01 ガス量制御と調整
圧縮空気の総コストの80%はエネルギー消費に反映されます。そのため、スクリュー式空気圧縮機（OSG）の種類によって、制御システムや調整システムも異なります。スクリュー式空気圧縮機の種類やメーカーによって性能に大きな差が生じる可能性があります。理想的な状態は、スクリュー式空気圧縮機の全負荷と空気消費量を完全に一致させることです。
これは、例えば、プロセス用スクリュー空気圧縮機（OSGスクリュー空気圧縮機）で一般的な、ギアボックスの変速比を慎重に選択することによって実現できます。圧縮空気を消費する機器のほとんどは自己調整式であり、圧力を上げると流量が増加するため、空気輸送、凍結防止などの安定したシステムを形成します。通常の状況では、流量を制御する必要があり、使用される制御装置はスクリュー空気圧縮機（OSGスクリュー空気圧縮機）に組み込まれています。このような調整システムには、主に2つのタイプがあります。
1. 駆動モーターの速度を連続的に制御するか、圧力変化に応じてバルブを連続的に制御することで、ガス量を連続的に調整します。結果として、圧力変化は小さく（0.1～0.5 bar）、変化の大きさは制御システムの増幅機能とその速度によって決まります。
2. 負荷調整とアンロード調整は最も一般的な調整システムであり、両者間の圧力変化も許容されます。調整方法は、高圧時に流量を完全に遮断（アンロード）し、圧力が最低値まで低下した時点で流量を再開（ロード）することです。圧力変化は、単位時間あたりの許容負荷／アンロードサイクル数によって決まり、通常は0.3～1バールの範囲です。
02 風量調整の基本原理
2.1 容積式スクリュー空気圧縮機（OSGスクリュー空気圧縮機）の制御原理（圧力リリーフ弁）
基本的な原理は、余分な圧力を大気圧に放出することです。圧力リリーフバルブの最もシンプルな設計は、スプリング荷重を使用することであり、スプリングの離陸力によって最終圧力が決まります。圧力リリーフバルブは通常、レギュレータで制御されるサーボバルブに置き換えられます。この場合、圧力は簡単に制御できます。スクリューエアOSGスクリュー空気圧縮機が加圧状態で起動すると、サーボバルブはアンロードバルブとしても機能しますが、圧力リリーフバルブは、スクリューエアOSGスクリュー空気圧縮機が全背圧で連続運転する必要があるため、多くのエネルギーを消費します。小型スクリューエアOSGスクリュー空気圧縮機には解決策があります。このタイプのバルブは、スクリューエアOSGスクリュー空気圧縮機のアンロードのために完全に開かれ、スクリューエアOSGスクリュー空気圧縮機は大気圧の背圧で動作します。この方法の電力消費はより手頃です。
2.2 バイパス調整
原則として、バイパス調整弁と圧力リリーフ弁は同じ機能を持ちますが、違いは、圧力から解放された空気が冷却されてスクリュー空気圧縮機の空気入口に戻される点です。この方法は、プロセス用スクリュー空気圧縮機で一般的に使用されており、ガスを大気中に直接排出するとコストが高すぎるため、直接排出すべきではありません。
2.3 スロットリングイン
吸込口絞りは、流量を減らすための便利な方法であり、吸込口で低圧を発生させ、スクリュー式空気圧縮機の圧縮比を高め、調整範囲を狭くすることができます。液噴射式スクリュー式空気圧縮機は、高い圧縮比を実現でき、最大10%まで調整可能です。圧縮比が高いため、この方法は比較的高いエネルギー消費につながります。
2.4 メーターイン入口付き圧力リリーフバルブ
これは現在比較的一般的な調整方法であり、最大の調整範囲（0～100%）が得られ、エネルギー消費量も少ない。スクリューエアOSGスクリュー空気圧縮機の無負荷（ゼロ流量）電力は、全負荷のわずか15～20%である。吸気バルブが閉じると小さな穴が残り、同時にベントが開いてスクリューエアOSGスクリュー空気圧縮機から空気が排出される。スクリューエアOSGスクリュー空気圧縮機の本体は、入口真空と低背圧の条件下で動作する。全負荷から無負荷への切り替えによる不要な損失を避けるため、圧力解放は速く、解放量は小さいことが重要である。システムにはシステム容量（アキュムレータ）が必要であり、そのサイズは、無負荷と負荷の間の必要な圧力差と、1時間あたりの許容サイクル数によって決まる。
OSG社製の5～10kW以下のスクリュー式空気圧縮機は、通常、オン/オフ方式で調整されます。圧力が上限に達するとモーターは完全に停止し、圧力が下限を下回るとモーターが再起動します。この方式では、モーターへの負荷を最小限に抑えるため、システム容量が大きいか、起動時と停止時の圧力差が大きいことが必要です。単位時間あたりの起動回数が少ない場合に、この方式は効果的な調整方法となります。
2.5 速度調整
OSGスクリュー式空気圧縮機の回転速度は、内燃機関、タービン、または周波数制御式電動機によって制御され、それによって流量が制御されます。これは、一定の吐出圧力を維持する効果的な方法です。調整範囲はOSGスクリュー式空気圧縮機の種類によって異なりますが、液噴射式OSGスクリュー式空気圧縮機が最も広い範囲をカバーします。低負荷レベルでは、吸気制限の有無にかかわらず、速度制御と圧力解放が同時に行われることがよくあります。
電動モーターで駆動するスクリュー式空気圧縮機（OSG社製）の場合、速度は電気機器で制御できるため、モーターの速度を制御し、圧縮空気を小さな圧力変化範囲内で一定に保つことができます。例えば、一般的な誘導モーターは、周波数変換器で速度を調整し、システムの圧力を連続的かつ正確に測定し、その圧力信号でモーターの周波数変換器を制御することで、この要件を満たすことができます。これにより、モーターの速度を制御し、スクリュー式空気圧縮機（OSG社製）のガス量を空気消費量に正確に適合させ、システムを±0.1 bar以内に維持することができます。
2.6 可変排気ポート調整
OSG社製スクリュー式空気圧縮機の排気量は、ケーシングの長さに沿って排気口の位置を吸気口側へ移動させることで調整できます。ただし、この方法は部分負荷時に高い電力消費を伴うため、あまり一般的ではありません。
2.7 吸入弁のアンロード
ピストンスクリュー式空気圧縮機（OSGスクリュー式空気圧縮機）は、吸引弁を機械的に開位置にしてアンロードすることができます。ピストンの位置が変化すると、空気が出入りします。その結果、エネルギー損失は最小限に抑えられ、通常は全負荷軸動力の10%未満です。複動式スクリュー空気圧縮機（OSGスクリュー式空気圧縮機）では、一般的に多段アンロード方式が採用されており、一度に1つのシリンダーのバランスを取ることで、ガス量を供給と需要により良く対応できます。プロセスフロー式スクリュー空気圧縮機（OSGスクリュー式空気圧縮機）では、部分アンロード方式が採用されており、ピストンが部分ストロークにあるときに弁を開くことで、連続的なガス量制御を実現しています。
2.8 クリアランス量
OSGスクリュー式空気圧縮機のピストンスクリューのクリアランス容積を変更することで、シリンダーの充填度を下げ、ガス量を減らすことができます。また、クリアランス容積は外部接続された容積によって変更することも可能です。
2.9 ロード・アンロード・シャットダウン
出力が 5kW を超えるスクリュー式空気圧縮機 OSG では、調整範囲が広く損失が少ないため、これが最も一般的に使用されている方法です。実際には、オン/オフ調整とさまざまなアンロード システムの組み合わせです。容積式スクリュー式空気圧縮機 OSG では、最も一般的な制御原理は「空気生成」/「空気生成なし」（負荷/アンロード）です。空気が必要な場合、ソレノイド バルブに信号が送信され、ソレノイド バルブはスクリュー式空気圧縮機 OSG の吸気バルブを全開位置に誘導します。吸気バルブは全開（負荷）または全閉（アンロード）のいずれかで、中間位置はありません。
従来の制御方法は、圧縮空気システムに圧力スイッチを設置することです。このスイッチには、最小圧力（負荷時）と最大圧力（無負荷時）の2つの設定値があります。スクリュー式空気圧縮機（OSG）は、設定値の範囲内（例：0.5bar）で動作します。空気需要が少ない場合、または全く必要ない場合は、スクリュー式空気圧縮機は無負荷運転（アイドリング）となり、アイドリング時間はタイマーリレーで設定されます（例：20分）。設定時間が経過すると、スクリュー式空気圧縮機は停止し、圧力が最小値まで低下するまで再び起動しません。これは、信頼性が高く安心できる従来の制御方法であり、現在では小型のスクリュー式空気圧縮機（OSG）で最も一般的に採用されています。
この従来型システムは、圧力スイッチをアナログ圧力トランスミッターと高速電子調整システムに置き換えることでさらに改良されました。圧力トランスミッターは、制御システムと連携して、システム内の圧力変化を常に検知します。システムは、モーターを適切なタイミングで起動し、吸気バルブの開閉を制御します。±0.2bar以内の高速かつ精密な制御が可能です。空気を使用しない場合、圧力は一定に保たれ、スクリュー式空気圧縮機OSGは空運転（アイドリング）します。アイドリングサイクルの長さは、モーターが過熱することなく耐えられる起動・停止回数と、運転中の経済性に応じて決定されます。後者は、システムが空気消費量の傾向に応じて停止するかアイドリングを継続するかを判断できるためです。
03 要約
要するに、圧縮空気はさまざまな用途や空気消費条件で使用されます。各スクリュー式空気圧縮機は空気量制御方法が異なりますが、ユーザーの空気量に基づいています。スクリュー式空気圧縮機は、独自の空気量制御および調整方法によって、途切れることのない連続的な空気供給を実現します。また、スクリュー式空気圧縮機のメーカーによって、エネルギー効率を最大化し、顧客の要求を満たすために、自社ブランドのスクリュー式空気圧縮機の性能を向上させるための調整原理が異なります。高精度、低メンテナンス、圧力や流量などのパラメータを測定する能力を備え、スクリュー式空気圧縮機のさまざまな用途に対応します。
投稿日時：2023年9月8日
