Analisi del danneggiamento e calcolo del danno di un settore di stadio statorico di TG di grande potenza per la produzione di energia elettrica

Indice

i

INDICE

CAPITOLO 1: Progetto della tesi

1.1. Obiettivi della tesi pag. 1

1.2. L’impianto di generazione pag. 6

- Il processo integrato IGCC pag.6

- La turbina a gas ABB TG 13 E2 pag.10

1.3. Identificazione del materiale pag.16

1.4. Esame metallografico pag.17

1.5. Meccanismi di corrosione chimica nelle superleghe base Co-Cr-Ni pag.21

1.6. Considerazioni finali circa le origini delle fratture pag.23

1.7. Ciclo di carico pag.24

CAPITOLO 2: Generazione dei modelli FEM

2.1 Modello di sviluppo della procedura di calcolo pag.31

2.2 Generazione del modello geometrico della palettatura pag.35

2.2.1 La derivazione del modello PRO-E pag.35

2.3 Generazione della

mesh

2.4 Modelli FEM per analisi Termo-fluidodinamiche 3D pag.46

2.5 unità di misura pag.49

2.6 Materiale della schiera pag.49

CAPITOLO 3: Condizioni di carico del turbogas

3.1 Cicli di carico in termini di condizioni ingresso–uscita per stadio pag.55

3.2 Suddivisione in

Load Step

CAPITOLO 4: Analisi termo-fluidodinamica 3D

4.1 Ipotesi per le analisi termo-fluidodinamiche pag.71

Indice

ii

4.3 Interpolazione nel tempo pag.84

CAPITOLO 5: Condizioni al contorno per il calcolo strutturale

5.1 Introduzione pag.87

5.2 Analisi termica transitoria pag.88

5.2.1 Procedura per la lettura dei dati Fluent pag.88

CAPITOLO 6: Analisi strutturali

6.1 Risultati stadio pag.111

6.2 Conclusioni pag.117

CAPITOLO 7: Previsione di vita per affaticamento termo-meccanico: panoramica dello “stato dell’arte”

7.1 Introduzione pag.121

7.1.1 Comportamento σ-ε a temperatura costante pag.121

7.1.1.a Curva monotona pag.122

7.1.1.b Curva ciclica - Ciclo di isteresi pag.127

7.1.2 Curva ε-NR pag.131

7.1.3 Comportamento a creep pag.135

7.1.3.a Danno indotto dalla deformazione pag.140

7.1.3.b Danno indotto dalla temperatura pag.143

7.1.3.c Danno indotto dall’ambiente pag.144

7.2 Passaggio dal ciclo TMF reale ad uno semplificato pag.150

7.3 Modelli di previsione pag.156

7.4 Fatica termomeccanica pag.159

7.5 Modello “Damage Summation“ (DS) pag.162

7.6 Modello “Frequency Separation” (FS) pag.167

7.7 Modello “Ductility Exhaustion ” (DE) pag.170

7.8 Modello “Strain-Range Partitioning” (SRP) pag.173

7.9 Modello “Total Strain Version of Strain-Range

Indice

iii

7.10 Modello “Strain Energy Partitioning” (SEP) pag.185

7.11 “Continuos Damage Model” (CDM) pag.186

7.12 Valutazione dei modelli pag.189

CAPITOLO 8: Calcolo del danneggiamento

8.1 Calcolo del danno pag.195