La tesi presenta procedure di progettazione standardizzata sviluppate per tre tipologie di turbine idrauliche impiegate in centrali idroelettriche di piccola potenza: turbine Pelton, Francis e Kaplan. In primo luogo, per definire in modo appropriato e razionale i parametri progettuali delle turbine, le curve di durata delle portate dei siti di installazione sono state analizzate mediante un criterio sviluppato sulla base di parametri sia tecnici che economici. Si sono poi analizzati in dettaglio gli aspetti critici della procedura di progettazione delle varie tipologie di turbine. Per quanto riguarda le turbine Pelton, oggetto dell'indagine è stata l'interazione tra il getto e la pala a doppio cucchiaio. Analisi numeriche non-stazionarie multifase sono state condotte su di una turbina Pelton a singolo getto installata nel Nord Italia della quale si sono prese in considerazione due diverse configurazioni. Nella prima si è analizzata l'interazione tra la girante e un getto ideale assial-simmetrico a cui è stato assegnato un definito profilo di velocità, mentre nella seconda configurazione la girante è stata accoppiata con l'ugello e la parte finale della condotta forzata per analizzare l'interazione tra la girante e un getto dalle caratteristiche più vicine alla realtà. Un'analisi dettagliata della coppia all'albero ha consentito di valutare l'influenza della forma del getto e dell'elemento statorico sulle perdite e l'efficienza di questa tipologia di macchine idrauliche. I risultati numerici sono stati quindi confrontati con i dati sperimentali dei test di installazione della turbina allo scopo di valutare l'accuratezza dell'analisi numerica. Per quanto riguarda invece la turbine Francis, analisi numeriche condotte su di una macchina installata e funzionante, hanno evidenziato problemi di predizione della condizione di funzionamento dovuti alle procedure di progettazione dell'organo statorico. Per ovviare a questi problemi, si è sviluppata una procedura alternativa per il dimensionamento del distributore che consentisse di prevedere la condizione di funzionamento della macchina in modo più accurato. Tale procedura è stata convalidata tramite analisi numerica. Per quanto attiene le turbi ne Kaplan, è stata sviluppata una metodologia standardizzata di calcolo dei profili palari. Inoltre per ovviare ai problemi di predizione riscontrati anche per questa tipologia di turbine si è sviluppato un criterio di predizione della deviazione all'uscita dell'organo statorico, verificato per via numerica.

Procedure per la progettazione standardizzata delle turbine delle piccole centrali idroelettriche

SANTOLIN, ALBERTO
2009

Abstract

La tesi presenta procedure di progettazione standardizzata sviluppate per tre tipologie di turbine idrauliche impiegate in centrali idroelettriche di piccola potenza: turbine Pelton, Francis e Kaplan. In primo luogo, per definire in modo appropriato e razionale i parametri progettuali delle turbine, le curve di durata delle portate dei siti di installazione sono state analizzate mediante un criterio sviluppato sulla base di parametri sia tecnici che economici. Si sono poi analizzati in dettaglio gli aspetti critici della procedura di progettazione delle varie tipologie di turbine. Per quanto riguarda le turbine Pelton, oggetto dell'indagine è stata l'interazione tra il getto e la pala a doppio cucchiaio. Analisi numeriche non-stazionarie multifase sono state condotte su di una turbina Pelton a singolo getto installata nel Nord Italia della quale si sono prese in considerazione due diverse configurazioni. Nella prima si è analizzata l'interazione tra la girante e un getto ideale assial-simmetrico a cui è stato assegnato un definito profilo di velocità, mentre nella seconda configurazione la girante è stata accoppiata con l'ugello e la parte finale della condotta forzata per analizzare l'interazione tra la girante e un getto dalle caratteristiche più vicine alla realtà. Un'analisi dettagliata della coppia all'albero ha consentito di valutare l'influenza della forma del getto e dell'elemento statorico sulle perdite e l'efficienza di questa tipologia di macchine idrauliche. I risultati numerici sono stati quindi confrontati con i dati sperimentali dei test di installazione della turbina allo scopo di valutare l'accuratezza dell'analisi numerica. Per quanto riguarda invece la turbine Francis, analisi numeriche condotte su di una macchina installata e funzionante, hanno evidenziato problemi di predizione della condizione di funzionamento dovuti alle procedure di progettazione dell'organo statorico. Per ovviare a questi problemi, si è sviluppata una procedura alternativa per il dimensionamento del distributore che consentisse di prevedere la condizione di funzionamento della macchina in modo più accurato. Tale procedura è stata convalidata tramite analisi numerica. Per quanto attiene le turbi ne Kaplan, è stata sviluppata una metodologia standardizzata di calcolo dei profili palari. Inoltre per ovviare ai problemi di predizione riscontrati anche per questa tipologia di turbine si è sviluppato un criterio di predizione della deviazione all'uscita dell'organo statorico, verificato per via numerica.
2009
Italiano
Curva di durata delle portate, turbine Pelton, analisi fluidodinamica multifase, interazione getto-pala, turbine Francis, deviazione della corrente assoluta degli organi statorici, turbine Kaplan, profili aerodinamici, volute.
Università degli studi di Padova
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Il codice NBN di questa tesi è URN:NBN:IT:UNIPD-118144