SOMMARIO
Il tema analizzato in questo lavoro di tesi specialistica in ingegneria meccanica, settore dinamica dei rotori, ha trattato, l’indagine dei coefficienti rotordinamici nelle tenute a labirinto implementate sulle turbomacchine (compressori centrifughi), avvalendosi del codice di calcolo CFD-CFX.
Il lavoro è stato suddiviso in tre fasi: la prima fase ha riguardato la messa a punto della CFX, applicata ad un caso di modello di tenuta con geometria semplificata, in campo instazionario con deformazione della mesh; la seconda fase si è incentrata nell’implementazione di due tecniche di estrazione dal codice CFD delle forze esercitate dalla tenuta sul rotore, applicate sia ad una tenuta semplificata che ad una tenuta a labirinto con geometria reale (quest’ultima tenuta è stata inoltre provata su di un banco per la misura dei coefficienti rotordinamici internamente a GE); la terza fase ha infine previsto l’identificazione dei coefficienti rotordinamicia partire dalle forze precedentemente estratte per mezzo di tre diverse metodologie.
I dati ottenuti dalla CFX sono stati confrontati con i risultati di un codice Bulk-Flow ad un volume di controllo e, solo per la tenuta con geoemetria reale, con i risultati sperimentali misurati nelle prove effettuate sui banchi prova.
Dai confronti si evince che le stime dei coefficienti mostrano andamenti qualitativi simili a quelli dei dati sperimentali.
La metodologia di applicazione della CFX alle tenute utilizzata in questa tesi ha mostrato elevati costi computazionali per cui il lavoro necessita di ulteriori ricerche e sviluppi per divenire efficace per l’attività di progettazione in ambito industriale..
ABSTRACT
The subject analyzed in this thesis developed for the Master degree in Mechanical Engineering, rotordynamic field, was about the investigation of rotordynamic coefficients of labyrinth seals installe on turbomachinery (centrifugal compressor) by the use of the numerical CFD code -CFX.
The work has been subdivided in three phases: the first phase treated the research of the right settings of CFX code when applied to a simplified labyrinth seal geometry, in unsteady field with mesh movement; the second phase focused on the use of two techniques to extract from CFD code the forces between the seal and the rotor. These techniques were applied both to a simplified seal and to a real geometry labyrinth seal (this was also tested on rotordynamic test rig internally in GE). The third phase was about the identification of the rotordynamics coefficients based on the previously extracted forces. This was done using three different methods.
The data got from the CFX were compared with the results from a Bulk-Flow code with one control volume and, (at least for the real geometry seal), with the experimental results extracted by the test rig.
From these comparisons a qualitative mach between coefficients extracted by CFX and experimental results is shown.
The CFD application to the labyrinth seals rotordynamic coefficients used in the present thesis work showed the need for high computational resources so further research and development is needed to make it effective for the design activity in industrial environment.
