Metodologia di progettazione delle IGV per Turboexpander. Ottimizzazione cinematica e analisi delle forze meccaniche e aerodinamiche.

Le macchine a fluido presentano generalmente la necessità di variare la portata di massa elaborata. A questo fine si adotta uno statore a geometria variabile, detto INLET GUIDE VANE, la cui attuazione viene realizzata mediante differenti soluzioni cinematiche ed è strettamente dipendente dal campo delle pressioni del fluido che scorre nello statore. Questo progetto di tesi è stato svolto presso Baker Hughes, a GE company e ha riguardato l’implementazione di modelli meccanici e termodinamici in ambiente MATLAB. È stata realizzata una libreria di codici finalizzata all’ottimizzazione cinematica dei meccanismi per la movimentazione dell’IGV e al calcolo dei carichi aerodinamici e meccanici: il campo delle pressioni esercitate dal fluido viene stimato per poter dimensionare la forza di attuazione del sistema. È stato sviluppato un tool pensato per effettuare un dimensionamento senza calcoli CFD a disposizione, pertanto è stata prestata maggiore attenzione al campo delle pressioni del fluido, di cui si sono implementati dei modelli per il calcolo. La pressione del fluido genera una forza aerodinamica sugli ugelli e da essa dipende la forza di bloccaggio esercitata sulla superficie delle pale in contatto con un disco di clamping. Risulta fondamentale conoscerne l’andamento per una corretta valutazione della forza di attuazione. Nell’elaborato vengono descritte le metodologie di calcolo impiegate e la loro implementazione in MATLAB. Segue un confronto dei risultati ottenuti con l’analisi CFD, necessario per valutare gli errori commessi per via delle inevitabili approssimazioni compiute nei modelli di calcolo fluidodinamici. I risultati ottenuti confermano che il tool sviluppato consente una progettazione corretta rendendo il processo rapido, organico e facilmente accessibile.