空気圧縮機の排気量計算式

空気圧縮機の排気量に関する基本概念

空気圧縮機の排気量は、空気圧縮機の性能を評価するための核心的な技術指標です。排気量を正確に算定・評価することは、機器の選定やシステムの整合性確保、さらにはエネルギー効率の分析において極めて重要です。

空気圧縮機の排気量は通常、次のように分類されます。理論排気量と実際の排気量理論排気量とは、圧縮機が理想的な状態において単位時間当たりに吸入するガスの体積を指し、一方で実際排気量は、圧縮機が実際の運転条件下で最終的に排出する、吸気状態に換算したガスの体積を意味する。両者には差異があり、その主な要因は圧縮機の容積効率によるものである。

理論排気量の計算式

理論吐出量は、主にコンプレッサの幾何学的寸法および運転速度に依存する。往復動式空気圧縮機の場合、その理論吐出量の計算式は次のとおりである。

V_th = (π / 4) × D² × S × n × Z × 10⁻⁶

• V_th：理論排気量、単位は立方メートル毎分（m³/min）
• D：シリンダー内径、単位はミリメートル（mm）
• S：ピストンの行程、単位はミリメートル（mm）
• n：コンプレッサーの主軸回転数、単位は回転毎分（r/min）
• Z：シリンダー数

回転式空気圧縮機においては、理論吐出量はローターの型線の幾何学的寸法およびローターの回転数に依存し、計算の論理は類似しており、いずれも幾何学的容積と回転数の積で表されます。

実際の排気量の計算式

実際の運転においては、余隙容積、ガス漏れ、吸気抵抗、ならびにガスの加熱などの要因により、実際の吐出量は理論上の吐出量よりも必ず小さくなります。実際の吐出量を求める計算式は次のとおりです。

V_act = V_th × λ

そのうち、V_アクト実際の排気量（m³/min）、λ排気係数（容積効率とも呼ばれる）とは、排気過程における圧縮機の性能を示す指標である。排気係数は1未満の値で、通常はメーカーが実験により測定して公表している。一般的に、往復動式空気圧縮機の排気係数は0.65から0.85の範囲にあり、スクリュ式空気圧縮機では通常0.90以上となる。

空気圧縮機の排気量に影響を与える主な要因

排気量に影響を及ぼす要因を把握することで、日常のメンテナンスにおいて設備の高効率な稼働を維持することが可能です。

• 余隙容積：シリンダー内でピストンが上死点に達した際に残留する高圧ガスは、吸気前に膨張して容積の一部を占め、吸気量を減少させる。
• 漏洩損失：ピストンリング、バルブおよびローターの隙間からのガス漏れは、吸入または圧縮されたガスの一部が失われる原因となります。
• 吸気抵抗と加熱吸気弁の抵抗およびシリンダー壁の加熱により、吸入ガスの温度が上昇し、密度が低下するため、実際の吸入ガス質量は減少する。
• 回転数の変化駆動機の回転数の変動は、理論排気量に直接比例して影響を及ぼす。