スクリューエアコンプレッサーの選定計算はどのように行うのか。圧力、流量、負荷率および余裕について

選定計算の核心原則

スクリューエアコンプレッサーの選定は、単なる諸元の照合にとどまるものではなく、実際の稼働条件、空気使用ニーズ、さらには今後の事業展開計画を総合的に検討する必要があります。科学的な選定計算を行うことで、エネルギーの無駄や機器の過度な摩耗を効果的に回避できます。

システムの作動圧力を確定する（圧力の選定）

圧力は、空気圧縮機の選定における最重要指標です。吐出圧力を決定する際には、単一の設備の定格要求値だけを考慮するのではなく、配管ネットワーク全体に存在するすべての用気端末の最高作動圧力を統計的に把握する必要があります。

• 基礎圧力の計算：すべてのガス使用設備のうち、要求圧力が最も高い値を基準として設定する。
• 配管ネットワークの圧力降下補償：圧縮空気は配管、バルブ、フィルターおよびドライヤー内を流れる際に圧力損失を生じます。一般的には、配管網の延長や管径に応じて、所定の余裕圧力を加算する必要があります。
• 最終排気圧力：最高使用圧力と配管ネットワークの圧力降下を加算し、空気圧縮機に必要な最低排出圧力を求めます。

実際のガス消費量の算出（流量の選定）

流量は空気圧縮機のガス生産能力を決定します。使用量を正確に算出することが、頻繁な負荷・軽負荷の切り替えを防ぐ鍵となります。

• 設備のガス消費量の集計：すべての空気圧機器、シリンダー、ブロー装置等について、連続運転状態における最大消費空気量の合計を算出する。
• 同時使用係数の導入：実際の生産において、すべての設備が同時に満負荷でガス消費に達することは極めて稀です。プロセスの特性を踏まえ、適切な同時使用係数を乗じて、実際のピーク時のガス消費量を算出する必要があります。
• 漏れと損失を考慮する：配管網および継手部では、どうしてもガス漏れが生じるため、計算に際してはこの隠れた損失を総流量の要求値に加算する必要があります。

負荷率と運転モードの評価

負荷率とは、空気圧縮機の実際の吐出量と定格吐出量との比を指します。適切な負荷率は、設備の寿命に影響を与えるだけでなく、運転時のエネルギー消費にも直接関与します。

• 積み込みと荷下ろし：従来の商用周波数空気圧縮機は、負荷がゼロの状態でも依然として多量の電力を消費します。システムの用気量に大きな変動があり、設備が長時間にわたり低負荷状態に置かれたり、頻繁に負荷の増減を繰り返したりすると、エネルギー消費は大幅に増加します。
• 周波数変換による調整の利点：ガス需要の変動が大きい運転条件下では、インバータ制御式スクリューコンプレッサーの導入を検討することをお勧めします。インバータタイプは、実際の流量要求に応じてモーター回転数を自動的に調整し、広い負荷率範囲において高効率な運転を維持できます。

システムの余裕を適切に確保する

将来の生産能力の拡張や設備の老朽化に伴う効率低下、さらには突発的なガス需要のピークに対応するため、機器選定の際には適切な余裕を確保しておく必要があります。

• 流量余量：通常、算出された実際の総ガス消費量に適切な流量余裕を加えます。これにより、将来的な増産ニーズに対応できるだけでなく、設備の起動頻度も低減できます。
• 圧力余裕：最高使用圧力および配管ネットワークの圧力損失を満たす範囲内で、無闇に排気圧力を上げることは推奨されません。排気圧力を一定値だけ引き上げるごとに、エネルギー消費は著しく増加します。圧力余裕は、配管ネットワークの設計を最適化することで確保すべきです。

総合的な選定提案

スクリューエアコンプレッサーの選定は、体系的なプロジェクトです。企業には、既存および計画中の空気使用設備の諸元を詳細に記録し、配管網のトポロジー図を作成したうえで、現場の環境温度や標高などの外部要因も踏まえて修正を行うことを推奨します。圧力と流量を正確に算出し、負荷率を科学的に評価するとともに、適切な余裕を確保することで、現行の生産ニーズを満たしつつ、優れた省エネルギー性能と将来的な拡張性を備えた圧縮空気システムを最終的に選定できます。