L'uso dei torsiometri a flangia negli impianti di generazione dell'energia

Il sempre maggior fabbisogno di energia nel mondo, combinato alle altrettanto crescenti richieste di impianti di generazione di energia in termini di impiego economico delle risorse e protezione dell'ambiente, determina il bisogno di tecnologie innovative per la conduzione di tali sistemi.

Potenza ed efficienza sono i due valori cruciali per gli impianti di generazione dell'energia. L'efficienza (o grado di rendimento) è il rapporto fra la potenza effettiva generata dal generatore in un certo tempo e quella motrice fornita al generatore sotto forma di combustibile.

Determinazione del flusso della massa di combustibile

La potenza effettiva si può misurare molto facilmente all'uscita del generatore. La misurazione richiesta per determinare l'efficienza di un sistema è notevolmente più difficile. La determinazione del flusso della massa di combustibile è il metodo largamente utilizzato per tale scopo. Tuttavia, la misurazione diretta del flusso della massa è relativamente inaccurata, dati i molti parametri che non possono essere facilmente influenzati ed anche il tipo di combustibile fortemente soggetto all'incertezza di misura. Nella pratica, il flusso della massa del combustibile viene stabilito indirettamente con l'ausilio dei valori di taratura previamente determinati e con programmi di simulazione.

Misurazione della torsione dell'albero di ingresso

Un altro metodo per determinare la potenza motrice è la misurazione della coppia del treno d'alberi fra il lato motore ed il generatore che viene usato, insieme alla velocità di rotazione, per calcolare la potenza motrice. Ciò viene effettuato misurando la torsione dell'albero motore generata dalla coppia del lato utente. Sono disponibili diversi metodi i quali hanno tutti in comune che la coppia non viene determinata direttamente, ma indirettamente mediante un parametro relativo alla coppia ed al susseguente calcolo. I parametri da considerare in questo calcolo (p.es. il materiale e la geometria dell'albero) sono soggetti a tolleranze che, infine, conducono ad una relativamente grande incertezza dei parametri relativi alla coppia.

Misurazione della torsione dell'albero motore mediante la deformazione superficiale

La misurazione della torsione dell'albero motore mediante la sua deformazione superficiale è un compromesso abbastanza buono. Per tal scopo, vengono incollati degli estensimetri sull'albero, collegandoli poi a ponte di misura. L'alimentazione del ponte di misura ed il segnale di misura vengono trasferiti senza contatto con un sistema telemetrico dallo statore all'albero rotante e viceversa. A seconda della qualità dell'installazione e dai componenti utilizzati, questo metodo fornisce valori di misura della deformazione molto precisi. Tuttavia, il susseguente valore calcolato della coppia è affetto da un'incertezza dal 3 al 5 % circa, perché devono essere prese in considerazione le tolleranze dei parametri anzi menzionate. Questo metodo possiede numerosi vantaggi - ad esempio si possono modificare i sistemi esistenti in qualsiasi momento. L'incertezza ottenibile per i parametri della coppia non è tuttavia più sufficiente per gli attuali requisiti dei nuovi impianti.

Taratura del treno d'alberi direttamente con la grandezza coppia

L'incertezza dei metodi sopra descritti può essere senz'altro decisivamente migliorata tarando il treno d'alberi o parte di esso direttamente con la grandezza coppia. La parte da tarare viene caricata a gradini in una macchina di taratura con coppie definite ed il corrispondente segnale di uscita viene misurato e documentato. La taratura può essere effettuata in loco; ma ciò può causare problemi dovuti sia alla difficoltà della complessa a temporalmente lunga applicazione del carico che dalle condizioni di esercizio locali. La taratura in un laboratorio di taratura garantisce condizioni ottimali ed elevata accuratezza; tuttavia essa richiede attrezzature complesse e possibilmente intercambiabili per installare le parti da tarare nella macchina di taratura. Inoltre, date le dimensioni dei componenti e l'entità della coppia necessaria, in alcuni casi è possibile che non sia disponibile una macchina di taratura.

Integrazione della tecnologia di misura nel treno motore

Le difficoltà descritte possono essere evitate in modo relativamente facile considerando la misurazione della coppia già durante la progettazione del sistema. Ciò che serve è un componente che sia direttamente montato nel treno d'alberi ruotando con esso o che addirittura prenda le funzioni del treno stesso. Questo componente sia già tarato alla coppia richiesta ed adeguatamente certificato. Esso deve essere facilmente installato, rimosso, sostituito e ritarato.

La Figura 1 mostra un torsiometro a flangia il cui campo di misura standard è disponibile fino a 300 kNm e che, su richiesta, può giungere fino a diversi MNm. Questo torsiometro è disponibile in versione non rotante per misurare la coppia di reazione o come trasduttore di riferimento, ed in versione rotante con sistema di telemetria.


Fig. 1: Caratteristiche speciali di un torsiometro a flangia

Fig. 2: Corpo di misura di un torsiometro a flangia da 2 MNmFig. 3: Installazione di un torsiometro a flangia in un gruppo generatore

A seconda del tipo di sistema telemetrico, il torsiometro a flangia fornisce un segnale di misura dinamico della coppia di alta qualità con banda passante fino a 6 kHz. Ciò comporta i seguenti vantaggi per l'esercizio in centrali di generazione dell'energia:

  • Misurazione costantemente accurata dell'efficienza (monitoraggio)
  • Analisi ed ottimizzazione del consumo di combustibile
  • Possibilità di analisi delle vibrazioni torsionali senza sensori aggiuntivi
  • Riconoscimento delle variazioni del comportamento caratteristico della coppia > Conclusioni per le riparazioni o per la determinazione degli intervalli di servizio
  • Breve ritardo temporale del segnale > Regolazione rapida e protezione dai sovraccarichi
  • Facilità di montaggio
  • Facile ritaratura, comprendente il certificato di taratura
  • Certificazione ATEX per l'impiego in atmosfere potenzialmente esplosive
  • Certificazione ABS od equivalente per l'uso sulle navi
  • Esente dall'usura e dalla manutenzione

Quale maggior costruttore mondiale di torsiometri a flangia per la misurazione della coppia, la HBM ha decenni di esperienza in questo settore. Perfino se usato permanentemente l'alta qualità del prodotto garantisce per molti anni l'elevata precisione di misurazione della coppia. La presenza globale della HBM assicura brevi tempi di reazione nel caso di richieste tecniche o commerciali.

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