Sulla misura delle curve prestazionali dei sistemi di ... - Presentazione

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stante, del rendimento termomeccanico in funzione del grado di apertura dell’organo di regolazione per due turbine di sovralimentazione di taglia simile, equipaggiate rispettivamente con un dispositivo di by-pass dei fumi (valvola waste-gate, WG) ed un sistema statorico a calettamento variabile (VNT). Per entrambe le macchine il grado di apertura dell’organo di regolazione è stato definito con riferimento allo spostamento lineare della relativa astina di comando (A). Si osservi come l’efficienza della macchina, calcolata con riferimento all’energia complessiva disponibile al suo ingresso, risulti univocamente decrescente all’aumentare del grado di apertura nel caso di un sistema di regolazione a by-pass, con una pendenza della curva strettamente correlata alla legge di variazione della portata evolvente (Fig.6). Una turbina di tipo VNT presenta al contrario una curva caratterizzata dal tipico andamento a massimo corrispondente alla condizione di apertura per la quale si riducono le perdite d’incidenza del flusso all’ingresso del rotore. 4 CONCLUSIONI ' t ' ( t ) ottimo 1.00 0.80 0.60 0.40 0.20 0.00 0.00 0.20 0.40 A 0.60 0.80 1.00 ( A) Tab.3.1 – Parametri operativi del compressore al variare della temperatura del fluido evolvente in turbina TT3 [K] 373 500 800 373 500 800 Nt [giri/(minK)] ncr [giri/min] (TT2 – TT1)medio [K] 2000 38600 44700 56500 6 9 14 3000 58000 67000 84800 15 17 24 5500 106000 123000 155500 38 50 70 7000 135200 156500 200000 60 70 105 Nella memoria sono state trattate alcune delle problematiche di maggior rilevanza relative alla definizione sperimentale delle curve caratteristiche del compressore e della turbina di piccole unità di sovralimentazione per applicazione automotive. Sono stati preliminarmente richiamati i principali max N t = 5500 giri/(minK) TS = 1.6 Fig.7 – Influenza dell’apertura dell’organo di regolazione sul rendimento di turbine dotate di valvola waste-gate (WG) e di distributore a calettamento variabile (VNT) WG VNT 12
equisiti richiesti ad un’apparato di prova che permetta la completa caratterizzazione del funzionamento del sistema di sovralimentazione, anche nelle tipiche condizioni operative sperimentate nell’accoppiamento con il motore. L’analisi si è poi soffermata su alcuni aspetti specifici relativi alla sperimentazione sul compressore e sulla turbina. Con riferimento alla macchina operatrice, si è approfondita la problematica della definizione del limite di instabilità funzionale del compressore facendo riferimento sia alla valutazione della temperatura del fluido all’ingresso del rotore che alla misura del segnale di pressione tempovariante alla mandata della macchina. E’ stato inoltre analizzato l’aspetto della valutazione del rendimento isentropico del compressore attraverso misure dirette effettuate all’ingresso ed all’uscita della macchina, evidenziando le problematiche relative alla localizzazione ed alla geometria delle sezioni di misura e le incertezze connesse alla valutazione dei parametri di interesse (pressione e temperatura) e dei relativi livelli statici e totali. Per quanto riguarda la sperimentazione sulla turbina di sovralimentazione, si è in primo luogo sottolineata l’importanza della definizione delle curve caratteristiche in un range esteso, anche con riferimento al grado di apertura del sistema di regolazione della portata evolvente. A tale riguardo, si sono analizzate le problematiche connesse all’estensione delle curve di portata e le tecniche sperimentali utilizzabili a tal fine, anche in abbinamento alla valutazione teorica di specifiche condizioni operative. Si è inoltre evidenziata la legge di variazione della portata complessivamente evolvente in una turbina dotata di sistema di regolazione a valvola waste-gate. Sono state quindi approfondite le problematiche connesse alla valutazione dell’efficienza della turbina, sia con riferimento alla procedura indiretta generalmente utilizzata sia in relazione alle incertezze di misura che si verificano in alcune situazioni operative nel caso di sperimentazione con fluido evolvente a bassa temperatura. Si sono infine confrontate le variazioni di rendimento indotte da sistemi di regolazione a bypass (valvola waste-gate) e con distributore a calettamento variabile. I risultati presentati e le considerazioni sviluppate evidenziano la notevole complessità della problematica della definizione delle curve caratteristiche di piccole unità di sovralimentazione per applicazione automotive e le difficoltà di confronto fra i dati sperimentali rilevati su apparati di prova differenti qualora non vengano fornite informazioni dettagliate sulle procedure e la strumentazione di misura utilizzate. RIFERIMENTI BIBLIOGRAFICI Acton O., Capobianco M. (1986): “Il banco prova per gruppi turbosovralimentatori del Laboratorio di Macchine di Genova”, XLI Congresso Nazionale ATI, Napoli. Arcoumanis C., Hakeem I., Khezzar L., Martinez-Botas R.F. (1995): “Performance of a Mixed flow turbocharger turbine under pulsating flow conditions”, ASME 95-GT-210. Benson R.S., Scrimshaw K.H. (1965): “An experimental investigation of non-steady flow in radial gas turbine”, Paper 23, Instn Mech Engrs, London. Capobianco M. (1984): “Studio sperimentale sull’influenza di diffusori conici allo scarico di piccole turbine radiali di gruppi sovralimentatori di M.C.I.”, XXXIX Congresso Nazionale ATI, L’Aquila. Capobianco M. (1985): “Sulla determinazione del rendimento di turbosovralimentatori a gas di scarico di motori a combustione interna per trazione stradale”, XL Congresso Nazionale ATI, Trieste. Capobianco M., Gambarotta A. (1990): “Unsteady flow performance of turbocharger radial turbines”, 4 th International Conference on Turbocharging and Turbochargers, paper C405/17, Inst.Mech.Engrs., London. Capobianco M., Gambarotta A., Nocchi M. (1991): “Sperimentazione in regime instazionario su componenti dei sistemi di ricambio della carica di motori a c.i.: problematiche di misura e di analisi delle prestazioni”, XLVI Congresso Nazionale ATI, Gaeta. Capobianco M. (1998): “Improvement of automotive Diesel engine for the 21 st century challenge”, International Conference on Advances in Vehicle Control and Safety, AVCS’98, Amiens. Capobianco M., Marelli S. (2006a): “Turbocharger turbine performance under steady and unsteady flow: test bed analysis and correlation criteria", 8th International Conference on Turbochargers and Turbocharging, Inst.Mech.Engrs., London. 13
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