33927 - MACCHINE M

Conoscenze e abilità da conseguire

Lo studente approfondisce i temi relativi ai sistemi di produzione di energia.

Contenuti

Equazioni del moto dei fluidi per condotti fissi. Le grandezze totali e la velocità del suono, regimi di moto. L'efflusso di un fluido comprimibile da un ambiente a stato fisico definito.

Andamento della portata e del parametro di flusso in un condotto in funzione del rapporto tra la pressione a valle e la pressione totale a monte. Il chocking. Portata massima, parametro di flusso. Ellisse di Stodola. Ellisse di Stodola.

L'andamento delle aree di passaggio attraverso un condotto di portata assegnata a seconda del regime di moto: equazione di Hugoniot. Condotto convergente e convergente divergente.

Perdite nello statore. Diagramma h,s nello statore. Diagramma h,s per un condotto convergente e convergente divergente. Equazione di Eulero per uno stadio. Equazione alle differenze di energia cinetica.

Rendimento total to total e total to static. Grado di reazione. Gli stati fisici di uno stadio a reazione nel diagramma h,s. Perdite nel rotore.

Lo stadio a reazione delle turbine assiali; triangoli di velocità. Proporzionamento normale. Lavoro massimo e relativi triangoli di velocità. Rendimento total to total dello stadio a reazione e condizione di massimo lavoro.

Lo stadio ad azione: i triangoli di velocità, il lavoro massimo, rappresentazione degli stati fisici ingresso/uscita statore/rotore sul diagramma entalpico. Rendimento total to static.

Confronto tra le perdite dello stadio ad azione e quelle dello stadio a reazione.

Schema e principio di funzionamento di una turbina di De Laval ad azione semplice. Limiti della turbina di De Laval relativi al salto entalpico massimo smaltibile. Portata in volume massima, densità massima e potenza massima.

Turbina a due salti di velocità, schema e principio di funzionamento. Triangoli di velocità nelle due giranti e raddrizzatore. Valutazione del lavoro massimo di una turbina a due salti di velocità. Rendimento total to static. Confronto con il rendimento di una turbina ad azione semplice.

Turbina a salti di pressione; schema e principio di funzionamento. Rendimento total to static e fattore di recupero di una turbina a salti di pressione.

Turbina a reazione; schema e principio di funzionamento. La funzione del tamburo equilibratore. Limiti della portata in ingresso e in uscita alla turbina a reazione. Espressione analitica della portata in ingresso e in uscita alla turbina a reazione.

La turbina mista e la turbina a doppio flusso.

Compressori assiali, triangoli di velocità. Pale del compressore e profili NACA: classificazione. Costruzione di un profilo NACA a 4 cifre.

Definizione del coefficiente di portanza, di pressione e di resistenza. Determinazione del coefficiente di portanza e di resistenza per un profilo posto in schiera.

Grado di reazione, coefficiente di carico e sua dipendenza dal coefficiente di portanza; work done factor. Legame tra coefficiente di carico e grado di reazione. Triangoli di velocità in ingresso in uscita e loro grado di reazione.

Problema tridimensionale del flusso in un compressore assiale: determinazione della vorticosità e della rotazione: il rotore della velocità in coordinate ciclindriche. Bilancio di quantità di moto nella direzione radiale. Bilancio della quantità di moto nella direzione assiale e circonferenziale. Conservazione dell'energia in coordinate cilindriche e formula di Cracco. Applicazione della formula di Cracco al problema tridimensionale del flusso. Variazione della velocità tangenziale col raggio. Progettazione con il metodo del free vortex design (lavoro e grado di reazione), del constant ratio (lavoro e componente assiale di velocità). Velocità circonferenziale nel caso dell'Exponential Design. Confronto in termini di variazione degli angoli di incidenza, del numenro di Mach e del grado di reazione per i tre mertodi illustrati. Curve caratteristiche di un compressore assiale e la Surge line. Il fenomeno dello stallo rotante.

Macchine idrauliche, introduzione. Impianti a Bacino, ad acqua fluente ed a serbatoio, differenze. La turibna Pelton, generalità ed impieghi. Schema e principio di funzionamento. Macchine idrauliche, introduzione. Impianti a bacino, ad acqua fluente ed a serbatoio, differenze. La turibna Pelton, schema, generalità ed impieghi. Principio di funzionamento. Lavoro massimo raccoglibile da un Pelton. Rendimento totale e rendimento idraulico. Schema di spina doble con azionamento manuale. Schema di spina doble con azionamento oleodinamico. Determinazione del numero minimo e massimo di pale di una macchina Pelton. Regolazione e curve caratteristiche portata in funzione della velocità di rotazione e rendimento in funzione della portata.

Similitudine meccanica, cinematica, dinamica e geometrica: la similitudine idraulica: Indice caratteristico.Diametro specifico e velocità specifica. Uguaglianza del rendimento idraulico per macchine in condizione di similitudine idraulica. Pelton a più getti, schema e principio di funzionamento.

Turbina Francis. Schema, principio di funzionamento, equilibramento delle spinte assiali. Grado di reazione. Triangoli di velocità ingresso e uscita dalla girante di una turbina Francis. Deformazione dei triangoli di velocità in ingresso alla girante per effetto della regolazione del distributore Fink. Lavoro raccoglibile da una turbina Francis. Importanza del condotto di scarico di una Francis e andamento della pressione allo scarico della girante in funzione dei parametri progettuali e operativi. Lavoro con e senza diffusore allo scarico. Pressione allo scarico di una turbina Francis. Il problema della cavitazione e la cifra di Thoma. Problema del brusco distacco di carico e sua soluzione. Regolazione e curve caratteristiche di una Turbina Francis. Evoluzione della forma della girante in funzione dell'aumento dell'indice caratteristico (alte portate e bassi salti).

Turbina ad elica e Kaplan, generalità. Schema, e principio di funzionamento di una turbina ad elica.Triangoli di velocità ingresso e uscita dalla girante, al centro e al mozzo. Regolazione e curve caratteristiche di una turbina ad elica. La turbina Kaplan, principio di funzionamento e curve di regolazione.

Testi/Bibliografia

Per la parte "Turbine a vapore" vedere "Sistemi Energetici" 1 – MACCHINE A FLUIDO, G: Negri di Montenegro, M. Bianchi A. Peretto – Pitagora Editore

Per la  arte "Compressori" vedere dispense sul Compressore assiale (on line su Virtuale)

Per la parte "Macchine idrauliche" vedere dispense di Macchine Idrauliche del docente (on line su Virtuale)

Metodi didattici

Spiegazione  in aula mediante utilizzo di lavagna elttronica.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

Diagrammi richiesti (lo studente deve saper tracciare in maniera realistica):

- T,s dell'acqua con andamento delle isobare dentro e fuori della curva limite

- h,s dell'acqua con andamento delle isobare e isoterme dentro e fuori della curva limite

 

Disegni richiesti:

- Turbina di De Laval

- Turbina a due salti di velocità

- Turbina a salti di pressione

- Turbina a reazione 

- Turbina Pelton, distributore oleodinamico e meccanico.

- Turbina Francis

- Turbina Elica

Strumenti a supporto della didattica

Parti di Turbine e compressori portate a lezione e spiegate agli studenti

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Antonio Peretto