Il vostro distributore (rappresentante autorizzato) di compressori assiali a pale per le imprese industriali in Russia

I compressori assiali sono macchine ad azione dinamica funzionanti grazie a delle pale che aumentano la pressione del gas ininterrottamente. Descrivendo un movimento di rotazione le pale trasmettono al gas un’energia cinetica che conseguentemente si trasforma in energia potenziale. L’incremento dell’energia, sia cinetica che potenziale, del gas lavorato avviene nel seguente modo: il gas entra in contatto con una ruota sulla quale sono fissate delle pale (in parte immobili, in parte in movimento) e crea la pressione necessaria senza emettere pulsazioni, una delle caratteristiche che distinguono questi compressori dagli altri. Quando il gas esce dalla ruota è introdotto nel condotto di uscita. L’aumento dell’energia del flusso di gas nella parte di passaggio del compressore provoca la sua compressione, lasciando allo stesso tempo invariato lo stato termodinamico.

Esistono i seguenti tipi di compressori a pale, anche chiamati turbocompressori:

• Centrifughi (radiali);
• Radio-assiali (diagonali);
• Assiali;
• A vortice;
• A getto.

Tra le diverse parti del compressore persiste un rapporto di dipendenza funzionale. Questo vuol dire che anche se, per esempio, la ruota possiede delle buone caratteristiche aerodinamiche questo fattore da solo non può garantire il raggiungimento dell’efficienza energetica necessaria.

Ogni segmento di un compressore di questo tipo comprende:

• Un dispositivo per l’ingresso del gas;
• Una ruota;
• Un dispositivo per l’uscita del gas.

Immaginiamoci il funzionamento di un segmento intermedio di un compressore di tipo centrifugo. I conduttori in questo caso sono un dispositivo direzionale d’ingresso e uno inverso che creano la turbolenza necessaria. La ruota, che in questo caso è chiusa, è fissata all’albero ed è immobile. Una volta lasciata la ruota, il gas entra in un diffusore anulare senza pale per poi passare attraverso un dispositivo direzionale inverso al livello successivo.

Per ridurre al minimo le perdite di gas durante il suo passaggio dalla ruota al sistema fisso dello statore tra i diversi livelli si utilizzano delle tenute a labirinto. In questo modo è possibile ottenere un alto coefficiente di efficienza energetica e migliorare le caratteristiche energetiche di tutto il segmento.

I diversi elementi di un segmento possono essere teoreticamente divisi in sezioni i cui parametri aerodinamici rispecchieranno il processo di passaggio del gas all’interno del compressore. L’imbuto posto all’ingresso della ruota presenta una sezione radiale che definisce i parametri del gas quando entra a contatto con la ruota. Anche il contatto del gas con le pale è caratterizzato da una certa sezione collocata parallelamente allo spigolo di ingresso della pala. All’ingresso e all’uscita del condotto di refrigerazione sono ugualmente presenti delle sezioni collocate parallelamente all’asse di rotazione del rotore. Dove l’albero e il corpo del compressore si incontrano vengono montate delle tenute terminali.

Come tutti i compressori volumetrici, i compressori a pale sono spesso usati nei motori a combustione interna per la sovralimentazione.

In questi macchinari il gas si sposta dalle zone a bassa pressione alle zone ad alta pressione mentre le pale agiscono costantemente sul suo flusso, provocandone la compressione e l’aumento dell’energia cinetica. Questa energia cinetica si trasforma in pressione nel diffusore, che si trova subito dopo la ruota.

I compressori a pale sono soventemente scelti per essere utilizzati nelle sfere industriali che richiedono un livello di pressione medio-basso e un’alta efficienza produttiva. La densità del gas cambia a causa del cambio di pressione, rendendo più complesso il processo di compressione. Allo stesso tempo la differenza di pressione all’interno della ruota non è alta e quindi tutti i calcoli necessari al funzionamento del compressore si basano sulla densità specifica del gas.

Quanto più è alta la velocità periferica con la quale il gas esce dalla ruota, tanto più sarà alta la prevalenza creata dal compressore e tanto più resistente dovrà essere il materiale della ruota. Se questa è di acciaio legato, può garantire una compressione di ξ = 1,25-1,5.

Se è necessario ottenere livelli di compressione più alta il gas deve essere lavorato in più fasi in diverse ruote. La velocità del gas in uscita dalla ruota è molto alta e può raggiungere 160-170 metri al secondo: l’energia cinetica del gas è quindi significativa.

Se il gas nella ruota si sposta in modo radiale sotto effetto della forza centrifuga, si tratta di un compressore centrifugo di tipo a pale (radiale). Se invece il movimento del gas si svolge lungo o parallelamente all’asse della ruota, abbiamo un compressore assiale a pale. Il principio di funzionamento di entrambi i dispositivi ricorda quello delle omonime pompe, ma i compressori sono caratterizzati da particolarità strutturali che determinano una significativa riduzione del volume del gas e un forte aumento di temperatura.

1) Compressore centrifugo. L’unità centrale di questi compressori sono le pale dalla forma complessa, inserite nel cerchio della ruota con una distanza pari le une dalle altre. Le pale aspirano il gas o l’aria in ingresso (guardare l’illustrazione sottostante) spingendoli verso il tubo di mandata. Sotto l’effetto della forza centrifuga avviene la compressione del gas. In alcuni casi prima di essere espulso il gas passa attraverso il diffusore con lo scopo di ridurre la perdita di pressione.

La potenza del compressore non è interamente utilizzata per comprimere il gas. Come qualsiasi altro meccanismo, il compressore subisce una perdita di energia. Durante lo spostamento del gas le perdite aerodinamiche causano una riduzione della pressione e conseguentemente la pressione di fatto è sempre più bassa di quanto pianificato. Per superare queste perdite viene impiegata una parte della potenza del compressore. Analogamente l’efficienza delle ruote è sempre minore di quanto pianificato.

Durante il funzionamento del compressore gli elementi rotanti (la ruota, gli alberi) subiscono l’attrito derivante dal contatto con il gas e possono risultarne usurati. Anche i cuscinetti e le tenute terminali sono soggette ad attrito. Anche per compensare l’attrito sono necessari dei dispendi di potenza aggiuntivi. Per calcolare la potenza utile si dovrà quindi tenere conto di quella impiegata per sopperire alle perdite. La complessa struttura del compressore rende ancora più difficile fare una stima delle perdite, ma al computer è possibile calcolare in modo abbastanza preciso i dispendi energetici legati all’attrito. I calcoli vengono eseguiti rispetto ai diversi segmenti del compressore e poi sommati.

Nei diversi segmenti del compressore hanno luogo:

а) perdite aerodinamiche legate al cambio di velocità del flusso del gas;
b) perdite aggiuntive legate all’urto del gas sulle pale, alle interruzioni del flusso e al suo movimento a vortice;
c) perdite nella ruota;
d) perdite di volute (perdita di gas);
e) perdite meccaniche: interne (legate all’attrito degli elementi in rotazione con il gas) ed esterne (legate all’attrito dei cuscinetti e delle tenute terminali).

Per i compressori centrifughi applichiamo la seguente equazione:

Ws = u₂C_Θ2 – u₂C_Θ2,

Dove
Ws — potenza iniziale all’albero,
u — velocità delle pale all’estremità,
C_θ — tangenti relative alla velocità del flusso del gas dopo lo scontro con le pale, rispettivamente in ingresso e in uscita.

Per l’azionamento dei compressori centrifughi si utilizzano:

• Motori elettrici di tipo standard con un sistema di accensione semplice e caratteristiche comode per l’utilizzo;
• Turbine a gas con una buona autonomia (più alta di quella di un normale motore), una frequenza di 5500-6000 giri/min. e un sistema di regolazione economico;
• Turbine a vapore, ad aria (per gli apparati a compressione refrigeranti) con un’alta frequenza, fino a 100 000 giri/min.

Tra i maggiori difetti del compressore centrifugo ricordiamo il fatto che per funzionare necessita di un’alta velocità di rotazione della ruota a pale. La pressione creata è pari al quadrato della velocità della ruota, quindi la velocità di base del compressore è pari a un minimo di 40 000 giri/min., ma può raggiungere i 200 000 giri/min. Questo porta a un’alta velocità di rotazione della cinghia del meccanismo di trasmissione, che causa un forte rumore durante il funzionamento e una veloce usura dei dettagli del compressore. Il problema del rumore è talvolta corretto installando un apposito dispositivo, il moltiplicatore, che porta però a perdere una parte dell’efficienza energetica del compressore.

Se i giri del motore sono pochi l’efficienza del compressore è molto bassa, ma aumentando i giri si ottiene un aumento piuttosto veloce della potenza. Per questo motivo il compressore centrifugo è spesso installato nelle macchine dove è necessario un alto livello di potenza e velocità e non si prende in considerazione la bassa intensità di accelerazione.

Tra i vantaggi dei compressori centrifughi ci sono il basso prezzo e la semplicità dell’installazione. Grazie a questi fattori i compressori centrifughi sono diventati popolari nell’industria automobilistica.

In caso di riduzione dei consumi del compressore centrifugo e della dimensione delle pale la diminuzione dell’efficienza energetica non è così significativa, quindi la maggior sfera di utilizzo di questo compressore sono gli impianti a turbina a gas con un basso consumo di gas e bassi livelli di compressione. In questa sfera i compressori centrifughi sono migliori di quelli assiali per efficienza energetica e massa, mantenendo lo stesso livello di compressione.

Tra i più importanti vantaggi di questi compressori ricordiamo anche la semplicità della struttura, la piccola quantità di elementi, le ottime caratteristiche del processo di compressione, la bassa sensibilità alle condizioni di utilizzo.

Uno svantaggio è invece il basso coefficiente di efficienza energetica rispetto al compressore assiale per via della complessità di esecuzione della compressione su più fasi. La struttura del compressore è molto semplice, ma le sue dimensioni dipendono in modo direttamente proporzionale dal volume di gas lavorato. Inoltre la produttività frontale è bassa.

Il maggiore pregio del compressore centrifugo rispetto a quello assiale consiste nella possibilità di raggiungere dei valori di compressione maggiori in un’unica fase, con un rapporto di compressione di 5-6, nei migliori compressori nell’aeronautica fino a 12. Tuttavia il coefficiente di efficienza energetica nel caso dei compressori con alta produttività (motori aerei) può raggiungere 0,85, un valore più basso di quello dei compressori assiali.

2) Compressore rotativo o rotativo a pale. In questo apparecchio la compressione è effettuata grazie a un grande rotore circolare che descrive una rotazione eccentrica dentro a un corpo di contenimento di forma circolare. Nel rotore sono presenti delle fessure alle quali sono fissate le pale di forma rettangolare. Per via della forza centrifuga durante la rotazione le pale si premono verso le pareti interne del corpo.

Nei compressori con rotore a due o tre pale il gas è aspirato nella cavità, passa alla zona tra le pale e il corpo di contenimento, successivamente si sposta alla zona di compressione e passa attraverso la bocchetta di compressione. Le componenti delle pale sono di norma realizzate a forma di elica, cosa che garantisce l’introduzione ininterrotta del gas e rappresenta uno dei principali vantaggi di questo compressore.

Il compressore rotativo a pale è in genere compatto, ma il suo sistema cinematico è complesso, cosa che ne rende difficile la realizzazione e conseguentemente ne limita la diffusione di utilizzo, rappresentando uno degli svantaggi maggiori. Una possibile soluzione per ampliare le possibilità di utilizzo pratico è installare nel corpo del compressore su di un asse due pale unite grazie a delle ruote dentate centrali collegate alla corona del satellite. Il satellite ha una manovella con una trasmissione planetaria dotata di una ruota dentata centrale e una ruota centrale immobile. La manovella grazie a un dispositivo di arresto dispone della possibilità di frenare, mentre il satellite è collegato con la trasmissione dentata al suo supporto. È caratteristica la forma delle corone del satellite e delle ruote dentate centrali, non circolare, ma in genere ellittica.

Questa caratteristica non è casuale, in quanto impedisce il contatto dell’asse con le pareti del corpo del compressore, permettendo quindi di utilizzare delle tenute senza contatto e di conseguenza di evitare l’utilizzo di numerosi cuscinetti, valvole e giunti. Inoltre questo permette di ampliare le sfere di utilizzo dei compressori rotativi a pale, includendo per esempio quella delle macchine refrigeranti.

Il processo di funzionamento del compressore rotativo a pale è analogo a quello del compressore a pistoni, quindi è possibile effettuare dei calcoli basandosi sui dati utilizzati per i compressori a pistoni. Tuttavia è necessario tenere in mente le particolari caratteristiche strutturali dei compressori rotativi: le perdite di gas che hanno luogo all’interno del compressore meritano particolare attenzione, in quanto hanno una diretta influenza sull’efficienza dell’apparato. Queste perdite sono legate alla differenza di pressione tra due camere di compressione attigue e separate solo dalle pale.

Prendiamo in considerazione i seguenti vantaggi dei compressori rotativi a pale.

Si tratta di compressori potenti, ampliamente utilizzati grazie al basso prezzo, dovuto alla semplicità della realizzazione di questi apparati, e all’alto livello di affidabilità, dovuto alle caratteristiche stesse della struttura: i rotori non entrano in contatto l’uno con l’altro, sono sincronizzati grazie a delle ruote dentate il cui rapporto di trasmissione è pari a 1. Il carico di lavoro è quindi moderato e ne risulta una buona efficienza economica: le possibilità delle ruote dentate determinano le possibilità del compressore.

Questi compressori sono utilizzati nelle sfere industriali nelle quali si necessitano grandi volumi ma bassi livelli di pressione, e garantiscono una lunga durata del servizio. Non sentono quasi la presenza di polvere nell’aria.

I compressori rotativi a pale si distinguono per l’ampio intervallo di produttività. Inoltre vantano la totale mancanza di perdita d’olio (nel caso dei compressori lubrificati) grazie al sistema di ritorno dell’olio. Infatti il gas in uscita viene filtrato con un apposito filtro, mentre un sistema di valvole impedisce che l’olio ritorni indietro.

La varietà di utilizzi di questi compressori è molto amplia e include: l’areazione di impianti di depurazione e bacini idrici; l’industria alimentare; la creazione del vuoto per imballaggi; l’industria tessile; l’industria automobilistica; i sistemi di riscaldamento centralizzato; l’industria chimico-farmaceutica; l’industria metallurgica; il campo scientifico.

3) Compressore assiale. È una delle varietà di turbocompressori. Per il suo principio di funzionamento il compressore assiale ricorda la valvola assiale: il gas si muove principalmente lungo l’asse di rotazione e differentemente dai turbocompressori o dal compressori dinamici, la compressione avviene proprio lungo l’asse, come anche il movimento del gas. Le traiettorie delle particelle del gas sono simili ai piani cilindrici o conici.

Dal punto di vista della propria struttura i compressori si dividono in quelli a una o più fasi.

Il compressore assiale è formato da un rotore con delle ruote, ossia dischi dotati di pale fissate su un albero, in movimento e uno statore con delle ruote immobili, chiamate dispositivi direzionali. L’albero del rotore si collega all’albero della turbina appoggiandosi a cuscinetti a sfera e a rullo. Il blocco cilindrico del corpo è formato da diverse sezioni cilindriche agganciate l’una all’altra lungo l’asse grazie a dei collegamenti a bullone. Il corpo può anche consistere in due elementi ugualmente uniti grazie a bulloni lungo l’asse. Questa struttura garantisce la collocazione del corpo del compressore attorno al rotore.

L’aspetto aerodinamico di questi compressori è caratterizzato da un’eccessiva inerzia dovuta al fatto che il compressore accelera i giri lentamente. Per l’avviamento sono normalmente usate delle turbine. Le stesse turbine rallentano i propri giri lentamente, quindi questi compressori richiedono tempi abbastanza lunghi per avviarsi. Questo problema è stato risolto grazie alla suddivisione dei compressori in due categorie:

1. Compressori a bassa pressione dotati di una turbina collegata all’albero;
2. Compressori ad alta pressione dotati di una propria turbina. 

Questo sistema ha permesso di migliorare il funzionamento dei compressori durante il passaggio da un regime di attività all’altro, di ottimizzare le caratteristiche aerodinamiche e di garantire la stabilità dell’apparato.

I compressori assiali si dividono in diverse categorie in base al tipo di pale e sono ampliamente utilizzati nelle costruzioni aeronautiche, nei processi industriali dove si richiede un’alta produttività ma un livello di pressione basso, e anche nei compressori di tipo misto come prima fase.

Normalmente i compressori assiali sono a più fasi. Grazie alla possibilità strutturale di creare compressori assiali a più fasi con velocità del flusso del gas regolabile, le perdite sono minime e il coefficiente di efficienza energetica è alto, il che significa che i dispendi di carburante sono molto bassi. È proprio questo uno dei principali vantaggi di questi compressori rispetto a quelli di tipo centrifugo, nei quali è praticamente impossibile ottenere questi valori.

Un segmento di un compressore assiale è ben distinto da quello di un compressore centrifugo per la sua esecuzione nettamente più semplice. Le pale possono essere fissate alla ruota in modo immobile oppure permetterne la rotazione di un certo angolo, ma solo quando l’apparato non è in funzione. Anche le pale del dispositivo direzionale possono essere immobili o avere una possibilità di rotazione sia quando l’apparato è in funzione che quando è fermo.

Sotto sono illustrate le pale del compressore assiale:

I vantaggi dei compressori assiali:

• Semplicità di realizzazione delle unità (a eccezione delle pale);
• Compattezza;
• Riversibilità;
• Possibilità di raggiungere un alto coefficiente di efficienza energetica (idealmente 90-94 %) e alti volumi con una pressione non alta;
• Grande produttività;
• Alta frequenza di rotazione del rotore, corrispondente alla frequenza di rotazione della turbina.

Degli svantaggi dei compressori assiali fanno parte la complessità di costruzione delle numerose pale, la loro tendenza a sporcarsi e il rischio che si danneggino in caso entrino a contatto con particelle sospese, acqua e altri corpi estranei.

I compressori assiali sono normalmente usati negli esoreattori degli aeroplani e degli elicotteri.

Tra i produttori di compressori assiali sono presenti aziende come Siemens e Elliott.

4) Compressore assiale-centrifugo. A volte nelle turbine a gas che richiedono un volume non altissimo per aumentare il coefficiente di efficienza energetica del compressore possono essere usati dei compressori assiali-centrifughi a più fasi. Si tratta di una combinazione dei compressori assiali e di quelli centrifughi. In questi apparati la parte centrifuga è sempre l’ultima ed è installata al posto di diversi blocchi del compressore assiale. Questi compressori sono soggetti a una perdita dell’efficacia energetica, tuttavia insignificante, e hanno dimensioni e peso inferiori a quelli dei compressori assiali con gli stessi valori di compressione.

I compressori assiali-centrifughi sono ancora in fase di messa a punto.

5) Compressore diagonale (radio-assiale). Per il suo principio di funzionamento e i dati strutturali il compressore diagonale differisce solo leggermente dai compressori radiali e rappresenta un tipo intermedio. Infatti la direzione di uscita del gas è un po’ inclinata in senso radiale-assiale.

I compressori a pale in base al numero di rotori di cui dispongono si distinguono in:

• Compressori a un rotore;
• Compressori a più rotori (a due rotori, a tre rotori ecc.).

In base al numero dei corpi (blocchi) di cui sono formati i compressori si dividono in:

• Compressori a un blocco;
• Compressori a più blocchi.

Secondo il tipo di flusso gassoso che producono i compressori a pale possono essere:

• Compressori centripeti, ossia compressori radiali in cui la rotazione dei dischi a pale su una superficie meridiana crea un movimento del flusso dalla periferia verso il centro;
• Compressori a vortice, cioè compressori centrifughi in cui il gas circola diverse volte attraverso il disco a pale;
• Compressori a getto, dei compressori ad azione dinamica nei quali sul gas compresso agisce un flusso con una forte energia specifica;
• Compressori centrifugo-centripeti, vale a dire un tipo misto di turbocompressori con fasi centrifughe e fasi centripete.

Infine sottolineiamo le più importanti qualità dei compressori a pale, particolarmente significative durante la lavorazione di grandi volumi di gas:

1. l’albero del compressore è collegato direttamente all’albero del motore senza alcun tipo di dispositivi intermediari per la trasmissione della frequenza dei giri;
2. l’erogazione del gas è costante e regolare, quindi non è necessario installare dei grandi contenitori per raccogliere il gas in uscita;
3. la forza di inerzia è minima, quindi il basamento può essere molto leggero;
4. sono del tutto assenti le valvole (sia di aspirazione che di mandata), il che rende l’impianto più affidabile;
5. il gas erogato non è contaminato con lubrificanti.

È inoltre necessario soffermarsi sulla scelta del compressore. L’aspetto più importante da prendere in considerazione sono i parametri di produttività. Le unità di misura utilizzate sono l/min oppure m³/min, nel caso in cui l’impianto sia abbastanza potente. La produttività potrà essere calcolata sulla base di tutte le caratteristiche dell’impianto di compressione.

Nella tabella sottostante sono raccolte tutte le formule per il calcolo delle caratteristiche dei compressori a pale.

Il calcolo delle caratteristiche dei compressori a pale

Nella scelta del compressore ha grande importanza la fonte di alimentazione. Normalmente si usa una rete monofase, ma in caso di grossi impianti può rendersi necessaria una rete a tre fasi. Se l’impianto è collocato lontano dalle reti energetiche, il compressore deve essere dotato di un proprio motore a benzina o diesel.

Elenchiamo alcune caratteristiche da tenere in considerazione per scegliere correttamente un compressore:

1. il volume di gas in ingresso;
2. la pressione finale richiesta;
3. la temperatura, la pressione e l’umidità relativa del gas in ingresso;
4. la composizione molare, il livello di inquinamento, la nocività e la capacità di polimerizzazione del gas;
5. il tipo di trasmissione e le relative esigenze;
6. le esigenze particolari: assenza di lubrificazione, limitazioni di peso e dimensioni, esigenze relative alle vibrazioni e alla rumorosità, necessità di tenute per garantire l’ermeticità ecc.

I principali valori del compressore sono la pressione finale (PK) e il volume di gas in ingresso lavorato (VH). Proprio questi valori determinano il tipo e il marchio del compressore.

Nella tabella sottostante sono elencate alcune informazioni sulle caratteristiche medie dei compressori a pale.

Le caratteristiche medie dei compressori a pale

Una corretta scelta del compressore ne determina la buona durata del servizio. Nell’acquistare un compressore si raccomanda di considerare una produttività e un’intensità del lavoro un po’ più alte del necessario.

La durata del servizio è inoltre legata ai seguenti fattori:

• La temperatura esterna: la maggior parte dei compressori è attiva in luoghi con la temperatura dell’aria compresa tra +5 e +45 °C. Una temperatura più bassa di questi valori porta a un aumento della viscosità dell’olio che porta a un aumento del carico di lavoro del compressore; una temperatura più alta facilita invece la rarefazione dell’olio e, di conseguenza, una maggiore usura degli elementi;
• I locali di utilizzo, il compressore stesso e l’aria o il gas in ingresso devono essere puliti. Questo agevola la refrigerazione e rende più facile controllare e trovare eventuali danneggiamenti e perdite;
• Gli sbalzi di tensione, l’omissione o l’avvallamento di diverse fasi hanno un’influenza negativa sul compressore e ne riducono le possibilità.

Qualsiasi compressore necessita di manutenzione svolta in maniera regolare e corretta. Se la manutenzione è svolta con irregolarità ed è di bassa qualità, questo porta a una riduzione della durata del servizio del compressore.

Compressori e ventilatori

Diventando il vostro distributore ufficiale di compressori assiali a pale, l’azienda Intech GmbH LLC individuerà gli acquirenti dei vostri prodotti sul mercato russo e svolgerà con i clienti le trattative tecnico-commerciali al fine di stipulare i contratti per la fornitura dei vostri macchinari.

Nel caso dello svolgimento di gare di appalto l’azienda raccoglie elabora tutti i documenti necessari per la partecipazione, stipula i contratti per la fornitura dei vostri macchinari provvede alla registrazione del contratto di fornitura e allo sdoganamento dei compressori, registra presso le banche russe la documentazione prevista dal controllo valutario e necessario per poter effettuare i pagamenti in valuta estera.

All'occorrenza la nostra azienda è disposta a sviluppare anche i progetti per integrare il vostro macchinario con gli impianti già esistenti o con quelli in fase di realizzazione.

Siamo sicuri che la nostra azienda Intech GmbH LLC potrà diventare il vostro partner e il vostro distributore in Russia affidabile, valido e qualificato.

Siamo sempre aperti alla collaborazione: continuiamo a crescere insieme!