【一問一答 第055題】2016.06.14
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【Q&A 第055問】2016.06.14 なぜ高圧縮比の往復式圧縮機には多段圧縮が必要なのか？ 返信すると解答例が見られ、ポイントを押さえて答えれば得点できます。 1、単段圧縮時には出口温度が過度に上昇する可能性がある；2、多段圧縮は段間冷却および脱水が可能；3、多段バッファによる出口流量および圧力の安定化；4、多段対称分布による軸方向力のバランス；5、省エネ、安全性などの要因。
答：1 往復式圧縮機でガスを非常に高い圧力まで圧縮し、所定の圧縮比を達成する場合、単段圧縮では圧縮されたガスの温度が過度に上昇してしまうことが多い。単段圧縮比が大きくなるほど、圧縮されたガスの温度はさらに上昇する。シリンダー内のガスと注入された潤滑油が、温度が高すぎるために焦げ付いてしまう。気門の正常な動作に影響を与え、ピストンリングの摩耗を悪化させる。また、余隙内に残った高温・高圧のガスが膨張することでシリンダー容積の大部分を占め、単段圧縮比が大きくなるほど、余隙内のガスの温度や圧力も高くなる。ガスが膨張してシリンダー容積を占める割合が大きくなると、容積効率が低下する。3単段圧縮の場合、ガスの温度が高すぎるために圧縮機の消費電力が増加する。単段圧縮比が大きくなるほど圧縮温度も上昇し、圧縮機の消費電力も増える。以上を総合すると、高圧縮比の往復式圧縮機には多段圧縮が必要である。
単段圧縮では仕事量が多く、バルブの排気温度が高くなる
往復式圧縮機が高い圧力までガスを圧縮し、一定の圧縮比を達成する必要がある場合、単段圧縮ではガスの温度が急激に上昇してしまうことが多く、単段圧縮比が大きくなるほど圧縮されたガスの温度はさらに上昇する。シリンダー内のガスと注入された潤滑油が高温により焦げ付き、バルブの正常な動作を妨げ、ピストンリングの摩耗を悪化させる。余隙内に残留するガスの温度や圧力が高いほど、ガスが膨張してシリンダー容積を占める割合が大きくなり、容積効率が低下する。消費電力が大きすぎる
単機圧縮で冷却システムが過大なため、圧縮ガスに液体が混入しやすい
1）往復圧縮機でガスを非常に高い圧力まで圧縮し、一定の圧縮比を達成する場合、単段圧縮では圧縮されたガスの温度が過度に上昇してしまうことが多く、単段圧縮比が大きくなるほど圧縮されたガスの温度はさらに上昇する。シリンダー内のガスと注入された潤滑油が、温度が高すぎるために焦げ付いてしまう。エアバルブの正常な動作に影響を与え、ピストンリングの摩耗を悪化させた。 2）そして、余隙内に残った高温・高圧のガスが膨張することでシリンダー容積の大部分を占めるため、単段圧縮比が大きくなるほど、余隙内に残るガスの温度や圧力も高くなる。ガスが膨張してシリンダー容積を占める割合が大きくなると、容積効率が低下する。 3）単段圧縮の場合、ガスの温度が高すぎるため圧縮機の消費電力が増加する。単段圧縮比が大きくなるほど圧縮温度は上昇し、圧縮機の消費電力も増える。 したがって、高圧縮比の往復式圧縮機には多段圧縮を設ける必要がある。
ガスの温度が高すぎるため、多段圧縮の各段間で水冷により冷却する
（1）往復圧縮機でガスを非常に高い圧力まで圧縮し、所定の圧縮比を達成する場合、単段圧縮では圧縮されたガスの温度が過度に上昇してしまうことが多く、単段圧縮比が大きくなるほど圧縮ガスの温度はさらに上昇する。シリンダー内のガスと注入された潤滑油が、温度が高すぎるために焦げ付いてしまう。エアバルブの正常な動作に影響を与え、ピストンリングの摩耗を悪化させた。（0.4）（2）また、余剰空間に残っている高温・高圧のガスが膨張すると、シリンダー容積の大部分を占めてしまう。単段圧縮比が大きくなるほど、余剰空間に残っているガスの温度や圧力も高くなる。ガスが膨張してシリンダー容積を占める割合が大きくなると、容積効率が低下する。（0.3）（3）単段圧縮の場合、ガスの温度が高すぎるために圧縮機の消費電力が増加する。単段圧縮比が大きくなるほど圧縮温度も上昇し、圧縮機の消費電力も増える。（0.2）以上を総合すると、高圧縮比の往復式圧縮機には多段圧縮が必要である。（0.1）
単段圧縮機ではガスを非常に高い圧力まで圧縮するため、圧縮比が大きくなり、圧縮後のガス圧も高くなる。ガスの圧縮比が高くなるほど温度も上昇し、圧縮比がある一定値を超えると、圧縮後のガス温度は一般的な圧縮機用潤滑油の発火点を超えてしまい、潤滑油が乳化して焼け付いてしまう