ダイヤフラムコンプレッサーの動作原理

ダイヤフラムコンプレッサーは、その独特な構造と動作原理により、多くの分野で重要な役割を果たす特殊なタイプのコンプレッサーです。

1、ダイヤフラムコンプレッサーの構造構成

ダイヤフラムコンプレッサーは主に以下の部品で構成されています。

1.1 駆動機構

通常、電動モーターまたは内燃機関によって駆動され、ベルト伝動、ギア伝動、または直結を介してコンプレッサーのクランクシャフトに動力が伝達されます。駆動機構の機能は、コンプレッサーに安定した動力源を提供し、コンプレッサーの正常な動作を確保することです。

たとえば、一部の小型ダイヤフラム コンプレッサーでは、駆動機構として単相モーターが使用されることがありますが、大型の産業用ダイヤフラム コンプレッサーでは、高出力の三相モーターまたは内燃エンジンが使用されることがあります。

1.2 クランクシャフトコネクティングロッド機構

クランクシャフト・コネクティングロッド機構は、ダイヤフラム式コンプレッサーの中核部品の一つです。クランクシャフト、コネクティングロッド、クロスヘッドなどから構成され、駆動機構の回転運動をピストンの往復直線運動に変換します。クランクシャフトの回転によりコネクティングロッドが揺動し、クロスヘッドを押してスライド内で往復運動を行います。

例えば、クランクシャフトの設計では、十分な強度と剛性を確保するために、精密機械加工と熱処理を経た高強度合金鋼材が一般的に使用されています。コネクティングロッドは優れた鍛造鋼材から製造され、正確な加工と組立により、クランクシャフトとクロスヘッドとの確実な接続を確保しています。

1.3 ピストンとシリンダーボディ

ピストンは、ダイヤフラム式コンプレッサーにおいてガスと直接接触する部品であり、シリンダー内で往復運動することでガスを圧縮します。シリンダー本体は通常、耐圧性に優れた高強度鋳鉄または鋳鋼で作られています。ピストンとシリンダーの間には、ガス漏れを防ぐためシールが使用されています。

例えば、ピストンの表面には、耐摩耗性と耐腐食性を向上させるために、クロムメッキやニッケルメッキなどの特殊処理が施されることがよくあります。また、シール部品の選定も重要であり、優れたシール効果を確保するために、通常は高性能ゴムシールまたは金属シールが使用されます。

1.4 ダイアフラム構成部品

ダイヤフラム部品はダイヤフラムコンプレッサーの主要部品であり、圧縮ガスを潤滑油および駆動機構から分離し、圧縮ガスの純度を確保します。ダイヤフラム部品は通常、ダイヤフラムシート、ダイヤフラムトレイ、ダイヤフラム圧力板などで構成されます。ダイヤフラムシートは一般的に高強度金属またはゴム材料で作られており、優れた弾性と耐腐食性を備えています。

例えば、金属ダイヤフラムプレートは通常、ステンレス鋼やチタン合金などの材料で作られ、特殊な技術で加工されているため、高い強度と耐腐食性を備えています。ゴムダイヤフラムは、優れた弾性とシール性を備えた特殊な合成ゴム材料で作られています。ダイヤフラムは、ダイヤフラムトレイとダイヤフラムプレッシャープレートによって固定され、運転中にダイヤフラムが変形したり破損したりしないようにします。

1.5 ガスバルブと冷却システム

ガスバルブは、ダイヤフラムコンプレッサのガスの流入と流出を制御する部品であり、その性能はコンプレッサの効率と信頼性に直接影響します。エアバルブは通常、自動弁または強制弁を採用し、コンプレッサの作動圧力と流量要件に応じて選択されます。冷却システムは、コンプレッサの運転中に発生する熱を低減し、コンプレッサの正常な動作を確保するために使用されています。

例えば、自動弁は通常、スプリングまたはダイヤフラムを弁体として用い、ガス圧力の変化によって自動的に開閉します。一方、強制弁は、電磁駆動、空気圧駆動などの外部駆動機構によって制御する必要があります。冷却システムは、動作環境とコンプレッサーの要件に応じて、空冷式または水冷式のいずれかを選択できます。

2、ダイヤフラムコンプレッサーの動作原理

ダイヤフラムコンプレッサーの動作プロセスは、吸入、圧縮、排気の 3 つの段階に分けられます。

2.1 吸入段階

ピストンが右に移動すると、シリンダー内の圧力が低下し、吸気バルブが開き、外部のガスが吸気管を通ってシリンダー本体に流入します。このとき、シリンダー内の圧力とダイヤフラム室の圧力の作用により、ダイヤフラムプレートが左に撓み、ダイヤフラム室の容積が増加し、吸入工程が形成されます。

例えば、吸入過程においては、シリンダーブロック内外の圧力差によって吸気バルブの開閉が制御されます。シリンダー内の圧力が外圧より低い場合、吸気バルブは自動的に開き、外部のガスがシリンダー本体内に入ります。シリンダー内の圧力が外圧と等しくなると、吸気バルブは自動的に閉じ、吸入過程は終了します。

2.2 圧縮段階

ピストンが左に移動すると、シリンダー内の圧力が徐々に上昇し、吸気バルブが閉じ、排気バルブは閉じたままになります。この時、シリンダー内の圧力によってダイヤフラムプレートが右に撓み、ダイヤフラム室の容積が減少することでガスが圧縮されます。ピストンが動き続けると、シリンダー内の圧力は設定された圧縮圧力に達するまで継続的に上昇します。

例えば、圧縮時におけるダイヤフラムの曲げ変形は、シリンダー内の圧力とダイヤフラム室内の圧力の差によって決まります。シリンダー内の圧力がダイヤフラム室内の圧力よりも高い場合、ダイヤフラムプレートは右方向に曲がり、ガスを圧縮します。シリンダー内の圧力がダイヤフラム室内の圧力と等しくなると、ダイヤフラムは平衡状態となり、圧縮プロセスが終了します。

3.3 排気段

シリンダー内の圧力が設定圧縮圧力に達すると、排気バルブが開き、圧縮ガスが排気管を通ってシリンダー外に排出されます。この時、シリンダー内とダイヤフラム室内の圧力によってダイヤフラムプレートが左方向に撓み、ダイヤフラム室の容積が増加し、次の吸入工程に備えます。

例えば、排気工程では、シリンダ内の圧力と排気管内の圧力の差によって排気バルブの開閉が制御されます。シリンダ内の圧力が排気管内の圧力よりも高い場合、排気バルブが自動的に開き、圧縮ガスがシリンダ本体から排出されます。シリンダ内の圧力が排気管内の圧力と等しくなると、排気バルブが自動的に閉じ、排気工程が終了します。

3、ダイヤフラムコンプレッサーの特徴と用途

3.1 特徴

圧縮ガスの高純度：圧縮ガスを潤滑油と駆動機構から分離するダイヤフラムにより、圧縮ガスは潤滑油や不純物によって汚染されず、高純度になります。

優れた密閉性: ダイヤフラム コンプレッサーは特殊な密閉構造を採用しており、ガス漏れを効果的に防止し、圧縮効率と安全性を確保します。

スムーズな操作：ダイヤフラムコンプレッサーの動作過程において、ピストンの移動速度が比較的低く、金属部品同士の直接接触がないため、操作がスムーズで、騒音も低くなります。

強力な適応性: ダイヤフラム コンプレッサーは、高圧、高純度、可燃性、爆発性の特殊ガスなど、さまざまなガス圧縮要件に適応できます。

3.2 アプリケーション

石油化学産業: 水素、窒素、天然ガスなどのガスを圧縮し、化学製品生産のための原料と電力を供給します。

食品および医薬品業界: 空気や窒素などのガスを圧縮し、食品加工や医薬品製造のためのクリーンなガス環境を提供します。

電子半導体産業: 窒素、水素、ヘリウムなどの高純度ガスを圧縮し、電子チップ製造および半導体生産用の高純度ガス環境を提供します。

科学研究実験の分野では、様々な特殊ガスを圧縮し、科学研究実験に安定したガス供給を行うために使用されます。

つまり、ダイヤフラムコンプレッサーは、その独特な構造と動作原理により、多くの分野で重要な役割を果たしています。ダイヤフラムコンプレッサーの動作原理を理解することで、この機器をより適切に使用・保守し、効率と信頼性を向上させることができます。