500 e 2000 rpm.
Realizzazione di un impianto per la caratterizzazione POGO di induttori e turbopompe centrifughe
Figura 8.2: Confronto tra i dati ottenuti dai due trasduttori differenziali di pressione,
per Ω =2000 rpm
Ω (rpm) d (%)
1500 -5.86
2000 -6.25
Tabella 8.2: Media percentuale degli scostamenti tra le misurazioni del trasduttore con
fondo scala da 7 bar e quello da 1 bar
Sapendo che il trasduttore con fondo-scala da 1 bar ha una precisione maggiore, si è scelto di effettuare i calcoli che seguiranno utilizzando il segnale proveniente da quest'ultimo.
Nella seguente figura si riportano le curve delle prestazioni per i due diversi valori di Ω,
ottenute con il trasduttore da 1 bar. Da questa e dalla tabella 8.3 si può osservare, come accadeva negli altri casi, l'indipendenza della curva delle prestazioni in regime non cavitante dal numero di Reynolds (Re>106). Una freccia rossa indica la condizione operativa di progetto prevista per il DAPAMITOR4 (φ=0.07 e ψ=0.195, quest’ultimo valore è stato ricavato mediando i dati relativi ottenuti).
Capitolo VIII– Prove non cavitanti sull'induttore DAMPAMITOR4
Figura 8.4: Confronto tra le curve di prestazione ottenute per Ω diversi con il trasduttore da 1 bar. Viene inoltre evidenziato il punto operativo (φ=0.059)
Ω (rpm) Temperatura media (°C) Re Pressione in ingresso (bar) Densità media (kg/m3) Φ intervallo di variazione Ψ intervallo di variazione 1500 27.2 2.2825*106 1.1449 998.1241 0.0022-0.0958 0.0174-0.3180 2000 27.2 3.1045*106 1.0646 997.5535 0.0024-0.1117 0.022-0.2788
Tabella 8.3: Condizioni operative e intervalli di prestazioni per le due serie di prove
Nella prossima figura si riporta l’andamento della velocità specifica dell'induttore (ΩS), per i due valori di Ω testati. Questo parametro evidenzia il tipo di comportamento del DAPAMITOR4 (formula v dell'introduzione).
Realizzazione di un impianto per la caratterizzazione POGO di induttori e turbopompe centrifughe
Figura 8.5: Confronto tra le velocità specifiche Ω S ottenute per Ω diversi
Dal grafico si può di nuovo osservare come le prestazioni della pompa non vengano influenzate dalla velocità di rotazione.
Velocità specifica ΩS
Pompe centrifughe Pompe a flusso misto
Pompe assiali
Compressori radiali Compressori assiali Ruota Pelton T urbine Francis T urbine
Kaplan
Capitolo VIII– Prove non cavitanti sull'induttore DAMPAMITOR4 In figura 8.6 è stata indicata la posizione occupata dall'induttore DAPAMITOR4 per il φ di disegno; si può facilmente notare che quando l'induttore opera in tali condizioni, il suo comportamento è quello di una pompa a flusso misto. Come per il caso del DAPAMITOR3, al variare del coefficiente di flusso si passa da un comportamento centrifugo per le basse portate, ad uno tipicamente assiale per i valori più alti. Anche qui la causa è da attribuirsi alla geometria della pompa, che presenta un mozzo non cilindrico e costringe il fluido a subire una variazione di posizione radiale, aumentando l’effetto centrifugo sul flusso.
8.3 Effetto della temperatura sulle prestazioni in regime non cavitante
In figura 8.7 si riportano le curve di prestazione non cavitante effettuate per quattro diverse temperature alla velocità angolare Ω=1500 rpm.
Figura 8.7: Confronto tra le curve delle prestazioni non cavitanti dell'induttore
DAPAMITOR4, per quattro temperature diverse
Dal grafico si nota che il degrado delle prestazioni non cavitanti, all’aumentare della temperatura, risulta molto meno marcato rispetto al caso del DAPAMITOR3;
Realizzazione di un impianto per la caratterizzazione POGO di induttori e turbopompe centrifughe probabilmente questo potrebbe essere dovuto al fatto che, nonostante si verifichi un sostanziale abbassamento della viscosità cinematica traducibile in un incremento virtuale del gioco radiale, la maggiore mobilità del flusso viene in parte contrastata dalla presenza di un numero superiore di pale dell'induttore. E' necessario ricordarsi poi, che l'abbassamento della viscosità tende a diventare sempre meno importante mano a mano che la temperatura cresce (figura 2.8).
Allo scopo di individuare eventuali implicazioni del coefficiente di dilatazione del condotto dove è alloggiato l'induttore, sui risultati ottenuti a diversa temperatura per il DAPAMITOR4, si è deciso di sostituire tale componente in plexiglass con uno analogo realizzato in alluminio.
Figura 8.8: Confronto tra le curve delle prestazioni non cavitanti a diversa
temperatura, con l'utilizzo di un condotto in alluminio.
Come si può osservare dal grafico sopra riportato, nel caso in cui si è utilizzato il condotto in alluminio non si sono riscontrate variazioni significative delle prestazioni al crescere della temperatura. Questo indica che la differenza riscontrata con il condotto in plexiglass a diverse temperature è effettivamente legata ad una dilatazione maggiore del
