圧縮機動力計算ツール

プラント・プロセス設計向けエンジニアリング計算ツール · 最終更新: 2026年3月

断熱圧縮理論に基づいて圧縮機の軸動力を計算します。入口圧力・出口圧力・気体流量・温度・比熱比（k値）から理論動力を算出します。圧縮機選定・電動機容量計算に活用できます。

圧縮機の断熱動力計算

気体を圧縮するために必要な動力は、断熱（等エントロピー）圧縮プロセスを仮定して算出します。実際の軸動力はこの理論動力を断熱効率で割った値となります。

主な用途

  • 空気圧縮機・プロセスガス圧縮機の初期動力選定
  • 冷凍サイクル・ヒートポンプのコンプレッサー動力評価
  • 多段圧縮における段間冷却・段数の検討
  • 運転圧力比変更によるエネルギー消費の感度評価

計算式と方法論

理論断熱（等エントロピー）動力は次式で求めます。

P = (γ/(γ-1)) × Q × P₁ × [(P₂/P₁)^((γ-1)/γ) − 1]

ここで γ は比熱比 Cp/Cv（空気1.4、蒸気1.3、天然ガス1.28）、Q は入口体積流量［m³/s］、P₁・P₂ は入口・出口の絶対圧力です。角括弧内が断熱ヘッドに相当します。実際の軸動力は 軸動力 = 理論動力 / η（断熱効率 η は通常0.70〜0.85）で求め、実在気体では圧縮係数 Z を考慮します。

前提条件と制限事項

  • 理想気体・等エントロピー圧縮を仮定
  • γ は温度・組成により変化するため代表値を用いる
  • 高圧では実在気体補正（Z係数）が必要
  • 機械損失・段間圧損は効率に含めて別途考慮する

設計上の注意点

圧力比 P₂/P₁ が3〜4を超える場合は吐出温度が高くなりすぎるため、多段圧縮と段間冷却を検討します。断熱動力ではなくポリトロープ動力で評価する場合は、ポリトロープ効率と指数 n を用います。実機選定ではドライバ余裕、起動トルク、サージマージンも併せて確認してください。

計算例

条件:

  • 空気、入口 100 kPa / 300 K、吐出 400 kPa（圧縮比 r = 4）
  • 入口実流量 Q₁ ≈ 0.309 m³/s（≈ 1000 Nm³/h）
  • k = 1.4、断熱効率 η = 75 %

方法: 断熱動力 W = (k/(k−1))·P₁·Q₁·[r^((k−1)/k) − 1] = 3.5·100000·0.309·(4^0.286 − 1) = 3.5·100000·0.309·0.486、ηで除す。

結果: 理論 ≈ 52.6 kW → 軸動力 ≈ 70 kW、吐出温度 T₂ = 300·1.486 ≈ 446 K（≈ 173 ℃）。

解釈: 単段で173 ℃は多くの材料・潤滑油の限界に近く、段分割・中間冷却を迫るのは動力ではなくこの吐出温度です。多段化はこの単段断熱動力に対し総動力も低減します。

よくある誤用・注意点

  • 断熱（等エントロピー）動力を駆動機動力として示すこと — 断熱効率（遠心で約0.7〜0.8）で割り、機械・電動機損失を加えます。
  • 中間冷却付き多段なら動力も吐出温度も下げられるのに、高圧縮比を単段断熱で通すこと — 吐出温度制限も超過します。
  • 圧縮比が大きいのに入口温度のkを使うこと — 経路には平均温度のkが代表的です。
  • 高い吸込圧でZ係数なしに理想気体扱いすること — 実質量とヘッドが偏ります。

よくある質問

予備サイジングにはどの効率を使うべきですか？

遠心圧縮機では断熱効率70〜80%、往復動圧縮機では80〜90%、スクリュー圧縮機では60〜75%を使用します。実際の効率は特定の機種と運転点に依存します。

中間冷却は考慮されますか？

単段断熱動力を計算します。中間冷却付き多段圧縮では各段を別々に計算し、動力を合算してください。中間冷却は全動力と吐出温度を低減します。

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利用上の注意
  • 更新: 2026年3月
  • 用途: 予備エンジニアリング検討支援

本ツールは教育および概算検討を目的としています。計算結果は、前提条件、入力値、流体・材料物性、使用式の適用範囲によって大きく変わる場合があります。設計、調達、製作、運転、安全上の判断に使用する前に、重要な計算は必ず独立して検証し、適用規格・仕様書および正式な設計レビュー手順に従ってください。