往復式の圧縮機構Compressor

HOME > 技術講座 > 往復式の圧縮機構

圧縮機構

往復式コンプレッサの基本構造(下図)。原動機の回転運動をクランクシャフト、コネクチングロッド(コンロッド)を介して往復動運動に転換し、ピストンを往復運動させることにより、シリンダ内に吸入した気体を圧縮します。

圧縮機構ピストンの往復動機構

PAGE TOP

圧縮のサイクル

圧縮のサイクルピストンの往復動機構により、シリンダ内での圧縮のサイクルは左図のようにP-V線図により表され、
吸入圧縮吐出膨張の工程を繰り返します。

PAGE TOP

コンプレッサの効率

体積効率

体積効率とは、吐出し容量(吸込み状態に換算した容量)とピストン押しのけ量との比をパーセントで表したもの。

体積効率

ピストン押しのけ量(ピストンが押しのける量)を式で表せば

単動の場合

複動の場合

体積効率(ηv)はピストン押しのけ量の何パーセントが実際に吐出される容量であるかを示す数値といえます。

体積効率は理論的には下記の式で表されます。

体積効率

実際には、上記計算式の中のkはシリンダ等で冷却されるので、ポリトロープ圧縮となり、ポリトロープ指数nを使います。

n:ポリトロープ指数(隙間容積に残留するガスの膨張係数でシリンダの冷却方式とその能力などにより異なる。空気の場合は約1.2)

また、バルブロス、リング類からのガスリーク、パイプロスなどのロスがあるので、“n”の値と併せてロス分を見込んで計画する必要があります。

全断熱効率

コンプレッサの効率はバルブ、流路、配管などの気体抵抗、機械損失、冷却の良否など、いろいろな要素により決まります。これらの要素がどの程度効率に影響するかを、要素別に求めることは非常に困難です。そのため、これらすべてをまとめて断熱圧縮が行われたときの動力を基準として、実際に必要な動力がどれくらいかを示したのが全断熱効率です。

全断熱効率

全断熱効率

この式を用い、標準状態の空気1m³/minを圧縮するのに要する理論断熱動力を計算すると下表のようになります。
表より1段圧縮の場合に比べて、2段圧縮の方が動力が小さいことがわかります。

理論断熱動力表

圧力
MPa(G)
1段圧縮
(kW)
2段圧縮
(kW)
圧力
MPa(G)
2段圧縮
(kW)
0.05 0.7177 1.1 5.0087
0.1 1.2810 1.2 5.2021
0.15 1.7516 1.3 5.3831
0.2 2.1593 1.4 5.5533
0.25 2.5211 1.5 5.7141
0.3 2.8478 1.6 5.8665
0.35 3.1467 1.7 6.0114
0.4 3.4227 3.0334 1.8 6.1496
0.45 3.6796 3.2366 1.9 6.2817
0.5 3.9205 3.4245 2.0 6.4082
0.55 4.1474 3.5994 2.1 6.5297
0.6 4.3622 3.7632 2.2 6.6465
0.65 4.5664 3.9173 2.3 6.7591
0.7 4.7610 4.0628 2.4 6.8677
0.75 4.9472 4.2008 2.5 6.9727
0.8 5.1257 4.3319 2.6 7.0742
0.85 5.2972 4.4570 2.7 7.1726
0.9 5.4542 4.5766 2.8 7.2680
0.95 5.6219 4.6911 2.9 7.3606
1.0 5.7760 4.8011 3.0 7.4507

本表は1m3/minの自由空気を断熱圧縮する場合の理論動力を示す。

この全断熱効率の良否は、電力使用量にそのまま影響する重要な値です。機械の構造、バルブ形状、配置、リング形状など、各摺動部の摩擦ロスを考慮して、効率の良い機械を計画する必要があります。

PAGE TOP

圧縮温度

理論的にコンプレッサのシリンダが、外部との熱の授受がないとき、圧縮のために加えられる動力(機械エネルギー)は、すべて気体の温度上昇になる。理論的に断熱圧縮と考えれば、吐出気体の理論温度は下記の理論式により算出されます。

圧縮温度

参考に1段圧縮で比熱比1.4(空気、N2) の場合の圧縮比と圧縮温度の関係を示す

圧縮温度

実際温度

実際には上記計算式の中のkはシリンダなどで冷却されるので、ポリトロープ圧縮となり、理論温度よりは幾分下がった値となります。下がる程度はシリンダの冷却方式とその能力、圧縮比、回転速度、冷却水温度、外気温、冷却水量、バルブ性能、機械の大きさなどにより異なります。

1段式の一般汎用エアーコンプレッサで20℃の大気を吸って0.7MPaGまで昇圧した場合には、圧縮比はPd/Ps=(0.7+0.1013)MPaA/0.1013MPaA=7.91となり、上表で256℃となりますが、実際には170〜190℃程度の温度になっています。これは冷却により比熱比kの値は、1.25〜1.3程度の値になっているということになります。

技術講座
  • 往復式の圧縮機構|

PAGE TOP


ホーム サイト利用規約 リンク集 サイトマップ English お問い合わせ・資料請求 レシプロコンプレッサ・真空ポンプ専門メーカー MIKUNI