スクリューコンプレッサーの8kg用ヘッドを5kg用に使用すると、どうなりますか。

工業生産において、スクリューコンプレッサーの圧力選定は、設備の運転効率および耐用年数に直接影響を及ぼします。場合によっては、高圧用のコンプレッサーヘッドを低圧の運転条件下で使用する事例が見られます。例えば、設計排気圧が8kgf/cm²のヘッドを5kgf/cm²のシステムに適用するといったケースです。このような運用は、実際の稼働において一連の物理的・機械的な変化を引き起こすため、慎重な対応が求められます。

排気量と容積効率の変化

スクリューコンプレッサーのヘッドの吐出量は、作動圧力と密接に関連しています。8kg級のヘッドを5kgという低い背圧で運転すると、ヘッド内部の圧力比は著しく低下します。

• 漏れの減少圧力比の低下は、回転子間隙におけるガス漏れ量の減少を意味し、それに伴って容積効率が向上する。
• 排気量の増加回転数が一定である場合、機首の実際の吐出量は、8kgの運転条件下での定格吐出量を上回る。

モータの負荷と出力のマッチングリスク

排気量の増加は、システム全体のエネルギー効率の向上を必ずしも意味するものではなく、むしろモーターの過負荷というリスクを招くおそれがあります。空圧機の軸出力は、排気量と圧力比の積に密接に関連しています。

• 軸出力の上昇圧力比は低下するものの、排気量の大幅な増加により、総軸出力が当初搭載されていたモーターの定格出力を超えるおそれがあります。
• 過負荷保護：モーターの出力が適切にアップグレードされていない場合、長期間にわたり過負荷運転を続けると、熱継電器による保護が作動し、頻繁な停止や、さらにはモーターの焼損に至るおそれがあります。

機首内部の運転状態と寿命損耗

機頭は設計段階において、回転子の型線、軸受の配置、潤滑システムおよび冷却油路がすべて定格圧力に合わせて最適化された計算に基づいています。運転圧力を変更すると、従来の設計バランスが崩れてしまいます。

• 荷重の変化：回転子に作用する軸方向力および径方向力が変化すると、軸受の荷重分布が不均一になり、軸受の摩耗が加速されるおそれがあります。
• 潤滑と温度の異常排気量の増加に伴い噴射量の要求が変化するため、冷却システムを同時に調整しなければ、機首の排気温度が異常となり、潤滑油の性能に影響を及ぼし、結果として機首の使用寿命が短くなるおそれがあります。

科学的な圧力選定の提案

上記の問題を回避するため、企業は圧力選定を行う際、以下の原則に従うべきである。

• 専用機専用：実際のガス使用圧力の要求に応じて、対応する圧力等級のコンプレッサーヘッドを厳格に選定してください。5kgf/cm²の運転条件下では、5kgf/cm²または6kgf/cm²仕様のコンプレッサーヘッドを選定する必要があります。
• システムマッチング：機頭、モーター、冷却システムおよび制御システムが設計運転条件下で協調して動作し、最適なエネルギー効率比を実現することを確保する。
• 周波数変換による調整：空気使用量の変動が大きい場合は、圧縮ヘッドの設計圧力を調整して対応するのではなく、回転数を変化させることで空気流量の変化に対応できるインバータ制御式スクリューコンプレッサーの採用をおすすめします。