ガスの圧縮とは、外部エネルギーを消費してガスに圧力ポテンシャルエネルギーを与えるプロセスです。圧縮機は圧縮ガスの生成装置です。したがって、スクリュー式空気圧縮機の空気端の基本的な性能は、圧力、流量、出力、比出力の4つの側面と切り離すことはできません。
スクリュー式空気圧縮機の空気端の基本性能 – 圧力
圧縮空気の圧力ポテンシャルエネルギーを得ることは、空気圧縮機の最も基本的な性能であり、スクリュー式空気圧縮機も例外ではありません。スクリュー式空気圧縮機の主動力は、外部エネルギーを消費して空気の圧力を上昇させます。圧力が高くなるほど消費エネルギーも増え、主動力に対する要求も高くなります。通常、空気圧縮機は出力圧力に応じて4つのカテゴリに分類されます。
低圧：0.2～1.0MPa
中圧：1.0～10MPa
高圧：10～100MPa
超高圧：100MPa以上
スクリュー式空気圧縮機の出力圧力は通常0.2～4.0MPaであり、この範囲では性能、実現可能性、経済性が最も優れています。これは圧縮機の空気端の構造と動作モードによって決まり、市場需要が最も高い圧力範囲でもあります。
空気圧縮機によって供給される圧縮空気の圧力は、主に圧力比によって測定されます。圧力比とは、出力圧力Pdと吸入圧力Psの比です。圧力比が高いほど、出力圧力が高くなります。
ε=Pd/Ps 式(6)
スクリュー式空気圧縮機の主機関には、内部圧力比と外部圧力比がある。
内部圧力比：主機関の歯間容積内の圧力と吸気圧の比であり、吸気ポートと排気ポートの位置と形状によって決まる。
外部圧力比：排気管内の圧力と吸込圧力の比。運転条件またはプロセスフローに必要な吸込圧力と排気圧力。
内部圧力比≠外部圧力比の場合、主機関はより多くの電力を消費します。内部圧力比＝外部圧力比の場合、主機関は最適な状態になります。
スクリュー式空気圧縮機の主エンジンについては、主エンジン、周囲温度、吸入圧力、主エンジン回転数などの要因が同じ場合、出力圧力が高いほど消費電力も高くなります。
スクリュー式空気圧縮機の空気端における基本性能 – 流量
流量は通常、質量流量と体積流量で構成されます。空気圧縮機システムの業界仕様および規格では、通常、流量測定方法として体積流量を使用します。これは、私の国では排気量または銘板流量とも呼ばれます。必要な排気圧力の下で、単位時間あたりに空気圧縮機によって排出されるガスの体積は、吸気状態、つまり、第1段吸気管での吸気圧力と吸気温度および湿度の体積値に変換されます。単位はm3/分です。体積流量は、実体積流量と標準体積流量に分けられます。
通常、サンプル、選定、および機械の銘板には標準体積流量が使用されます。業界、地域、および用途により、圧縮空気市場の需要における標準体積流量は、標準状態（温度、圧力、および成分）の違いに応じて2つの定義があります。
標準状態は、圧力P=101.325kPa、標準温度T=0℃、相対湿度0%です。工業用ガス、化学工業、入札書類などでよく見られ、「標準値」と呼ばれ、通常は数式記号「VN」と単位Nm3/minで表されます。
標準状態は、圧力 P = 101.325kPa、標準温度 T = 20℃、相対湿度 0% です。これは通常、圧縮空気業界の規格で使用され、「標準作業条件」と呼ばれます。記号は通常「V」で、単位は m3/min です。
通常、空気圧縮機業界で使用される標準体積流量は後者です。2つの状態における体積流量の変換は、次の式で計算できます。
V(m3/min)=1.0732VN(Nm3/min) 式(7)
スクリュー式空気圧縮機の主機関の場合、他の条件が同じであれば、ローター中心間距離が大きいほど体積流量は大きくなり、主機関の回転速度が高いほど体積流量は大きくなる。
V 体積流量 = qv 主機関圧縮容積 × n ヘッド速度 式 (8)
qv=CΨqv0Z1n=CΨCn1nλD3 式 (9)
ここで、Z1は雄ローターの歯数、nは雄ローターの回転速度、λはローターのアスペクト比、Dは雄ローターの外径である。
したがって、経済性を考慮して、通常は主エンジンの種類を減らし、主エンジンの回転速度を調整することで空気圧縮機の排気量を調整し、市場の需要に対応します。
しかし、スクリューコンプレッサーの主エンジンの回転速度は無限に高くすることはできず、通常は800～10,000rpmの範囲です。そのため、スクリュー主エンジンのメーカーは、スクリューコンプレッサーの流量要件を満たすために、異なる流量範囲の主エンジンを開発しています。
スクリュー式エアコンプレッサーのエアエンドの比出力と計算
空気圧縮機のエアエンドが作動しているときに、単位時間あたりの体積流量によって消費される軸動力。比動力の単位はkW/(m3/min)です。
計算式は以下のとおりです。
SER空気端 = Pd空気端/qv式（10）
Pdエアエンド – エアエンドシャフト動力。
qv – 単位時間あたりの空気端体積流量
その比出力値は以下のとおりです。
SER エアエンド = 117/23.1 = 5.065 (kW/(m3/min))
スクリュー式空気圧縮機のエアエンドの比出力値が小さいほど、エネルギー消費量が少なくなり、エアエンドの性能が向上します。流量が一定の場合、出力圧力が高いほどエアエンド軸出力が大きくなり、比出力値も大きくなります。
各スクリューコンプレッサーには最適な比出力値があり、これは主エンジンの回転速度に関係しています。主エンジンの回転速度が低すぎると、漏れが増加し、ガス量が減少するため、比出力値が高くなります。逆に、主エンジンの回転速度が高すぎると、摩擦が増加し、軸動力が増加し、比出力値が高くなります。しかし、比出力値が最小となる最適な回転速度が必ず存在します。そのため、主エンジンが大きいほど省エネルギーになる、とは必ずしも言えません。
スクリューコンプレッサーや可変周波数コンプレッサーを設計する際には、品質を確保すると同時に、主機関の経済性、標準化、モジュール性も考慮する必要があります。そのため、主機関の比出力値曲線を用いて、様々な圧力と流量に対応するスクリューコンプレッサーを設計・開発します。
投稿日時：2024年7月17日
