CRITERI DI PROGETTAZIONE E PROCEDURE DI OTTIMIZZAZIONE DEI CONVOGLIATORI PALETTATI DELLE POMPE PLURISTADIO.

European Community will soon introduce new and more restrictive regulations on the efficiency of products using electric energy. These regulations will impose to pump manufacturers the redesign of several pumps already in production. In this thesis a parametric procedure for the design of multistage submersible pumps aimed at integrating the present design criteria is presented. The proposed procedure allows an easy interaction with the CFD codes and with the optimization techniques. Furthermore, a procedure for the creation of databases of numerical analysis results was developed to describe the performance of parts or details of the machine that have to be designed. Together with this procedure, to properly generate the inputs for the database creation, a DOE technique was also developed and applied. A stage of a multistage submersible mixed-flow pump was designed by means of the proposed procedure and a database for the characterization of the performance of the meridional channels of mixed-flow interstage interstage was built. The database allowed the proper choice of the axial extension of the interstage channel. The obtained solution was added with all the manufacturing devices, and the final configuration was numerically analysed by the CFD code. Some manufacturing details that are usually considered negligible in the design practice, showed to have a great influence on the flow field and to avoid the correct interaction between the stages. A plastic prototype was realized by rapid prototyping technique and experimental tests were carried out on a single stage and a two stage submersible pump. The experimental results were found to be very different from the numerical results. However, there was no enough time for further analyses aimed at understanding the reason of such a difference, although some partial results gave interesting indication about how to properly set the parameters of a numerical simulation on a submersible pump to fully describe the flow field inside it.

Le normative in fase di approvazione in sede europea introdurranno a breve nuovi e più restrittivi vincoli all'efficienza delle apparecchiature che fanno uso di energia elettrica. Tali normative imporranno alle aziende produttrici la riprogettazione di una buona parte delle pompe attualmente in produzione. In questa tesi si propone una procedura parametrica di progettazione delle pompe sommerse multistadio per integrare le tecniche di progettazione attualmente a disposizione. La procedura proposta consente un interfaccia agevole con i codici di calcolo CFD e con le tecniche di ottimizzazione. Inoltre si propone una procedura per la creazione in sede industriale di banche dati di simulazioni CFD per caratterizzare il funzionamento e le prestazioni di componenti o particolari che devono essere progettati. Contestualmente alla creazione della banca dati si propone una metodologia di design of experiments per la corretta pianificazione di tali banche dati. Si è proceduto alla progettazione di uno stadio di pompa verticale sommersa a flusso misto facendo uso delle procedure proposte. Inoltre si è pianificata e realizzata una banca dati per caratterizzare le prestazioni dei diffusori-convogliatori delle pompe sommerse a flusso misto; l'accesso a tale banca dati ha consentito la scelta di un ingombro assiale corretto all'interno della progettazione. La soluzione proposta in sede di progettazione è stata ingegnerizzata e verificata tramite codici CFD nella sua configurazione finale. La verifica numerica ha consentito di indagare l'effetto dei particolari introdotti in sede di ingegnerizzazione. Si è riscontrato che alcuni particolari che vengono solitamente introdotti in fase di progettazione e sono ritenuti solitamente ininfluenti, modificano sensibilmente il campo di moto e pregiudicano il corretto accoppiamento di girante e diffusore. Un prototipo della soluzione proposta è stato realizzato in materiale plastico e sono state effettuate delle prove di collaudo su una pompa sommersa ad uno e a due stadi. I dati sperimentali si discostano sensibilmente dai dati ricavati dalle simulazioni numeriche. Non è stato possibile effettuare tutte le verifiche necessarie per giustificare la discrepanza tra i dati numerici e quelli sperimentali. Alcuni risultati parziali hanno comunque fornito importanti indicazioni su come deve essere impostata correttamente una simulazioni numerica di una pompa sommersa.