3種類のコンプレッサー用ギアボックス ― ヘリカルギアの活用例
別個の囲い ヘリカルギア モーターと遠心圧縮機の間にギアボックスを設置し、モーターの回転速度（1,500または3,000 RPM）をインペラの回転速度（5,000～30,000 RPM）まで1段または2段で昇圧します。これは、大型産業用遠心圧縮機（500 kW～50 MW）で最も一般的な構成であり、石油・化学・ガス産業向け特殊用途ギアユニットに関するAPI 613規格に準拠しています。
インペラは高速ピニオンシャフトの延長端に直接取り付けられており、ギアとコンプレッサーの間には独立したカップリングはありません。ギア本体はプロセス境界の一部を形成します。異なるギア比で異なるピニオンシャフト延長部にインペラを取り付けることで、複数の圧縮段階を実現できます。これらのインペラはすべて、モーター入力シャフト上の中央ブルギアから駆動されます。
オイルフリースクリューコンプレッサーは、同期タイミングギアを使用して、雄ローターと雌ローター間の物理的な接触なしに正確なクリアランスを維持します。 ヘリカルギア プロセス負荷は伝達しない（油浸式の場合はローター接触によってトルクが伝達される）が、ローターの位相関係を正確に維持する必要があるため、バックラッシュとピッチ精度が重要なパラメータとなる。
遠心圧縮機用増速機 ― ギア設計要件
高速 ヘリカルギア 遠心圧縮機用増速機の場合、DINクラス3～5の精度、Ra≦0.2µmの歯面粗さ、および低ヘリックス角（β=5～15°）設計の組み合わせにより、ギアの振動による影響を、ベアリングハウジングにおけるAPI 613の最大許容振動値25µm（ピークツーピーク）以下に抑えることができます。
ピッチライン速度 ― 設計上の最大の制約
遠心式圧縮機の増速ピニオンのピッチ線速度 v = π × d₁ × n₁ / 60,000 [m/s] は、低速の天然ガス圧縮機では 25 m/s から、高速多段式空気圧縮機では 200 m/s を超える範囲に及びます。これらの速度では、
- 歯のかみ合い摩擦損失が支配的である： v > 30 m/s では、無負荷粘性メッシュ損失 P_VZO ∝ v² が伝達電力のかなりの割合を占めるようになります。API 613 圧縮機速度増速機の場合 ヘリカルギアISO VG 32-68のタービン油（ギア油ではない）が指定されています。これは、高速回転時の攪拌損失を最小限に抑えるために、適切なEHL膜を維持できる最も低い粘度グレードです。
- 動的負荷係数KVが重要になる： DINクラス8のギアの場合、v = 50 m/sではKVは1.5～2.0に達し、定格トルクで必要なギアの2倍の大きさのギアが必要になります。DINクラス3～5ではKVが1.02～1.05に低下し、コンパクトなギア設計が可能になります。これが高速コンプレッサーの基本的な理由です。 ヘリカルギア 騒音ではなく、ギア本体のサイズに関して、DIN規格クラス3～5に準拠して研磨する必要があります。
- オイルミスト潤滑システム： 速度が80～100m/sを超えると、ノズルからの噴霧潤滑では、表面速度によってオイルが歯面まで浸透する前に洗い流されてしまうため、歯面へのオイル供給が困難になります。このような速度域では、両側からノズルを通してオイルを歯面へ噴射する加圧式注入潤滑が必要となります。
高速コンプレッサー用ヘリカルギアのヘリックス角
遠心圧縮機の速度増加装置 ヘリカルギア 騒音低減のために高ヘリックス角を好む一般的な傾向に反して、低ヘリックス角（β = 5～15°）を使用する。その理由は、ピッチライン速度が非常に高い場合、軸方向推力 F_a = F_t × tan β によってローターシャフトの軸方向変位が大きくなり、これをシャフトスラストベアリングで吸収する必要があるためである。v = 100 m/s、β = 25° の場合、F_a = 0.466 × F_t となり、この速度でのスラストベアリングは精密傾斜パッドベアリングであり、その軸方向荷重容量は設計によって制限される。標準的な API 613 コンプレッサー ヘリカルギア β = 8～15°は、高速時の騒音（やや高くなる）と扱いやすい軸方向推力との間の妥協点として使用されます。
API 613 コンプレッサー増速ギアの要件
| API 613 パラメータ | 要件 | 根拠 |
|---|---|---|
| ギア精度クラス | AGMA 13～15（≈ DINクラス3～5） | 高速でのKV制御、TEからの振動励起の抑制 |
| 振動限界（ベアリングハウジング） | ピークツーピークで25µm以下（またはAPI 613表3による） | インペラ先端のクリアランスを保護し、ローターとステーターの接触を防ぎます。 |
| ギア材 | AISI 4340または同等品（17CrNiMo6）の全体焼入れまたは浸炭処理 | 高い疲労強度；高速走行時でも破片化による破損の危険性なし |
| 潤滑油システム | 加圧噴射式；ISO VG 32-68タービン油；二重フィルター；オイルクーラー | あらゆる運転条件下でオイルが連続的に流れること。これらの歯の回転速度では、清浄なオイルが不可欠である。 |
| 臨界速度マージン | 走行速度と任意の臨界速度との間の差が20%以上 | TE誘導振動の共振増幅を防ぐ |
スクリューコンプレッサーのタイミングギア - バックラッシュと位相精度
オイルフリースクリューコンプレッサーでは、雄ローターと雌ローターの位相を正確に同期させる必要があります。ローター同士が接触してしまうと（タイミングギアのバックラッシュが大きすぎる場合や、ローターが熱膨張してクリアランスが減少する場合に発生します）、ローターが即座に焼き付き、コンプレッサーが破壊されます。 ヘリカルギア そのため、オイルフリースクリューコンプレッサーの仕様では、バックラッシュが主要なパラメータとなります。負荷容量（ギアは軽いトルクしか伝達しない）ではなく、熱運転範囲全体にわたってローターのクリアランスを維持するために、DIN 3967のクラスgまたはhが用いられます。
タイミングギアは、コンプレッサケーシングの温度サイクル中も一定の位相関係を維持する必要があります。そのためには、タイミングギアハウジングの膨張（中心距離、ひいてはバックラッシュが変化する）を設計段階で補正する必要があります。具体的には、ロータークリアランスを維持できる範囲内でバックラッシュが温度上昇に伴って増加することを許容するか、タイミングギアハウジングに温度補償型中心距離調整器を使用するかのいずれかの方法を用います。
韓国エバーパワー社製 - コンプレッサー用増速ヘリカルギア供給
韓国エバーパワーは交換用および新設計の製品を製造している。 ヘリカルカットギア DINクラス3～5、Ra≦0.2µmの遠心圧縮機用増速機、API 613準拠材料（17CrNiMo6焼入れまたは浸炭処理）、100%ギアアナライザーによる測定および振動認定文書付き。 ヘリカルギアメーカー韓国エバーパワーは、交換用ギアの臨界速度計算と振動推定を行い、製造前に指定された運転速度でのAPI 613振動制限への適合性を確認します。スクリューコンプレッサーのタイミングギアについては、ギアアナライザーで検証されたバックラッシュクラスとピッチ精度が確認されたマッチドペアを製造します。 ヘリカルギア製品群 コンプレッサー用途向け。
よくある質問
標準ギアオイル（EP添加剤入りISO VG 220～320）は、EHL膜が高粘度基油の粘度サポートを必要とする中速ギアボックス向けに配合されています。コンプレッサ増速機のピッチライン速度（50～200 m/s）では、高速での流体力学的作用により油膜が生成されます。EHL油膜の厚さh_minは、おおよそv^0.68に比例します。100 m/sでISO VG 220を使用すると、必要以上に多くの油膜が生成され、過剰な粘性損失と発熱を引き起こします。ISO VG 32～68タービンオイル（EP添加剤なし - EP添加剤はコンプレッサベアリングの銅合金を腐食させる）は、攪拌損失を最小限に抑えながら、適切なEHL油膜を維持します。これらの速度ではギアペアが確実に完全なEHL領域にあるため、EP添加剤がないことは許容されます。表面の接触は発生せず、EP保護は不要です。
API 613は、ISO 6336に加えていくつかの要件を追加しています。(1) 出荷前に全速度・全負荷での振動受入試験を義務付け、ベアリングハウジングの振動はピークツーピークで25 µm以下であること。(2) すべての運転速度におけるねじり臨界速度、横方向臨界速度、分離マージンを含む、特定のローターダイナミクス解析。(3) 標準EN/ASTM組成範囲を超えるギア鋼の最大不純物レベルを指定する材料要件。(4) 購入者または購入者の検査員による立会いの機械的運転試験。(5) 特定の潤滑油清浄度要件（ISO 16/14/11以上）。これらの追加要件があるため、API 613準拠のコンプレッサーは ヘリカルギア 通常、同サイズの標準的な工業用ギアよりも2～4倍高価です。
はい。ただし、騒音が歯面表面の粗さが元の Ra ≤ 0.2 µm を超える進行性の表面疲労（ピッチングまたはマイクロピッチング）によるものであり、材料除去後の残存ケース深さが規定の最小値の範囲内である場合に限ります。韓国の Ever-Power は高速コンプレッサーを受け入れます。 ヘリカルギア 再研削を行う場合、残存材料の状態と浸炭深さを測定し、作業に着手する前に再研削の実現可能性レポートを提供します。使用中の粗面からDINクラス4～5への再研削は、必要な材料除去量が0.2～0.3mm未満であれば可能ですが、それ以上になると、再研削を試みるよりもギアを交換する方が費用対効果が高くなります。
一体型ギア式コンプレッサーでは、インペラはギアボックスハウジング内の高速ピニオンのシャフト延長部に直接取り付けられます。速度増速器にフランジ接続された別個のコンプレッサーケーシングはありません。各ピニオンは、異なる圧力比で2つのインペラ（各シャフト端に1つずつ）を駆動できるため、1台の機械で多段圧縮が可能です。利点：ギアボックスとコンプレッサー間のカップリングがなく、回転質量が低く、設置がよりコンパクトになります。欠点：ギアの設計はコンプレッサーの設計と切り離すことができません。ギアはプロセス境界の一部であり、ギアの負荷に加えてプロセスガスの圧力負荷にも耐える必要があります。Korea Ever-Powerは、一体型ギア式コンプレッサー用の交換用ピニオンギアを、その二重機能に必要な特定の材料認証と寸法管理で製造しています。
コンプレッサー速度増速装置またはタイミングギアに関するお問い合わせ
ピニオン回転数（RPM）、ピッチ径、モジュール、らせん角、およびAPI 613規格への適合状況をお知らせください。Korea Ever-Power社は、Ra ≤ 0.2 µmのDINクラス3～5コンプレッサーギア、ギアアナライザーによる詳細なドキュメント、およびAPI 613規格に基づく振動推定値を、標準的なヘリカルギアの納期で提供しています。
DINクラス3～5・Ra ≤ 0.2 µm・API 613準拠・振動推定値・タービン油対応・最小注文数量1個
編集者: Cxm
