Punti di riferimento: Worthington Pump and Machinery

La Worthington Pump and Machinery Company era leader nel settore dei compressori industriali e navali, delle pompe, dei motori a pistoni e di altri macchinari industriali. Era un importante fornitore di grandi compressori-motori a gas orizzontali.

Intorno al 1920, forte della sua considerevole esperienza nei motori verticali e nei compressori, Worthington sviluppò motori-compressori a gas integrati "uniblocco". Come mostrato in Fig. 1, queste macchine erano dotate di cilindri di potenza verticali con alesaggio di 292 mm (11,5 pollici) e corsa di 305 mm (12,0 pollici) e di cilindri del compressore verticali con corsa di 305 mm (12,0 pollici) disposti in linea, davanti ai cilindri di potenza, su un telaio comune.

Figura 1.

Sebbene rappresentassero un'idea innovativa e salvaspazio, questi tipi di compressori erano limitati a uno o due cilindri con diametri e pressioni modesti. Si ritiene che la Reeves Gas Engine Company sia stata la prima a introdurre tali macchine intorno al 1915. Ma tra il 1927 e il 1928, Worthington fu pioniera del primo motore-compressore a gas integrato ad angolo del settore.

Come mostrato in Fig. 2, questo progetto prevedeva cilindri di potenza verticali e cilindri del compressore orizzontali su un telaio comune. Questi motori-compressori integrati ad angolo, a quattro tempi, ad accensione comandata e con regime di 300 giri/min, erano molto più compatti dei modelli orizzontali, ma sviluppavano in media solo 37,5 CV (28 kW) per cilindro. Venivano costruiti con quattro, sei o otto cilindri di potenza e in genere la metà di questi cilindri per il compressore. Queste macchine guadagnarono gradualmente terreno rispetto ai modelli orizzontali per applicazioni al di sotto di circa 300 CV (224 kW), ma sarebbe passato più di un decennio prima che i motori-compressori ad angolo con corsa più lunga e alesaggio maggiore minacciassero i più grandi modelli orizzontali utilizzati nei gasdotti a lunga distanza.

Figura 2.

Nel 1937, appena tre anni prima del centenario dell'azienda, HC Lehm della Worthington presentò un documento all'American Gas Association di New York. Il documento di Lehm evidenziava le pratiche (allora) in voga nella progettazione e costruzione di apparecchiature per la compressione del gas utilizzate nelle principali condotte e in vari altri settori. L'ultimo articolo di Cornerstones of Compression si è concentrato su estratti che mettevano in luce la valutazione di Worthington sulla tecnologia dei grandi compressori a gas nel 1937, un periodo in cui i compressori a gas orizzontali soddisfacevano le esigenze del settore da oltre trent'anni e i compressori a gas angolari erano ancora agli albori. In questo articolo, estratti del documento del 1937 mettono a confronto alcuni dei "nuovi" compressori a gas verticali e angolari. Il documento è citato con piccole modifiche.

“Queste unità standard (orizzontali) utilizzate nelle condotte sono ugualmente adatte alla compressione in altri settori, come la distribuzione di gas di sintesi a pressioni relativamente basse, la compressione del gas di raffineria e dei gas sintetici sviluppati nei processi chimici. Nella maggior parte dei casi, tuttavia, questo tipo di servizio richiede una capacità unitaria inferiore a quella del compressore per condotte, un requisito soddisfatto da diversi modelli di sviluppo piuttosto recente. Tra questi spiccano i cosiddetti modelli angolari, in linea di principio un adattamento del vecchio motore di soffiaggio orizzontale-verticale per altoforno, ma con le posizioni relative delle estremità di potenza e compressione invertite. Queste unità sono costruite con la biella di potenza verticale e l'asta del compressore orizzontale accoppiate a un perno di manovella comune, oppure con scatole di potenza e compressione separate affiancate su un perno di manovella comune. Il progetto offre una notevole gamma di capacità, poiché qualsiasi dimensione di cilindro di potenza può essere combinata in unità da uno a quattro cilindri di compressione, che possono avere qualsiasi diametro entro un intervallo ragionevole per adattarsi alle specifiche condizioni.”

“La configurazione verticale del gruppo motore, in combinazione con i compressori orizzontali collegati in modo compatto, consente di posizionare tutti i componenti in punti facilmente accessibili, sia per il collegamento delle tubazioni di aspirazione e mandata dei compressori e degli intercooler, laddove necessari, sia per interventi di manutenzione e regolazioni in loco. L'ingombro a terra e le fondazioni sono ridotti, con conseguente costo unitario di potenza (CV) relativamente basso. Laddove l'approvvigionamento di acqua di raffreddamento rappresenti un problema, è possibile utilizzare ventilatori con un sistema a circuito chiuso, riducendo al minimo il fabbisogno idrico. Un impianto di questo tipo si presta a installazioni temporanee, poiché l'intera centrale può essere spostata con costi minimi.”

Un altro tipo è il motore a gas multicilindrico verticale, con il compressore che costituisce un'unità separata, azionata tramite un giunto dall'estremità dell'albero motore, oppure con i cilindri del compressore e il meccanismo di trasmissione alloggiati in un'estensione del telaio principale del motore. Quest'ultimo forma un'unità autonoma e compatta e presenta quasi tutti i vantaggi del tipo angolare. Non è adatto a una gamma altrettanto ampia di numero e dimensioni dei cilindri del compressore, ma non richiede più spazio per le fondamenta e il pavimento, e in alcuni casi ne richiede meno. Le forze di inerzia di questo tipo di unità possono essere bilanciate in modo più completo rispetto a quelle del tipo angolare, il grado dipende dal numero e dalla disposizione dei cilindri, della potenza e del compressore. Ad esempio, un'unità composta da quattro cilindri di potenza e due cilindri del compressore a un'estremità presenta solo un leggero squilibrio residuo e, posizionando un cilindro del compressore a ciascuna estremità, può essere bilanciata completamente, corrispondente al motore di potenza a sei cilindri. In generale, le forze libere e le coppie di squilibrio dell'unità verticale con cinque o più cilindri totali sono di minore entità rispetto a quelle del compressore orizzontale e, pertanto, questo tipo ha una netta vantaggio per l'installazione su terreni poveri o in località dove la trasmissione delle vibrazioni sarebbe indesiderabile."

"Quando la potenza richiesta si avvicina a quella di un motore orizzontale a doppio effetto standard, i vantaggi di questi tipi di motore scompaiono in una certa misura, poiché nelle grandi dimensioni risultano intrinsecamente più costosi per cavallo vapore e il risparmio in termini di spazio e fondazioni viene compensato dal maggior costo del motore."

Continua...