Capisaldi della compressione: compressori rotativi a palette scorrevoli

Da Norm Shade17 luglio 2023

Dopo quelli alternativi, i compressori a palette scorrevoli, detti anche compressori rotativi a palette, sono uno dei tipi di compressori più antichi. La prima descrizione conosciuta di una pompa a palette scorrevole si trova in un libro di un ingegnere italiano, Agostino Ramelli, scritto nel 1588.

La pompa rotativa a palette fu brevettata il 16 giugno 1874 da Charles C. Barnes, un ingegnere di Sackville, New Brunswick, Canada a cui è generalmente attribuito il merito di aver inventato il design moderno. I compressori e le pompe rotativi a palette sono stati prodotti fin dall'inizio del 1900 e numerose aziende ne hanno prodotti a migliaia.

Il compressore rotativo a palette utilizza il movimento centrifugo per comprimere l'aria o altri gas. Il rotore cilindrico è posizionato eccentricamente in un involucro fisso, in modo tale che sia il più vicino al foro dell'involucro cilindrico in corrispondenza della luce di scarico e il più lontano da esso nella luce di ingresso.

L'involucro ha un ingresso grande e un'uscita o porta di scarico relativamente più piccola. Il rotore eccentrico ha più fessure radiali, ciascuna delle quali è dotata di una pala caricata a molla. Le palette sono realizzate in acciaio o materiali in fibra sintetica. Le molle e la forza centrifuga spingono le estremità esterne delle palette contro il foro dell'alloggiamento per garantire che vi sia una perdita minima di gas tra le palette adiacenti.

A seconda dell'applicazione, le macchine possono essere lubrificate o non lubrificate. Se il compressore è lubrificato ad olio, sarà presente un sottile strato di olio tra le palette e l'involucro che aiuta anche a sigillare contro le perdite di gas oltre le punte delle palette durante il funzionamento.

Lo spazio tra le alette adiacenti forma una tasca. Quando il rotore eccentrico ruota nel foro cilindrico dell'involucro, ciascuna pala viene spostata nella sua fessura radiale nel rotore. Ciò diminuisce progressivamente il volume della tasca tra palette adiacenti mentre ruotano dall'ingresso allo scarico.

La diminuzione di volume aumenta la pressione del gas intrappolato. La resistenza della pala e il tasso di perdita oltre le punte della pala limitano la pressione differenziale attraverso una pala. Pertanto, i compressori con rapporto di pressione più elevato richiedono più palette. Un tipico compressore rotativo a palette monostadio ha un rapporto di pressione di 5:1, con alcuni modelli ad alta pressione fino a 7:1 o 8:1. Maggiore è il numero di pale, minore è la differenza di pressione tra gli spazi adiacenti attorno al rotore.

Le applicazioni con rapporti ad alta pressione possono richiedere fino a 20 o 30 palette. La maggior parte dei compressori rotativi a palette è limitata a pressioni pari o inferiori a 150 psig (10,3 bar). Sebbene siano leggeri e versatili, la loro efficienza è bassa rispetto ai compressori alternativi. La tecnologia a palette rotanti è stata applicata per la compressione di aria e gas, servizi di vuoto, pompaggio di liquidi e trasferimento di solidi sfusi.

Blackmer è stata una delle prime aziende a sviluppare macchine a palette scorrevoli. Prima della fine del XX secolo, una pompa rotativa era generalmente intesa come una “pompa a ingranaggi”, costituita principalmente da due ingranaggi che intrappolavano il liquido tra i denti dell’ingranaggio e l’alloggiamento della pompa, creando piccole cavità di tenuta che trasportavano il fluido mentre ruotava. , forzando il liquido a fuoriuscire dall'altro lato.

Ma nel 1899, RM Blackmer inventò un design della pompa a palette che rappresentava un importante allontanamento dal principio della pompa a ingranaggi. A differenza della portata di una pompa a ingranaggi che diminuisce costantemente man mano che i denti degli ingranaggi si consumano, la perdita di una pompa a palette è praticamente trascurabile. Man mano che le palette si consumano sulle punte, si spostano semplicemente più lontano dalle fessure del rotore per autoregolarsi e mantenere la velocità originale. Blackmer non avrebbe potuto scegliere un momento migliore per inventare questo ingegnoso tipo di pompa.

L'avvento dell'automobile stava dando al paese una nuova sete di benzina e petrolio. L'industria petrolifera stava crescendo a passi da gigante e la giovane azienda era pronta ad espandersi con essa. La pompa a palette di Blackmer ha dato vita ad una famiglia di centinaia di modelli di pompe diversi. L'azienda Blackmer è stata fondata a Petoskey, MI e si è trasferita nella sede attuale a Grand Rapids, MI nel 1925.