33927 - MACCHINE M

Conoscenze e abilità da conseguire

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

Contenuti

TURBINE A VAPORE

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. 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.

Condotto fuori progetto.Onda d'urto normale; numero di Mach in uscita in funzione del numero di Mach in ingresso all'onda. Posizionamento dell'onda d'urto lungo il divergengte. Valutazione della variazione di entropia lungo un'onda d'urto.Curve del Fanno e di Reyleigh. Mach unitario in corrispondenza del massimo di entropia per la curva del Fanno.

Stadi assiali e radiali; velocità assolute, relative e di trascinamento. Tracciamento del 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 massima.

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 unaturbina 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.

Analisi dei labirinti di tenuta; rappresentazioni delle trasformazioni sulla currva del Fanno nel caso di moto subsonico e sonico. Valutazione della portata e della portata critica che fluisce attraverso una tenuta a labirinto. Introduzione del parametro FI e suo confronto con i dati sperimentali.

L'equilibramento delle spinte assiali in una turbina a reazione; determinazione della spinta che si ha nel tamburo rotante e dimensionamento della superficie del tamburo nel caso di grado di reazione pari a 0.5 e tamburo a raggio costante. Tamburo equilibratore a "gradini".

 

COMPRESSORI ASSIALI

I compressori dinamici. Differenze operative tra i compressori assiali e centrifughi. Limiti sulla portata smaltibile da un compressore assiale.

Grado di reazione, coefficiente di flusso, coefficiente di carico. Legame tra coefficiente di carico e grado di reazione. Triangoli di velocità in ingresso in uscita dal compressore e loro grado di reazione.

Diagramma h,s di un compressore assiale. Lo Stallo, il surge e il choking.

Il compressore centrifugo. Triangoli di veocità e lavoro ottenibile con pale in avanti e indietro. Diagramma di prevalenza reale in funzione della portata.

 

CONTROLLO DEI SISTEMI ENERGETICI

Sistema di regolazione di una turbina a vapore. Trasduttore, attuatore e sistema di regolazione.

Il tachimetro di Watt, schema e principio di funzionamento. La equazione dinamica che ne determinano il funzionamento e sua trasformata di Laplace.

Il sistema oleodinamico cassetto-motore, schema e principio di funzionamento. Equazione della portata che fluisce dal cassetto linearizzata nell'intorno di cassetto centrato. Equazioni dinamiche di funzionamento del gruppo cassetto motore (eq. della portata fluente dal cassetto ed equazione della portata come variazione di volume del ciclindro, nell'ipotesi di fluido incomprimibile, eq. del pistone) e loro trasformate di Laplace. Schema a blocchi del funzionamento del gruppo cassetto motore.

Equazioni dinamiche di funzionamento del sistema gruppo a vapore (eq. del tachimetro, del gruppo cassetto motore e della turbina a vapore posti in catena chiusa) e loro trasformate di Laplace. Schema a blocchi del funzionamento del gruppo cassetto motore. Studio della stabilità del sistema e disegno del luogo delle radici, determinazione dell'errore permanente. Sistemi isodromici e non isodromici. Accoppiamento di due gruppi a vapore.

 

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

Tre Volumi:

- Turbine a vapore, Vol.1 - M. Bianchi, A. Peretto - Ed.BONOMO

- Compressori dinamici ed elementi di controllo dei sistemi energetici, Vol.2 - A. Peretto. Ed. BONOMO

- Turbomacchine Idrauliche Motrici, Vol.3 - , F. Melino, A. Peretto - Ed.BONOMO

Metodi didattici

Spiegazione  in aula mediante utilizzo di lavagna elettronica.

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:

- Condotto convergente e convergente-divergente

- Turbina di De Laval

- Turbina a due salti di velocità

- Turbina a salti di pressione

- Turbina a reazione 

- Schema tachimetro di Watt

- Schema gruppo cassetto motore

- Schema gruppo a vapore isodromico

- Schema gruppo a vapore NON isodromico

- Turbina Pelton, distributore oleodinamico e meccanico.

- Turbina Pelton a 4 getti

- Turbina Francis (sezioni ortogonale all'asse e lungo l'asse)

- 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