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Progetto costruttivo definitivo di un impianto di prova in similitudine di turbopompe cavitanti

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Capitolo 1 - Introduzione della pressione di ingresso del fluido per il quale il lavoro di pompaggio subisce una drammatica diminuzione (cavitation breakdown). La cavitazione, infine, influenza la risposta dinamica della macchina, innescando instabilità che danno origine ad oscillazioni di portata e di distribuzione di pressione. Un esempio di tali instabilità è rappresentato dalla “cavitazione rotante”: quando una turbomacchina lavora ad angoli di incidenza delle pale vicini allo stallo, la cavitazione si manifesta prima su un numero di pale limitato, propagandosi poi circonferenzialmente alle pale adiacenti. Un altro esempio è costituito dalle “auto- oscillazioni” (oscillazioni di pressione e portata all’interno di tutto il sistema di cui fa parte la pompa): esse si manifestano quando la macchina è spinta ad operare in condizioni di carico molto severe, e vi contribuiscono tutti gli elementi collegati alla pompa (serbatoi, linea di alimentazione e linea di scarico). In campo spaziale, un caso di questo genere è rappresentato dalle POGO: oscillazioni, anche molto rilevanti, nella spinta fornita dal sistema propulsivo, originate a monte da fenomeni di cavitazione nelle pompe di alimentazione del motore. Il verificarsi della cavitazione, in definitiva, è accompagnato da una serie di effetti potenzialmente nocivi; in linea di principio, quindi, la progettazione di una pompa dovrebbe essere eseguita in maniera tale che essa, in normali condizioni operative, non caviti. Ciò, però, non è sempre desiderabile per le turbopompe di uso spaziale: il modo più efficace per evitare la cavitazione, infatti, consiste nel far lavorare la macchina con pressioni di ingresso sufficientemente elevate; questo, a sua volta, significherebbe aumentare la pressione di stoccaggio dell’ossidante e del combustibile nei rispettivi serbatoi, con conseguente penalizzazione in termini di peso. Le pompe per impiego spaziale, in realtà, sono spesso progettate per funzionare in regime parzialmente cavitante, cercando di trovare il giusto compromesso tra effetti dannosi della cavitazione, da un lato, ed “alleggerimento” complessivo del veicolo, dall’altro. Un utile accorgimento, per limitare i problemi legati alla cavitazione, può essere quello di far precedere la girante della pompa vera e propria da un induttore assiale: si tratta di un dispositivo che fa compiere al fluido un salto di pressione piccolo, ma tale comunque da avere una pressione sufficientemente alta all’ingresso della girante; in questo modo, la cavitazione si manifesta prevalentemente sull’induttore, e quasi tutte le bolle collassano prima di entrare nella parte principale della macchina. In figura 1.4 sono schematicamente rappresentati due diversi tipi di induttore, progettati appositamente per funzionare in regime cavitante.
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Progetto costruttivo definitivo di un impianto di prova in similitudine di turbopompe cavitanti

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Informazioni tesi

  Autore: Angelo Cervone
  Tipo: Tesi di Laurea
  Anno: 1999-00
  Università: Università degli Studi di Pisa
  Facoltà: Ingegneria
  Corso: Ingegneria Aerospaziale
  Relatore: Luca D'agostino
  Lingua: Italiano
  Num. pagine: 358

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Parole chiave

cavitazione
ossigeno
pompe
propulsione
razzi
turbomacchine
turbopompe
forze rotodinamiche

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