COMPRESSORE

COMPRESSORE (XI, p. 8)

L'evoluzione tecnica dei compressori durante il decennio 1938-48 è stata caratterizzata da una estensione del campo di applicazione di turbocompressori, sia rispetto ai compressori a stantuffo, sia a quelli rotativi a capsulismo. I diagrammi della fig.1, indicano quali sono attualmente i campi di applicazione delle diverse classi di compressori; rispettivamente il diagramma di sinistra quelli dei compressori rotativi radiali e assiali (v. pompa, XXVII, p. 819) e il diagramma di destra i campi di impiego dei compressori rotativi a capsulismo ed alternativi a stantuffo.

Turbocompressori. - L'innovazione più saliente intervenuta è stata l'aumento della velocità di rotazione e, ancor più, di quella periferica delle giranti palettate.

Per le giranti a palettatura radiale, con costruzioni dei telai in acciai legati, fucinati in un sol pezzo, e pale rettilinee o poco incurvate (fig. 4) si sono raggiunti con la velocità periferica esterna i 300 ÷ 350 m/s; con giranti di un sol pezzo con la palettatura (fig. 5) i 450 m/s. Per i turbocompressori assiali le velocità periferiche usualmente adottate variano dai 200 ai 300 m/s. La forza centrifuga messa in giuoco nella rapida rotazione dell'albero e delle palettature giranti concorre nei turbocompressori radiali ad accrescere la pressione del fluido, poiché in detti compressori essa viene ad agire secondo la direzione del moto assoluto della corrente lungo le giranti; quest'utilizzazione non si verifica, invece, nei turbocompressori assiali. I rapporti di compressione massimi ottenibili per elemento della macchina sono (in relazione ai modesti valori dei pesi specifici dell'aria o dei gas da comprimere) di piccola entità; a parità d'altri valori, per gli elementi radiali, da 2,5 a 3 volte maggiori che negli elementi assiali. Nei turbocompressori ad elementi assiali (fig. 2), il numero d'elementi occorrente è perciò circa triplo di quello di un corrispondente turbocompressore ad elementi radiali, però lo spazio d'ingombro per ciascun elemento è notevolmente minore; ciascun elemento è formato da una corona predistributrice palettata fissa e da una corona girante montata sul rotore della macchina; entrambi i palettaggi sono assiali. Le pale giranti sono riportate e, talora, registrabili di posizione usualmente solo a macchina ferma, in qualche caso anche durante il funzionamento (pale Kaplan, fig. 6) per evitare la vicinanza della zona di pompaggio (v. pompa, XXVII, p. 822), che nei turbocompressori assiali è molto più vicina alla condizione di funzionamento di massimo rendimento di quanto non avvenga nei turbocompressori radiali, e i fenomeni di pendolazione della portata e di rigurgito che la caratterizzano. I turbocompressori assiali hanno il vantaggio di consentire l'introduzione unilaterale anche con portate di gas di notevole entità (oltre 20 mc/s), mentre quelli radiali richiedono per dette portate l'introduzione bilaterale (fig 3).

Notevoli progressi sono stati conseguiti anche nella riduzione del numero degli elementi in serie, da calettare su di uno stesso albero.

Nei turbocompressori radiali si è passati, ad esempio, da nove elementi occorrenti nel 1938 per un compressore d'aria per 6 ÷ 7 at. ad otto e persino a sette elementi nel 1947. Questa riduzione consente di ridurre la lunghezza e il diametro dell'albero. Gli alberi adottati sono di preferenza quelli detti flessibili, perché ruotanti al disopra della prima velocità critica flessionale. Attuando le soluzioni con suddivisione degli elementi del turbocompressore in più corpi è risultato opportuno farne ruotare gli alberi con differenti velocità per un migliore sfruttamento delle alte velocità periferiche per tutti gli elementi.

Grande importanza ha anche la scelta del numero fluodinamicamente ottimo di refrigeratori intermedi R (fig. 7) pei turbocompressori refrigerati e perfezionamenti sono stati introdotti per l'adduzione del fluido ai refrigeratori e per il suo riconvogliamento agli elementi successivi (adatte profilazioni a voluta spirale dell'involucro della macchina, adozione di palettature di guida, raccordi ben profilati, ecc.) in maniera da limitare al minimo le cadute pneumatiche (fig. 8). In alcune applicazioni industriali conviene effettuare una refrigerazione addizionale iniettando dell'acqua polverizzata nel fluido in compressione. Ne sono derivate nuove direttive di progetto e di calcolo.

Compressori rotativi a capsulismo. - La più interessante innovazione è stata quella dei compressori rotativi con rotori ad elicoide, di cui il tipo maggiormente affermato è quello svedese Lysholm (fig. 9), nel quale la tubazione di aspirazione termina con uno sporto avente direzione prevalentemente assiale. Allorché un principio dell'elicoide passa oltre detto sporto, dietro di esso si forma una depressione e quindi richiamo di fluido. Lo spazio di depressione aumenta di valore col procedere della rotazione, sia assialmente, sia in direzione periferica, e la fase d'aspirazione termina quando il successivo principio dell'elicoide raggiunge lo sporto anzidetto. Segue la fase di compressione, nella quale il volume di fluido racchiuso fra le due superfici elicoidali è sospinto verso il tubo di mandata. Le porzioni striscianti non sono lubrificate; il raffreddamento è ottenuto con sistema a camicia d'acqua. Sono raggiungibili potenze fino a 3000 kW con buoni rendimenti. Le portate vanno dai 6 ai 12 mc/s ed il rapporto di compressione più usato è 3. La portata è solo funzione della velocità di rotazione, mentre la pressione di mandata dipende prevalentemente dall'ammontare delle resistenze del circuito esterno. Questi compressori hanno notevole stabilità funzionale, ma sono inferiori ai turbocompressori per l'usura e per la lubrificazione ed anche pei rendimenti massimi conseguibili. Sono adatti per applicazioni con carichi molto variabili nel tempo.

Compressori alternativi a stantuffo. - Oltre a numerosi perfezionamenti di singoli organi, le innovazioni riguardano particolarmente alcune recenti realizzazioni di compressori a stantuffi liberi dei sistemi Pescara e Sulzer ed alcune combinazioni costruttive di compressori alternativi a stantuffo con asse orizzontale con motori a combustione interna alternativi, aventi disposizione a V (motori a gasolio, a gas metano, a benzina, ecc.) e manovellismo di spinta rotativa applicato al pernone di manovella del compressore (soluzioni costruttive della Ingersoll-Rand Corp., della Sullivan Machinery Corp., ecc.).

Bibl.: E. W. F. Feller, Air compressors, New York-Londra 1944; M. Medici, Indirizzzi costruttivi e direttive di progetto pei turbocompressori, in L'energia termica, settembre 1941, n. 9; id., Le macchine termiche, II, p. 1ª, Padova 1947; id., La progettazione delle macchine termiche, II, p. 1ª, ivi 1947.