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ダイナミックコンプレッサ:遠心式コンプレッサと軸流コンプレッサ

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ダイナミックコンプレッサは大きな馬力が必要な場合の理想的な選択肢です。ダイナミックコンプレッサには軸状の設計と放射状の設計があり、ターボコンプレッサとよく呼ばれます。放射状の設計を採用したものは遠心式コンプレッサと呼ばれています。ダイナミックコンプレッサは一定の圧力で動作し、一定のフローで動作する容積式コンプレッサなどとは異なります。ダイナミックコンプレッサの性能は外部の条件の影響を受けます。たとえば、入口温度が変わると生産能力が変化します。

遠心式コンプレッサとは

遠心式コンプレッサを示すグラフィック
遠心式コンプレッサの特徴は、放射状の吐出フローです。放射状にブレードが付いた回転インペラの中心に吸い込まれた空気が、遠心力によってインペラの周囲に向かって押し出されます。空気が放射状に移動すると同時に圧力が上昇し、運動エネルギーが発生します。次の圧縮段のインペラ中心部に空気が達する前に、空気は拡散幾通過し、渦巻き状の構造の場所で運動エネルギーが圧力に変換されます。


一段上がるごとにコンプレッサ装置の全体的な圧力が上昇します。産業用機械では、多くの場合、遠心式コンプレッサの段の最大圧力比は3以下です。圧力比が高いほど、段の効率性は低下します。低圧、1段圧縮は、排水処理場などで使用されます。多段圧縮では、中間冷却が可能なため、電力要件を削減できます。多段圧縮は、単一の低速なシャフト上で連続させることができます。このコンセプトは、石油ガス業界や加工業界でよく使用されています。


1段の圧力比は低いですが、多くの段や複数のコンプレッサを連続してセットし、望ましい出口圧力を得ることができます。空気圧縮用途では、高速ギヤボックスをコンプレッサの段と統合し、高速ピニオン上でインペラを回転させます。インペラの設計は解放と閉鎖のどちらでも可能です。


高速な空気用途で最もよく使われているのは解放設計です。通常、インペラは特殊なステンレス鋼合金またはアルミニウム製です。インペラのシャフトスピードは他のタイプのコンプレッサよりも非常に高速で、15,000~100,000 rpmが一般的です。つまり、コンプレッサシャフトの回転軸の軸受にはまり合う部分にローリングベアリングの代わりとして普通のベアリングを使うことによって起こります。あるいは、完全にオイルフリーの機械にはエアフィルムベアリングやアクティブ磁気ベアリングを使用できます。差圧によって発生する軸荷重を中和するために、シャフトの両端に2枚のインペラが取り付けられています。標準的な圧縮空気用途では、2~3段とインタクーラを使用するのが一般的です。


最新の構成の遠心式コンプレッサでは、超高速電動モータを使用してインペラを直接駆動します。この技術によりギヤボックスおよび関連する潤滑油システムのないコンパクトなコンプレッサが生まれ、完全にオイルフリーのコンプレッサ設計となります。各遠心式コンプレッサは、コンプレッサのハウジングを通るシャフト沿いの漏れを小さくするために、適切な方法でシーリングされている必要があります。シーリングには様々なタイプがありますが、最も高度なものは高圧が想定される高速コンプレッサに使用されています。一般的なタイプは、ラビリンスシール、リングシール、コントロールギャップシール(通常はグラファイトシール)、メカニカルシールです。

軸流コンプレッサとは

軸流コンプレッサはダイナミックコンプレッサの1種です
軸流式コンプレッサは、空気またはガスが、コンプレッサのシャフトに沿いながら何列もの回転するブレードと固定ブレードを通過することで、軸流を発生させます。この方式では、空気の速度が徐々に上がり、それと同時に固定ブレードが運動エネルギーを圧力に変換します。通常、軸力を平衡するためにバランス用のドラムがコンプレッサに内蔵されています。軸流コンプレッサは一般的に同等の遠心式コンプレッサよりも小型、軽量で、高速で正常運転します。比較的中程度の圧力で安定した高い流量を出力する用途、たとえば換気システムなどで使用されます。回転スピードが速いため、発電や航空機用のガスタービンと連動させるのに適しています。

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