Design e sviluppo di un banco prova per la caratterizzazione del comportamento tribologico di giunti sferici utilizzati in turbine a vapore

l presente lavoro di tesi tratta la progettazione e realizzazione di un banco prova sperimentale utilizzato per la caratterizzazione del comportamento tribologico di giunti sferici da impiegarsi in turbine a vapore. Le prove da eseguire sul banco hanno varie peculiarità a causa della complicata condizione di carico da ricreare e della particolare configurazione dei provini. Dopo una ricerca bibliografica in merito al comportamento tribologico ad alta temperatura di coppie conformi in assenza di lubrificazione, considerando il problema da studiare, è stata scartata la possibilità di eseguire delle prove standard per la caratterizzazione tribologica desiderata. Perciò è stata progettato un banco prova su cui eseguire i vari test. L' obiettivo principale è quello di realizzare un'attrezzatura dedicata all'esecuzione di tali test non standardizzati e che permetta di valutare il comportamento tribologico dei giunti sferici soggetti a determinate condizioni di carico. Nella prima parte dell'elaborato sono descritte le principali caratteristiche della prova facendo riferimento alle condizioni di carico da simulare e al comportamento tribologico. In particolare, le prove devono soddisfare condizioni di: alta temperatura d’esercizio, variazione del carico in base al tipo di componente studiato, variazione del carico con l’angolo di rotazione del giunto, variazione della velocità in base al modello di giunto in esame. A seguire sono riportati i modelli di usura considerati nella prova e la progettazione dei test. I principali sono modelli d’usura in alta temperatura per le coppie tribologiche presenti nei giunti esaminati. Inoltre, sono tenuti in considerazione i meccanismi di usura classici di elementi in contatto in condizioni di carico ciclica ad alta temperatura. Di conseguenza, viene definita la specifica che il banco deve soddisfare al fine di ricreare un corretto caricamento dei componenti testati e ottenere dei test attendibili. Successivamente è riportato il design concettuale della macchina di prova. Il design viene affiancato dalle verifiche necessarie per il funzionamento della macchina: verifica di resistenza, rigidezza, termica, accoppiamenti, grado d’irregolarità ed eventuali disallineamenti previsti. Dopo di che si passa alla progettazione definitiva della macchina e alla realizzazione della stessa. Oltre alla progettazione del banco sono stati realizzati anche gli elementi di funzionamento e controllo elettrico ed elettronico dei componenti principali. È stata realizzata una logica di controllo dei principali parametri della macchina durante la prova al fine di conoscere le condizioni di carico del test article e misurare, quindi, i parametri fondamentali per la vita ad usura del componente. Sono poi riportati, di conseguenza, gli andamenti dei parametri principali che saranno utilizzati nelle prove come indici previsionali sul comportamento tribologico e sulla conseguente resistenza a fatica dei componenti studiati. La simulazione di tali indici che caratterizzano le prove in macchina, sono affiancati modelli analitici e agli elementi finiti (FEM) per la validazione di quanto previsto. Nella parte conclusiva sono riportati il report del commissioning del banco e la messa a punto dello stesso per il funzionamento. In questa parte, il lavoro è stato concentrato sulla taratura degli strumenti e sul montaggio dei principali componenti. È stato verificato il corretto funzionamento del banco prova e di conseguenza sono state riportate eventuali lacune, con relative soluzioni, al fine di poter procede con la campagna di test