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Analisi di un dispositivo di controllo del pompaggio: influenza della forma della curva caratteristica del compressore

Informazioni tesi

  Autore: Luca Troiani
  Tipo: Tesi di Laurea
  Anno: 2004-05
  Università: Università degli Studi di Udine
  Facoltà: Ingegneria
  Corso: Ingegneria Meccanica
  Relatore: Gianmario Arnulfi
  Lingua: Italiano
  Num. pagine: 139

Il presente lavoro consiste nell’analisi delle prestazioni di un dispositivo di controllo del pompaggio, tramite una simulazione numerica. Si è preso in considerazione un sistema di compressione industriale a bassa pressione, con rapporto di compressione variabile tra 1,05 e 1,2, a seconda del regime di rotazione del compressore, e si è simulato il comportamento instabile dello stesso, studiando condizioni di funzionamento che portavano la macchina a lavorare in condizioni di pompaggio. Dopo aver riprodotto i risultati inerenti al regime instabile, si sono analizzati i risultati sul funzionamento del sistema di compressione accoppiato con un dispositivo di controllo di tipo passivo dell’instabilità, un sistema cioè che dovrebbe essere in grado, grazie alle proprie caratteristiche strutturali, di smorzare fino a sopprimere le oscillazioni di pressione e di portata caratteristiche del pompaggio, salvaguardando così il compressore dai danni strutturali che seguono questo tipo di inconveniente.
Il dispositivo di controllo consiste in oscillatore idraulico che si basa sul principio del tubo a U. I due peli liberi delle superfici estreme del tubo sono in comunicazione il primo con il serbatoio di mandata del sistema di compressione ed il secondo con l’atmosfera. L’osservazione che sta alla base dell’analisi consiste nel fatto che la frequenza propria di oscillazione della colonna liquida, se messa in moto da una perturbazione di pressione del gas sovrastante la superficie in comunicazione con il serbatoio di scarico, è dello stesso ordine di grandezza della frequenza delle oscillazioni di pressione dovute al pompaggio. Si è così sviluppata l’idea che il presente dispositivo potesse essere usato come smorzatore e inibitore di questo tipo di instabilità di funzionamento di un compressore dinamico.
Il primo passo dello studio ha riguardato la conferma di un’analisi svolta in precedenza su una macchina a quattro stadi di tipo centrifugo con caratteristica di stallo improvviso, successivamente si è ampliato il campo di osservazione simulando il comportamento del sistema con la presenza di una macchina con caratteristica di stallo progressivo.
I risultati ottenuti hanno dato una buona corrispondenza con i dati sperimentali nel caso di macchina a stallo improvviso, dimostrando che la soppressione del pompaggio è possibile, ma che è difficile da raggiungere se si è in presenza di pendenza positiva della caratteristica, mentre è facilmente ottenibile in presenza di un gradiente negativo della stessa .
Per quanto riguarda il caso di macchina a stallo progressivo, i risultati sono meno confortanti in quanto la pendenza sempre positiva della caratteristica, alla sinistra del limite di stallo, causa un decadimento della prestazioni del sistema di controllo, che comunque riesce quasi sempre ad operare uno smorzamento delle oscillazioni del sistema.

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Sommario Il presente lavoro consiste nell’analisi delle prestazioni di un dispositivo di controllo del pompaggio, tramite una simulazione numerica. Si è preso in considerazione un sistema di compressione industriale a bassa pressione, con rapporto di compressione variabile tra 1,05 e 1,2, a seconda del regime di rotazione del compressore, e si è simulato il comportamento instabile dello stesso, studiando condizioni di funzionamento che portavano la macchina a lavorare in condizioni di pompaggio. Dopo aver riprodotto i risultati inerenti al regime instabile, si sono analizzati i risultati sul funzionamento del sistema di compressione accoppiato con un dispositivo di controllo di tipo passivo dell’instabilità, un sistema cioè che dovrebbe essere in grado, grazie alle proprie caratteristiche strutturali, di smorzare fino a sopprimere le oscillazioni di pressione e di portata caratteristiche del pompaggio, salvaguardando così il compressore dai danni strutturali che seguono questo tipo di inconveniente. Il dispositivo di controllo consiste in oscillatore idraulico che si basa sul principio del tubo a U. I due peli liberi delle superfici estreme del tubo sono in comunicazione il primo con il serbatoio di mandata del sistema di compressione ed il secondo con l’atmosfera. L’osservazione che sta alla base dell’analisi consiste nel fatto che la frequenza propria di oscillazione della colonna liquida, se messa in moto da una perturbazione di pressione del gas sovrastante la superficie in comunicazione con il serbatoio di scarico, è dello stesso ordine di grandezza della frequenza delle oscillazioni di pressione dovute al pompaggio. Si è così sviluppata l’idea che il presente dispositivo potesse essere usato come smorzatore e inibitore di questo tipo di instabilità di funzionamento di un compressore dinamico. Il primo passo dello studio ha riguardato la conferma di un’analisi svolta in precedenza su una macchina a quattro stadi di tipo centrifugo con caratteristica di stallo improvviso, successivamente si è ampliato il campo di osservazione simulando il comportamento del sistema con la presenza di una macchina con caratteristica di stallo progressivo. I risultati ottenuti hanno dato una buona corrispondenza con i dati sperimentali nel caso di macchina a stallo improvviso, dimostrando che la soppressione del pompaggio è possibile, ma che è difficile da raggiungere se si è in presenza di pendenza positiva della caratteristica, mentre è facilmente ottenibile in presenza di un gradiente negativo della stessa . Per quanto riguarda il caso di macchina a stallo progressivo, i risultati sono meno confortanti in quanto la pendenza sempre positiva della caratteristica, alla sinistra del limite di stallo, causa un decadimento della prestazioni del sistema di controllo, che comunque riesce quasi sempre ad operare uno smorzamento delle oscillazioni del sistema. 4

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Parole chiave

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cifra di portata
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condizioni di funzionamento
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