Elementi fondamentali: gli integrali di Worthington

Quattro dei sei compressori a gas Worthington da 1000 CV (746 kW) a doppio tandem, con alesaggio di 559 mm e corsa di 914 mm, presso una stazione di compressione, intorno al 1933.

I numeri recenti hanno ripercorso la storia dei grandi compressori-motori a gas orizzontali, e in particolare l'evoluzione della C & G Cooper come principale produttore di queste enormi macchine, all'inizio del XX secolo. Subito dopo Cooper si collocava la Worthington Pump and Machinery Company, nata nel 1916 dalla fusione di diverse aziende, tra cui la Snow Steam Pump Works, leader iniziale nella produzione di compressori-motori a gas orizzontali integrati.

Worthington era un'azienda leader nella produzione di compressori industriali e navali, pompe, motori a pistoni e altri macchinari industriali. Nel 1937, appena tre anni prima del centenario dell'azienda, Worthington presentò un documento (Fig. 1) all'American Gas Association. Il documento illustrava le pratiche in uso nella progettazione e costruzione di apparecchiature per la compressione del gas utilizzate nei principali gasdotti e in vari altri settori. Questo avveniva in un periodo in cui i compressori a gas orizzontali avevano soddisfatto le esigenze del settore per oltre tre decenni, e i compressori a gas angolari di dimensioni più ridotte stavano appena iniziando a diffondersi. Il documento è riportato di seguito con lievi modifiche.

"Un esame della storia della compressione del gas naturale tramite gasdotti rivela immediatamente una situazione molto interessante. Il tipo di unità utilizzata nei primi impianti è, nella sua essenza, l'unità standard odierna. Allo stesso modo, le dimensioni e la velocità, dopo lievi variazioni protrattesi per periodi di tempo più o meno lunghi, sono tornate a quelle dei motori precedenti. Ci si potrebbe legittimamente chiedere se lo sviluppo sia stato lento e non abbia tenuto il passo con quello di altri tipi di motori e compressori. Tuttavia, si può dimostrare che questa persistenza di uno specifico tipo in uno specifico settore per un periodo di oltre 35 anni è logica e che lo sviluppo ha tenuto il passo con quello di tipi corrispondenti in altri settori."

“Si consideri innanzitutto che, entro un certo intervallo di potenza e velocità, il motore a gas orizzontale a doppio effetto in tandem può essere costruito al costo più basso di qualsiasi altro tipo, e questo intervallo è anche quello che l'esperienza ha dimostrato essere più adatto al servizio nelle condotte.” (La Figura 2 mostra un'installazione di motori orizzontali Worthington.)

In secondo luogo, il compressore alternativo ha mantenuto la sua superiorità in questo specifico settore. Mentre le pompe centrifughe e i turbocompressori costituiscono una percentuale considerevole degli impianti in altri settori, i compressori centrifughi hanno fatto pochi progressi nella compressione del gas naturale, a causa delle pressioni in gioco, della flessibilità richiesta e della mancanza di un motore primo adeguato. In terzo luogo, questo tipo offre il metodo più semplice e diretto per collegare il motore al compressore, con conseguente massima efficienza meccanica. In quarto luogo, un altro piccolo vantaggio, probabilmente non compreso fino all'avvento del motore diesel verticale, è il fatto che le frequenze naturali del tipo orizzontale a doppio stadio in tandem sono al di sopra del campo di funzionamento, e quindi l'unità può funzionare a qualsiasi velocità fino al minimo consentito dalla progettazione e dalla regolazione.

Pagina di copertina del documento AGA del 1937, "Recenti sviluppi nelle macchine per la compressione del gas", di HC Lehn.

“Queste sono le ragioni principali per cui questo tipo di impianto si è affermato per oltre 35 anni. La scelta ingegneristica iniziale si è rivelata corretta, un evento raro. Questo fatto ha indubbiamente contribuito al suo sviluppo, poiché il pensiero e le energie, anziché essere dispersi in esperimenti con vari progetti, si sono concentrati sul perfezionamento di un unico tipo, curandone nei dettagli di progettazione e nella selezione dei materiali. In questo processo, si è naturalmente beneficiato dei progressi in metallurgia e nelle tecniche di officina meccanica, nonché della vasta esperienza sul campo resa disponibile dal gran numero di queste unità installate a seguito della recente ripresa della costruzione di gasdotti.”

Un recente e significativo miglioramento che incide sul controllo del motore e sulla regolarità di funzionamento è rappresentato dall'utilizzo di un regolatore a relè. Regolatori di questo tipo sono apparsi sul mercato solo di recente, inizialmente per l'impiego in unità diesel-elettriche stazionarie e per sottomarini. Questo tipo di regolatore è stato adattato con risultati nettamente migliori ai motori dei gasdotti, garantendo una velocità assolutamente uniforme corrispondente alla specifica impostazione del regolatore e indipendentemente dalle condizioni di carico. Questi regolatori sono progettati in modo da mantenere esattamente la stessa velocità a pieno carico come a vuoto, entro i limiti garantiti dai produttori. Non è necessario prestare particolare attenzione all'applicazione o alla rimozione del carico, poiché con questo tipo di regolatori non si verificano accelerazioni o accelerazioni improvvise del motore in seguito a variazioni di carico.

"Il sistema di accensione su unità di questo tipo è stato, fin dalle prime, quasi senza eccezioni, di tipo a bassa tensione. Nei motori più datati era standard il sistema meccanico a innesto e disinnesto, ma negli ultimi anni si sono utilizzate candele con bobine individuali vicine alla candela, riducendo al minimo la lunghezza del cavo ad alta tensione. Nella distribuzione ad alta tensione, la lunghezza del cavo ad alta tensione necessaria rappresenta un problema e, se si utilizzano condotti, si verificano problemi di induzione che causano un'accensione irregolare. Sono stati sviluppati e sono ora in uso distributori a bassa tensione, sui quali è possibile sostituire la candela e rimuovere e rimontare il distributore per una singola testata del cilindro senza interrompere il funzionamento del motore. Questi distributori consentono di anticipare o ritardare l'accensione dell'intero motore o di una singola testata del cilindro."