I pilastri della compressione

Quattro compressori rotativi a palette duplex a due stadi FLSmidth Ful-vane azionati da motore elettrico in un'applicazione industriale.

Il colonnello James W. Fuller III fondò un'azienda a Catasauqua, in Pennsylvania, nel 1926. L'azienda progettava e vendeva sistemi di trasporto pneumatico per materiali fluidici, polverizzati e secchi, principalmente cemento Portland finito e materie prime per cemento. La sua azienda originaria, la Fuller-Lehigh Co. di Fullerton, in Pennsylvania, che sviluppò e brevettò la pompa a vite Fuller-Kinyon, un sistema di pompaggio pneumatico per carbone polverizzato e cemento secco, era stata sciolta quando Babcock & Wilcox acquisì il brevetto e i diritti di produzione per il trasporto del carbone.

Continuando a concentrarsi sui cementifici, Fuller scoprì che non avevano sufficiente aria ad alta pressione per il trasporto. Decise quindi di costruire compressori per applicazioni con pompe Fuller-Kinyon. La decisione di costruire compressori alternativi raffreddati ad acqua era imminente quando un dirigente Fuller, in viaggio d'affari in Europa, rimase colpito dai compressori rotativi a palette scorrevoli. Il modello di compressore, originariamente ideato e brevettato in Svizzera, veniva prodotto dalla Cie de Machines Pneumatiques Rotatives di Gennevilliers, in Francia.

Rispetto ai compressori alternativi, il nuovo compressore rotativo a palette era compatto, leggero, semplice da costruire e dal costo inferiore. Aveva vibrazioni trascurabili, utilizzava fondamenta semplici ed era privo di pulsazioni. Riconoscendone i numerosi vantaggi per il trasporto pneumatico e altre applicazioni, Fuller iniziò immediatamente a sviluppare la tecnologia sia per le pompe per vuoto che per i compressori. Nel 1931, Fuller acquisì i diritti esclusivi per la produzione del compressore negli Stati Uniti.

Questo compressore Fuller, ricoperto di polvere di cemento, viene utilizzato per il trasporto pneumatico di materiale cementizio secco, applicazione che ha dato origine allo sviluppo dei compressori rotativi a palette da parte dell'azienda.

Il successo del compressore rotativo a palette dipende da fattori fisici opportunamente correlati per ottenere una durata delle palette (pale) di 10.000 ore o più. Il progetto francese originale utilizzava sottili pale in lega di acciaio speciale che richiedevano un cilindro di acciaio temprato per l'alesaggio, solitamente una camicia inserita a pressione in un cilindro in ghisa con camicia. Il team di Fuller apportò importanti miglioramenti al progetto francese. Il primo brevetto della Fuller Co., US n. 1.890.000, concesso nel 1932, descriveva la lubrificazione di un cilindro con alesaggio sottosquadro, che prevedeva una maggiore area di tenuta sul fondo del cilindro tra la porta di scarico ad alta pressione e la porta di ingresso a bassa pressione, e un rotore innestato sul fondo del cilindro. Nel 1933 seguì un brevetto per un compressore rotativo a palette a due stadi e una pompa per vuoto. I miglioramenti progettuali del 1934 includevano un cilindro in ghisa di alta qualità e pale in plastica laminata, porte di ingresso e uscita riprogettate per una maggiore efficienza e longevità, e sistemi di lubrificazione e raffreddamento a camicia d'acqua migliorati. Un brevetto del 1935 descriveva un progetto per ridurre il rischio che il rotore si espandesse nelle teste utilizzando una testata fissa all'estremità di azionamento e una testata flottante all'estremità opposta all'estremità di azionamento, che migliorava anche l'efficienza del compressore.

La produzione dei compressori fu subappaltata a una fonderia e officina meccanica di qualità conservativa a Manheim, in Pennsylvania, che produceva i compressori secondo i progetti e gli standard di Fuller. Il design rotativo ebbe un'ampia diffusione durante gli anni della Seconda Guerra Mondiale. Gli ordini di produzione aumentarono così tanto che Fuller fu costretta ad acquisire e ampliare la fonderia e l'officina di Manheim nel 1946.

Il trasporto pneumatico di cemento secco continuò a essere un'importante applicazione per i compressori rotativi a palette Fuller, ma nel decennio successivo alla Seconda Guerra Mondiale, l'azienda trovò molte nuove applicazioni per i suoi compressori. Nel 1945, Fuller introdusse un compressore rotativo a palette ad alta pressione per pressioni nominali fino a 300 psig (20,7 bar). Nel 1949, collaborò con un importante fornitore di sistemi industriali per alimenti surgelati per adattare i compressori rotativi a palette monostadio per l'ammoniaca gassosa, concedendo loro i diritti esclusivi di confezionamento per il booster rotativo ad ammoniaca Fuller. Come booster di primo stadio per un compressore alternativo di secondo stadio, la soluzione ridusse notevolmente le dimensioni, i costi e i requisiti energetici dei sistemi di refrigerazione per celle frigorifere commerciali. I nuovi progetti specializzati includevano innovazioni come una tenuta a doppio albero pressurizzata e un sistema di raffreddamento a camicia d'olio per prevenire il congelamento, entrambi brevettati di lì a poco. Negli anni successivi, migliaia di compressori Fuller furono prodotti per la refrigerazione ad ammoniaca .

I compressori Fuller furono adattati per la prima volta ai servizi di refrigerazione ad ammoniaca nel 1949; migliaia di esemplari, come questo, furono montati su sistemi industriali per alimenti surgelati.

Nel 1950, Fuller Co. introdusse un compressore per vuoto a due stadi in grado di raggiungere un vuoto di 29,97 pollici di Hg (1,015 bar). Il suo esclusivo design con foro cilindrico sottosquadro si rivelò fondamentale per il suo successo finale, consentendo perdite interne minime e temperature di esercizio e consumi energetici ridotti. Fuller Co. si rafforzò notevolmente con l'acquisizione, nel 1954, da parte della General American Transportation Corp. (GATX). Operando come sussidiaria di GATX, Fuller ampliò immediatamente le attività di ingegneria e marketing. Gli sviluppi continuarono, soprattutto per i compressori ad ammoniaca, e nel 1962 Fuller celebrò la vendita del suo 10.000° compressore. Nel periodo dal 1963 al 1970, furono apportati importanti miglioramenti allo stabilimento di Manheim, tra cui l'espansione della capacità di fonderia a 100 tonnellate al mese.

Nel 1968, Fuller introdusse un compressore rotativo a palette più grande, in grado di raggiungere una portata di ingresso di oltre 3000 cfm (85 m³/min). Nel 1986, un gruppo di investimento che includeva il management di GATX-Fuller acquisì l'azienda . Lo sviluppo del prodotto continuò e, nel 1987, l'azienda lanciò una variante dei compressori con foro circolare che consentiva velocità e capacità più elevate in un corpo compressore più piccolo.

FLSmidth A/S ha acquisito l'azienda nel 1990 e l'evoluzione del prodotto è continuata, con l'introduzione di un'opzione di azionamento integrale su compressori di dimensioni maggiori e l'uso di palette in fibra di carbonio FLSmidth che hanno ridotto l'usura del cilindro aumentando al contempo la velocità, la temperatura e le capacità di pressione del compressore.

I compressori rotativi a palette dell'azienda hanno trovato impiego in decine di applicazioni diverse. Oltre alla movimentazione di solidi sfusi e alla refrigerazione ad ammoniaca, sono stati utilizzati per il trasferimento di liquidi e gas idrocarburici pesanti, per la fornitura di aria compressa, per l'amplificazione di gas naturale di testa pozzo, gas combustibile e gas di processo, e per servizi di recupero di vuoto e vapori.

L'evoluzione dei prodotti negli anni 2000 ha incluso sistemi di lubrificazione migliorati e un miglioramento dell'efficienza che ha permesso di sostituire facilmente i vecchi, costosi e inefficienti motori elettrici a trasmissione diretta da 600 giri/min con motori premium ed economici da 1800 giri/min senza modificare le fondamenta o il layout. Sviluppi più recenti hanno incluso sistemi di lubrificazione migliorati e controllori PLC con capacità di monitoraggio e controllo delle operazioni di compressione . Nel corso del tempo, la linea di compressori Fuller è stata rinominata e registrata come compressore rotativo a palette FLSmidth Ful-Vane, e rimane un prodotto importante di FLSmidth Cement USA Inc.