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INDUSTRIA DELL’ENERGIA
DOSSIER
progettare 387
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MARZO
2015
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sollecitazioni conseguenti. Se è
invece prossima alla temperatura
nominale, l’effetto dei gradienti
sarà più contenuto e potrà essere
avviata più rapidamente.
Il modello per la simulazione
Il modello ad elementi finiti è stato
realizzato in ambiente MSC Marc.
Le condizioni a contorno del mo-
dello comprendono la combinazio-
ne di carichi meccanici (carico iner-
ziale equivalente delle palette, non
incluse direttamente nel modello,
e il carico inerziale proprio del
rotore) e carichi termici derivanti
da dallo scambio termico convet-
tivo con il vapore-rotore e da uno
scambio conduttivo paletta-rotore.
A questo proposito, si è tenuto con-
to della variabilità dei coefficien-
ti di convezione a seconda della
superficie con cui il vapore entra
in contatto, differenziando il coef-
ficiente di scambio tra zone in cui
sono presenti le tenute del vapore
e i compensatori e zone libere. Per
tenere conto della risposta molto
veloce della paletta alle variazioni
di temperatura del vapore, e dello
scambio per conduzione tra paletta
e rotore, nelle porzioni di rotore in
cui si ha il contatto paletta-rotore
è stato applicato un coefficiente
di scambio termico superiore di
un ordine di grandezza rispetto a
quello convettivo delle superfici
adiacenti. I coefficienti di conve-
zione sono stati calcolati utilizzan-
do formulazioni analitiche reperite
nella letteratura tecnica dedicata
alle turbine a vapore. Il coefficien-
te di scambio è stato calcolato in
ogni stadio del rotore, in funzione
della coordinata longitudinale e
del tempo. Avendo a disposi-
zione un rotore dismesso
dal servizio, di identica
geometria, composizione
chimica e condizioni di
esercizio comparabili, è
stata eseguita una caratte-
rizzazione meccanica del materiale
con una serie di prove di trazione e
fatica oligociclica su alcuni provini
a diverse temperature (ambiente
e a caldo), in modo da definire il
comportamento elastoplastico del
materiale anche in condizioni di
fatica. I dati ottenuti dai test tra-
dizionali sono stati integrati con i
risultati ottenuti dallo ‘small punch
test’, una particolare prova mini
invasiva e semi distruttiva elabo-
Modello MSC Marc del rotore.
Determinazione delle caratteristiche del materiale tramite ‘small punch test’.