入口条件が遠心圧縮機の性能に与える影響

CAGI技術コンサルタントRick Stasyshan、アトラスコプコNeil Breedlove

Compressed Air Best Practices®（CABP）Magazineは最近、Rick Stasyshan 、 Compressed Air and Gas Instituteの（CAGI）Technical Consultant、およびMr. 具体的には、さまざまな吸気条件が遠心式空気圧縮機の性能にどのように影響するかを説明しました。

環境パラメーターは遠心分離性能に影響します

CABP：紳士、読者は常に、コンプレッサーシステムが環境条件によってどのように影響を受けるかについてもっと知りたいと思っています。入口条件が遠心圧縮機システムの性能にどのように影響するかについて、いくつかの光を当てることができますか？

CAGI：遠心技術は動的圧縮に基づいています。ダイナミックコンプレッサーでは、高速で回転するインペラーのブレード間に空気が引き込まれ、高速で加速されます。その後、空気はディフューザーから排出され、そこで運動エネルギーが静圧に変換されます。ほとんどのダイナミックコンプレッサーは、軸方向または半径方向のフローパターンを備えたターボコンプレッサーであり、より大きな体積流量向けに設計されています。

ダイナミックコンプレッサーの性能は、環境条件に大きく依存します。以下に、さまざまな環境パラメーターの影響とパフォーマンスへの影響について説明します。遠心タイプのコンプレッサーへの投資を検討する場合、最大のパフォーマンスを達成するためにアプリケーションの機器のサイズを決める際に、年間の極端な条件と平均的な条件を考慮することが重要です。

パフォーマンスに影響を与える環境パラメーターは次のとおりです。

入口温度
入口圧力
相対湿度（RH）
冷却水温度

CABP：これらの各パラメーターがパフォーマンスにどのように影響するかについて、読者に理解してもらえますか？

CAGI：これらのパラメーターの影響を理解するには、最初にダイナミックコンプレッサーのパフォーマンスカーブを調べ、環境パラメーターの変化によるパフォーマンスへの影響を確認する必要があります。

入口温度

空気の入口温度は、コンプレッサーの吸入口での空気の密度に影響を与え、ブレードから空気に伝達される運動エネルギーに影響を与えます。 吸気温度が低いほど密度が高くなると、 自由空気供給量（acfm）が 高くなり、コンプレッサーの消費電力も高くなります。

空気またはガス密度の変化の別の効果は、コンプレッサーの有効なターンダウンです。それは、スロットルバルブまたはインレットガイドベーンの使用による効率的な調整が可能な流量範囲です。下の図から、温度が低い ほど高いターンダウン範囲が利用できることが明らかです。

図1と2は、入口温度がターボ圧縮機の性能に及ぼす影響を示しています。

注入口の温度が変化すると、性能が大きく変化します。寒い天候では、遠心力は暖かい天候よりもはるかに多くの重量の空気を送ることができます。ドライブが必要な追加の電力を提供するサイズになっている場合です。

入口温度が低い：

サージ圧を高めます。
特定の吐出圧力で最大容量（重量流量）を増やします。
消費電力（馬力）を増やします。

図1：空気の密度は、気温が下がると増加します。

入口温度が高い：

サージ圧を下げます。
特定の吐出圧力で最大容量（重量流量）が減少します。
消費電力（馬力）を減らします。

図2：入口温度が電力に与える影響

上記のパラメーターは、コンプレッサーのパフォーマンスに同様の影響を与えます。これらのパラメータの影響は、上記で使用したパフォーマンスグラフからも理解できます。

入口圧力

入口圧力が低下すると、コンプレッサーの吸気口の空気密度が低下します。温度が高い場合と同様に、自由空気の供給と電力が低下します。入口圧力の変化は、汚れた入口フィルタまたはバラメータ圧力の変化によって引き起こされる可能性があります。利用可能なターンダウンについても同じことが言えます。吸気圧を下げると、利用可能なターンダウンが小さくなります（図3を参照）。

より低い入口圧力：

曲線全体に沿って吐出圧力を下げます。
最大容量（重量流量）を減らします。
電力消費または馬力を減少させます（重量流量の減少による）。

図3：入口圧力が遠心圧縮機の性能に与える影響

相対湿度（RH）

相対湿度（RH）が増加すると流量と電力が減少し、RHが減少すると流量と電力が増加します。空気に水蒸気を加えると、空気が湿り、空気の密度が下がります。これは、水のモル質量が空気のモル質量より小さいためです（図4を参照）。

より高い相対湿度：

サージ時の吐出圧力を下げます。
最大流量（重量流量）を減らします。
サージが発生するフローを減少させます。
消費電力（馬力）を減らします。

湿度の高い日に凝縮水がより多く失われると、プラントの空気システムに送られる流量が減少します。

図4：相対湿度が遠心圧縮機の性能に与える影響

冷却水温度

冷却水の温度は、第2ステージおよびそれ以降のステージ（存在する場合）への吸気温度に影響します。冷たい水は流れと力を増やし、暖かい水は流れと力を減らします。

CABP ：それでは、遠心圧縮機のサイズを決める際に、読者がこれをどのように考慮するように提案するのですか？

CAGI：遠心圧縮機のサイズを決定するには、ユーザーのジョブサイトの需要フローパターンを考慮し、最適なパフォーマンスを得るためにサイトの入口条件（最小/平均/高）を考慮する必要があります。

考慮すべきもう1つの重要な点は、モーターのサイジングです。入口温度が低い場合の性能に基づいてモーター/ドライバーを選択すると、入口温度が低い場合でも、モーターに十分な電力が供給され、流量の増加に対応できます。お客様は、コンプレッサーから利用可能な流量を増やすことができます（図5を参照）。

冷却水の温度は、最初のステージの後のコンプレッサーステージのパフォーマンスに影響します。パフォーマンスへの影響は、吸気温度の影響に似ています。もちろん、これは事実です。なぜなら、冷却水の温度変化は、ステージ間にインタークーラーが存在する2番目、3番目以降のステージに入る空気の温度に直接影響するからです。

より低い冷却温度：

吐出圧力を高めます。
最大容量（重量流量）を増やします。
消費電力（馬力）を増加させます。

図5：遠心分離性能に対する冷却水の温度の影響

より高い冷却水温度：

吐出圧力を下げます。
最大容量（重量流量）を減らします。
消費電力（馬力）を減らします。

遠心圧縮機の詳細

CABP ：この簡単な説明から、読者はおそらくこれらの要素と、それらが操作に具体的にどのように影響するかをよりよく理解したいと思うでしょう。読者は、CAGIおよびその遠心圧縮機セクションのメンバーからより多くの情報と支援を得るにはどうすればよいですか？

CAGI ：CAGIとそのアトラスコプコ、キャメロン、FSエリオット、インガソールランドを含む遠心圧縮機セクションメンバーは、操作に適したサイズの圧縮機を選択するユーザーを支援およびガイドするエンジニアを訓練しました。既存のシステムをアップグレードおよび/または交換する場合は、システムのパフォーマンスを最大化するために、コンプレッサーシステムの評価をお勧めします。

CAGI、そのメンバー、圧縮空気アプリケーション、または圧縮空気に関する質問への回答の詳細については、圧縮空気およびガス研究所にお問い合わせください。 CAGIの教育リソースには、SmartSiteのeラーニングコースワーク、選択ガイド、ビデオ、圧縮空気およびガスハンドブックが含まれます。

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