Laboratorio di Turbomacchine

 

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Le attività sperimentali del laboratorio di turbomacchine del DIMCM, si svolgono su set-up sperimentali specificamente progettati e realizzati. In particolare si possono citare le seguenti realizzazioni:

  • un banco prova per prove aerodinamiche su vele utilizzate in imbarcazioni da competizione. Le prove condotte su vele in scala reale permettono la determinazione delle prestazioni aerodinamiche globali e la rilevazione delle caratteristiche del flusso a valle. La struttura di prova si compone di un basamento sul quale è disposta una bilancia aerodinamica per la rilevazione delle forze e dei momenti aerodinamici prodotti dalle vele che sono issate su di essa. E’ inoltre presente un braccio rotante attorno al basamento sul quale è montato un sistema di traversing per il posizionamento di sonde aerodinamiche che consentono la rilevazione del flusso a valle delle vele.
  • un simulatore di moto ondoso con turbina Wells. Si tratta di un dispositivo composto da una camera cilindrica all’interno della quale si muove un pistone, azionato da un cilindro idraulico, con moto alterno per simulare il moto delle onde. Il flusso d’aria entrante ed uscente alternativamente dalla camera, che viene indotto dal moto del pistone, attraversa una turbina ad aria di tipo Wells posta alla sommità del dispositivo generando energia meccanica. Il sistema permette di effettuare sia misure delle prestazioni globali della turbina al variare del periodo e dell’ampiezza dell’onda sia misure puntuali a monte e a valle della girante per mezzo di sonde aerodinamiche e/o a filo caldo.
  • modello di turbina a gas bistadio di bassa pressione per analisi dell’interazione aerodinamica rotore-statore. Il modello si compone di due moderni stadi intermedi di turbina a gas di bassa pressione e di un pre-distributore tipo Finck per controllare l’angolo del flusso in ingresso agli stadi. L’apparecchiatura permette di variare la posizione relativa delle schiere fisse e rotanti sia in senso circonferenziale (coking) sia in direzione assiale al fine di studiare i meccanismi di interazione aerodinamica fra le schiere.
  • banco prova compressore bistadio per analisi del flusso in condizioni di stallo rotante. Il compressore, controllato in velocità mediante un circuito chiuso oleodinamico, è composto da due stadi uguali e da una schiera IGV orientabile. Le sezioni a monte e a valle di ogni schiera sono totalmente strumentate mediante prese di pressione statica e totale distribuite sia in senso circonferenziale che assialmente fino nel condotto a valle del compressore. Nelle 5 stazioni di misura situate a valle di ogni schiera è possibile introdurre delle sonde a filo caldo per eseguire la rilevazione contemporanea del flusso attraverso la traslazione radiale e la rotazione della sonda attorno al proprio asse in modo completamente automatizzato.
  • un impianto idropneumatico per la sperimentazione su sistemi idropneumatici di frenata rigenerativa dei veicoli. Il sistema deve permettere di valutare le prestazioni di un sistema idropneumatico del tipo Hydraulic Launch Assist per il recupero dell’energia di frenatura dei veicoli e la sua successiva restituzione durante le fasi di accelerazione. Il banco prova è costituito principalmente da una macchina oleodinamica reversibile che opera sia come pompa che come motore e da due serbatoi idropneumatici uno di alta pressione e l’altro di bassa pressione La macchina idraulica è inoltre accoppiata ad una azionamento elettrico controllato da inverter per poter gestire il funzionamento sia durante il funzionamento da pompa (fase di frenatura del veicolo) sia durante il funzionamento da motore (accelerazione del veicolo), simulando gli andamenti di coppia tipicamente rilevati dal sistema di trazione dei veicoli su strada.
  • una nuova sezione di prova della galleria supersonica del DIMECA per prove su schiere raffreddate di turbina a gas. Recentemente è stata riprogettata e modificata la sezione di prova per schiere lineari in regime supersonico per poter analizzare schiere di turbina a gas di alta pressione raffreddate. La galleria del vento è stata attrezzata con un circuito per l’aria secondaria necessaria per il raffreddamento della schiera e di un nuovo sistema di movimentazione della sonda, completamente automatizzato e controllato dal computer per ottimizzare i tempi di prova. La sezione di prova è stata completamente strumentata con prese di pressione statica e sonde di pressione e temperatura totale per determinare le caratteristiche del flusso principale e di quello secondario al variare delle condizioni di prova.

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All the experimental activities of the turbomachinery laboratory of the DIMCM, are carried out on test rigs specifically designed and manufactured. In particular, one can cite the following realizations:

  •  A test bench for testing the aerodynamics of sails used in racing boats. The tests conducted on full-scale sails allow the determination of the global aerodynamic performances and the flow characteristics downstream of the sails. The structure of the set-up is composed of a base that supports an aerodynamic balance in order to measure the aerodynamic forces and moments generated by the sails that are mounted on it. In addition there is a rigid arm that rotating around the base supports a traversing system that enables to modify the position of a pneumatic probe in order to perform aerodynamic measurements downstream of the sails.
  • a wave simulator with Wells turbine. It consists of a device composed by a cylindrical chamber and a piston moved by a hydraulic cylinder alternatively up and down inside the chamber to simulate the wave motion. The air flow, induced by the motion of the piston, that comes in and out alternatively from the chamber, drives the Wells turbine located on top of the chamber thereby generating mechanical energy. The system allows to obtain the performance characteristics of the Wells turbine at varying frequency and amplitude of the wave and also to perform local measurements upstream and downstream of the rotor using aerodynamic probes as well hot wire anemometers.
  • two stage model of a low pressure gas turbine for the analysis of rotor-stator aerodynamic  interactions. The test model is a large scale, low-speed, two-stage axial-flow turbine representative of low pressure gas turbine stages. To obtain the desired pre-swirled flow upstream of the first stage for repetitive flow conditions, the turbine inlet duct has a variable stagger centripetal inlet guide vane. The turbine model has been designed to allow a detailed and extensive experimental research to study unsteady phenomena like blade-wake interaction and clocking effects. Therefore, it includes features like, the possibility of varying the clocking between the stators, as well as the axial distance between the different blade rows.
  • a two stage compressor test bench for flow analysis during rotating stall conditions. The compressor, speed controlled by a closed hydraulic circuit, is composed of two equal stage and by a variable stagger IGV. The sections upstream and downstream each blade rows are fully instrumented by static pressure taps and total pressure probes distributed both in the circumferential direction and axially along the duct downstream of the compressor. In the 5 measurement stations located downstream of each blade rows it is possible to introduce a hot wire anemometer to perform the simultaneous detection to the flow velocity. The automatic procedure that modify the radial position of the probes and allows the rotation of each probe around its axis, allows the reconstruction of the 3D flow field in each measuring section.
  • an hydraulic circuit for testing the hydro-pneumatic system for regenerative braking of vehicles. The experimental set-up allows to evaluate the performance of a hydro-pneumatic circuit of the type Hydraulic Launch Assist. This system is used to store the kinetic energy of the vehicle, that normally is dissipated during the braking phases in order to recover the energy for the following phases of acceleration. The set-up is composed of a reversible hydraulic machine that can operate both as pump and as motor and of two hydro-pneumatic accumulators, one that operates at high pressure and the other at low pressure. The pump-motor is coupled with an electric drive controlled by an inverter in order to managing the operation both as pump (braking phase of the vehicle) and as motor (acceleration phase of the vehicle) and to simulate the typical behaviour of the torque detected by the system of traction of vehicles on the road.
  • a new test section of the supersonic wind tunnel for tests on cooled gas turbine cascade. The test section of the supersonic wind tunnel cascade has been recently redesigned and modified to analyse the high pressure cooled profiles of gas turbines. The wind tunnel has been equipped with a circuit of secondary air necessary for cooling the cascade and of a new traversing system for the probes that is completely automated and controlled by a PC on order to reduce the time of air blowing. The test section has been fully instrumented with static pressure taps and total pressure and temperature probes for determining the characteristics of the main flow and of the cooling flow at varying test conditions.

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