多段往復圧縮機の変動負荷運転に関する考察
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この投稿は最後にleinによって2017-10-26 20:00に編集されました。往復圧縮機は容積式圧縮方式で動作し、背圧に応じて出口圧力が決定されます。もちろん、機械的な条件が満たされていることが前提です。 圧縮比が高い運転条件では、効率と温度の観点から、多段圧縮がよく用いられる。 設計においては、通常、等圧比の原理を用いて計算し、再計算を行います。実際の状況では、通常は低圧段の圧縮比がやや高く、高圧段の圧縮比はやや低くなります。 圧縮比、あるいは各段の入口・出口圧力値は、負荷のバランスや逆方向角の確保などに影響を与えます。 実際の段間圧力比に影響を与える要因としては、シリンダー径、クリアランス、湿度、温度などがあることがわかっています。私が理解している限り、段間圧力比のバランスが成立するための前提として、各段に入ってくる量が出ていく量に等しいというものがあります。 しかし、今日に至るまで、圧縮過程や段間圧力の変化に関する完全な理論的微視的記述は存在しないようだ（あるいは、私はまだ見つけていない）。特に、入口圧力が徐々に低下し、出口圧力は変わらないといった動的な運転条件の場合においてはそうである；段間排気動作状態；段間加気運転状態など。 一つ質問があります。圧縮機の各ステージ間で、クランクシャフトから動き始めて各ステージの圧力が徐々にバランスを取っていくこの過程は、どのような微視的な過程なのでしょうか。おそらく、最下位から徐々に圧力をかけていき、各段階での圧力が形成され、ある一定の平衡値に達するのだと思いますが、この平衡点はどのようにして決まるのでしょうか？では、どうやって制御するのでしょうか？理論的な計算方法があるのか、あるいは何らかの原理に従っているのか。 デザイナーの皆様、およびオペレーターの皆様のご議論を歓迎します。ほとんどの選定はソフトウェアを使って計算するもので、このような微細なプロセスが必ずしも明確ではないため、議論する価値はあると思います。
往復機の圧力は背圧によって決まり、最終段階で段階的に圧力がかけられて最初の段階に至り、最終的に平衡状態になる。実際、起動時に観察するたびに、圧力は1段階目から最終段階まで段階的に上昇していく。
私の理解を述べますと、容積式圧縮機である以上、容積比と圧力比の間には対応関係があります。簡単に言うと、圧縮比が決まれば、各シリンダーの容積も決まるということです；逆に、容積が決定されれば、システムの全圧比が変化しても、各段階の圧比の再配分は依然として実際の容積に基づいて決定される。 型にはまって、デザインのプロセスについて説明しよう。総圧比が決まったら、段数と圧比の配分を決定する。等圧力比の他に、等出力設計法もある。設計においても凝縮係数の影響、すなわち段間の凝縮液の排出が考慮されているため、各段の気量はすべて同じというわけではありません。次に、吸気口の容積流量に基づき、圧力比係数、容積係数、温度係数、漏れ係数、結水係数などを考慮して各シリンダーの容積を計算する。シリンダーのサイズは整数に丸められ、その後再計算して最終的な実際の圧力比が求められる。運転状態が設計時の仮定条件から逸脱すると、必然的に圧力比の再配分が生じる。もちろん、実際の運用は一定の範囲内で行われるので、圧縮機は依然として適用可能です。本当に使えなくなった場合には、流量を調整するさまざまな方法（つまり圧力比の調整）があります。 投稿者が言う微視的なプロセスについても、私にはよくわかりません。起動から圧力がかかるまでは、最終段の逆押し（背圧によって決定される）プロセスであるはずだ。バランスの確立と制御については、排気温度などの制約条件が許す限り、もちろん自動的なバランス調整のプロセスとなる。耐えられる範囲を超えたら当然、人の介入が必要になります。これがアラームや停止機能、状態表示を設ける理由です。例えば吸気温度が上昇した場合（つまり前段階の冷却がうまくいっていないことを意味します）、排気圧力が高くなった場合など、対策を講じなければならず、さらに悪化すれば直ちに停止します。バランスポイントが自動的に形成されると言うのは、設計プロセスを理解すればわかります。
では、起動過程でなぜ圧力は1段目から最終段まで徐々に上がっていくのでしょうか？毎回起動するたびに観察しているのですが、まず一次排気圧力計が上昇し、その後二次が上昇し、さらに三次が上昇します。この原因が分かりません
あなたの質問については確認できません。ご説明の内容は圧力を発生させる過程のようですが、理由としては以下のように推測されます。参考までに：入口の絶対圧力を1バール、一次シリンダーの容積を3L、一次圧縮比を3、二次シリンダーの容積を1Lと仮定します。起動時、各段階ではバルブや配管の抵抗を克服するだけで、次の段階へ排気することができる。したがって、第一段階の起動圧力比は非常に低く、3Lのガスが排出される際の体積は2.5Lまでしか圧縮されない可能性がある（通常は1Lまで圧縮され、容積比を単純に圧力比と見なす）。一方、第二段階では1Lしか吸い取れないため、第一段階の貯気タンクには1.5Lのガスが残ることになる。2回目のサイクルではさらに3Lのガスを圧縮して取り込む必要があり、1段階経たせた後のバッファタンクの容量には限りがあるため、まずこの分のガスを圧縮しなければならず、その結果1段階経たせた後の圧力が先に上昇する。今後、各段階で同様の手順を踏み、徐々に電圧を上げていく。
起動過程において、前段のステージがまだ最大圧縮比に達しておらず、吸気状態にあると考えることができます。後段のステージは単に吸排を行っているだけで、より重要な点としては配管系の背圧がまだ上昇していないということです。特に多段圧縮機の場合、2段式や3段式などがあります