Problemi costruttivi e trend delle macchine elettriche E. Tortello

1. Problemi costruttivie trend delle macchine elettriche E. Tortello

2. Qualità 1 – Generalità Qualità 2 – Controlli Qualità 3 – Prove Indice 1

3. Problemi di qualità dei turboalternatori comuni a tutte le grandi macchine rotanti Qualità concetto giapponese postbellico Controllo processi vs. prodotti Certificazioni (ISO9001 per i prodotti e 14001 per l’ambiente) Altre certificazioni specifiche Ansaldo (recipienti in pressione –ASME- taratura strumenti –EN45000) Direttiva Macchine (sicurezza, disturbi, manuali, ecc.) Qualità 1 - Generalità

4. Sistema Qualità articolato su diversi livelli (Direzione, livelli operativi) Controlli in fabbrica, presso fornitori (importanza fornitori qualificati), in centrale Controlli su materiali (es. composizione chimica), su componenti finiti (conformità alle specifiche d’acquisto), lavorazioni ( es. controlli dimensionali), componenti (es. ultrasuoni e radiografie su fucinati), macchine complete ( es. prove finali di tipo funzionale) PIP (Piano Interno Prove) e PCQ (Piano Controllo Qualità) Qualità 2 - Controlli

5. Prove di tipo ( bontà del progetto) e prove di accettazione (bontà del singolo oggetto) Prove di tipo (es. sovratemperature parti attive, flussi dispersi nelle parti terminali dei pacchi, sforzi elettrodinamici testate, ecc.) Qualifica sistemi di isolamento ( prove di invecchiamento accelerato su barre isolate in scala reale) Prove di accettazione (es. prove in tensione, sovravelocità rotore) Prova sovravelocità ( 2 celle di sovravelocità, 1.2 velocità nom. per 2 min.) Qualità 3 - Prove

6. Problemi costruttivi 1 – Turbo aria vs. idrogeno Problemi costruttivi 2- Punti chiave Problemi costruttivi 3- Punti intervento Problemi costruttivi 4- Isolamenti Problemi costruttivi 5- Raffreddamento Problemi costruttivi 6- Eccitazione Problemi costruttivi 7- Potenze limite Problemi costruttivi 8- Chiavi di miglioramento Problemi costruttivi 9- Trend Indice 2

7. Potenze unitarie dei turbo notevolmente aumentate negli anni (turbo in aria oltre 350 MVA, turbo in idrogeno oltre 500 MVA) Potenze in aria spinte dalle potenze unitarie crescenti delle turbine a gas (oggi prossime ai 300 MW) Turbo in aria : impianto più semplice per mancanza importanti ausiliari, gestione più semplice per motivi di sicurezza, rendimenti a carichi ridotti peggiori per incidenza perdite a vuoto Turbo in idrogeno : complicazione impianti ausiliari, gestione più complicata per motivi di sicurezza, rendimenti migliori a carichi ridotti Problemi costruttivi 1 – Turbo aria vs. idrogeno

8. Ventilazione e raffreddamento (es. distribuzione opportuna dei fluidi refrigeranti, riduzione della temperatura dei punti “caldi”, ecc.) Problemi e sforzi meccanici (es. sforzi elettrodinamici in cava, sforzi elettrodinamici in testata, rotordinamica, ecc.) Abbattimento dei campi magnetici dispersi (es. estremità pacco statore) Sistemi di isolamento e tecnologie di processo Problemi costruttivi 2 – Punti-chiave

9. Potenza di calcolo incredibilmente aumentata rispetto al passato e codici di calcolo sempre più sofisticati (es. E.F. e in 3D) Ottimizzazione flussi d’aria e idrogeno “Reverse flow” (ventilatori a monte dei refrigeranti) Problemi costruttivi 3 – Punti intervento

10. Sistema di isolamento statore tipo VPI ( Vacuum Pressure Impregnation) (uso nastri “secchi”, apporto resina in pressione dall’esterno, VPI integrale, VPI di barra) Sistema di isolamento statore tipo “resin rich” (nastri preimpregnati – mica su nastro di supporto, in filato di vetro impregnati con resina epossidica -, cottura barre singole in autoclave mediante asfalto bituminoso in temperatura in pressione, angolari e nastri di sacrifico) Nastri HTC (ad alta conducibilità termica) Materiali in classe B (130°C) vs. classe F (155°C) Uso vernici nanometriche Problemi costruttivi 4 - Isolamenti

11. Fluido raffreddamento (aria, idrogeno, idrogeno/acqua) Raffreddamento “indiretto” vs. “diretto” “Radial flow”, “axial flow”, “diagonal flow” (fluido di raffreddamento che fluisce dal rotore allo statore) Problemi costruttivi 5 – Raffreddamento

12. Sistema di eccitazione statico, con opportune ridondanze (standard per Ansaldo) Sistema di eccitazione rotante ovvero brushless (in voga negli anni ’80 per i turbo destinati ai paesi arabi, oggi utilizzato talvolta per gli idro) Problemi costruttivi 6 – Eccitazione

13. Turbo raffreddati in aria tendono ai 500 MVA Turbo raffreddati in idrogeno (isolamento convenzionale e raffreddamento dell’avvolgimento statore indiretto) 600 MVA Turbo raffreddati in idrogeno (isolamento nastro alta conducibilità termica e raffreddamento dell’avvolgimento indiretto) 700 MVA Turbo raffreddati in idrogeno (isolamento nastro alta conducibilità termica e raffreddamento dell’avvolgimento diretto) 800 MVA Turbo 2 poli per il nucleare 1.5 GVA (1.3 GW) Turbo 4 poli per il nucleare 2.2 GVA (2.0 GW) Problemi costruttivi 7 – Potenze limite

14. Tensioni più elevate Sistemi di isolamento migliorati Ottimizzazione e sviluppo soluzioni innovative raffreddamento Dominio sollecitazioni puntuali termiche / elettromagnetiche / meccaniche Dominio rotordinamica Programmi di calcolo tarati (con prove su macchine) sempre più efficienti Problemi costruttivi 8 – Chiavi di miglioramento

15. SC nelle medie-grandi potenze non a breve termine (al momento solo motori di potenza modesta – qualche MW) Nel lungo turbo a SC per siti a spazio limitato dove viene sostituito il motore primo con uno di potenza più elevata (dimensioni SC circa 1/3 convenzionali), anche “wind” (progetto USA 10 MW) Powerformer ™ (no trafo, cavo ad alta tensione direttamente nelle cave dell’alternatore) Turboalternatore a MP (oggi motore 12 MW 8000 giri/min domani turbo da 80 MW a 3600 giri/min) Elettronica (regolazione e potenza) vs. wind, idro, HVDC, avviatori, ecc. Incidenza sulle macchine di monitoraggio, diagnostica (anche sistemi esperti) Nanotecnologie (non solo vernici) Problemi costruttivi 9 - Trend