コンプレッサーの潤滑について知っておくべきこと

コンプレッサーは、ほぼすべての製造施設にとって不可欠な要素です。空気やガスシステムの心臓部とも呼ばれるこれらの設備は、特に潤滑において特別な注意を払う必要があります。コンプレッサーにおける潤滑の重要な役割を理解するには、まずコンプレッサーの機能、システムが潤滑油に与える影響、適切な潤滑油の選択、そして実施すべきオイル分析試験について理解する必要があります。

● コンプレッサーの種類と機能
コンプレッサーには様々な種類がありますが、その基本的な役割はほぼ共通しています。コンプレッサーは、ガスの容積を減少させることで、ガスの圧力を高めるように設計されています。簡単に言えば、コンプレッサーはガスポンプのようなものと考えることができます。機能は基本的に同じですが、主な違いは、コンプレッサーは容積を減少させてガスをシステム内を移動させるのに対し、ポンプは単に液体を加圧してシステム内を輸送する点です。
コンプレッサーは、容積型と動圧型の2つのカテゴリーに分けられます。ロータリー式、ダイヤフラム式、レシプロ式コンプレッサーは容積型に分類されます。ロータリー式コンプレッサーは、スクリュー、ローブ、またはベーンを通してガスを小さな空間に押し込むことで機能します。一方、ダイヤフラム式コンプレッサーは、膜の動きによってガスを圧縮することで機能します。レシプロ式コンプレッサーは、クランクシャフトによって駆動される1つのピストンまたは複数のピストンを通してガスを圧縮します。
遠心圧縮機、斜流圧縮機、軸流圧縮機は動圧圧縮機に分類されます。遠心圧縮機は、成形ハウジング内の回転ディスクを用いてガスを圧縮することで機能します。斜流圧縮機は遠心圧縮機と似た動作をしますが、流れを放射状ではなく軸方向に駆動します。軸流圧縮機は、一連の翼を通して圧縮を行います。

● 潤滑剤への影響
コンプレッサー用潤滑油を選定する前に考慮すべき主要な要素の一つは、潤滑油が運転中に受ける可能性のある負荷の種類です。一般的に、コンプレッサーにおける潤滑油へのストレス要因としては、湿気、極度の高温、圧縮ガスおよび圧縮空気、金属粒子、ガスの溶解性、高温の吐出面などが挙げられます。
ガスが圧縮されると、潤滑剤に悪影響を与え、蒸発、酸化、炭素の堆積、水分の蓄積による凝縮とともに、粘度が著しく低下する可能性があることに留意してください。
潤滑油に生じる可能性のある主要な懸念事項を把握したら、その情報を活用して理想的なコンプレッサー潤滑油の選定を絞り込むことができます。優れた候補となる潤滑油の特性としては、優れた酸化安定性、耐摩耗性および腐食防止剤、抗乳化性などが挙げられます。合成基油は、より広い温度範囲で優れた性能を発揮する場合もあります。

● 潤滑剤の選択
コンプレッサーの健全な状態を保つには、適切な潤滑剤を使用することが重要です。まずは、OEM（相手先ブランド名）の推奨事項を確認してください。コンプレッサーの潤滑剤の粘度や潤滑対象となる内部部品は、コンプレッサーの種類によって大きく異なります。メーカーの推奨事項は、適切な潤滑剤を使用するための良い出発点となるでしょう。
次に、圧縮されるガスについて考えてみましょう。圧縮ガスは潤滑油に大きな影響を与える可能性があります。空気の圧縮は、潤滑油の温度上昇につながる可能性があります。炭化水素ガスは潤滑油を溶解する傾向があり、その結果、粘度が徐々に低下します。
二酸化炭素やアンモニアなどの化学的に不活性なガスは、潤滑油と反応して粘度を低下させたり、システム内に石鹸を生成したりする可能性があります。酸素、塩素、二酸化硫黄、硫化水素などの化学的に活性なガスは、潤滑油中の水分が多すぎると、粘着性の堆積物を形成したり、極めて腐食性が高くなったりする可能性があります。
コンプレッサー潤滑油がさらされる環境も考慮する必要があります。これには、周囲温度、動作温度、周囲の空気中の汚染物質、コンプレッサーが屋内に設置され覆われているか屋外に設置され悪天候にさらされているか、そしてコンプレッサーが使用される業界などが含まれます。
コンプレッサーは、OEM（メーカー）の推奨に基づき、合成潤滑油を使用することがよくあります。機器メーカーは、保証の条件として自社ブランドの潤滑油の使用を義務付けることがよくあります。このような場合は、保証期間が終了するまで潤滑油の交換を待つことをお勧めします。
現在、鉱物系潤滑油を使用している場合、合成潤滑油への切り替えは、多くの場合コストが高くなるため、その妥当性を明確にする必要があります。もちろん、オイル分析レポートで具体的な懸念事項が示されている場合は、合成潤滑油が適切な選択肢となる可能性があります。ただし、問題の症状に対処するだけでなく、システムの根本原因を解決することが重要です。
コンプレッサー用途では、どの合成潤滑剤が最も適しているでしょうか？一般的には、ポリアルキレングリコール（PAG）、ポリアルファオレフィン（POA）、一部のジエステル、ポリオールエステルが用いられます。これらの合成潤滑剤の中からどれを選ぶかは、現在使用している潤滑剤と用途によって異なります。
ポリアルファオレフィンは耐酸化性と長​​寿命を特徴としており、一般的に鉱油の代替品として適しています。非水溶性のポリアルキレングリコールは優れた溶解性を有し、コンプレッサーの清浄性維持に役立ちます。一部のエステルはPAGよりもさらに溶解性に優れていますが、システム内の過剰な水分には対応しにくい場合があります。

遠心コンプレッサーのオイル分析テストスレートとアラーム制限の例。

● オイル分析試験
オイルサンプルには様々な試験を実施できるため、試験方法やサンプリング頻度を慎重に選択することが不可欠です。試験では、潤滑油の流動特性、潤滑システム内の汚染物質の存在、そして機械からの摩耗粉の有無という3つの主要なオイル分析項目を網羅する必要があります。
コンプレッサーの種類に応じて、テスト項目が若干変更される場合がありますが、一般的には、潤滑油の流体特性を評価するために、粘度、元素分析、フーリエ変換赤外分光法 (FTIR)、酸価、ワニス電位、回転圧力容器酸化試験 (RPVOT)、および抗乳化性試験が推奨されるのが一般的です。
コンプレッサーの流体汚染物質試験には、外観検査、FTIR、元素分析が含まれる可能性が高い一方、摩耗粉の観点からは、元素分析のみが唯一の日常的な試験となるでしょう。遠心コンプレッサーのオイル分析試験項目と警報限界値の例を上に示します。
特定の試験では複数の懸念事項を評価できるため、一部の試験は異なるカテゴリに分類されます。例えば、元素分析では流体特性の観点から添加剤の減少率を捉えられる一方、摩耗粉分析やFTIRによる部品破片分析では、酸化物や水分が流体汚染物質として特定される場合があります。
警報限界値は多くの場合、試験所によってデフォルト設定されており、ほとんどのプラントではその妥当性について疑問を抱くことはありません。これらの限界値が信頼性目標に合致するように設定されていることを、確認・検証する必要があります。プログラムを開発する際には、限界値の変更も検討する必要があるかもしれません。警報限界値は、当初は少し高めに設定され、清浄度目標、ろ過、汚染管理の強化に伴い、時間の経過とともに変更されることがよくあります。

● コンプレッサーの潤滑について
コンプレッサーの潤滑は、一見複雑に見えるかもしれません。コンプレッサーの機能、システムが潤滑油に与える影響、適切な潤滑油の選定、そして実施すべきオイル分析試験について、お客様とそのチームがより深く理解すればするほど、機器の健全性を維持し、向上させる可能性が高まります。