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
p1
p2
un processo isoentalpico che ne riduce la
i
portata e ne abbassa la pressione da p1 a p2
p3
(vedi figura), sicché la potenza della
macchina
P = (∆H)sMηi
viene adeguata al minor carico, oltre che
x= 1
per la diminuzione della portata M, anche
per il conseguente minor valore del
rendimento interno ηi dell'espansore1 e per
la riduzione della caduta entalpica (∆H)s
s
da p2 a p3, rispetto a quella che ci sarebbe
stata senza laminazione da p1 a p3; 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 ηi 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.
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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 ηl aumenta al diminuire del carico per effetto delle diverse ripartizioni di portate
agli spillamenti di vapore;
• il rendimento interno ηi decresce al diminuire del carico per effetto della riduzione del rendimento di
palettatura degli stadi.
⇒ Il rendimento reale ηr = ηl ηi presenta quindi un massimo tra la condizione di progetto e quella di
minimo carico.
b) con l'esercizio a pressione variabile
• il rendimento limite ηl decresce al diminuire del carico per la riduzione della qualità del vapore
all'ammissione in turbina;
• il rendimento interno ηi 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 ηr 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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