PROGETTO DI RIQUALIFICAZIONE IMPIANTO IDROELETTRICO SALBERTRAND - CHIOMONTE

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1 PROGETTO DI RIQUALIFICAZIONE IMPIANTO IDROELETTRICO SALBERTRAND - CHIOMONTE a cura di: Titolo: RELAZIONE TECNICA E DI DIMENSIONAMENTO DELLE MACCHINE IDRAULICHE Revisioni: N Descrizione Data 0 EMISSIONE PER VERIFICA ASSOGGETTABILITÀ V.I.A. APRILE 2012 Numero Elaborato: Tipologia Commessa Documento Numero Scala PD AT A Diritti riservati ex art c.c. - Riproduzione e consegna a terzi solo su specifica autorizzazione di IREN ENERGIA s.p.a.

2 Disegno di assieme Assembly drawing Progetto Anno Project Year Salbertrand-Chiomonte 2007 Numero d ordine Client Order No. Numero di commessa Internal Order No. Impianto di Salbertrand-Chiomonte DIMENSIONAMENTO GRUPPO IDROELETTRICO Rev. Data Date Descrizione Description Redatto Drawn Controllato Checked Prima emissione / First emission P. Riva A. Bramati Seconda emissione / Second emission P. Riva A. Bramati Tutti i diritti riservati. Vietato riprodurre o diffondere senza permesso. All rights reserved. Do not copy or spread without permission. N. 4B TH2652 TECHYDRO S.r.l. I VIMERCATE I T A L Y NOTA TECNICA Pagina / Pagine Page / Pages 1 / 9

3 IMPIANTO DI SALBERTRAND-CHIOMONTE DIMENSIONAMENTO DELLA TURBINA IDRAULICA PREMESSA L avvenuta analisi del documento Techydro n. 4B TH2413 Dimensionamento preliminare della turbina di Salbertrand-Chiomonte, insieme alle considerazioni sui benefici derivanti da una più agevole e consueta manutenzione, ha indirizzato la scelta verso la soluzione con la turbina Pelton a 2 getti ad asse orizzontale. I dati di riferimento rimangono, come nel documento innanzi citato, gli elaborati della Società di Ingegneria R&C Engineering S.r.l. di Torino per la riqualificazione degli impianti di Salbertrand-Chiomonte e di Chiomonte-Susa, in Val di Susa. Sulla base di tali informazioni si ridefiniscono nel seguito i dati tecnici della nuova unità. IMPIANTO DI SALBERTRAND-CHIOMONTE 2/9

4 ASPETTI TECNICI Tipologia di Macchina: N. 1 turbina Pelton ad asse orizzontale. La portata più conveniente, ai fini della massima producibilità, per l impianto di Salbertrand-Chiomonte risulta essere pari a 3.2 m 3 /s. Gli elaborati sopra menzionati definiscono anche le condizioni di funzionamento per il nuovo impianto, nell ipotesi che l asse della macchina si trovi alla quota m s.l.m.: - Salto lordo massimo: m - Salto lordo minimo: m - Salto netto massimo: m - Salto netto minimo: m La turbina Pelton è quindi caratterizzata dai seguenti dati di progetto: Salto netto (H) = m Portata (Q) = 3.2 m 3 /s Potenza (P) = 8735 kw, calcolata con rendimento η = 0.9 Le due grandezze tipiche della macchina idraulica sono legate tra loro, unitamente alla velocità di rotazione n (espressa in giri/minuto), dalla relazione che introduce il parametro n q, altrimenti detto velocità caratteristica, o specifica, della turbina. La relazione che esprime n q è la seguente: n q n Q = ; (1) 4 3 H Nel caso della turbina Pelton a più getti (z = numero di getti) la relazione (1) è: n q1 Q n z getto = ; (2) 4 3 H La pratica costruttiva indica come ottimale per le turbine Pelton un valore del parametro n q compreso, indicativamente, tra i valori 6 e 7. IMPIANTO DI SALBERTRAND-CHIOMONTE 3/9

5 Soluzione con Turbina Pelton a 2 getti ad asse orizzontale Hydro technology engineering and construction Nell ipotesi di una macchina orizzontale a due getti operante nelle condizioni di funzionamento indicate, si ha: Numero di getti (z) = 2 Velocità di rotazione (n) = 428 r.p.m. da cui n q 1getto = 7.34 Sulla base del valore di n q le dimensioni caratteristiche diventano: diametro del getto (d 0 ) = m larghezza della pala (B) = 0.53 m diametro di tangenza del getto sulla girante (D 1 ) = m B/D 1 = Il rapporto B/D 1 è di fondamentale importanza nella definizione delle prestazioni della macchina. Infatti valori elevati del rapporto, cioè pale molto larghe in relazione al diametro, comportano difficoltà di scarico dell acqua dalla girante e conseguente riduzione di rendimento. A titolo indicativo si riporta a lato una curva statistica che illustra la variazione di rendimento in funzione del rapporto B/D 1. Si può notare che per valori di B/D 1 intorno a 0.4 si ha uno scadimento del rendimento del 3% rispetto al valore di ottimo del rapporto (circa 0.27). 90 eta (%) 3% B/D1 È opportuno quindi ridurre il rapporto B/D 1 della macchina allo studio e ciò si ottiene riducendo il numero di giri della turbina. Infatti, fermi restando gli altri valori d 0 e B, riducendo a 375 r.p.m. la velocità di rotazione si ottiene: D 1 = 1.86 m B/D 1 = 0.28 n q 1getto = 6.4 Gli ultimi due valori ottenuti sono molto più vicini dei precedenti ai valori indicati come ottimo. IMPIANTO DI SALBERTRAND-CHIOMONTE 4/9

6 Sulla base dei valori ottenuti, e tenendoli validi, si ottiene una curva dei rendimenti stimati riportata nella figura che segue: 94 eta (%) n11 = rpm-1g 428rpm-2g 375rpm-1g 375rpm-2g Q (m3/s) 4 Infatti confrontando le prestazioni delle macchine a 375 e a 428 giri/minuto, ferme restando le altre condizioni di impianto, si nota un netto miglioramento di prestazione della soluzione a 375 giri/minuto rispetto alla concorrente. IMPIANTO DI SALBERTRAND-CHIOMONTE 5/9

7 Confronto tra le Soluzioni Il confronto prestazionale tra diverse soluzioni: 4 getti verticale a 500 giri/minuto (studiata e illustrata nel già citato documento Techydro n. 4B TH2413) e 2 getti orizzontale a 375 e a 428 giri/minuto, può essere meglio visualizzato dal diagramma a curve sovrapposte illustrato nel seguito: 94 eta (%) TPV_1g TPV_4g 375rpm-1g 375rpm-2g 428rpm-1g 428rpm-2g Q (m3/s) 4 La possibilità di poter funzionare con un numero ridotto di getti in caso di portate ridotte consente di operare con rendimenti ancora elevati. Tale fatto è ben evidenziato nel diagramma qui sopra, in cui le curve con un solo getto presentano valori di rendimento confrontabili con quelli delle curve di funzionamento con tutti i getti aperti. Da questo confronto risulta evidente che la macchina a 4 getti ha migliori prestazioni, rispetto alle 2 getti, per tutta la gamma di portate; in maniera più marcata rispetto alla versione a 428 giri/minuto, molto meno invece rispetto alla versione a 375 giri/minuto. Risulta altresì evidente che la macchina orizzontale a 375 giri/minuto comporta una ruota avente diametro di tangenza D 1 =1860 mm, ben superiore al corrispondente relativo alla ruota della turbina verticale a 4 getti, di valore pari a 1400 mm. NOTA: È possibile che i costruttori di macchine idrauliche possano offrire soluzioni idrauiche più performanti rispetto a quelle base qui presentate; nel qual caso le curve di rendimento potrebbero differenziarsi da quelle riportate in questo documento, ulteriormente avvicinandosi tra loro, allontanandosi o traslando insieme. IMPIANTO DI SALBERTRAND-CHIOMONTE 6/9

8 ASPETTI ECONOMICI La stima dei costi è stata condotta considerando il seguente elenco di componenti ed attività. N. 1 Turbina Pelton da 3.2 m 3 /s, n=375 r.p.m. Compreso: Turbina ad asse orizzontale da 8,7 MW Alternatore da 9,5 MVA (sistema di eccitazione compreso) Valvola rotativa di guardia turbina DN 700 Centralina oleodinamica Regolatore di velocità Sistema di raffreddamento e lubrificazione Installazione e messa in servizio Escluso: Opere civili Modifiche alle tubazioni di adduzione (collettore condotta forzata) Totale costi: (fonte ANDRITZ VA TECH Hydro Italia ABB - E.Marelli) IMPIANTO DI SALBERTRAND-CHIOMONTE 7/9

9 CONCLUSIONI Si può concludere che la soluzione scelta della macchina a 2 getti ad asse orizzontale da 375 giri/minuto rappresenta un buon compromesso fra le prestazioni e la semplicità costruttiva consentendo, come già visto nella precedente relazione n. 4B TH2413, un impatto minimo sulle dimensioni della centrale. La manutenzione del gruppo, inoltre, risulta indubbiamente favorita da questa architettura. IMPIANTO DI SALBERTRAND-CHIOMONTE 8/9

10 ALLEGATI Assieme Centrale 1P TH2562 (N. 1 tavola) IMPIANTO DI SALBERTRAND-CHIOMONTE 9/9

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