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rapporti - Deliverable

Caratterizzazione dei materiali e modelli previsionali del consumo di vita delle palette di turbine a gas e a vapore

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Caratterizzazione dei materiali e modelli previsionali del consumo di vita delle palette di turbine a gas e a vapore

Per poter valutare il danno indotto dall’esercizio flessibilizzato degli impianti a ciclo combinato sui componenti più critici, viene trattata la prova di fatica termomeccanica, descrivendo il sistema di prova messo a punto da RSE e viene presentata l’implementazione di un modello di valutazione della vita dei rivestimenti ceramici di parti calde di turbine agas.

Le accresciute esigenze di flessibilizzazione degli impianti a cicli combinati causano degrado prematuro dei materiali e dei componenti. Per poter meglio stimare i fenomeni che avvengono nel corso della vita utile, è necessario approfondire lo studio dei materiali e dei rivestimenti dei componenti tramite prove ditipo sperimentale, i cui risultati consentono di inserire i valori corretti nei modelli di previsione di vita necessari per le valutazioni di consumo delle parti provocato da condizioni di esercizio fortemente variabili. Per quanto riguarda la resistenza a fatica termica e meccanica dei materiali dei componenti critici, le prove di fatica oligociclica (LCF), comunemente impiegate come base della progettazione, non sono esaustive per le previsioni di vita in condizioni reali di esercizio, in quanto caratterizzate da una temperatura costante di prova. Una valutazione più coerente e significativa si ottiene mediante prove d ifatica termomeccanica (TMF), in cui simultaneamente si ha una sollecitazione ciclica sia di naturameccanica che termica. Nell’ambito della task “Flessibilizzazione dei cicli combinati”, RSE ha allestitoun rig che permette la realizzazione di prove monoassiali che combinano stress meccanici e termici, secondo le norme sui test di fatica oligociclica e termomeccanica. Per quanto riguarda poi la valutazione della vita spesa dai rivestimenti dei componenti più critici in regime di esercizio in condizioni fortemente variabili, in questo Task si è provveduto a perfezionare il modello di previsione di vita dei rivestimenti di pale turbogas con nuove routine basate su modelli di distacco della barriera termica ceramica dal metallo sottostante. In particolare, oltre alla formula semplificata della NASA utilizzata perle barriere termiche colonnari è stato inserito un modello per le barriere termiche ottenute per termospruzzatura in aria (APS). Questo modello è un ibrido ottenuto sulla base delle diverse formule proposte in letteratura dai laboratori attivi nel campo; i numerosi parametri in esso contenuti sono stati inparte ricavati dalla letteratura stessa e in parte calibrati su un gruppo di dati sperimentali ottenuti da RSE in prove di laboratorio. Per valutare l’influenza dei vari fattori in gioco, sia quelli esterni (temperatura,durata e numero di cicli termici), sia quelli relativi alla microstruttura dello strato ceramico e dell’interfaccia, è stato fatto uno studio di sensibilità su un tipo di rivestimento tipico, consideratomediamente rappresentativo di quanto attualmente applicato sui componenti reali. I parametri sono stati fatti variare in intervalli di valori significativi e sono state individuate le variabili più influenti sulladurata di vita del rivestimento ceramico. Nel rapporto sono presentati vari esempi di previsioni di vita indiverse condizioni. E’ risultato evidente che, oltre al livello di porosità e allo spessore della barriera termica ceramica, anche la rugosità superficiale del rivestimento metallico interposto tra il materiale base e la barriera termica ceramica ha un ruolo notevole. Infine, per verificare la capacità predittiva del modello corredato delle nuove routine, esso è stato applicato ad alcuni casi di campioni con barriere termiche ceramiche aventi caratteristiche diverse, precedentemente sottoposte a prove di ossidazione ciclica in laboratorio. Le previsioni ottenute sono in buon accordo con i dati sperimentali.

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