空気圧縮機の軸出力計算式

空気圧縮機の軸動力とは何か

空気圧縮機の軸出力とは、圧縮機の主軸に伝達される有効な出力を指し、通常は運転中の圧縮機本体が要求する機械的出力を評価する際に用いられます。これは、電動機の入力出力、伝達効率、機械損失および圧縮運転条件などに依存します。エネルギー消費の分析や電動機の選定、あるいは運転状態の判定を行う際には、電動機の入力出力、電動機の出力、ならびに圧縮機の軸出力を区別して把握することがしばしば必要となります。

トルクと回転数から計算する

主軸のトルクと回転数が測定可能な場合には、一般的な機械の出力計算式を用いることができます。

P＝T×n÷9550

• P：軸出力、単位はキロワット kW
• T：主軸トルク、単位はニュートンメートル N·m
• n：主軸回転数、単位は回転毎分 r/min
• 9550：単位変換係数

この式は、トルクと回転数が既知の現場試験または校正計算に適用できる。なお、トルクデータが推定値である場合は、十分な安全率を確保しておくべきである。

モーターの入力パラメータに基づいて推定する

電動機駆動の空気圧縮機については、電動機の入力電力と効率から軸出力を推算することが可能です。三相交流電動機の入力電力は次のように表されます：

P入力＝√3×U×I×cosφ÷1000

軸動力のさらなる推定：

P軸＝P入力×ηモーター×η伝達

• U：線間電圧、単位はボルト V
• I：線電流、単位はアンペア A
• cosφ：力率
• ηモーター：モーター効率
• η伝達：伝達効率は、直結・カップリングまたはベルト伝達によって値が異なります。

モーターの出力が既知である場合、次のように簡略化できます：

P軸＝Pモーター出力×η伝達

排気量と比出力から推定する

設備資料が整っている場合や実測データが既にある場合には、排気量および比出力によっても推定を行うことができる。

P軸 ≈ Q × b

• Q：実際の排気量、単位は立方メートル毎分です m3/min
• b：比出力、単位はキロワット毎立方メートル毎分 kW /（m3/min）

この手法はエネルギー消費の比較や概算計算には適していますが、比出力は圧力設定、吸気状態、冷却方式、負荷率および制御方式の変化に応じて変動するため、単一の値をそのまま適用することはできません。

軸動力に影響を与える主な要因

• 排気圧力：圧力の上昇は通常、圧縮功を増加させる。
• 吸気温度と圧力：吸気状態の変化は、ガス密度および実際の排気量に影響を及ぼします。
• 機械の摩擦と潤滑状態：軸受、シール、歯車などの部品の状態は、機械効率に影響を及ぼす。
• 伝動方式：直結、カップリング、ベルトまたはギアによる伝動では、それぞれ効率が異なります。
• 運転負荷：無負荷、軽負荷、満負荷および頻繁な負荷の増減は、出力の変動を引き起こします。

使用上の注意

計算に際しては、まず電力の定義を明確にし、モーターの入力電力、モーターの定格出力、およびコンプレッサーの軸動力とを混同しないようにしてください。現場での概算には、電流・電圧・回転数・トルク・排気量および機器の諸元データを用いて相互に検証することを推奨します。なお、機器の選定や省エネルギー改修、安全検証に使用する場合は、機器の銘板表示、試験データ、ならびにメーカーの技術資料を基準とすべきです。