レシプロコンプレッサーは、ピストンを使ってガスを圧縮し、高圧で送り出す容積式機械です。
生産施設において最も重要かつ高価なシステムの1つであり、特に注意を要する場合が多々あります。
初期仕様/設計の品質、保守方法の妥当性、運用要因など多くの要因があるため、産業施設では、自社の設備から大きく異なるライフサイクルコストと信頼性を期待することができます。 圧縮されるガスの種類には次のようなものがあります:
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圧縮工具および機器空気システム用の空気
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水素、酸素、その他。 化学処理用
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精製における軽質炭化水素留分
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貯蔵または伝送用の各種ガス
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その他の用途
産業用圧縮機には主に2種類のクラスがあります。 レシプロ式、ロータリー式などの間欠流（容積式）と、遠心式、軸流式などの連続流である。
レシプロコンプレッサは、一般に大流量でなくても1段あたり高い圧縮比（吐出圧力と吸入圧力の比）が求められ、処理液が比較的乾燥している場合に用いられる。
ウエットガスコンプレッサは遠心式の傾向がある。 大流量、低圧縮比の用途には軸流式コンプレッサが最も適している。
基本設計
典型的なレシプロコンプレッサーシステムの主要コンポーネントは、図1と図2に見ることができます。
圧縮シリンダー（図1）はステージとも呼ばれ、特定の設計では1つから6つ以上を持つことができ、圧縮中に処理ガスに閉じ込めを提供します。 配置は単動式または複動式である。 (
高圧用途の複動式シリンダーには、ピストンの両側にピストンロッドがあり、表面積を等しくして荷重を均衡させるようになっているものもある。
ガス圧は密閉され、高価な部品の摩耗は使い捨てのピストンリングとライダーバンドの使用によって最小限に抑えられます。 これらはピストンやシリンダー/ライナーの冶金学に比べ比較的柔らかい金属や、ポリテトラフルオロエチレン（PTFE）などの材料で形成されている。
図2 A. 2列HSEフレームとランニングギア
図2 B. 2列HSEフレームとランニングギア
ほとんどの装置設計にはブロックタイプ、強制供給潤滑装置が組み込まれているが、オイルキャリオバーのプロセス許容範囲がない場合、非潤滑設計が採用される。
大型の用途（典型的なカットオフは300馬力）のシリンダーは、熱サイフォンまたは循環液体冷却剤タイプのシステム用の冷却剤通路を備えているが、家庭用および店舗用の小型コンプレッサーは一般に空冷式であるものもある。
処理ガスはシリンダー内に吸入され、絞り込まれ、封じ込められ、差圧によって自動的に作動する機械弁によって放出されるのが一般的である。 システム設計によっては、シリンダーには1つまたは複数の吸引および吐出バルブがあります。
アンローダとクリアランスポケットは、そのドライバの与えられた回転速度で圧縮機によって運ばれる全負荷の割合を制御する特殊なバルブです。
クリアランスポケットバルブは、シリンダーヘッドの空間（クリアランスボリューム）を変更するものです。 固定容量と可変容量がある。
ディスタンスピース(Doggouse)は、コンプレッサフレームとシリンダをつなぐ構造部材である。 シリンダーとディスタンスピースとの間に流体が混入しないようにしなければならない。
ディスタンスピースは通常、システム内の最も危険な物質（シリンダー内で圧縮されたガス）に応じて排気される。
圧縮機フレーム（図2）内に収容された走行装置は、ピストンロッドをクランクシャフトに接続するクロスヘッドと接続ロッドからなり、その回転運動を往復直線運動に変換している。 クランクシャフトは、重いピストンの動きによる動力のバランスをとるために、カウンターウェイトが取り付けられている。
コンプレッサーの中には、フレームランニングギアをシャフト駆動のオイルポンプで潤滑するものもあれば、より広範囲なスキッドマウントオイルシステムを備えているものもあります。 適切に設計されたシステムはすべて、装置の重要な三次元表面へのオイル循環だけでなく、潤滑油の温度制御、ろ過、ある程度の計装と冗長性を備えています。
吸引ガスは一般的に吸引ストレーナーやセパレーターに通され、コンプレッサーのバルブや他の重要なコンポーネントに深刻なダメージを与え、悲惨な結果をもたらすシリンダーの完全性を脅かすことさえある浮遊粒子、水分、液相プロセス液が除去されます。 インタークーラーは、圧縮段階間のプロセスガスから熱を除去する機会を提供します。 (
吐出側では、圧力容器が脈動緩衝器として機能し、ピストンの圧縮ストロークに対応する流量と圧力の脈動を均等にするためにシステムの静電容量を提供する。
一般的に、レシプロコンプレッサは比較的低速の装置で、電気モーターによって直接またはベルト駆動され、可変速駆動コントローラを使用するかしないかのどちらかである。 ギアボックスタイプの減速機は様々な設備で使用されています。
あまり一般的ではありませんが、蒸気タービンや天然ガスやディーゼルエンジンなどの動力源で駆動される場合もあります。
熱力学サイクル
レシプロコンプレッサの科学を理解するには、いくつかの基本的な熱力学の原則の説明が必要です。 圧縮はシリンダー内で、ピストンの前進・後退（1サイクル2ストローク）のたびに起こる4つのサイクルとして行われる。 これを圧力と体積の関係でグラフ化したものがP-V線図である（図3）。 吸気
前のサイクルの終了時に、ピストンはV1でシリンダー内に完全に後退し、その体積は吸引条件（圧力、P1、温度、T1）でプロセスガスで満たされ、吸引および吐出バルブはすべて閉じている。 ピストンが前進すると、シリンダー内の容積は減少する。 このため、ガスの圧力と温度が上昇し、シリンダー内の圧力は吐出ヘッダーの圧力に達する。 このとき、吐出弁が開き始め、図では点2で示されています。
吐出弁が開くと、サイクルの吐出部分で容積が減少し続けるので、前進ストロークの残りの時間は圧力がP2のままで固定されます。 ピストンは方向を反転する前にV2で一瞬停止します。
クリアランスボリュームとして知られている、いくつかの最小のボリュームが残っていることに注意してください。 これはピストンが最も進んだ位置にあるとき、シリンダー内に残っている空間である。 ピストンとヘッドが接触しないようにするためには、ある程度の最小クリアランス容積が必要であり、この容積を操作することがコンプレッサーの主要な性能パラメータである。 このとき、クリアランスポケット内の気体は、吐出弁の閉止とピストンの後退により、吸込圧力よりわずかに低い圧力まで膨張するため、サイクルは3.
次に膨張を起こす。 これが4点目である。
P1に達すると、吸気弁が開き、新しいガスがシリンダーに入り、サイクルの最終段階である吸入に入る。 このときも圧力は一定で、容積が変化する。
このサイクルを理解することは、コンプレッサーの問題を診断し、コンプレッサーの効率、電力要件、バルブ操作などを理解するための鍵である。 この知識は、プロセス情報の傾向を把握し、これらの項目がサイクルに与える影響を監視することによって得ることができます。