最適な産業用エアコンプレッサを選ぶ方法
30 6月, 2022
産業用のエアコンプレッサを選ぶときは、検討すべきことが数多くあります。この記事では、用途とニーズに基づき、どんなコンプレッサが最も適しているかを説明します。
容積式コンプレッサとダイナミックコンプレッサの違い
異なる種類のコンプレッサと圧縮方法について学ぶ前に、まず気体圧縮の2つの基本原理について説明します。その後、これらの基本原理を比較し、各カテゴリの様々なコンプレッサを説明します。
空気（またはガス）の圧縮には、容積式圧縮とダイナミック圧縮の2つの一般的な原則があります。これらの原理は、空気の圧縮と排出の理論に基づいています。
容積式圧縮では、空気は、1つまたは複数の圧縮チャンバに取り込まれ、次に入口を閉じます。各チャンバの容積は徐々に減少し、空気は内部で圧縮されます。圧力が設計された内蔵圧力比に達すると、ポートまたはバルブが開きます。圧縮チャンバの容積が継続的に減少するため、空気は、出口システムに排出されます。
ダイナミック圧縮では、急速に回転する圧縮インペラ上のブレード間に空気が取り込まれ、高速に加速されます。次に、ガスディフューザを通して放出され、そこで運動エネルギーが静的圧力に変換されます。
容積式コンプレッサ
- 一定の流量
- 高い圧力
- 低速動作
- 小型で安定したアプリケーション
- シンプルな設計
容積式コンプレッサは、システム圧力に関係なく、一定の流量を提供します。ピストンやロータリスクリュなどを使用して一定の容量を閉じ込め、機械的に圧縮することで、空気を圧縮します。
これらのコンプレッサは、低速でも高い圧力比を発生させ、製造業や自動車産業などの小型で安定したアプリケーションに最適です。シンプルな設計により、信頼性が確保され、メンテナンスが容易です。
ダイナミックコンプレッサ（ターボコンプレッサ）
- 可変流量
- 可変圧力
- 高速
- 大容量アプリケーション
- 先進の設計
ダイナミックコンプレッサは、高速回転ブレードを使用して大量の空気を圧縮します。
流量と圧力が動作速度によって変化し、発電やHVACなどの大容量アプリケーションに適しています。複雑な設計により、可変流量と効率的な高速動作に最適化されています。
自転車用ポンプは、容積式圧縮の最も単純な例です。空気は、シリンダに引き込まれ、移動するピストンによって圧縮されます。ピストンコンプレッサの動作原理は同じです。ピストンは、コネクティングロッドと回転するクランクシャフトによって前進と後退が行われます。
ピストンの片側のみが圧縮に使用される場合、これは単動コンプレッサと呼ばれます。ピストンの上部と底部の両方を使用すると、コンプレッサは複動状態になります。圧力比は、入口側と出口側の絶対圧の関係です。
したがって、大気圧（1 bar（a））で空気を引き込み、7 barの過圧に圧縮する機械は、圧力比（7+1）/1=8で作動します。
容積式コンプレッサの種類
- レシプロ（ピストン）コンプレッサ：クランクシャフトによって駆動されるピストンを使用してシリンダ内の空気を圧縮するコンプレッサ。
- オービタル（スクロール）コンプレッサ：2つのインターリーブスパイラル型スクロールを使用して空気をスムーズに圧縮するコンプレッサ。
- ロータリスクリュコンプレッサ：2本の回転するヘリカルスクリュを使用して空気を連続的に圧縮するコンプレッサ。
- ロータリツースコンプレッサ：2つの反対方向に回転する非接触歯付きロータを使用して空気を圧縮するコンプレッサ。
- ロータリベーンコンプレッサ：ロータに配置されたベーンを使用し、ベーンが中や外にスライドしてシリンダ状のキャビティ内の空気を圧縮するコンプレッサ。
下の2つのグラフでは、理論上のコンプレッサの圧力-容量の関係と、ピストンコンプレッサの実際の図を（それぞれ）示しています。
ストローク容量は、吸引段階でピストンが移動するシリンダの容量です。クリアランス容積は、入口および出口バルブの下、およびピストンの上にある容量です。機械的な理由から、ピストン上部ターニングポイントに留まる必要があります。
ストローク容量と吸引容量の違いは、吸引開始前のクリアランス容量内に残っている空気の膨張によるものです。コンプレッサ（ピストンコンプレッサなど）の実用的な設計により、理論上のP/V図と実際の図との間に差が生じます。
バルブは、完全に密閉されることはなく、ピストンスカートとシリンダウォールの間に常にある程度の漏れがあります。さらに、バルブは、最小限の遅延なしに完全に開閉することはできません。これにより、ガスがチャネルを通過するときに圧損が発生します。この設計の結果、ガスはシリンダに流入すると加熱されます。
ダイナミック圧縮とは
ダイナミックコンプレッサでは、ガスが流れている間に圧力が上昇します。インペラ上の回転ブレードにより、フローガスが高速に加速します。ガスの速度は、ディフューザ内で膨張したときに強制的に減速されることで、ガスの速度は静圧に変換されます。
使用するガスフローの主な方向に応じて、これらのコンプレッサは遠心式コンプレッサまたは軸流コンプレッサと呼ばれます。容積式コンプレッサと比較すると、ダイナミックコンプレッサは、運転圧力のわずかな変化で流量が大きく変化するのが特徴です。
各インペラ回転数には、流量の上限と下限があります。上限は、ガスフロー速度が音速に達することを意味します。下限値は、逆圧がコンプレッサの圧力上昇よりも大きくなることを意味します。つまり、コンプレッサ内の逆流です。これにより、脈動、騒音、機械的損傷のリスクが生じます。
ダイナミックコンプレッサの制御方法と性能の最適化方法の詳細については、このダイナミックコンプレッサ制御ガイドをご覧ください。
ダイナミックコンプレッサの種類
- 遠心式コンプレッサ：回転インペラを使用し、ディフューザを通して空気速度を加速し、圧力に変換するコンプレッサ。
- 軸流コンプレッサ：回転軸に平行に流れる空気を圧縮するコンプレッサであり、ジェットエンジンや高速アプリケーションで一般的に使用されます。
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