Analisi sperimentale e modellazione multibody del sistema di allineamento Laser Bore Joint per la manutenzione remota in DEMO = Experimental Analysis and Multibody Modeling of the Laser Bore Joint Alignment System for Remote Maintenance in DEMO

Il reattore DEMO (DEMOnstration Power Plant), sviluppato dal consorzio Eurofusion, rappresenta il successore di ITER e punta a dimostrare la fattibilità della fusione nucleare per la produzione di energia. Uno dei principali problemi riguarda la manutenzione remota dei componenti esposti al plasma, che richiede tecniche avanzate per la sostituzione delle tubazioni di alimentazione della camera del plasma, garantendo severi requisiti di allineamento. Il Laser Bore Joint (LBJ) è un sistema di giunzione progettato per l’allineamento e la saldatura da remoto delle tubazioni. Il suo design consente di compensare eventuali disallineamenti e ottimizzare l’accoppiamento tra le estremità delle tubazioni stesse. Per effettuare un’analisi sulle condizioni operative del LBJ ne è stato sviluppato un banco prova in scala con il duplice scopo di validare il modello multibody e verificare la procedura di allineamento. Il sistema è equipaggiato con sei sensori laser per il monitoraggio della posizione della cuffia maschio rispetto alla cuffia femmina. Una piattaforma di Stewart, posizionata alla base del banco prova, consente la misura delle forze risultanti e dei momenti agenti sulla struttura, mentre un attuatore idraulico fornisce il carico verticale necessario per l’inserimento e il disaccoppiamento delle cuffie. I test effettuati durante la campagna sperimentale sono stati effettuati variando progressivamente il disallineamento radiale tra le cuffie. Il disallineamento radiale è stato modificato da 0 a 3 mm con intervalli di 0.5 mm. Il test ha inizio con un incremento controllato del carico verticale, applicato tramite l’attuatore idraulico, e termina quando i finecorsa entrano in contatto, impedendo ulteriori spostamenti. L'analisi e l’elaborazione dei dati forniti dai sensori è stata effettuata in MATLAB, al fine di determinare al variare del disallineamento la posizione e l’orientamento della cuffia maschio e la distanza dalla cuffia femmina. I dati delle celle di carico sono stati utilizzati per valutare la distribuzione dello sforzo verticale. Durante la campagna sperimentale è stato utilizzato un endoscopio per acquisire immagini della distanza raggiunta tra le cuffie al variare del disallineamento, in modo da validare il risultato fornito da Matlab e dal modello multibody. I risultati della tesi dimostrano che, all’aumentare del disallineamento radiale, si osserva un incremento dell’inclinazione e della distanza massima tra le cuffie. I risultati sperimentali evidenziano che in assenza di disallineamento il contatto tra le cuffie non è stato raggiunto a causa delle stringenti tolleranze dimensionali e di presumibili errori di montaggio dei componenti, che hanno comportato un disallineamento angolare delle cuffie di circa un grado. Tuttavia, in tutte le condizioni analizzate, è stato possibile raggiungere un contatto tra le superfici delle cuffie mediante l’applicazione di una forza laterale adeguata, che ne facilita l’inserimento. Infine, il banco prova è stato impiegato per la validazione del modello multibody, fornendo uno strumento affidabile per la simulazione e l’analisi delle condizioni operative del Laser Bore Joint.