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Analisi termo-meccanica di una turbina a vapore esercita in modo flessibile

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Analisi termo-meccanica di una turbina a vapore esercita in modo flessibile

Il rapporto illustra simulazioni termomeccaniche di transitori rapidi di avviamento da freddo e riavviamento da tiepido, al fine di ottimizzare il consumo di vita di una turbina a vapore in regime di funzionamento flessibile.

L’esercizio “flessibile” degli impianti termoelettrici è caratterizzato da ridotti tempi di avviamento e alti gradienti di variazione di potenza. Nel rapporto si sintetizzano i risultati di una analisi volta a valutare l’influenza di una riduzione dei tempi di avviamento sul consumo di vita del rotore di una turbina a vapore da 320 MWe, turbina tuttora in uso in parte dei cicli combinati in funzione in Italia, utilizzando il modello FEM messo a punto e validato nelle attività di Ricerca di Sistema svolte nei primi due anni del Triennio 2015-2017.

In particolare, si sono analizzati due transitori operativi di riferimento: l’avviamento “da freddo” e il ciclo di fermata di fine settimana con successivo avviamento “da tiepido”, eseguiti entrambi secondo la procedura prevista per l’esercizio non flessibile, caratterizzati da un tempo di avviamento della turbina a vapore, rispettivamente, di circa sei ore per l’avviamento da freddo e quattro ore per l’avviamento da tiepido. I due transitori di riferimento sono stati simulati eseguendo analisi termomeccaniche con il modello FEM; i risultati del modello, espressi in termini di sforzideformazioni, sono stati utilizzati per valutare i valori di ripetibilità delle manovre applicando la legge di danno ottenuta dalle prove di fatica termomeccanica (TMF) con ciclo service like condotte nelle attività di Ricerca di Sistema degli anni 2015-2016.

I nuovi valori di ripetibilità sono stati confrontati con i valori derivati dalle curve di fatica oligociclica ottenuti in studi precedenti. Successivamente, sono state eseguite analisi di sensitività per valutare il consumo di vita del rotore conseguente ad una riduzione dei tempi di avviamento da freddo, ottenuta variando principalmente due parametri: la durata dell’intervallo di rullaggio a 2000 giri/min durante la presa giri e il gradiente di potenza per raggiungere la potenza nominale. I risultati dell’analisi di sensitività evidenziano che la legge di danno derivata da prove TMF con cicli service like fornisce una ripetibilità maggiore dei transitori di riferimento rispetto a quella derivata dalle curve di fatica oligociclica.

In particolare, si riescono a ridurre i tempi di avviamento e aumentare il gradiente di potenza, in modo sensibile, mantenendo il consumo di vita del materiale entro valori ritenuti accettabili in condizioni di esercizio non flessibile.

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