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Turbine a gas innovative. Realizzazione dei modelli di calcolo per la determinazione della distribuzione di temperatura e di sforzo in una paletta di turbina, normale e rivestita con TBC, in condizioni stazionarie e transitorie

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Turbine a gas innovative. Realizzazione dei modelli di calcolo per la determinazione della distribuzione di temperatura e di sforzo in una paletta di turbina, normale e rivestita con TBC, in condizioni stazionarie e transitorie

Recently updated on Aprile 7th, 2021 at 12:50 pm

La presente attività svolta nell’ambito del progetto EVINGEN/sottoprogetto GENIN è rivolta allo studio e alla valutazione dei materiali candidati all’impiego per la realizzazione di palette di turbine a gas innovative. In particolare nella presente nota vengono descritti i risultati relativi alla simulazione del comportamento termomeccanico di una paletta di primo stadio rotorico di una turbina a gas di grande potenza durante un tipico ciclo di funzionamento a carico di base, in presenza di un rivestimento ceramico superficiale. I risultati vengono confrontati con i dati relativi ad una pala convenzionale, ovvero senza barriera termica, soggetta alle medesime condizioni di esercizio al fine di evidenziare i vantaggi offerti dalle nuove soluzioni tecnologiche. Preliminarmente sono state definite le caratteristiche meccaniche del componente e le condizioni di esercizio tipiche. Quindi sono stati applicati strumenti e procedure idonee all’esecuzione del calcolo dei campi di temperatura e di sollecitazione. La metodologia adottata è stata sviluppata in CESI nel corso di una precedente attività di ricerca [1]: essa si basa sull’utilizzo in cascata di codici ad elementi finiti di tipo commerciale. In particolare con un programma di analisi fluidodinamica si calcolano le principali variabili termodinamiche dei gas combusti che investono il componente in condizioni stazionarie. Tale simulazione è effettuata in campo bidimensionale limitatamente a 3 sezioni rappresentative dell’intero campo fluidodinamico attorno alla pala. La distribuzione di temperatura nel componente durante tutto il ciclo operativo è determinata con un codice ad elementi finiti per analisi strutturali, utilizzando come condizioni al contorno i risultati della precedente analisi opportunamente estrapolati e tenendo conto della presenza dei canali interni di raffreddamento per i quali è stato sviluppato un algoritmo ed una procedura iterativa opportuni. Infine, con il medesimo codice, si calcola il campo di sollecitazione di origine termica e centrifuga che si instaura nella paletta durante il ciclo operativo; il fenomeno di ridistribuzione degli sforzi per effetto dello scorrimento a caldo è incluso nella simulazione.

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