Sviluppo di un modello Digital Twin di una turbina a gas di tipo Light Industrial = Development of a Digital Twin model of a Light Industrial gas turbine

Il presente lavoro di tesi è stato realizzato grazie ad una collaborazione tra il Politecnico di Torino ed EthosEnergy S.p.A., un’azienda specializzata nella progettazione, produzione e manutenzione di turbine a gas. L’obiettivo della trattazione è la realizzazione di un modello Digital Twin del modulo di espansione della SolarTurbine T60, ovvero una turbina a gas di tipo “Light Industrial”. Lo studio è stato effettuato tramite AxStream, che permette la progettazione, l’analisi e l’ottimizzazione di turbomacchine. In questo caso, tale Software è stato utilizzato per effettuare un’analisi dei flussi Meanline (1D) e Streamline (2D) di una turbina già esistente, al fine di ottenere una caratterizzazione completa della macchina in termini di potenza, portata massica, parametri cinematici e termodinamici. In primo luogo, sono stati effettuati dei calcoli preliminari, a partire da dati di ciclo noti sperimentalmente, per poter stimare le portate in gioco e la potenza generata dalla sola turbina. Queste informazioni sono state poi utilizzate come dati di input per l’implementazione del modello AxStream. Oltre ai dati di input riguardanti il ciclo termodinamico, il modello è stato completato con delle informazioni geometriche ricavate dal modello CAD 3D della turbina in esame. In particolare, per importare i profili alari reali nel modello digitale, è stato utilizzato il tool AxSlice, che permette di realizzare delle sezioni delle palette lungo la loro direzione radiale. Per la definizione delle portate di stator e rotor cooling è stato utilizzato il tool AxStream NET che, imponendo le opportune condizioni al contorno, permette di modellizzare, tramite una serie di componenti, i canali percorsi dai flussi e quindi simularne le perdite. Una volta costruito il Digital Twin dell’espansore, i parametri in output sono stati confrontati con i dati di riferimento per verificarne la corrispondenza. Nello specifico, lo studio è stato effettuato su due diversi moduli di espansione della SolarTurbine T60, che sono uno l’evoluzione dell’altro in termini di tecnologia utilizzata per il raffreddamento delle palettature. Il primo modello C50-T60 presenta un raffreddamento convettivo nelle pale statoriche e rotoriche del primo stadio, mentre la sua evoluzione, ovvero il modello T7800, oltre alla tecnologia precedente, migliorata in termini di caratteristiche geometriche degli elementi interni al profilo alare, presenta anche un raffreddamento a “film” nelle pale statoriche del primo stadio. Il progetto trattato in questa tesi è stato sviluppato in un contesto di studio della SolarTurbine T60 e rappresenta una parte dello sviluppo del Digital Twin dell’intera macchina, ovvero un modello digitale completo di compressore, turbina, flussi primari e secondari che simula le prestazioni della macchina al variare delle condizioni in cui essa opera.