Gelagerd met niets; Compressor-as in magneetveld heeft vele voordelen

De petrochemische industrie kijkt de kat nog uit de boom, maar bij Shell in Canada staat al 7 jaar een compressor te draaien waarvan de as niet in olie, maar in lucht is gelagerd. ""Het is een conservatieve markt'', verklaart ir. Jos Derkink van Delaval Stork in Hengelo de afwachtende houding van de industrie. Het bedrijf waar hij werkt levert binnenkort de tweede compressor waarin de as wrijvingsloos in een magnetisch veld zweeft. Met de zes magnetisch gelagerde compressoren die IMO-industries - het Amerikaanse moederbedrijf van Delaval Stork - de afgelopen jaren heeft geleverd komt het totaal nu op acht. Het zullen er zeker meer worden, denkt Derkink, maar het zal langzaam gaan. Ondanks alle voordelen van magnetische lagering wil de industrie eerst zeker weten of het wel blijft werken. Een compressor moet zo'n twintig jaar meegaan en moet in ieder geval drie jaar kunnen draaien zonder te stoppen.

Compressoren worden in de off shore gebruikt voor het op druk brengen en houden van gas dat getransporteerd moet worden. In de chemische en petrochemische industrie voor het in stand houden van de druk tijdens allerlei produktieprocessen waarbij gas nodig is. Het zijn altijd centrifugaalcompressoren: een compressorhuis waarin een as draait die met waaiers is bezet. De afmetingen variëren - de kleinste compressoren zijn een meter in doorsnee en anderhalve meter lang, de grootste zijn wel 3,5 meter in doorsnee en zes meter lang. De drukken die bereikt worden lopen uiteen van 10 tot meer dan 200 bar.

Bij dergelijke drukken zorgt de as van de compressor voor een karakteristiek afdichtingsprobleem. De as moet ergens uit het huis komen - de compressor moet immers aangedreven worden - maar op dat punt mag geen gas ontsnappen. Tot zo'n tien jaar geleden werd dat probleem opgelost door afdichting met een dunne oliefilm. Omdat ook het lager waar de as in draait een glijlager is dat met olie wordt gesmeerd, staan compressoren van dat type wel bekend als wet-wet compressoren. De olieafdichting en -smering vereist een heel circuit van leidingen, pompen en olie-gasscheiders. Voor alle zekerheid is het bovendien dubbel uitgevoerd. Per wet-wet compressor is al gauw 5000 liter olie nodig voor smering en afdichting en die vooraad moet regelmatig worden ververst, met alle milieu-problemen van dien.

Het zou dus mooi zijn als je compressoren kon maken die het geheel zonder olie konden stellen, en ziedaar, met de magnetische lagering zijn die dry-dry compressoren nu ook werkelijkheid.

Eerst maakten zo'n tien jaar geleden de dry gas seals een einde aan de natte olie-afdichting. Dry gas seals bestaan uit ringen die op de as zijn aangebracht en met veren tegen stilstaande koolstofringen worden aangedrukt. De tegen elkaar draaiende dichtingsvlakken zijn zeer nauwkeurig vlak gemaakt en het vlak van de roterende ring is bovendien voorzien van spiraalvormige groefjes. Tijdens het roteren wordt het gas "naar binnen geschraapt'. Aan het eind van de groef wordt het gas samengeperst en vormt daar een "dammetje' dat slechts 3 micron dik is, maar de ringen nèt van elkaar houdt. Zo wordt de gaslekkage tot een minimum beperkt. Compressoren met een dry gas seal kunnen we dry-wet noemen. Tegenwoordig is het merendeel van de nieuwe compressoren van dat type.

De tweede stap, het droogmaken van het lager, werd bereikt met een andere technologie: het toepassen van elektromagneten. In het huis van de compressor worden twee of vier elektromagneten gemonteerd die allebei een op de as gemonteerd lamellenpakket aantrekken. Resultaat: een zwevende as.

Maar zo eenvoudig is het niet; de geringste verstoring of onbalans zou de evenwichtstoestand verstoren en om dat te voorkomen wordt de precieze positie van de as voortdurend in de gaten gehouden door met de magneten gentegreerde sensoren. Als de afstand tussen een der sensoren en de as toeneemt, zal de sensor dat aan een elektronisch regelcircuit melden. Het circuit zal vervolgens de juiste magneet iets meer bekrachtigen (of de andere iets minder) en de as zal de juiste positie weer gaan innemen. De ruimte tussen as en magneten bedraagt zo'n 0,2 à 0,3 mm en de correcties lopen in de hondersten van millimeters.

Derkink: "We doen al sinds 1980 onderzoek met magneetlagers en het gaat eigenlijk uitstekend. De voordelen zijn groot: je hebt geen wrijving, dus geen slijtage. Aan energie bespaar je ongeveer een procent - dus als je eerst 2 megawatt nodig had om de compressor te laten draaien, kun je nu met 20 kiloWatt minder toe. Olie is niet nodig, dus je kunt zo'n lager ook binennin de compressor toepassen. Verder is het veel stiller.'

En als de stroom uitvalt? Komt de compressor dan knarsend tot stilstand? Derkink: "Er zijn twee noodvoorzieningen. Om te beginnen is er een accubatterij die bij stroomuitval genoeg stroom aan de elektromagneten kan leveren om de compressor rustig te laten uitlopen. En dan is er nog een rollenlager gemonteerd waar de as uiteindelijk op neerzakt.'

Op 22 april organiseert het werktuigbouwkundig studiegenootschap Isaac Newton van de Universiteit Twente een symposium onder de titel "Techniek: Sleutel voor het oplossen van milieuproblemen'. Behalve de dry-dry compressor komen nog vijf andere onderwerpen aan bod. Inlichtingen: 053-892531.