空気圧縮機の流量計算式

空気圧縮機の気流量とは何ですか

空気圧縮機の気体流量とは、通常、単位時間当たりに圧縮機が吸入または排出する気体の体積を指す。工学分野で一般的な単位は m³/min、L/min またはNm³/分。気体の体積は圧力および温度の変化に伴って変わるため、流量を比較したり機種を選定する際には、まず流量に対応する圧力・温度および基準状態を明確にしておく必要があります。

シリンダーの諸元から理論排気量を推定する

単動往復ピストン式空気圧縮機：理論排気量は、Q＝π/4×D²×S×n×z と近似できる。

• D：シリンダー径。
• S：ピストンの行程。
• n：回転数または単位時間当たりの往復回数。
• z：シリンダー数。

実際の排気量は通常、理論値を下回り、次のように表すことができる：実際の排気量＝理論排気量×容積効率容積効率は、余隙容積、吸排気抵抗、バルブ類の状態、温度および漏れの影響を受ける。

ガス貯蔵タンクの充填時間から推定する

現場で使用可能なガスタンクの充填時間から、吸入状態における排気量を推定する：Q ≈ V ×（P2－P1）／（t×P0）。

• V：ガス貯蔵タンクの容積。
• P1：充填開始時の絶対圧力。
• P2：充填終了時の絶対圧力。
• t：充気時間。
• P0：吸入側の参照大気圧または標準圧。

計器の表示がゲージ圧である場合は、まず絶対圧に換算する必要があります。計算に際しては、充填過程における減圧・排気および複数機の並列運転による干渉もできるだけ抑えることが求められます。

実際流量と標準状態流量の換算

実際の運転条件下における流量を標準状態の流量に換算する必要がある場合には、理想気体の関係式を参考にすることができる。QN ≈ Q × (P / PN) × (TN / T)。

• Q：実際の運転条件下での体積流量。
• QN：標準状態における体積流量。
• P：実際の絶対圧力。
• PN：標準状態における圧力。
• T：実際の熱力学温度。
• TN：標準状態における熱力学温度。

業種によって標準状態の定義が異なる場合があるため、計算に際しては同一の基準を維持し、直接の混用を避けるべきである。

ガス使用設備に基づいて必要なガス流量を算出する

選定の際には、一般的に消費空気量の総和法が用いられます。必要気流量 ≒ Σ 各設備の消費気量 × 同時使用係数 × 余裕係数。

• 単台設備の消費ガス量：設備の技術資料または実測データを基準とする。
• 同時使用係数：設備が同時に稼働するかどうかによって決定される。
• 安全率：漏れ、将来の増設および運転条件の変動を考慮して設定する。

計算上の注意事項

• 圧力計の示値は通常、ゲージ圧であるため、気体の体積変化を計算する際には絶対圧を用いるべきである。
• 温度の上昇は、同じ質量の気体の体積を増大させるため、換算の際には温度基準を統一する必要があります。
• 高高度地域では吸入圧が低くなるため、実際の排気量や圧縮比に影響を及ぼす。
• 配管の漏れ、フィルターエレメントの抵抗、バルブ部品の摩耗はいずれも利用可能な流量の低下を招きます。
• 選定に用いる場合は、適切な余裕を確保すべきですが、過度に大きくしすぎると消費電力が増加するおそれがあります。