57 / 84
INDUSTRIA DELL’ENERGIA
DOSSIER
progettare 387
•
MARZO
2015
57
componente in sede di calcolo a
fatica, per il quale dalla storia
complessiva di sforzi e deforma-
zioni (grandezze tensoriali) ven-
gono elaborati degli equivalenti
scalari di sforzo, deformazione
e componente media di solleci-
tazione del ciclo di carico, gran-
dezze tramite le quali sarà svolto
il calcolo a fatica vero e proprio.
L‘applicazione del metodo rain-
flow consente infine di ridurre
la complessa storia di carico di
ciascun punto in esame a uno
spettro di carico più maneggevole
che viene utilizzato per il calcolo
a fatica.
Le curve ammissibili (deformazio-
ne alternata in funzione dei cicli di
carico) tengono conto dell’effetto
della temperatura e della solleci-
tazione media, introdotto tramite
i modelli applicabili (in questo
caso è stato usato il modello di
Morrow).
Il consumo di vita di ciascuna
posizione analizzata è stato infine
calcolato tramite la legge di Miner
dell’accumulo lineare del danno,
definendo così i punti più critici
del rotore. Il grafico esprime i
cicli ammissibili per ogni tipo di
avviamento.
Anche se lo stato di deformazione
e sforzi risulta sempre essere
molto vario poiché l’effetto del
gradiente termico e del carico
meccanico non sono legati tra
loro, è possibile constatare che
generalmente i punti identificati
(relativi ai primi stadi di paletta-
tura) sono tendenzialmente sem-
Risultati del calcolo a fatica.
pre i più critici. L’istogramma
riporta infine il consumo di vita
per tre modalità di avviamento
diversi nel punto più critico del
rotore (che è di fatto limitante per
tutta la macchina). In generale i
risultati confermano che, singo-
larmente, l’avviamento da freddo
del rotore consuma molta più vita
di un avviamento da caldo.
Cosa dire
Le simulazioni termomeccaniche
transitorie effettuate con MSC
Marc QUI FIG 8 hanno permesso
di definire il ciclo di sollecitazione
e deformazione a cui il rotore in
esame è soggetto durante i tran-
sitori di avviamento.
Gli sforzi e deformazioni (elasti-
che e plastiche) calcolati con la
simulazione sono stati rielaborati
e utilizzati secondo un approccio
tipo Coffin-Manson-Basquin per
definire il danneggiamento da fa-
tica oligociclica dovuto a ciascun
transitorio. I risultati della verifica
a fatica oligociclica hanno quindi
permesso di identificare i punti
più critici del rotore, ottimizzare
le manovre di avviamento e de-
finire gli intervalli di ispezione di
integrità della turbina.
Il lavoro ha permesso di otti-
mizzare le curve di salita che
caratterizzano i transitori di avvio
della turbina a vapore in esame.
In particolare si sono ottimizzati
i gradienti di temperatura e i
periodi di sosta e si sono inve-
stigate a fondo le influenze della
temperatura iniziale del rotore su
stress e deformazioni effettuando
diverse analisi di sensibilità volte
alla determinazione delle curve di
carico ottimali da utilizzare caso
per caso.
L. Casiraghi, RTM Breda.