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rapporti - Deliverable

Prove sperimentali di verifica della tecnica ottica per la misura assoluta della temperatura dei gas all¿ingresso della turbina

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Prove sperimentali di verifica della tecnica ottica per la misura assoluta della temperatura dei gas all¿ingresso della turbina

Il presente rapporto è parte integrante della documentazione delle attività di Ricerca di Sistema previste dal “Piano Annuale di Realizzazione 2008” (Prot. CESI RICERCA 08002569, Aprile 2008) nell’ambito del progetto “Flessibilità e affidabilità degli impianti a ciclo combinato” dell’Area “PRODUZIONE E FONTI ENERGETICHE”, e ne costituisce il Deliverable 1.8. Nel rapporto è descritta l’attività svolta nel 2008 relativa alla verifica sperimentale della tecnica di rivelazione della temperatura di gas basata sulla misura della emissione infrarossa a due diverse lunghezze d’onda. Tale attività è stata condotta al fine di migliorare la tecnica fotometrica IR (InfraRed) già sviluppata nel precedente triennio di Ricerca di Sistema, in modo da renderla in grado di ottenere una misura assoluta della temperatura di ingresso turbina (TIT) senza la necessità di ricorrere ad una calibrazione mediante una misura di riferimento. Nel corso dell’attività è stato realizzato il set up sperimentale da laboratorio su cui effettuare la verifica del metodo proposto e sono state eseguite misure in diverse condizioni sperimentali. L’apparato di misura è stato realizzato modificando quello utilizzato in precedenza in modo da avere a disposizione regioni di gas caldo a temperatura controllata e misurabile con strumentazione di confronto, condizione questa indispensabile per poter sviluppare un modello fisico semplificato e verificabile con prove in laboratorio. Le misure di emissione IR sono state condotte all’interno della cella di misura contenente la miscela di gas ad alta pressione e temperatura, in corrispondenza di quattro diverse lunghezze d’onda di rivelazione. Grazie alla disponibilità del profilo di temperatura del gas ottenuto con le termocoppie inserite nella cella di misura, l’analisi dei risultati ha consentito di migliorare il modello semplificato del processo di emissione radiativa IR, basato su un numero discreto di strati di gas. L’applicazione di questo modello alle condizioni di misura della cella, con le relative simulazioni spettrali mediante il database HITRAN, ha condotto ad un buon accordo tra i segnali misurati nelle diverse bande spettrali e quelli calcolati. Per quanto riguarda la verifica della misura della temperatura assoluta del gas, l’apparato sperimentale presenta alcune caratteristiche funzionali che limitano l’applicazione della metodologia a due lunghezze d’onda per ricavare tale misura. Infatti, sono presenti effetti di attenuazione da parte delle zone fredde di gas, in particolare alla lunghezza d’onda prevista per la misura della temperatura assoluta, che rendono problematica l’inversione dei dati. Bisogna comunque notare che questo limite è legato all’apparato sperimentale da laboratorio, mentre non dovrebbe sussistere in un caso reale di misura su un banco prova o su una macchina reale, in cui non sono presenti zone di gas combusti a basse temperature. Per questo si prevede di effettuare una verifica della tecnica a due lunghezze d’onda durante i test dedicati alla validazione in campo della tecnica IR di misura della TIT, che saranno condotti nei primi mesi del 2009 sul test rig HPMC di Siemens nell’ambito del progetto europeo HEATTOP. Come previsto dal modello teorico semplificato, le misure effettuate utilizzando la terza lunghezza d’onda selezionata per avere informazioni sul profilo di temperatura degli strati di gas più interni sono affette da un contributo aggiuntivo, difficilmente quantificabile, dovuto alla parete di fondo calda della cella, e quindi non possono essere direttamente utilizzate per ricavare i valori di temperatura dall’inversione dei dati misurati. Anche questo contributo interferente, tuttavia, dovrebbe essere assente nel caso di un banco prova, in cui le pareti di contenimento dei gas di combustione sono raffreddate per non raggiungere temperature critiche per la resistenza dei materiali. Nei test del progetto HEATTOP si prevede quindi di approfondire anche questa modalità di misura a più lunghezze d’onda.

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