Pompa assiale

Propulsore Marino “Rim-Driven”

CLIENTE

Azienda inglese che si occupa di propulsione marina

RICHIESTA

Sviluppo propulsori di tipo “rim-driven” a prestazione più elevata

SUCCESSO

– Incremento spinta del 20%

– Aumento rendimento del 15%

Nablawave Pompa assiale Propulsore Marino Rim-Driven turbine
pROBLEMA:

Un’azienda inglese che si occupa di propulsione marina ci ha incaricato di sviluppare dei propulsori di tipo “rim-driven”. Nei propulsori marini tradizionali un motore è collegato mediante una linea d’asse a un’elica immersa nell’acqua. Attualmente, l’impiego sempre più frequente di motori elettrici anche nel settore nautico, ha fatto emergere una nuova configurazione, denominata “rim-driven”, in cui il rotore del motore elettrico è montato su un anello solidale alla palettatura; gli avvolgimenti dello statore, invece, sono posizionati su una gondola coassiale.

L’azienda aveva un sistema ben collaudato per il dimensionamento dei propulsori tradizionali: mediante un metodo analitico eseguiva un dimensionamento preliminare delle eliche e poi, successivamente, venivano eseguite alcune modifiche nella geometria a seguito di indicazioni fornite da simulazioni CFD.

I propulsori rim-driven progettati con questo metodo, però, non erano caratterizzati da prestazioni molto elevate, poiché le differenze costruttive rispetto ai propulsori tradizionali rendevano necessaria una modifica nella metodologia di progettazione.

Soluzione:

Un propulsore rim-driven presenta molte più affinità con una pompa assiale che con un’elica. Abbiamo potuto, pertanto, mettere in gioco le nostre competenze in materia di modellazione e simulazione di pompe assiali.

Avendo sviluppato in precedenza il software proprietario MPROP, finalizzato alla simulazione di pompe assiali, abbiamo proposto un nuovo approccio alla progettazione, il metodo through-flow, largamente impiegato nella progettazione delle turbine aeronautiche. Questi i vantaggi:

permette di simulare il campo di moto del fluido in funzione della coordinata radiale. A differenza dei metodi analitici tradizionali, che eseguono solo il calcolo alla linea media del condotto, consente di eseguire anche ottimizzazioni accurate sulla geometria;

mediante l’accoppiamento con un algoritmo di ottimizzazione, permette di ottenere una geometria efficiente in tempi ridotti. Le simulazioni fluidodinamiche, invece, permettono di ottenere risultati accurati, ma sono caratterizzate da tempistiche molto più lunghe e costi di licenza rilevanti.

Dal momento che con MPROP ogni configurazione di pompa può essere testata in pochi secondi, l’ottimizzatore ha potuto esplorare diverse geometrie fino al raggiungimento di quella ottimale, in un tempo totale di calcolo inferiore ai 5 minuti. Si noti che testare una singola configurazione con la CFD richiede tipicamente diverse ore.

In sostanza, il software MPROP è risultato il miglior compromesso tra rapidità progettuale e accuratezza dei risultati ottenuti.

Nablawave Pompa assiale Propulsore Marino Rim-Driven parti
Nablawave Pompa assiale Propulsore Marino Rim-Driven grafico
risultati:

La geometria ottimizzata del propulsore calcolata con il software MPROP ha prodotto notevoli miglioramenti rispetto alla configurazione inizialmente sviluppata dall’azienda:

un incremento nella spinta del 20%

un aumento del rendimento del 15%

Prima della realizzazione del prototipo, questi valori sono stati verificati da una singola analisi CFD, che ha confermato l’accuratezza del calcolo progettuale (differenze dell’ordine di qualche punto percentuale).

Il miglioramento delle prestazioni è stato ulteriormente confermato dai test eseguiti in vasca dall’Università di Southampton.

I risultati ottenuti costituiscono un esempio concreto di trasferimento tecnologico tipico della nostra filosofia: l’esperienza maturata nell’ambito delle pompe industriali, unita all’impiego di un metodo mutuato dal settore aeronautico, ha permesso l’avanzamento tecnologico nel mondo della nautica.

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