Le pale dei primi stadi di turbina sono componenti tecnologicamente avanzati e di costo elevato. Il loro degrado è una delle principali cause di indisponibilità e di aumento delle spese di esercizio e manutenzione delle moderne turbine a gas impiegate per la produzione di energia elettrica. Responsabili del degrado sono fenomeni quali la corrosione e l’ossidazione a caldo, per contrastare i quali si applicano sulle pale rivestimenti sacrificali che, una volta esaurita la loro funzione protettiva, necessitano di essere rimossi e nuovamente applicati nell’ambito di un’operazione di ricondizionamento delle pale. Stabilire i giusti tempi di ricondizionamento, sulla base di dati che caratterizzino quantitativamente lo stato del rivestimento esercito, consente di ridurre il rischio di estensione del danno alla struttura delle pale, evento con impatto fortemente negativo sui costi di esercizio e manutenzione e potenzialmente ancora maggiore sulle perdite per mancata produzione. La gestione ottimizzata del ciclo di vita delle pale potrà risultare ancor più delicata per le turbine a gas ultra efficienti e pulite di nuova generazione, a seguito dell’inevitabile incertezza sull’affidabilità in esercizio dei rivestimenti innovativi sviluppati per resistere alle aumentate temperature di esercizio di tali macchine. Per la caratterizzazione non distruttiva dei rivestimenti, CESI ha sviluppato negli anni scorsi una metodologia innovativa basata su sistemi elettromagnetici a scansione di frequenza ed applicabile ai rivestimenti metallici di tipo Pt/Al e MCrAlY attualmente utilizzati. Nell’ambito di una attività di Ricerca di Sistema sulle Tecnologie Innovative di Generazione (GENIN), questa metodologia è stata oggetto di analisi rivolta all’individuazione dei fattori critici del processo di misura, con l’obiettivo di renderla idonea per i nuovi rivestimenti di interesse per le turbine a gas ultraefficienti e pulite. Il presente rapporto riporta l’analisi delle prestazioni del sistema di misura e lo sviluppo di soluzioni migliorative, la cui implementazione sarà condotta nel secondo semestre 2000 e sarà oggetto di un ulteriore rapporto. Si è potuto verificare come le prestazioni strumentali, in termini di capacità di valutazione quantitativa dello spessore e dell’impoverimento di fase β di rivestimenti nuovi ed eserciti, dipendano sia da fattori inerenti all’hardware del sistema di misura, sia da fattori relativi al modello di analisi dei dati primari di misura.

Relativamente alle problematiche hardware, sono state progettate soluzioni per attenuare i problemi di sensibilità alle derive termiche e alle vibrazioni tra la sonda di misura e il campione in esame. Si ritiene che ciò potrà facilitare l’impiego del sistema in campo, riducendo quei vincoli sulla manipolazione della sonda di misura che attualmente ne consentono l’utilizzo solo su pale smontate dal rotore. Per quanto riguarda gli algoritmi di analisi, due sono le linee di sviluppo intraprese. La prima è indirizzata allo sviluppo di modelli di analisi ad onda piana nei quali il materiale in esame è descritto da un maggior numero di strati, rispetto ai tre disponibili con gli algoritmi attuali. Sarebbe possibile in tal modo estendere l’analisi a quei rivestimenti innovativi che presentano una graduazione degli elementi protettivi nello spessore, quali ad esempio i rivestimenti MCrAlY con alluminizzazione esterna denominati GT29+ e GT33+. A tale scopo è stato sviluppato e collaudato un modello a 4 strati che ha fornito buoni risultati e che si prevede di integrare nel software del sistema FSECT (Frequency Scanning Eddy Current Technique). La seconda opzione riguarda lo sviluppo di un modello assialsimmetrico, aderente alla reale geometria del sensore, che possa migliorare la capacità di misura nei casi in cui la coppia rivestimento/substrato sviluppi in esercizio sensibili proprietà magnetiche, come accade quando il substrato sia interessato da ossidazione. Per la maggiore complessità di questo modello, la valutazione di integrabilità nel software del sistema è tuttora in corso. Tale attività sarà presentata unitariamente in un successivo rapporto. Nell’ambito dell’attività relativa al controllo dei rivestimenti, CESI partecipa anche ad un round robin test promosso da EPRI (USA) per la selezione della migliore strumentazione disponibile per la caratterizzazione non distruttiva di rivestimenti per alta temperatura, con particolare riferimento ai rivestimenti innovativi GT29+ e GT33+. Le misure, cui ha assistito un rappresentante di EPRI, sono state svolte su una serie di campioni di prova in IN783 rivestiti con PWA 286, sottoposti ad un numero crescente di cicli termici alle temperature di 1010 °C e 1065 °C. I risultati del test, cui partecipano anche tre organizzazioni statunitensi (Structural Integrity, Southwest Research Institute, Victor Technologies), sono attesi entro ottobre p.v..