マイクロオイルツインスクリューエアコンプレッサーは、従来のツインスクリューコンプレッサーと比べて、本体効率はどのように向上していますか?

コアテクノロジーの定義

マイクロオイルシステムと従来のシステムの比較は、基本的な動作原理を理解することから始まります。標準 二軸スクリューエアコンプレッサー 圧縮チャンバーに大量のオイルを注入する確立された方法で動作します。このオイルは、圧縮熱を吸収する冷却剤として機能し、ローター間およびローターとハウジングの間の隙間をシールして内部漏れを防ぎ、ベアリングとギアを潤滑します。結果として生じる空気と油の混合物は圧縮チャンバーから出て、多段階の分離プロセスを通過して、圧縮空気がシステムに送られる前に油の大部分が除去されます。対照的に、 マイクロオイルツインスクリューエアコンプレッサー オイルを最小限に抑える哲学に基づいて設計されています。引き続きオイルを使用しますが、注入量は正確に制御され、大幅に削減されます。このアプローチでは、潤滑とシールの効果の低下を管理するために、ローターのプロファイル、ベアリング技術、冷却戦略の変更が必要になります。中心的なアイデアは、重要な潤滑とシールを実行するのに十分な量のオイルを提供し、それによって大量のオイルの処理に伴うエネルギーの損失を軽減することです。

従来のツインスクリューコンプレッサーにおけるオイルの役割

従来のオイル注入式または潤滑式ツイン スクリュー コンプレッサーでは、オイルは圧縮プロセス自体に不可欠です。循環されるオイルの量は、供給される自由空気の量の何倍にもなる場合があります。油は熱除去の主な媒体であるため、この大量の量が必要となります。空気が圧縮されると、その温度が劇的に上昇し、ローターに直接噴射されたオイルがこの熱を吸収し、オイル クーラーに運び去ります。これにより、圧縮空気が下流の機器やコンプレッサー自体に損傷を与える可能性のある過度の高温に達するのを防ぎます。さらに、オイルの粘度は、雄ローターと雌ローターの間に油圧シールを形成するのに役立ちます。このシールは体積効率を維持するために非常に重要です。これがないと、空気がローターポケット内で高圧側から低圧側に滑り落ち、1回転あたりに効果的に圧縮される空気の量が減少します。また、オイルは回転するネジの間に膜を形成し、金属間の接触を防ぎ、摩耗を軽減します。この石油への依存度は効果的ではありますが、この大量の流体の圧送、分離、冷却に関連した固有のエネルギー損失が発生します。

マイクロオイルシステムにおける運用の変化

マイクロオイル システムの設計は、石油の利用方法の意図的な変化を表しています。これらのコンプレッサーは、圧縮チャンバーを満水にする代わりに、よりターゲットを絞った噴射システムを採用しており、多くの場合、計算された少量のオイルをチャンバー内に噴霧するノズルが使用されます。目標は、一次冷却剤としてオイルを使用することではなく、ローターの十分な潤滑と内部漏れを制御する最小限のシールを確保することです。オイルの冷却能力の低下を補うために、マイクロオイルの設計には他の冷却方法が採用されることがよくあります。これには、コンプレッサーハウジングのより効率的な空冷や、圧縮要素の周囲の液冷ジャケットの使用などが含まれます。ローター自体には、低オイル環境での摩擦や摩耗を軽減するために、PTFE やその他の先端素材などの特殊なコーティングが施されている場合があります。軸受は潤滑に循環油に依存しない、高級な永久密閉タイプが多く使用されます。この圧縮要素全体の再設計により、従来必要とされていたオイルの一部でシステムが確実に機能することが可能になり、これが効率向上の源となります。

Reduction in Power Consumption for Oil Circulation

マイクロオイルツインスクリューエアコンプレッサーの効率向上の最も直接的な分野の 1 つは、オイル循環に伴う寄生電力損失の削減です。従来のシステムでは、大量のオイルをセパレーターからフィルターを介してオイルクーラーに移動し、最終空気圧よりも高い圧力で圧縮チャンバーに戻すために、かなりのオイルポンプが必要です。このポンプを駆動するために必要な電力は、システムの総エネルギー消費量を常に消費します。移動する必要があるオイルの量を大幅に減らすことにより、マイクロオイル システムでは、より小型で出力の低いオイル ポンプを利用できるようになります。これは直接的に電力消費量の削減につながります。さらに、空気と油の混合物を分離器に押し出すのに必要な仕事も軽減されます。オイルが少ないということは、混合物の密度と粘度が低いことを意味し、その結果、分離容器全体での圧力損失が低くなります。この圧力降下を克服する必要がないことで節約されるエネルギーは、メインユニットの全体的な効率の向上に貢献します。

より低い内圧差

二軸スクリュー コンプレッサーの圧縮室内には、大量のオイルが存在し、ある程度の流体力学的抵抗または抵抗が発生します。ローターが回転すると、空気だけでなく、ローブ間のスペースや隙間を満たす濃厚なオイルも移動させる必要があります。この内部抵抗により、モーターは実際のガスの圧縮に必要な電力を超える余分な電力を消費する必要があります。マイクロオイルシステムでは、この内部抵抗はかなり低くなります。圧縮室内に存在するオイルが大幅に少なくなると、ローターが受ける粘性抵抗が少なくなります。これは、モーターのパワーの多くが空気を圧縮するという主なタスクに振り向けられ、オイルの撹拌に浪費される量が少なくなることを意味します。この内部動力損失の低減は、圧縮要素自体の断熱効率の向上に貢献します。コンプレッサーは、より少ない入力トルクで同じ圧力比を達成でき、これは機械的および熱力学的性能の根本的な改善となります。

強化された熱管理と体積効率

直感に反するように思えるかもしれませんが、オイルの使用量を減らすと、サイクルのいくつかの側面での熱管理が向上する可能性があります。従来のコンプレッサーでは、オイルが熱を吸収しますが、この熱は大型のオイル クーラーによって除去する必要があり、それ自体にエネルギー（ファンや冷却水ポンプ用）が必要です。また、大量のオイルがローターポケット内のスペースを占有し、各サイクルで取り込まれる空気の量が事実上減少し、体積効率にわずかに影響を与えます。マイクロオイルシステムは、設計により、オイルの質量に比べてより多くの空気の質量を処理することができます。熱は、多くの場合、コンプレッサーのケーシングを通じて、より直接的に管理され、特定の設計では、熱を遮断するためのより効率的な経路となる可能性があります。オイルの量が減るということは、圧縮室内で非圧縮性流体が占めるスペースが少なくなるということを意味します。これにより、ローターは 1 回転あたりわずかに多くの空気を捕捉できるようになり、体積効率がわずかながらも目に見えて増加します。入力電力単位あたりにより多くの空気が供給されることは、比電力性能の向上を意味します。

比電力 (kW/100 cfm) の意味

これらの個々の改善の集大成は、比電力という業界の主要な指標に反映されており、通常は毎分 100 立方フィートあたりのキロワット (kW/100 cfm) で表されます。この数値は、指定された圧力で圧縮空気の所定の流れを生成するために必要な電気エネルギーの量を表します。オイルポンプ出力の低下、内部抗力の低減、わずかに優れた体積効率の複合効果により、マイクロオイルツインスクリューエアコンプレッサーは一般に、同等の従来モデルよりも比出力が低くなります。たとえば、従来のコンプレッサーの比出力が 18 kW/100 cfm である場合、同じ容量のマイクロオイル バージョンでは 17 kW/100 cfm 以下に達する可能性があります。この差は、ユニットあたりでは小さいように見えますが、特に稼働時間が長いアプリケーションでは、コンプレッサーの稼働寿命全体にわたり、実質的なエネルギーコストの節約につながります。この比電力の減少は、メインユニットの効率向上を最も直接的かつ定量的に実証するものです。

設計と制御システムの相乗効果

マイクロオイル設計の効率上のメリットは、最新の制御戦略、特に可変速ドライブ (VSD) と組み合わせるとさらに増幅されます。 VSD を使用すると、コンプレッサーはモーターの速度と空気出力をプラントの変動する需要に正確に一致させることができ、全負荷での運転とその後の排気またはアイドリングに伴うエネルギーの無駄を回避できます。マイクロオイル圧縮エレメントの固有の効率により、VSD が動作できるより優れたベースラインが提供されます。需要が低い場合、VSD はコンプレッサーの速度を下げます。マイクロオイルマシンでは、オイル循環の減少と内部抵抗の低下がすべての速度で存在します。これは、全負荷時だけでなく、動作範囲全体にわたって効率の利点が維持されることを意味します。効率的なコア設計とインテリジェントな制御システムの間のこの相乗効果により、特にほとんどの産業環境で一般的な部分負荷シナリオにおいて、どちらかのテクノロジーが単独で達成できる以上のエネルギー節約が可能になります。