Il documento riporta i risultati di una indagine, bibliografica e di mercato, sulle principali tecniche per la diagnostica dell’integrità strutturale delle turbine a gas. Al testo descrittivo generale, che ha lo scopo di sintetizzare e di fare da raccordo fra i principali concetti, si aggiungono i numerosi dettagli che riportano le informazioni di dettaglio ed il materiale più significativo raccolto nella indagine di mercato. L’introduzione sottolinea il sempre più ampio ricorso alle turbine a gas nella costruzione dei nuovi impianti o del rinnovo degli impianti esistenti per la produzione di energia elettrica, e la conseguente importanza di mantenere molto elevata la affidabilità e la disponibilità di queste macchine, che nella pratica operativa si sono dimostrate l’elemento critico sia dal punto di vista della gestione, sia di quello della durate. In tal senso è motivato il ricorso a nuove tecniche od il miglioramento delle tecniche di diagnostica esistenti, ed a questo scopo viene svolta la presente indagine, che vuole contribuire a individuare le tecniche più promettenti per il monitoraggio continuo, per le quali procedere a successive azioni di dimostrazione e di validazione su impianto. Allo scopo di affrontare con efficacia l’argomento principale dell’indagine, nel Capitolo 2 viene effettuata una sintetica rassegna delle principali cause di guasto dei gruppi turbogas, in modo da individuare gli elementi che si sono dimostrati più critici nelle esperienze passate. Vengono perciò presentati e commentati una serie di dati statistici di guasto, tra i più significativi disponibili da esperienze operative italiane e straniere. Inoltre viene effettuata una prima rassegna delle principali tecniche diagnostiche, disponibili per l’identificazione dei difetti, sintetizzando l’argomento in alcune tabelle riassuntive. A complemento della prima parte dedicata alla definizione delle problematiche, nel Capitolo 3 viene riportata una rassegna commentata delle principali cause di danneggiamento delle turbine a gas (corrosione, vibrazioni, pulsazioni di pressione, ecc.). Nel Capitolo 4 vengono descritte le tecniche diagnostiche per il rilievo dei malfunzionamenti delle turbine a gas. La rassegna inizia con le tecniche di analisi globale delle prestazioni termodinamiche, che si basano sul confronto fra le effettive prestazioni della macchina e quelle previste da un modello: si sottolinea la loro importanza ed il loro diffuso utilizzo, specie per il monitoraggio di un componente fondamentale come il compressore, e dopo una breve descrizione (Paragrafo 4.1), si rimanda al lavoro di validazione di tali tecniche previsto in un altro capitolo di lavoro del programma GENIN. Si prosegue con la descrizione delle tecnologie utilizzabili per il monitoraggio delle sollecitazioni dinamiche delle palettature della turbina e del compressore (Paragrafo 4.2), sottolineando la loro importanza vista la forte incidenza di problematiche a carico delle palettature, in particolare ci si sofferma sulle tecniche di basate sulle misura del tempo di ritardo (TOA) nel passaggio delle palette, che dopo il notevole sviluppo avuto negli ultimi anni potrebbero essere utilizzate anche per il monitoraggio continuo (in alcuni casi anche in un interessante abbinamento con la misura dei giochi di estremità delle palette). Viene successivamente affrontato (Paragrafo 4.3) l’argomento della misura delle sollecitazioni termiche subite dai componenti fissi e rotanti interni alla turbina, che l’esperienza operativa dimostra essere i più critici per l’integrità della macchina. Vengono descritte le possibili tecniche di misura della temperatura dei gas in ingresso alla turbina (uno dei parametri tuttora più difficile monitoraggio continuo) e di misura della temperatura superficiale delle palette rotanti, riportando dati e caratteristiche della strumentazione disponibile sul mercato od in corso di sviluppo (termometri a fibra ottica, pirometri ottici, ecc.).

Nel successivo Paragrafo 4.4 viene descritta la tecnologia del monitoraggio dei giochi di estremità delle palette rotanti, e nel Paragrafo 4.5 quelle del monitoraggio delle pulsazioni di pressione, che costituiscono una delle fondamentali cause di guasto nelle macchine più moderne dotate di combustori DLN; è riportato anche un breve accenno alle tecniche di controllo attivo delle pulsazioni. Infine il Paragrafo 4.6 è dedicato alla descrizione della tecnica EDMS (Exaust Debris Monitoring System), con la quale è possibile rilevare eventuale particolato, metallico o non, contenuto nei gas di scarico delle turbine, fornendo una indicazione precoce di possibili degradi in atto all’interno della macchina (strisciamenti, bruciature, distacchi di rivestimenti ecc.). Questa tecnica ha avuto un interessante sviluppo nel campo delle turbine a gas aeronautiche, e richiede una validazione sulle turbine industriali di grossa taglia. Il Capitolo 5 è dedicato ad un’ampia panoramica sulle tecniche di monitoraggio delle vibrazioni flessionali e torsionali delle linee d’assi di impianti basati su turbine a gas, per le quali si considerano in genere anche le macchine associate (alternatori, turbine a vapore del ciclo combinato). Dopo una descrizione delle problematiche legate alla scelta dei sensori di vibrazione di più opportuno utilizzo sulle macchine turbogas, si riportano le caratteristiche dei sistemi e delle metodiche di trattamento dei dati vibratori attualmente disponibili, in particolare nell’ottica del monitoraggio remoto degli impianti. Il capitolo contiene inoltre un accenno alle tecniche di controllo attivo delle vibrazioni. Nel capitolo finale, dedicato alle Conclusioni, in base alle informazioni raccolte a riguardo delle principali cause di inconvenienti e sulle tecniche diagnostiche ed i trasduttori, attualmente utilizzati o di possibile introduzione per il monitoraggio continuo dell’integrità strutturale, in grado di fornire una precoce identificazione delle principali cause di malfunzionamento, si individuano nelle tecniche di monitoraggio continuo: • della temperatura dei gas in ingresso turbina; • delle vibrazioni/sollecitazioni delle palette di turbina e compressore con metodologia TOA; • della temperatura superficiale delle palette mobili della turbina con pirometri ottici; • del gioco di estremità delle palette di compressore e turbina; • della carica elettrostatica nei gas di scarico (EDMS), le metodologie più promettenti per un miglioramento delle esistenti tecniche di diagnostica strutturale delle turbine a gas, per le quali proseguire le azioni di ricerca/sviluppo con apposite attività di validazione/dimostrazione su impianto. Link al documento di riferimento: A0-021583.doc