Sviluppo di un Sistema di Eccitazione Elettromagnetica per Prove Dinamiche su un Simulacro di Casing Aeronautico = Development of an Electromagnetic Excitation System for Dynamic Testing on an Aeronautical Casing Simulacrum

Il lavoro di tesi si concentra sullo sviluppo di un sistema di eccitazione non a contatto di natura elettromagnetica per studiare il comportamento dinamico di un simulacro di un case di turbina per applicazione aeronautica. La forzante agente sul sistema è di natura elettromagnetica ed è originata mediante un sistema di generazione di segnali elettrici multipli in corrente alternata. La tesi è articolata in due macrosezioni. Nella prima macrosezione si indaga il comportamento del singolo eccitatore elettromagnetico. Il banco di prova impiegato vede montato un singolo elettromagnete, opportunamente dimensionato, ed un provino di acciaio. Lo scopo della prova è quello di valutare quanta forza può essere generata dall’elettromagnete al variare di diversi parametri prima che esso si surriscaldi o che l’amplificatore connesso al sistema di generazione del segnale elettrico risenta della sua prolungata attività. Inoltre si vuole verificare se l’andamento dei dati sperimentali seguono gli andamenti predetti dalle formule analitiche dell’elettromagnetismo. Lo stesso studio viene ripetuto per altri tipi di provino di diverso materiale e diversa geometria. In questo modo è possibile determinare come l’elettromagnete si comporta in presenza di provini differenti. La valutazione della risposta del provino alla sollecitazione elettromagnetica è utile per verificare se l’elettromagnete è stato dimensionato correttamente e per verificare la robustezza della catena di eccitazione. La seconda macrosezione riguarda il procedimento di assemblaggio e lo studio dinamico di un casing, eccitato da una forza rotante generata da 24 elettromagneti montati attorno al sistema. In questo modo è possibile determinare qual è la risposta dinamica del case di uno stadio di turbina durante il funzionamento della turbomacchina senza però avere organi in rotazione. I 24 elettromagneti forniscono una discretizzazione della forzante rotante tipica delle turbomacchine. L’intero rotore palettato viene testato dinamicamente con e senza l’impiego di smorzatori che vengono introdotti per limitare le ampiezze di vibrazione del casing. Gli smorzatori impiegati nelle prove sono di due tipologie differenti. Per ogni condizione sperimentale del sistema si sono determinate le frequenze di risonanza attraverso un hammer test ed, in seguito, in corrispondenza di tali valori si è sollecitato il sistema con l’eccitante elettromagnetica. Così facendo è stato possibile eccitare i diametri nodali e osservarli attraverso l’impiego di un vibrometro laser. A monte della sperimentazione verranno ottenute le risposte forzate e le FRF per ogni prova condotta al variare della forma della forzante rotante e della sua intensità. Attraverso un’analisi delle risposte forzate e delle FRF è possibile determinare se il comportamento del sistema è di tipo lineare o se sono presenti non linearità dovute a smorzamenti causati da attriti interni al sistema. Lo scopo ultimo di questa parte di lavoro è stato quello di ottenere un’indicazione sul funzionamento del sistema di eccitazione e sulla risposta del casing alla forzante imposta. Tutto il lavoro di tesi è stato svolto presso il laboratorio di dinamica sperimentale AERMEC del DIMEAS del Politecnico di Torino.