スクリュー圧縮機の振動診断と動作原理

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一、スクリュー圧縮機の動作原理　圧縮機の陰ローターと陽ローターはシリンダーボディ内で水平かつ平行に配置されており、陰ローターと陽ローターの排気側外側には、吸気圧と排気圧の差によって生じる軸方向の推力を支えるスラストベアリングが設置されている。また、吸気側と排気側のベアリングとスクリューローターの間には、ベアリングの潤滑油がシリンダー内に漏れ込んだり、シリンダー内のガスが外部に漏れ出たりするのを防ぐためのシール装置が設けられている。陰ローターと陽ローターの吸気側外周にはそれぞれ同期歯車が設けられており、その速度比はローターの回転速度比と等しい。ベアリングによる支持と同期歯車の厚み調整によって、陰ローターと陽ローターの間、ローターの外円とシリンダーボディの間、そしてローターの端面とシリンダーの端面の間に極めて小さな隙間が保たれる。振動分析装置は、二つのローターの間やローターとケーシングの間からのガス漏れを減らすため、圧縮機が動作している間に作業室内に一定量の潤滑油を噴射し、気密性を高めると同時に歯面を潤滑させ、排気温度と騒音を低減します。 スクリュー圧縮機は容積式圧縮機の一種で、その動作原理は往復式圧縮機の動作原理と基本的に同じです。実際の運転において、スクリュー圧縮機の内部にある一対の陰転子と陽転子が互いに噛み合い、一定の伝動比で回転する。この回転によって装置の容積が周期的に変化し、それによって媒体を吸込み、圧縮し、排出するのである。振動分析装置におけるスクリュー圧縮機内部のガス流れの方向は図1の通りで、吸気口と排気口はほぼ対角線上に位置しているが、実際の吸気・排気方向は上方から吸気し上方から排気される。スクリュー圧縮機の圧力比は、スクリューの長さや形状、および排気口の形状によって決まる。二、スクリュー圧縮機の振動解析
ある企業の製造現場には、合計3台のフレアガス回収用スクリュー圧縮機が並列で設置されている。元々の設計では、3台を同時に稼働させることで、現場にある2基のガスタンクからの低圧配管内のガスを回収できるようになっていた。しかし、現在の生産状況では、2台の圧縮機を稼働させて1基のガスタンクからガスを回収する場合、流量はほぼ安定している。一方、3台の圧縮機を同時に稼働させると、後段処理能力の限界により排気配管の圧力が上昇し、警報が発せられる。そのため、3台の圧縮機を長時間同時に稼働させることができず、その結果、うち1台の圧縮機が頻繁に起動・停止を繰り返すことになる。現場で3台の圧縮機を同時に稼働させると、機械の振動が基準値を超え、最大の振動速度は11.8mm/sに達し、振動の方向は圧縮機の入口側のベアリングの水平方向だった。 スクリュー圧縮機の内部におけるローターの動きや噛み合いの過程は、歯車伝動の過程と基本的に同じであるため、スクリュー圧縮機の振動の原因を診断する際には、歯車の動きによる振動の原因を診断する方法を参考にして行うことができる。スクリュー圧縮機が動作している間、オスローターとメスローターの噛み合い周波数は約198Hzであり、オスローターとメスローターの運動周波数成分が大きくなるほど、スクリュー圧縮機のオスローターとメスローターの歯車の噛み合いが悪化し、それによって振動が発生しやすくなる。振動分析装置において噛み合い周波数成分が過大になる主な原因は、製品の設計、製造、組立などの工程に関連しています。製造現場で2台のユニットが同時に稼働している場合、スクリュー圧縮機の振動は許容範囲内にあるのに対し、振動が顕著になるのは3台のユニットが同時に稼働する場合のみであることから、振動が大きくなる原因は、3台のユニットが同時に稼働する際の実際の運転状況が設計値と一致しておらず、それによって圧縮機の入口圧力に変動が生じ、圧縮機の入口での空気量が変化し、最終的に圧縮機の入口での気流の脈動が引き起こされ、圧縮機ユニットの振動を招くものと推測される。