Turbomacchine

Accelleron è il nuovo brand di Turbo Systems Italy S.p.A., azienda nata dalla riorganizzazione della Divisione ABB Turbocharging del Gruppo ABB, che ha portato alla creazione di una nuova società indipendente.

Descrizione del processo di creazione di leggi di parete basate su un approccio machine learning. Delle reti neurali sono addestrate su simulazioni ad alta fedeltà per calcolare una correzione per l'energia cinetica turbolenta. Nel lavoro sono riportate sia l'implementazione in OpenFOAM e un'analisi delle loro prestazioni rispetto allo stato dell'arte.

Dovendo scegliere un tema per il mio intervento, ho preferito puntare sui motori a fluido organico, sia perché è un tema cui ho dedicato tanti anni di ricerca, sia perché ben si presta a richiamare alcuni aspetti del messaggio che Umberto ha trasmesso a me (e a tanti colleghi). Un messaggio sui doveri di un bravo professore universitario del nostro settore scientifico disciplinare, che si può sintetizzare nei seguenti punti: - Le nostre ricerche devono privilegiare temi che interessino il mondo produttivo delle imprese, attivando con esse forme di collaborazione che portino a risultati concreti, in particolari allo sviluppo di componenti e sistemi innovativi che favoriscano il progresso tecnologico - La nostra ricerca deve raggiungere livelli di eccellenza internazionale: per ottenere questo risultato serve operare in un gruppo coeso, che vanti una preparazione a largo spettro, che copra tutte le discipline alla base delle macchine e dei sistemi energetici (termodinamica, fluidodinamica, scambio termico, turbomacchine, ecc.)

La rigassificazione del gas naturale liquefatto, che rappresenta la fase finale di questa filiera, è un processo ad elevato consumo di potenza elettrica e termica. Saipem e Politecnico di Milano hanno definito e sviluppato alcune tecnologie ad alta efficienza per la riduzione dei consumi sfruttando proprio le temperature criogeniche del gas liquefatto. Il gas naturale liquefatto, abbreviato tipicamente con GNL (oppure LNG dall’inglese Liquified Natural Gas), compete con il trasporto su lunga distanza del gas tramite condotta e rappresenta, soprattutto per i Paesi importatori, un’opportunità strategica di diversificazione delle fonti energetiche in quanto apre all’intero mercato dei Paesi esportatori.

- L’expander e’ una turbomacchina che permette attraverso una espansione entalpica del gas di produrreenergia elettrica - La marcia operativa dell’expander e’ monitorata in remoto con misura delle vibrazioni, spostamenti assiali e temperature cuscini - Periodicamente il monitoraggio viene esteso attraverso le fotografie delle pale rototiche e l’analisi di vibrazioni di spettri e le orbite - Periodicamente viene eseguito un ciclo di pulizia del rotore di tipo termico e piu’ frequentemente “sparando” dellapolvere di noccioline mediante il walnuts injection system; - L’affidabilita’ dell’expander viene limitata dalla erosione delle pale rotoriche da parte del catalizzatore trascinato dal gas - L’erosione comporta uno sbilanciamento del rotore con conseguente incremento dello stato vibratorio, superati i 100 micron e’ necessaria la fermata dell’expander per la sostituzione delrotore

La forma di utilizzo più conveniente dell’energia è l’energia elettrica facilmente utilizzabile perché a disposizione dell’utente nel luogo e nella quantità desiderata. Una volta ottenuta dall’energia primaria l’energia meccanica, questa deve essere trasformata in energia elettrica per mezzo dei generatori di elettricità. Le macchine motrici operano la trasformazione dell’energia primaria disponibile in lavoro meccanico sull’albero della macchina. (turbine). La trasformazione inversa dal lavoro meccanico in energia potenziale idraulica o termica si opera nelle macchine operatrici. (pompe). Le macchine a fluido possono avere un flusso di fluido intermittente e quindi si denominano macchine volumetriche (pompe alternative e assimilabili, motori a combustione interna etc.) oppure se il flusso è continuo vengono denominate turbomacchine (turbine, pompe e compressori centrifughi etc.)

Il presente lavoro di tesi ha riguardato lo sviluppo di modelli numerici volti alla stima delle prestazioni del compressore e della turbina facenti parte del gruppo di sovralimentazione di MCI. Tale studio ha avuto come fine quello di superare e migliorare l’approccio tradizionalmente impiegato nei codici monodimensionali basato sulle mappe stazionarie misurate sperimentalmente; infatti, la metodologia qui presentata, da un lato, consente di descrivere adeguatamente il comportamento instazionario delle turbomacchine quando accoppiate ad un MCI, dall’altro, rende superfluo il ricorso a tecniche di interpolazione o estrapolazione di dati di carattere meramente matematico o all’improprio utilizzo dei risultati della teoria della similitudine. Detta procedura si basa sull’ipotesi che il moto all’interno dei componenti facenti parte delle turbomacchine possa assumersi monodimensionale.

L’inserimento delle PAT nelle idrica con il duplice scopo di regolare il livello delle pressione e di riconvertire le dissipazioni funzionali in potenza elettrica può risultare molto vantaggioso, ma la scarsa conoscenza relativa al loro funzionamento in condizioni sia stazionarie che dinamiche ha fatto sorgere la necessità di uno studio più approfondito. Uno studio sulla numerosità della griglia fluidodinamica e sull’influenza dei rasamenti ha permesso di ridurre notevolmente i tempi e le risorse richiesti per i calcoli CFD, garantendo risultati affidabili in termini di prestazioni idrauliche della PAT in regime stazionario. Lo studio CFD del comportamento della PAT in condizioni transitorie mostra che la risposta dinamica della turbomacchina non è trascurabile. Il nuovo modello proposto mostra come si generino sovrapressioni maggiori rispetto alla modellazione classica quasi steady.

La presente tesi consiste nello sviluppo modello teorico 3D in grado di predire rapidamente geometria e prestazioni di turbopompe in modo tale da fornire utili indicazioni per la progettazione preliminare della macchina. Dopo una piccola introduzione sulle turbomacchine, si descrivono le principali caratteristiche geometriche e operative delle turbopompe, ponendo particolare attenzione ai singoli elementi che ne compongono la struttura principale: la girante, il diffusore e la voluta.

Nel mese di settembre 2012 si è svolto a Trieste il 67° Congresso annuale dell'Associazione Termotecnica Italiana, appuntamento tradizionale nel campo dell'energetica. Le tematiche trattate durante il congresso coprivano molti degli aspetti più importanti del settore: impiantistica civile e industriale, sistemi di trasporto, turbomacchine, motori a combustione interna, trasmissione del calore e termofluidodinamica, produzione e impiego del calore e del freddo, fonti rinnovabili, ecc.