Immagina un'attrezzatura fondamentale che si trasforma in un costoso cumulo di rottami metallici in pochi secondi a causa di minime vibrazioni dell'albero, costringendo le linee di produzione a fermarsi mentre le perdite si accumulano minuto per minuto. Questa non è un'esagerazione, ma un rischio reale affrontato dai compressori centrifughi a ingranaggi integrali (compressori IGC) quando mancano sistemi di monitoraggio e protezione adeguati.

Attrezzature essenziali in tutti i settori

I compressori IGC fungono da attrezzature indispensabili nella produzione industriale, con applicazioni che spaziano dal petrolio, alla lavorazione chimica, al gas naturale, all'industria alimentare e delle bevande, all'automotive, farmaceutica, cartaria, cementizia, siderurgica e alla produzione di vetro. In base agli scenari applicativi e agli standard di progettazione, i compressori IGC rientrano in due categorie principali:

• Compressori di processo API 617: Progettati per la gestione dell'aria e di vari gas di processo, con design complessi per applicazioni ad ampio raggio.
• Compressori d'aria centrifughi a ingranaggi integrali confezionati API 672: Progettati specificamente per la compressione dell'aria, queste unità compatte incorporano compressori, meccanismi di azionamento, sistemi di controllo e apparecchiature ausiliarie in pacchetti integrati montati su skid.

Vantaggi distinti dei compressori IGC

L'esclusivo design a ingranaggi integrali dei compressori IGC utilizza un grande ingranaggio di trasmissione (ingranaggio principale) con più ingranaggi a pignone che azionano gli alberi delle giranti del compressore a velocità variabili, ottimizzando le prestazioni di ciascuna girante. I vantaggi principali includono:

• Capacità di fornire aria senza olio di Classe 0 per severi requisiti di qualità dell'aria
• Ingombro ridotto rispetto ai compressori di capacità equivalente
• Design a singolo accoppiamento semplificato che riduce le esigenze di manutenzione e i punti di guasto
• Meno requisiti di girante per pressioni di scarico equivalenti
• Efficiente implementazione del raffreddamento interstadio tra le fasi di compressione
• Cicli di produzione più brevi del 10-15% e riduzioni dei costi del 15-30% rispetto ai progetti alternativi

Sfide di monitoraggio nel funzionamento ad alta velocità

Le elevate velocità di rotazione dei pignoni dei compressori IGC creano una minima tolleranza ai guasti. I problemi si aggravano rapidamente, spesso con conseguenti guasti catastrofici. Il monitoraggio e la protezione continui diventano quindi necessità operative piuttosto che protezioni opzionali.

Monitoraggio delle vibrazioni dell'albero: la prima linea di difesa

Dall'introduzione negli anni '60 dei sensori a correnti parassite (sonde di prossimità) per il monitoraggio delle vibrazioni, i compressori IGC sono stati tra i primi ad adottarli. Questi sensori consentono l'osservazione diretta del movimento dell'albero, facilitando l'individuazione precoce dei problemi. Pionieri del settore come Joy® Compressors hanno inizialmente standardizzato questi sensori con sistemi di monitoraggio continuo, seguiti da produttori tra cui Borsig, Worthington, Elliott (ora FS-Elliott) e Clark.

Soluzioni di monitoraggio complete

I sistemi di monitoraggio avanzati soddisfano i requisiti specifici dei diversi tipi di compressori IGC, garantendo un funzionamento affidabile attraverso approcci su misura:

1. Sistemi di monitoraggio basati su trasmettitore (applicazioni API 672)

Per i compressori d'aria confezionati conformi a API 672, i sistemi di monitoraggio basati su trasmettitore offrono:

• Uscita segnale 4-20mA per una perfetta integrazione del sistema di controllo
• Incorporazione semplificata nelle architetture di controllo esistenti
• Funzionamento economico senza sistemi di monitoraggio autonomi

Tipi di trasmettitore:

• Trasmettitori di vibrazioni radiali per il monitoraggio dell'ampiezza delle vibrazioni dell'albero
• Trasmettitori di posizione assiale per il monitoraggio dei cuscinetti di spinta
• Trasmettitori di velocità per la misurazione della velocità di rotazione

Soluzioni per diametri di albero ridotti: Sensori specializzati affrontano le sfide di misurazione nelle sezioni posteriori del compressore, dove i piccoli diametri degli alberi del pignone e della girante complicano le applicazioni dei sensori a correnti parassite tradizionali.

Soppressione degli spike non periodici: Algoritmi integrati filtrano i disturbi elettrici transitori da fulmini, interruttori automatici, sovratensioni o comunicazioni radio per prevenire falsi allarmi.

Configurazione standard API 672: Pur imponendo il monitoraggio delle vibrazioni radiali X-Y per girante, lo standard non richiede la misurazione della posizione assiale. Tuttavia, l'aggiunta di sonde di spinta fornisce una protezione critica contro il contatto rotore-statore da un minimo movimento assiale.

2. Sistemi di monitoraggio standard API 670 (applicazioni API 617)

Per i compressori di processo API 617, i sistemi conformi a API 670 offrono un monitoraggio avanzato attraverso array di sensori completi. I principali elementi di differenziazione includono:

• Funzionamento indipendente dai sistemi di controllo macchina secondo i requisiti API 670
• Capacità diagnostiche attraverso trigger di fase supplementari
• Raccomandazioni di retrofit per configurazioni di sensori ottimali

Il condizionatore di segnale intelligente a due canali 5580 esemplifica la protezione economica della macchina per applicazioni che non richiedono la complessità del sistema basato su rack, con allarmi integrati e funzioni di relè.