Le pale dei primi stadi delle turbine a gas sono componenti tecnologicamente avanzati e di costo elevato. Il loro degrado, per effetto dei fenomeni di corrosione e ossidazione a caldo, è una delle principali cause di indisponibilità e di aumento dei costi di esercizio delle moderne turbine a gas per produzione di energia. La prima protezione contro tali fenomeni di degrado è rappresentata dai rivestimenti per alta temperatura applicati sulle pale di 1° e 2° stadio. Tali rivestimenti sono soggetti in esercizio alla progressiva perdita della capacità protettiva, evento che determina il ciclo di ricondizionamento delle pale, consistente nell’asportazione del rivestimento esaurito e nell’applicazione di un rivestimento nuovo. Al fine di ottimizzare il ciclo di vita delle pale e ridurre il rischio di avarie strutturali stanno suscitando interesse metodologie innovative di esame non distruttivo capaci di fornire dati quantitativi sullo stato dei rivestimenti eserciti, che siano applicabili durante gli interventi di ispezione delle parti calde delle turbine a gas. In tale contesto CESI ha sviluppato una metodologia originale, basata sulle correnti indotte a scansione di frequenza (FSECT = Frequency Scanning Eddy Current Technique), che consente di ottenere una stratigrafia elettromagnetica dell’insieme rivestimento / substrato. La metodologia fornisce, senza necessità di ricorrere a calibrazioni specifiche per i materiali in esame, una stima dei parametri elettromagnetici (tipicamente: conducibilità elettrica) e dello spessore dei diversi strati che descrivono il materiale in esame, dai quali è possibile ottenere una valutazione quantitativa dello spessore e del livello di degrado del rivestimento. La capacità del metodo di fornire una valutazione quantitativa dello spessore di rivestimenti nuovi e dello spessore residuo di rivestimenti eserciti è stata dimostrata per rivestimenti di tipo MCrAlY semplice, operando su pale smontate dal rotore. Il presente rapporto descrive le azioni svolte nel 2002 nell’ambito della Ricerca di Sistema (Progetto ASISGEN “Affidabilità e Sicurezza dei Sistemi di Generazione”, Sottoprogetto AFFIST “Metodologie di accertamento dell’affidabilità strutturale di componenti”) riguardo lo sviluppo della metodologia a correnti indotte a scansione di frequenza, con il duplice obiettivo di: • Estendere la metodologia FSECT all’ispezione di pale montate sul rotore; • Verificare le prestazioni della metodologia nella caratterizzazione dei rivestimenti innovativi utilizzati nelle macchine con potenza di 250 MW (rivestimenti duplex ed MCrAlY modificati). Estensione della metodologia all’ispezione di pale montate sul rotore L’obiettivo è disporre di dati quantitativi sullo stato del rivestimento che possano incidere sulle decisioni manutentive (sostituzione/riparazione/ulteriore esercizio delle pale) e che pertanto devono essere ottenuti prima di smontare le pale dal rotore.

Le azioni svolte ed i principali risultati ottenuti sono riportati sinteticamente di seguito: • Studio, realizzazione e caratterizzazione di un prototipo di sonda flessibile adatta per l’esecuzione di misure su pale non smontate dal rotore, costituita da bobine a spirale realizzate con la tecnica dei circuiti stampati su supporto flessibile. La caratterizzazione in laboratorio della sonda prototipo ha fornito risultati positivi in termini di sensibilità e stabilità di misura, anche se alcuni problemi di misura legati alla variabilità della distanza sonda-pezzo e alla curvatura del campione in esame necessitano di ulteriore approfondimento. Di particolare interesse sono le potenzialità applicative della sonda flessibile alla caratterizzazione di rivestimenti dotati di barriera termica, con possibilità di stimare congiuntamente lo spessore della ceramica e il degrado del rivestimento metallico sottostante (“bond-coat”). Un primo collaudo in impianto della sonda flessibile ha dimostrato la fattibilità della misura FSECT su pale montate sul rotore, nel caso in cui sia possibile posizionare la sonda manualmente sulla superficie delle pale da ispezionare. • E’ stata completata la progettazione di un’attrezzatura meccanica adatta a posizionare le nuove sonde flessibili sul profilo alare delle palette di primo stadio, passando attraverso gli ugelli, al fine di permettere il controllo del rivestimento anche durante le revisioni parziali che non prevedono l’apertura della cassa di turbina. Sviluppo delle applicazioni ai rivestimenti innovativi utilizzati nelle macchine con potenza di 250 MW L’obiettivo è aumentare la confidenza nell’applicazione della metodologia FSECT a problemi diagnostici attuali (ad es. stima della vita residua di rivestimenti MCrAlY semplici e modificati) ed estenderne l’applicabilità alla caratterizzazione dei rivestimenti innovativi (barriere termiche, rivestimenti duplex) adottati nelle nuove turbine a gas di recente installate in Italia. Le azioni svolte ed i principali risultati ottenuti sono riportati sinteticamente di seguito: • E’ stata eseguita la caratterizzazione di un campione di pala rivestita con GT33+ (rivestimento duplex). L’attività è svolta in collaborazione con EPRI che ha messo a disposizione il campione di pala esercito. I risultati ottenuti indicano non solo una correlazione qualitativa tra i dati FSECT primari (impedenza normalizzata) ed i fenomeni di degrado del rivestimento (impoverimento di Al per ossidazione ciclica, “craze- cracking” per fatica termomeccanica) ma anche la possibilità di quantificare tali fenomeni, fornendo una stima della profondità media delle cricche e dell’impoverimento di fase beta nel “top-coat”, lo strato più esterno del rivestimento, il cui esaurimento determina la necessità di ricondizionamento delle pale. • È stata effettuata la caratterizzazione di rivestimenti Sicoat 2231 (precursori dei nuovi rivestimenti Sicoat 2453 impiegati nelle macchine con taglia da 250 MW, derivati dal precedente per aggiunta dell’elemento

attivo Re). L’attività è stata svolta in collaborazione con Laborelec che ha messo a disposizione i campioni di pala esercita. Anche in tal caso la metodologia FSECT ha dimostrato adeguata capacità di valutare quantitativamente l’evoluzione del rivestimento, fornendo un buona stima dello spessore equivalente di fase β. I risultati ottenuti in relazione ai due tipi di rivestimento considerati, pur dovendo essere consolidati su una più ampia base sperimentale, permettono di affrontare su solide basi il problema del controllo dei rivestimenti della palettatura delle nuove macchine turbogas.