VALUTAZIONE DELLE PROPRIETA’ MECCANICHE NEI MATERIALI IN ESERCIZIO CON PROVE DI LABORATORIO: LA FATICA TERMOMECCANICA

Abstract

Le turbine a gas lavorano in condizioni operative estreme di temperatura e pressione per ottenere le massime prestazioni dell’impianto energetico. Tali requisiti possono risultare al limite delle condizioni di progettazione delle pale, dei cuscinetti e dei numerosi componenti presenti nella camera di combustione. Di conseguenza la loro vita in esercizio può risultare limitata, come verosimilmente risulta dalla frequenza delle fratture che tali componenti presentano rispetto alla minore incidenza verificabile in altre parti dell’impianto. I difetti, che insorgono in corrispondenza dello stadio delle pale della turbina esposto alla maggiore temperatura e pressione di lavoro, risultano attribuibili ai fenomeni di creep, di ossidazione e di danneggiamento per fatica. Inoltre non è ancora del tutto chiaro se queste azioni di danneggiamento agiscono in modo simultaneo o se alcune di esse risultano predominanti (come, quando e perché) rispetto ad altre che divengono meno influenti nel corso del danneggiamento per fatica termomeccanica (TMF). I materiali svolgono il ruolo fondamentale per l’incremento della vita in esercizio degli impianti. A tale proposito la via dell’innovazione è stata intrapresa con lo sviluppo di superleghe a base nickel ottenute per solidificazione direzionale (DS) o monocristalline (SX) e con l’impiego di rivestimenti ceramici che fanno da scudo termico al materiale sottoposto alle temperature preservando le superfici esposte dei componenti dall’ossidazione a caldo. Essi consentono di aumentare la temperatura di funzionamento degli impianti e, conseguentemente, di aumentarne il rendimento. Il vantaggio ottenuto dallo sviluppo dei nuovi materiali e dei rivestimenti va attentamente valutato mediante la messa a punto di nuove tecniche diagnostiche simulanti le condizioni di lavoro dei componenti e, in tale ambito, la fatica termomeccanica (TMF) ha dimostrato di essere un ottimo strumento diagnostico complementare di quello della fatica LCF, sinora più diffuso. Nella memoria sono descritte le procedure per l’esecuzione di prove TMF ed alcuni esempi di confronto tra TMF ed LCF per alcuni materiali innovativi impiegati in componenti turbogas.