I dispositivi di tenuta per le turbine idroelettriche Kaplan e Francis sono componenti critici che assicurano un funzionamento affidabile e conformità ambientale. Coloro che lavorano con queste turbine nel settore idroelettrico stanno scoprendo che l’utilizzo di tenute meccaniche split per la tenuta dell’albero principale può garantire progressi significativi nelle loro operazioni.

Nel post di oggi, proponiamo un’intervista a John Sousa, un esperto di A.W. Chesterton sulla tenuta di turbine per alberi principali che lavora con centrali idroelettriche in tutto il mondo. Negli ultimi 15 anni, John è stato il Project Manager presso Chesterton, responsabile di tutti gli sviluppi delle tenute meccaniche split e di altri prodotti di tenuta.

Quali sono le principali sfide che i clienti devono affrontare con i loro sistemi di tenuta dell’albero principale?

Le preoccupazioni più grandi che vediamo sono scarsa affidabilità, funzionamento e costi legati al flussaggio dell’acqua e problemi di perdita significativi. Nel settore idroelettrico si sono spesso accettate perdite eccessive e tutti i problemi di corrosione, usura dei cuscinetti e problemi di sicurezza che ne derivano. Solitamente vengono utilizzate pompe multiple per eliminare l’acqua con il relativo consumo di energia elettrica e i costi di manutenzione che si aggiungono alle spese totali. In alcune situazioni, le perdite equivalgono a milioni di litri d’acqua ogni anno. L’uso di tenute meccaniche split può davvero rivoluzionare il corretto funzionamento di una turbina e ridurre notevolmente le spese annuali.

Quali tipologie di tenuta si utilizzano normalmente sull’albero principale di una turbina?

Vediamo clienti che utilizzano di tutto, dalla baderna a guarnizioni radiali segmentate o polimeriche.

Al contrario di queste opzioni, la tenuta meccanica split garantisce perdite molto basse o inesistenti, requisiti di flussaggio ridotti o eliminati e praticamente nessuna usura delle boccole. A differenza delle baderne o delle guarnizioni radiali, le tenute meccaniche split non devono perdere per funzionare. Le tenute meccaniche split inoltre non richiedono acqua filtrata per raffreddare, lubrificare o per mantenere fuori le particelle solide. Se si seleziona una tenuta con facce in carburo di silicio, queste ultime sono estremamente dure e garantiscono una protezione superiore contro le particelle abrasive.

Che dire dell’installazione della tenute meccaniche split?

Il vero design split consente l’installazione in pochissime ore, non in giorni, con componenti che si adattano facilmente all’albero. Non c’è smantellamento della turbina, cosa impensabile nell’ambiente idroelettrico. La manutenzione è molto bassa, ad esempio non ci sono regolazioni come avviene con la baderna.

Quanto è aperta l’industria idroelettrica per adattare le nuove tecnologie?

Il cambiamento nella maggior parte delle industrie avviene lentamente. Il personale dello stabilimento, nella maggior parte dei casi, comprende i loro sistemi attuali e sa come gestirli, nel bene o nel male. Molte volte è necessario che si verifichi un problema prima che la gestione dell’impianto sia motivata a cambiare. In altri casi invece il personale di manutenzione cerca di migliorare i sistemi di lavoro e si assume il rischio di portare un valore aggiunto all’interno delle centrali di produzione.

In generale, trovo il personale dell’impianto idroelettrico molto ben preparato e interessato a migliorare l’affidabilità della tenuta. Le tenute dell’albero principale sono un componente molto critico: se una turbina è fuori servizio, non viene generata elettricità, che è l’essenza di ciò che fanno. Abbiamo una solida esperienza nel settore e case histories che mostrano clienti che utilizzano tenute meccaniche split da più di otto anni senza perdite.

Cosa rende le tenute meccaniche split così efficaci nel controllare le perdite?

Progettare le tenute meccaniche split è una sfida ingegneristica molto più difficile rispetto ai progetti standard di tenute meccaniche a cartuccia. Le facce di tenuta devono essere squadrate e piatte pur essendo divise. C’è un gran lavoro di ingegneria dietro a tutto questo. Le facce sono fabbricate come una normale faccia non divisa e successivamente lappate molto finemente per ottenerne la planarità. Dopo che le facce sono state controllate per la planarità, sono divise in due metà che, una volta installate, si uniscono in modo univoco.

Anche il profilo dell’anello di tenuta è progettato con cura in modo che le due facce di accoppiamento rimangano a contatto mentre le fluttuazioni di temperatura e pressione influenzano la superficie della tenuta. Mantenere le facce in contatto impedisce ai solidi di passare attraverso le facce della tenuta, aumentandone l’affidabilità.

Che impatto ha la filtrazione con l’affidabilità del sistema di tenuta?

L’acqua di flussaggio necessaria per azionare qualsiasi dispositivo di tenuta dell’albero principale deve essere filtrata per rimuovere eventuali materiali abrasivi o particolato dall’acqua di sorgente. In genere l’acqua di flussaggio deve essere filtrata a meno di 10 micron. Laddove alcune tenute segmentate richiedono milioni di litri di acqua filtrata per un anno di funzionamento, il sistema di filtrazione è fondamentale per il funzionamento a lungo termine del dispositivo di tenuta e quindi della turbina. Il sistema di filtrazione deve anche fornire il flussaggio richiesto alla tenuta quando i sistemi di depurazione della filtrazione vengono distribuiti.

È importante comprendere i requisiti di perdita di flusso e filtrazione quando si sceglie un dispositivo di tenuta. Dovrai prendere in considerazione le capacità e le attrezzature del tuo impianto per supportare tali requisiti di tenuta.

Quali caratteristiche dovrebbero avere le tenute meccaniche split per essere altamente affidabili per questi grandi alberi principali della turbina?

  • Design split
  • Materiali delle facce resistenti all’abrasione
  • Basso fabbisogno di acqua di scarico e filtrazione
  • Nessun usura dell’albero / bussola
  • Nessun smontaggio dell’apparecchiatura
  • Installazione semplice
  • Riparabile sul campo
  • Tecnologia ed affidabilità comprovata

Quale storia di successo relativa all’installazione di tenute meccaniche split è per te la più memorabile?

Negli ultimi anni abbiamo sostituito tutte le tenute dell’albero principale in una centrale idroelettrico, 12 in tutto. Questa struttura sostituiva frequentemente le tenute e aveva pochissimo tempo per fare altro che la riparazione delle tenute. Hanno sostituito oltre 45 tenute meccaniche standard dell’albero principale in un anno. Le nostre prime tenute split hanno funzionato per circa 2 anni decidendo così di installarle su tutte le 12 turbine, praticamente senza perdite.

Articolo originale in inglese a cura A.W. Chesterton.