L’articolo descrive le ipotesi, il modello numerico, le procedure di simulazione ed i risultati ottenuti dall’analisi delle “testate” (parti terminali dell’avvolgimento statore a 21 kV) di un turboalternatore di tipo THR-L da 500 MVA e 21 kV, per centrali a ciclo combinato, con disposizione single-shaft ovvero con l’alternatore inserito tra la turbina a vapore e turbina a gas. In questo caso è vieppiù importante l’affidabilità della macchina, in quanto un disservizio grave richiedente lo smontaggio della stessa, molto difficoltoso, con tempi molto lunghi di fermo impianto e con una pesante mancata produzione di energia. Un punto critico della macchina sono proprio le “testate” di statore in quanto componenti maggiormente esposte a sollecitazioni strutturali di origine elettromagnetica. Le forze elettromagnetiche (di Lorentz) che agiscono sulle testate, in condizioni di esercizio, pongono problemi di fatica; ma le sollecitazioni maggiori che la struttura deve sopportare derivano da corto circuiti accidentali, laddove le forze istantaneamente possono diventare 100 volte superiori a quelle di esercizio. La natura multidisciplinare del problema e la sua complessità ha richiesto l’uso di uno strumento accurato: il codice agli elementi finiti ANSYS (versione 9.1). Oggetto delle analisi è stato determinare le forze magnetiche agenti sulle barre di rame di testata nelle condizioni di carico nominale e di corto circuito, nonché calcolarne i conseguenti campi di tensione e deformazione in regime statico e di transitorio temporale secondo lo schema multidisciplinare di seguito specificato:
1. È stato generato un modello FEM completamente connesso a partire dal modello CAD utilizzato nel progetto, di una delle due testate e di un tratto di ferro di lunghezza opportuna (100 mm).
2. Sono state esaminate 4 condizioni di carico elettrico in corrente:
A) Condizione di corto circuito trifase equilibrato
B) Condizione di corto circuito bifase
C) Condizione di corto circuito monofase
D) Condizione nominale di carico trifase equilibrato
Sono state eseguite analisi magnetostatiche per determinare i valori massimi delle forze sulle barre per ciascuno dei casi esaminati.
3. Le forze estratte su ciascuna barra sono state successivamente utilizzate come input per successive analisi strutturali.
I risultati ottenuti hanno permesso di verificare gli strumenti di calcolo utilizzati nel progetto della macchina, la sua tenuta al cortocircuito ed il dimensionamento delle strutture di sostegno delle parti terminali. |
22-23 October 2012 Pacengo del Garda 
