REGOLAZIONE DELLA PORTATA DI VAPORE IN TURBINA

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1 REGOLAZIONE DELLA PORTATA DI VAPORE IN TURBINA La regolazione dell'impianto è di regola asservita a quella della macchina: ogni componente l'impianto viene adeguata alla portata di vapore richiesta dall'espansore. La regolazione della turbina può essere effettuata per laminazione del vapore o per parzializzazione, oppure ancora in forma mista. La laminazione consiste nello strozzare il flusso del vapor vivo entrante nella macchina ai carichi parziali, secondo p un processo isoentalpico che ne riduce la 1 p i 2 portata e ne abbassa la pressione da p 1 a p 2 p (vedi figura), sicché la potenza della 3 macchina P = ( H) s Mη i viene adeguata al minor carico, oltre che x = 1 per la diminuzione della portata M, anche per il conseguente minor valore del rendimento interno η i dell'espansore 1 e per la riduzione della caduta entalpica ( H) s da p 2 a p 3, rispetto a quella che ci sarebbe s stata senza laminazione da p 1 a p 3 ; la caduta entalpica residua viene smaltita nel condensatore. Tale tipo di regolazione è pertanto penalizzante sul piano energetico, ma presenta il pregio di escursioni limitate di temperatura a valle della prima corona di ugelli della turbina (nel gergo, in camera ruota) con il vantaggio di non sottoporre le palettature più calde ad una ginnastica termica che potrebbe in certi casi risultare insostenibile. La parzializzazione consiste invece nell'alimentare soltanto parzialmente l'arco di ingresso (360 ) alla prima corona di ugelli della turbina e, di regola, la metà dell'arco (180 ) è alimentata tramite una valvola e l'altra metà è divisa in quattro archi uguali (45 ) alimentati tramite altrettante valvole; di modo che con cinque valvole di parzializzazione si ottiene una regolazione per ottavi della portata totale di vapore. In sede di parzializzazione pura, le valvole devono essere tutte aperte o chiuse, sicché la regolazione è discontinua e denominata per punti valvola. Volendola rendere continua (o a verniero 2 ) è necessario modulare l'alzata dell'ultima valvola in regolazione, ponendola in funzione di laminazione. Negli impianti nucleari, dove il vapore è a più bassa temperatura, saturo o solo leggermente surriscaldato (ovvero non si possono perseguire rendimenti altissimi), le valvole di controllo (control o governor valves, CV) sono solo 4, ciascuna controllante un quarto di arco, che possono funzionare anche in laminazione. La regolazione per parzializzazione ha il pregio di mantenere inalterata la caduta entalpica isoentropica ( H) s tra monte e valle dell'espansore e di variare la portata fluida in rapporto all'arco di parzializzazione mentre il rendimento interno η i della turbina si riduce, al diminuire del carico, per il fatto che il primo stadio della macchina risulta sovraccaricato dovendo smaltire 1 2 La caduta del rendimento interno della turbina deriva principalmente dal fatto che, in sede di regolazione, non sono rispettati i rapporti u/c all'ingresso dei rotori degli stadi della macchina. Negli impianti elettrogeni, ad es., la velocità periferica u delle palettature rotoriche è costante, perché legata alla frequenza di rete, mentre la velocità assoluta c del vapore dipende dalle cadute entalpiche di stadio, variabili con il carico. Verniero è un dispositivo di regolazione usato in parallelo ad un altro simile, per consentire una più precisa regolazione della grandezza di interesse.

2 2 una caduta entalpica notevolmente superiore a quella di progetto ai carichi ridotti. Tale riduzione del rendimento interno, dovuto soprattutto al non ortodosso funzionamento del primo stadio della turbina è negli impianti terrestri in genere accettabile perché la gamma di regolazione è limitata e le perdite termodinamiche del primo stadio sono in parte recuperate nei successivi. Negli impianti motori terrestri a vapore ci si avvale di regola di sistemi combinati della regolazione per laminazione e di quella per parzializzazione e non solo secondo lo schema dianzi citato di laminazione tra i punti valvola ma privilegiando spesso la regolazione per laminazione (nonostante il difetto di rendimento), specie per le centrali soggette a forti e repentine variazioni di carico. Evitare infatti sollecitazioni termiche eccessivamente esaltate in turbina è motivo per l'azionamento contemporaneo di più valvole di parzializzazione con funzione di laminazione e quindi di una riduzione dei punti valvola. Nasce così l'esigenza, appunto negli impianti soggetti a forti e rapide variazioni di carico, di una regolazione mista, combinata tra laminazione e parzializzazione, la cui caratterizzazione deve essere specificamente studiata in rapporto alle necessità dell'utenza dell'energia. Questa regolazione è resa possibile dall uso dei moderni sistemi automatici di regolazione elettro-idraulica. Negli impianti motori a vapore destinati alla produzione di energia elettrica ed inseriti nella rete nazionale di distribuzione, i transitori sono in genere piuttosto lenti e circostanze simili si producono anche talvolta in certi impianti industriali. E` realizzabile allora anche un altro procedimento di regolazione della potenza, basato sulla variazione della pressione del vapor vivo, la quale può essere realizzata in tempi lunghi, ancorché accettabili in molte applicazioni. Volendo confrontare questo criterio con i precedenti, mentre sul profilo meccanico non appaiono sostanziali diversità, sotto l'aspetto termico: a) con l'esercizio a pressione costante il rendimento limite η l aumenta al diminuire del carico per effetto delle diverse ripartizioni di portate agli spillamenti di vapore; il rendimento interno η i decresce al diminuire del carico per effetto della riduzione del rendimento di palettatura degli stadi. Il rendimento reale η r = η l η i presenta quindi un massimo tra la condizione di progetto e quella di minimo carico. b) con l'esercizio a pressione variabile il rendimento limite η l decresce al diminuire del carico per la riduzione della qualità del vapore all'ammissione in turbina; il rendimento interno η i decresce, al diminuire del carico, meno che nel caso precedente, per il migliore adeguamento delle condizioni operative a quelle ottimali per carico ridotto. Il rendimento reale η r si riduce quindi progressivamente dal carico di progetto ai carichi minori. Può esservi quindi, per gli impianti a lenta variazione di carico, un vantaggio ad effettuare la regolazione per progressiva variazione di pressione in caldaia. Ma questo procedimento si presenta conveniente soltanto per riduzioni di carico modeste (dell'ordine del 10 15%), mentre per diminuzione di potenza più consistente il rendimento globale è penalizzato di qualche % rispetto al sistema di regolazione misto precedentemente accennato, di regola impiegato.

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