遠心式空気圧縮機とは何か？その動作原理、利点・欠点および適用場面

遠心式空気圧縮機とは何ですか

遠心式空気圧縮機は、典型的な速度型の圧縮機器である。容積変化によってガスを圧縮する容積式圧縮機とは異なり、高速回転するインペラによってガスに仕事を与え、極めて高い速度を付与した後、拡流器でその速度を低下させることにより、ガスの運動エネルギーを圧力エネルギーへと変換し、最終的にガスの圧縮および送達を実現する。

遠心式空気圧縮機の動作原理

その作業プロセスは、主に以下のいくつかの重要な段階で構成されています。

• 吸気と加速空気は吸気フィルターを通過してコンプレッサーへと導かれ、高速で回転するインペラに取り込まれる。インペラの羽根の作用により、気体はインペラとともに回転し、遠心力によってインペラの外縁へと投げ出される。これにより、気体の速度と圧力は著しく増加する。
• 拡圧と増圧：インペラから吐出された高速気体は拡圧器へと導かれます。拡圧器では流路の断面積が徐々に拡大するため、気体の流速は低下し、エネルギー保存則に従って気体の運動エネルギーは効果的に圧力エネルギーへと変換され、結果として気体の圧力はさらに上昇します。
• 多段圧縮と冷却：より高い吐出圧力を実現し、温度を制御するため、大型の遠心コンプレッサは通常、多段式圧縮を採用します。ガスは各段の間で中間冷却器を通過して冷却され、圧縮効率の向上と機器の過熱防止が図られます。

遠心式空気圧縮機の利点

• 排気量が大きく、連続性がある連続的で安定した大流量の圧縮空気を供給でき、大規模な空気使用ニーズに非常に適しています。
• ガスの純度が高い圧縮工程中、ローターとステータの間に機械的接触がなく、圧縮室への潤滑油注入も不要であるため、排出される圧縮空気には油分を含まず、高純度の用気要求を満たします。
• 運転が安定していて信頼性が高い設備の運転中は振動が小さく、騒音も比較的低く、消耗部品も少ないので、日常の保守点検の負担が軽減されます。
• 構造がコンパクト：同程度の排気量において、その体積および重量は通常、往復式コンプレッサーより小さく、占有面積も小さい。

遠心式空気圧縮機の欠点

• 喘振のリスクがあります：吸気量が特定の臨界値を下回ると、コンプレッサにストール現象が発生し、気流が激しく脈動して設備の安全な運転に影響を及ぼします。
• 運転条件への適応性が低い：その効率は設計運転条件から逸脱すると急激に低下するため、ガス消費量の変動が頻繁であったり、長期間にわたり低負荷運転が続くような用途には適していません。
• 加工と製造には高い要求がある：インペラなどの核心部品は回転速度が極めて高く、材料の強度、加工精度および動平衡に対する要求が非常に厳しくなるため、初期製造コストが高額になる。

適用シーン

上述の特性に基づき、遠心式空気圧縮機は主に以下の分野で用いられています。

• 大型重工業鉄鋼冶金、大型化学工業、石油精製・化工など、これらの産業分野では、通常、連続的で大規模な圧縮空気の供給が求められます。
• 空気分離装置：空気分離による酸素や窒素などの工業用ガスの製造に用いられる大型空気分離装置において、核心的な動力機器として使用される。
• 高純度ガス業界食品・飲料、バイオ医薬品、電子半導体製造など、圧縮空気の品質に対する要求が極めて高く、油分やガスによる汚染が厳禁される分野。
• 大型集中供気ステーション大型製造団地や総合工場に対し、集中かつ安定したガス供給を確保します。