Appunti Macchine

NET POSITIVE SUCTION HEAD (NPSH)

Affinché una pompa aspiri è necessario che la pressione all'ingresso sia minore di un certo valore che dipende dalla pressione esterna e dalle condizioni del circuito. Tuttavia se la pressione in ingresso è troppo bassa si rischia la cavitazione.

La differenza fra la prevalenza totale in ingresso alla pompa e la prevalenza della tensione di vapore prende il nome di NPSH:

Se il valore dell'NPSH, dettato dall'impianto in cui si trova la pompa, scende al di sotto di un certo limite NPSHr (dipendente dalla pompa) si innesca la cavitazione.

NPSH 3% è un metodo per determinare l'NPSHr della pompa. Si fa funzionare la pompa con una certa Q=costante e si abbassa via via la prevalenza in ingresso osservando il rapporto tra la prevalenza della pompa misurata e quella teorica. Quando la H subisce a causa degli effetti di cavitazione un discostamento del 3% dalla prevalenza teorica ci si ferma e si ricava l'

NPSH3%. Inducer è un componente che introduce una pre-rotazione e una sovrapressione in grado di ridurre eventuali problemi di cavitazione alla girante. È di tipo assiale e presenta dalle 2 alle 5 pale. Viene posto a monte della girante e calettato sullo stesso albero. Diffusore. Si trova allo scarico della girante e come nei compressori può essere liscio o palettato. Recupera pressione attraverso la conversione di energia cinetica. Voluta di scarico. È l'ultimo componente di una pompa e si trova a valle del diffusore e ha il compito di raccogliere il fluido su un arco di 360° e convogliarlo verso una unica uscita tangenziale. Presenta una forma a spirale logaritmica in modo da minimizzare le perdite per attrito. Serie o Parallelo. PROPULSIONE AEREA. Sappiamo che la potenza necessaria per volare ad una certa quota e velocità dipende dalla densità e dal cubo della velocità. All'aumentare della quota si ha una diminuzione di.

pressione e densità mentre la temperatura scende fino ad un minimo intorno ai 12000-16000 m per poi risalire.➔ Sarà quindi conveniente volare a quote elevate per quanto concerne la resistenza aerodinamica➔ In realtà però con aria troppo rarefatta i propulsori non riescono a dare sufficiente spinta quindi ci si mantiene su quote di 10000-18000 m

Classificazione propulsori aeronautici➔ Per basse velocità e bassa quota si utilizzano motori a pistoni.➔ Aumentando velocità e quota si passa dal turboelica al turbofan.➔ I turbojet sono utilizzati solo per il volo supersonico.

La necessità di passare dai motori a pistoni ai turboelica e poi al turbofan con l'aumentare della velocità è legata ai seguenti fattori:

• Aumentando la velocità la potenza aumenta col cubo e quindi si deve aumentare la quota (diminuire la densità) per risparmiare combustibile.
• Il limite sulla velocità è dato dal Mach

relativo al tip delle eliche (Mrel < 1,3-1,4) poiché valori superiori comportano forti urti, separazioni e perdite di efficienza. → Si passa quindi da motori a pistoni con eliche a 2-3 pale a turboelica con 4-6 pale poiché il turboelica ha un rapporto peso potenza inferiore al motore a pistoni. - Volendo ancora aumentare la velocità con un turboelica dovremo diminuire il diametro dell'elica (limitare Mtip) ed aumentare il numero di pale (aumentare spinta) ma così facendo cala l'efficienza per due motivi: → le pale risultano tozze e con forti perdite per tip vortex → aumenta la componente circonferenziale di energia cinetica perduta e non utile per la spinta. → Si passa quindi al turbofan cioè un elica intubata (basse perdite per tip vortex) con statori dopo il fan che recuperano la componente circonferenziale di velocità. Parametri di valutazione delle prestazioni Aumentando la temperatura in ingresso alla turbina ed ilrapporto di compressione si ha un miglioramento delle prestazioni.
I turbofan civili sono caratterizzati da elevate diluizioni (fino 15-20) e bassi incrementi delle velocità così da mantenere elevato il rendimento.
I turbofan militari supersonici hanno diluizioni ben più basse (2-5).
Con la post combustione si può ottenere un significativo aumento della spinta utile soprattutto al decollo e per il volo supersonico.
Nei motori dotati di post combustione si realizza l'ugello di scarico con la possibilità di variare la geometria al fine di ottimizzare la spinta.
Spinte negative (per frenare) si possono ottenere deviando il flusso in uscita dal propulsore (reverse).
Specialmente nei motori civili lo scarico è sagomato in maniera tale da ridurre la rumorosità dovuta al fan e al getto caldo in uscita dalla turbina.
Condotti di aspirazione (Intakes)
Le funzioni principali sono:
- Fornire al fan o al compressore un flusso diaria uniforme ad elevato valore di pressione totale. (un flusso distorto e non uniforme può causare lo stallo del compressore, lo spegnimento del motore o danni dovuti a vibrazioni) - Mantenere contenute le perdite di pressione totale nel diffusore - Indipendentemente dal valore del Mach in ingresso all'intake in ingresso alla compressione M = 0,4-0,5 Intakes Subsonici Quando lavoro con un fluido subsonico per rallentarlo utilizzo un condotto divergente aumentando la pressione statica e diminuendo quella dinamica. Intakes supersonici Quando lavoro con un fluido supersonico per rallentarlo ho bisogno prima di un condotto convergente per portarlo in condizioni soniche e poi di un condotto divergente per portarlo a M=0,4. ➔ Diffusori ad urti obliqui ➔ L'ultimo urto è sempre retto ➔ Buona efficienza in condizioni di design In volo supersonico buona parte della compressione avviene nell'intake. TURBINE ASSIALI (TAG) Nelle turbine, a differenza dei compressori, ho un gradiente di

pressione favorevole e quindigli effetti di separazione dello strato limite sono molto ridotti. Per questo motivo il rapporto di espansione per stadio è più elevato e di conseguenza le palettature devono avere un'elevata resistenza meccanica soprattutto alla base sulla quale si scaricano gran parte degli sforzi.

Stadio di turbina assiale

Dato che ho bisogno di alta resistenza alla base (hub) e di alto ΔP la pala avrà una forma diversa tra hub, mean e tip. Hub R=0,2 Mean R=0,5 Tip R=0,7 → Hub il profilo presenta un'alta deflessione ed un grande spessore che gli permettono di avere alta resistenza per resistere alle azioni centrifughe che si scaricano alla base. → Mean e Tip man mano che il raggio aumenta e cresce il grado di reazione il profilo tenderà a diminuire lo spessore e la deflessione.

Le forti differenze nei profili tra hub e tip e le rilevanti deflessioni producono non trascurabili gradienti di velocità e pressione con

Il conseguente sviluppo di componenti divorticità i cui effetti risultano importanti. Importanti sono anche gli effetti di gioco all'apice della palettatura "clearance". Per limitare questo tipo di perdita quando possibile si cerca di realizzare palettature rotoriche shrouded (ovvero con il tettuccio all'apice) in modo da minimizzare gli effetti del trafilamento. Quando non risulta possibile utilizzare palettature shrouded si hanno importanti effetti legati alla presenza del gioco all'apice a cui sono associate rilevanti perdite.

Le perdite per clearance sono presenti anche nei compressori ma dato che il ΔP per stadio è minore l'effetto è meno rilevante. La possibilità di utilizzare palettature rotoriche shrouded è determinata dai seguenti fattori:

• Livelli di sollecitazione: la presenza dello shroud aumenta il carico centrifugo
• Comportamento a vibrazione: lo shroud comporta maggior rigidezza e vibrazioni

produzione di energia meccanica operano a velocità variabile e sono multialbero.

mechanical-drive operano a velocità variabile e sono ingenere bialbero.

Turbine per uso areonauticoSono sempre macchine a due o tre alberi per aumentare l'efficienza e la flessibilità dellamacchina. Le velocità di rotazione sono tali da determinare le migliori condizioni diaccoppiamento con gli stadi di compressore ed il fan.

La turbina di alta pressione è costituita dagli stadi immediatamente a valle della camera dicombustione ed è accoppiata agli stadi di alta pressione del compressore.

La turbina di bassa pressione è accoppiata ai primi stadi di compressore e al fan.

La velocità di rotazione è bassa per evitare la presenza di riduttori e dato che le potenzerichieste sono elevate è necessario un elevato numero di stadi.

TURBINE IDRAULICHE

Equazione energiaNumero di giri specificoClassificazione

Le turbine idrauliche sono macchine che lavorano con acqua (fluido incomprimibile).La loro classificazione viene basata sul

numero di giri specifico e sul grado di reazione R.➔ All' aumentare del numero di giri specifico la macchina tenderà ad una struttura sempre più assiale.

Turbina Pelton

La turbina Pelton è una macchina ad azione pura(R=0) cioè i rotori non fanno salto di pressione ma girano producendo lavoro solo per la variazione di energia cinetica del fluido.➔ Basso numero di giri specifico➔ Bassa portata Q e salti elevati H

Sono costituite da un distributore ( Spina Double ) e da una ruota ( rotore ) ed è in genere racchiusa in una cassa.

La velocità di fuga della ruota Pelton è circa due volte quella nominale.

Spina Double

La spina Double è in grado di regolare la portata