ISO 20816-8 往復動型圧縮機の振動限界
ISO 20816-8とは何か、そしてなぜ往復動コンプレッサーにとって重要なのか？
ISO 20816-8は、プロセスガス、空気、冷凍機などを含む往復動コンプレッサーに特化した振動の深刻度評価基準を定めた国際規格です。この規格では、実効値mm/秒の速度に基づいて4つの振動ゾーン（A、B、C、D）を設定し、コンプレッサーが許容範囲内で動作しているか、または是正措置が必要かをエンジニアが判断するのに役立ちます。
往復動式圧縮機は、遠心式圧縮機や軸流式圧縮機などの回転機械とは根本的に異なります。往復動式設計に固有のピストン・クランク機構と脈動するガス力は、通常運転時に著しく高い振動レベルを発生させます。そのため、ISO 20816-8はISO 20816ファミリーの独立した規格として存在しています。回転機械規格（ISO 20816-3など）の制限値を往復動式圧縮機に適用すると、誤解を招く過度に保守的な評価結果となるためです。
ISO 20816-8 の適用範囲は特定されています：剛性基礎に据え付けられた往復動圧縮機システムに適用され、典型的な運転回転数は 120 r/min から 1800 r/min です。回転軸振動およびねじれ軸振動、ならびに駆動源（電動機、エンジン）および被駆動補助機器の振動は適用範囲外であり、それらの機械種別に対応する他の適用基準を用いて評価する必要があります。
振動限界 - 往復動型コンプレッサー このエンジニアリングツールキットに含まれる無料オンラインツールは、ブラウザベースの計算ツールとしてISO 20816-8ゾーン分類を実装しています。エンジニアは、測定した振動速度を入力し、コンプレッサーの種類と基礎の種類を選択するだけで、該当する振動ゾーンと運用上の推奨事項を即座に受け取ることができます。スプレッドシートや手動での表参照は不要です。
ISO 20816-8における剛性基礎の振動ゾーン境界とは何ですか？
建物構造に直接接続された剛性コンクリートまたは鋼ブロック基礎に取り付けられた往復動コンプレッサーの場合、ISO 20816-8では、7.1 mm/s RMSをA/B、14.0 mm/s RMSをB/C、28.0 mm/s RMSをC/Dとする3つのゾーン境界を定義しています。ゾーンAは新規稼働または良好な状態を表し、ゾーンDは損傷を引き起こすほどの激しい振動を示します。
| ゾーン境界 | 速度制限（mm/s RMS） | 運用解釈 |
|---|---|---|
| A/B | 7.1 | 新規稼働時（優良）から長期運用に適した状態への移行 |
| B/C | 14.0 | 許容操業から制限操業への移行 ― 調査を推奨 |
| C/D | 28.0 | 制限区域から危険区域への移行 ― 運転を継続すると損傷の危険性がある |
製油所や化学プラントにおける大型プロセスガス圧縮機の設置方法として最も一般的なのは、剛性基礎です。基礎の質量と剛性によってフレームの動きが制限されるため、ゾーン境界はフレキシブル（スプリング式）設置の場合よりも低くなります。例えば、剛性基礎のプロセスガス圧縮機で12 mm/s RMSの測定値が出た場合、ゾーンBの範囲内となり、長期間の無制限運転が許容されます。
ISO 20816-8 は柔軟（スプリング絶縁）基礎をカバーしていますか？
いいえ — ISO 20816-8 は剛性基礎に据え付けられた往復動圧縮機に適用され、柔軟（スプリング絶縁）据付け用には個別のゾーン表を定義していません。スプリング絶縁機械については、ツールはオプションの工学ガイダンス境界値を提供します — A/B は 9.0 mm/s RMS、B/C は 18.0 mm/s RMS、C/D は 36.0 mm/s RMS — 剛性基礎値から外挿され、スプリング絶縁が許容する追加のフレーム運動を反映しています。これらのガイダンス値は ISO 20816-8 の一部ではなく、それらに基づく評価は ISO 20816-8 ゾーン分類として報告すべきではありません。
| ゾーン境界 | 剛性基礎 — ISO 20816-8 (mm/s RMS) | 柔軟基礎 — 外挿ガイダンス、ISO 20816-8 に含まれていない (mm/s RMS) | 増加係数 |
|---|---|---|---|
| A/B | 7.1 | 9.0 | ×1.27 |
| B/C | 14.0 | 18.0 | ×1.29 |
| C/D | 28.0 | 36.0 | ×1.29 |
スプリング式防振構造は、建物の構造物への振動伝達を最小限に抑える必要がある建物内の空気圧縮機や冷凍圧縮機によく用いられます。柔軟な基礎により、圧縮機のフレームは低周波数でより自由に動き、慣性力を伝達するのではなく吸収します。エンジニアは、スプリング式防振構造を使用する前に、基礎の種類を正しく識別する必要があります。 振動限界 - 往復動型コンプレッサー ツール；誤った基礎タイプを選択すると、ゾーン分類が 1 つのゾーン分シフトし、誤った保守判断を招く可能性があります。剛性基礎の評価のみが真の ISO 20816-8 分類であることを覚えておいてください — 柔軟基礎オプションは上記の説明にある外挿ガイダンス値を適用し、それは基準の適用範囲外です。
往復動コンプレッサーの振動制限は、回転機械の振動制限と比べてどう違うのか？
往復動圧縮機は、回転機械よりもはるかに高い許容振動レベルを持っています。剛性基礎の往復動圧縮機のゾーン A 上限は 7.1 mm/s RMS で、中型回転機械（ISO 20816-3、旧 ISO 10816-3、剛性支持のグループ 2）のゾーン A/B 境界値 1.4 mm/s RMS の約 5 倍です。この違いは、往復動機構が本質的に正常運転と見なされるより高い振動を発生させるため存在します。
| パラメータ | 往復動圧縮機（ISO 20816-8、剛性型） | 回転機械（ISO 20816-3、グループ 2、剛性支持） | 比率 |
|---|---|---|---|
| ゾーンA/B境界 | 7.1 mm/s（RMS） | 1.4 mm/s RMS | 5.1× |
| ゾーンB/C境界 | 14.0 mm/s（RMS） | 2.8 mm/s（RMS） | 5.0× |
| ゾーンC/D境界 | 28.0 mm/s（RMS） | 4.5 mm/s RMS | 6.2× |
| 主な振動源 | ピストンクランク慣性力、ガス脈動 | ローターのアンバランス、ミスアライメント | — |
| 優勢周波数成分 | 1倍、2倍、およびそれ以上の速度 | 主に1倍の回転速度 | — |
この比較は、重要な工学原理を浮き彫りにしています。振動制限は機械の種類によって異なるということです。回転機械の制限を往復動コンプレッサーに適用すると、ほぼすべてのユニットが過剰な振動で警告を受け、不必要な停止やメンテナンス資源の浪費につながります。逆に、往復動の制限を遠心コンプレッサーに適用すると、本当に危険な振動が見過ごされる可能性があります。 振動限界 - 往復動型コンプレッサー このツールは、ユーザーが選択した機械に基づいて、適切な規格が自動的に適用されることを保証します。
ISO 20816-8における4つの振動ゾーン（A、B、C、D）は何を意味するのでしょうか？
ISO 20816-8では、振動の深刻度を4つのゾーンに分類し、それぞれ対策を講じる必要があることを示しています。ゾーンAは、新規に稼働を開始した機械に典型的な優れた状態を表し、ゾーンBは、許容できる長期運転状態を示し、ゾーンCは、振動が調査と運転制限が必要なレベルに達したことを意味し、ゾーンDは、即時の対応が必要な差し迫った損傷リスクを示しています。
- ゾーンA ― 新規稼働または最近オーバーホールされた往復動コンプレッサーに典型的な振動レベルです。特に対応は必要ありません。これは受入試験の基準値です。
- ゾーンB ― 無制限の長期運転において許容される振動レベル。日常的な運転を行うほとんどのコンプレッサーはこの範囲内で稼働します。監視は通常の間隔で継続する必要があります。
- ゾーンC ― 持続運転に適さない振動レベル。是正措置を計画している間は、コンプレッサーを一定期間運転することは可能ですが、根本原因の調査を直ちに開始する必要があります。一般的な原因としては、クロスヘッドガイドの摩耗、基礎ボルトの緩み、ガス脈動共振などが挙げられます。
- ゾーンD ― 振動レベルが非常に高く、コンプレッサー、配管、または基礎に急速な損傷を与える恐れがあります。直ちに運転を停止するか、負荷を軽減することをお勧めします。ゾーンDでの運転を継続すると、ベアリング、クランクシャフト、または圧力保持部品に重大な故障が発生する危険性があります。
ゾーンシステムは、運用、保守、信頼性エンジニアリングの各チーム間で共通のコミュニケーションフレームワークを提供します。特定の振動数値が「高い」か「低い」かを議論するのではなく、チームはISO 20816-8のゾーン分類を参照することで、異なるコンプレッサーの種類や設置状況に関わらず、一貫した意思決定を行うことができます。
ISO 20816-8はどのタイプのコンプレッサーを対象としていますか？
ISO 20816-8 は、精製プラントおよび化学プラントで使用されるプロセスガス圧縮機、プラントユーティリティ用の産業用空気圧縮機、および HVAC および産業用冷却システムで使用される冷凍圧縮機など、往復動圧縮機のすべての主要カテゴリをカバーしています。剛性基礎に据え付けられた場合、同じ ISO 20816-8 ゾーン境界構造が 3 つのタイプすべてに適用されます；スプリング絶縁据付けについては、ツールは上記の説明にある外挿非 ISO ガイダンス値を適用します。
- プロセスガス圧縮機 ― 一般的に、水素、天然ガス、エチレン、その他のプロセスガスを扱う、大型で多段式の低速（300～600回転/分）機械。通常は、剛性の高い鉄筋コンクリート基礎に設置される。これらの機械は、可燃性または有毒なガスを扱うため、最も重大な結果を招く可能性のある用途である。
- 空気圧縮機 ― 工場内の空気供給に使用される、中型から大型の往復動式空気圧縮機（通常500～1800回転/分）。設置要件に応じて、剛性基礎または柔軟性基礎のいずれかに設置されることが多い。空気圧縮機の振動問題は、バルブの劣化またはアンローダーの故障に起因することが多い。
- 冷凍コンプレッサー ― アンモニア冷凍システム、工業用チラー、冷蔵倉庫などで使用される、開放型または半密閉型の往復動コンプレッサー。これらは高速（900～1750 RPM）で運転される場合があり、居住空間への騒音や振動の伝達を最小限に抑えるため、多くの場合、スプリング式防振構造が採用されている。
振動限界 - 往復動型コンプレッサー ツールは、適切なクイックプリセット値で 3 つの圧縮機タイプすべてをサポートします。例えば、ツールには、剛性基礎のプロセス圧縮機用 12 mm/s（ゾーン B）、空気圧縮機用 20 mm/s（剛性ではゾーン C；柔軟基礎ガイダンス値でもゾーン C）、および冷凍圧縮機用 8 mm/s（剛性ではゾーン B；柔軟基礎ガイダンス値ではゾーン A）のプリセットが含まれています。
ISO 20816-8では、脈動による配管振動はなぜ対象とされていないのですか？
ISO 20816-8は、コンプレッサー本体のフレームとベアリングハウジングの振動のみを対象としています。脈動による配管の振動（往復動コンプレッサーの設置において最も深刻な振動問題となることが多い）については、エネルギー研究所の「プロセス配管における振動誘発疲労破壊の回避に関するガイドライン」やAPI 618の脈動解析要件などの規格を用いて別途評価する必要があります。
往復動コンプレッサーは、運転速度とシリンダー数の倍数でガス圧脈動を発生させます。これらの脈動は接続された配管システム全体に伝播し、配管スパン、小径接続部、計装用チューブの機械的固有振動数を励起する可能性があります。2019年のエネルギー研究所の調査によると、配管の振動疲労は石油・ガス上流部門における炭化水素漏洩の約20%を占めており、封じ込め喪失事故の主な原因となっています。
この区別は重要です。コンプレッサーのフレーム振動は完全に許容範囲内（ISO 20816-8のゾーンAまたはB）であっても、配管振動が数週間以内に疲労破壊を引き起こすほど深刻な場合があるからです。往復動コンプレッサー設備の振動評価を行うエンジニアは、常にISO 20816-8に基づくコンプレッサーフレーム振動と、該当する配管振動規格に基づく関連配管振動の両方を評価する必要があります。
無料のオンラインISO 20816-8振動評価ツールはどのように使用しますか？
振動限界 - 往復動型コンプレッサー 無料オンラインツールは 3 つの入力を必要とします：圧縮機タイプ（プロセスガス、空気、または冷凍）、基礎タイプ（剛性または柔軟）、および mm/s RMS で測定された振動速度。ツールは、剛性基礎の ISO 20816-8 基準、または柔軟基礎のツールの外挿ガイダンス値に基づいて、適用される振動ゾーン、ゾーン境界値、および運転推奨事項を即座に返します。
- コンプレッサーの種類を選択してください プロセスガス圧縮機、空気圧縮機、または冷凍圧縮機から選択してください。現在、ゾーン境界は3種類すべて同じですが、この選択により推奨事項のテキストに適切なコンテキストが与えられ、圧縮機の種類によって区別される可能性のある将来の規格改訂に対応できます。
- 基礎の種類を選択してください — 剛性基礎または柔軟（スプリング絶縁）を選択します。この選択により、どのゾーン境界セットが適用されるかが決定されます；剛性基礎の境界のみが ISO 20816-8 からのものであり、柔軟オプションはツールの外挿非 ISO ガイダンス値を使用することに注意してください。不確かな場合は、圧縮機の据付けを検査してください：剛性基礎はフレームがコンクリートまたは鋼材に直接ボルト止めされており；柔軟基礎はフレームと支持構造の間に目に見えるスプリングまたはゴム絶縁要素を持っています。
- 測定された速度を入力してください コンプレッサーフレームまたはベアリングハウジングで測定した全体の振動速度をmm/s RMS単位で入力してください。測定は、振動が最大となる方向、通常はクランクシャフト軸に垂直な水平方向で行ってください。
- レビュー結果 このツールは、色分けされたゾーンインジケーター（A＝緑、B＝黄、C＝オレンジ、D＝赤）、ゾーン境界に対する測定値、および具体的な運用推奨事項を表示します。
一般的なシナリオ向けに、クイックプリセットが用意されています。例えば、剛性基礎上のプロセスコンプレッサー（12 mm/s）、空気圧縮機（20 mm/s）、冷凍コンプレッサー（8 mm/s）などです。これらのプリセットを使用することで、エンジニアは独自の測定データを入力する前に、ツールの機能を素早く確認し、ゾーン分類の仕組みを理解することができます。
ISO 20816-8評価において推奨される測定方法はどのようなものですか？
ISO 20816-8 評価には、圧縮機フレームまたは主軸受ハウジングで取得された mm/s RMS の振動速度測定値が必要です。測定は、すべての 3 軸（水平、垂直、軸方向）で定常運転条件下で行うべきであり、ゾーン分類には最高値が使用されます。少なくとも 2–1000 Hz をカバーする広帯域測定が推奨されます。
- 測定パラメータ： 速度、mm/s RMS（二乗平均平方根）。ピーク値またはピークツーピーク値は使用しないでください。波形特性によっては、これらの値は重症度を40～100%過大評価します。
- 測定箇所： メインベアリングハウジング、クロスヘッドガイドハウジング、およびクランクシャフト中心線付近のフレーム表面を測定してください。薄いカバー、バルブキャップ、または配管の上での測定は避けてください。これらの箇所では、フレームの振動ではなく、局所的な共振増幅が発生します。
- 周波数範囲: 少なくとも2Hzから1000Hzまでの広帯域測定が必要です。往復動コンプレッサーは低周波数（運転速度の1倍および2倍）で大きなエネルギーを発生するため、適切な低周波数応答を備えた計測器が不可欠です。10Hz以上のハイパスフィルターを設定した標準的な加速度計では、重要な低周波数成分を見逃してしまう可能性があります。
- 動作条件: 測定は、通常の定常運転負荷状態で実施する必要があります。起動時、停止時、または無負荷運転時の振動は代表的な値ではないため、ゾーン分類には使用しないでください。
- 測定回数： 再現性を確認するため、各測定点で少なくとも3回連続して測定を行ってください。往復動コンプレッサーの振動は、ガス負荷、バルブの状態、および熱状態によって変化する可能性があります。
ISO 20816-8は、ISO 20816規格群の中でどのような位置づけにあるのか？
ISO 20816-8は、振動評価規格であるISO 20816シリーズに含まれる、機械固有の複数のパートのうちの1つです。各パートは異なる機械カテゴリを対象としており、ゾーン境界は特定の機器タイプの振動特性に合わせて調整されています。このシリーズは、旧規格であるISO 10816およびISO 7919シリーズを統合し、置き換えたものです。
| 規格パート | マシンタイプ | ISO 20816-8との主な相違点 |
|---|---|---|
| ISO 20816-1 | 一般的なガイドライン | フレームワーク標準。具体的な区域境界は規定しない。 |
| ISO 20816-3 | 産業機械（ポンプ、モーター、ファン、コンプレッサー > 15 kW） | 回転機械専用。振動制限値が大幅に低下。 |
| ISO 20816-5 | 水力タービンと揚水タービン | 水力発電機の軸振動と構造振動の両方を網羅しています。 |
| ISO 20816-8 | 往復動型コンプレッサー | 往復運動機構の力を反映した最高ゾーン境界 |
| ISO 20816-9 | ギアユニット | 歯車のかみ合い周波数と歯のかみ合い力を考慮 |
| ISO 20816-21 | 風力タービン | 変動する風荷重下におけるナセルおよびタワーの振動に対処する |
ISO 20816-8がこの規格群の中でどのような位置づけにあるかを理解することで、エンジニアはよくある間違い、つまり自分の機械に規格の誤った部分を適用してしまうという間違いを避けることができます。例えば、製油所で働く信頼性エンジニアは、同じ工場内で、遠心ポンプとモーターにはISO 20816-3、往復動コンプレッサーにはISO 20816-8、ギアボックスにはISO 20816-9が必要になるかもしれません。
よくある質問
往復動式コンプレッサーにとって許容される振動レベルはどの程度ですか？
剛性基礎の往復動圧縮機の場合、振動速度 7.1 mm/s RMS までが優れている（ゾーン A）と見なされ、ISO 20816-8 によると 14.0 mm/s RMS までが無制限の長期運転に許容されます（ゾーン B）。柔軟（スプリング絶縁）基礎については、ISO 20816-8 は限界を定義していません；ツールの外挿工学ガイダンスはそれぞれ 9.0 および 18.0 mm/s RMS を使用します。
往復動コンプレッサーにISO 20816-3の制限値を使用できますか？
いいえ。ISO 20816-3 は回転機械にのみ適用されます。往復動圧縮機はピストン・クランク機構により本質的に高い振動を発生させ、その許容レベルは典型的な回転機械の限界よりも数倍高いです。誤警報および不要なシャットダウンを避けるため、往復動圧縮機には常に ISO 20816-8 を使用してください。
ISO 20816-8 は柔軟（スプリング絶縁）基礎の限界を定義していますか？
いいえ。ISO 20816-8 は剛性基礎の往復動圧縮機に適用され、剛性据付けのゾーン境界のみを定義します。ツールが提供する柔軟基礎値（例えば、A/B 境界で 9.0 mm/s 対剛性の 7.1 mm/s）は外挿工学ガイダンス — 剛性境界より約 27–29% 高く、絶縁システムが許容する追加のフレーム運動を反映 — であり、ISO 20816-8 の限界ではありません。
ISO 20816-8は、往復動圧縮機の配管振動を対象としていますか？
いいえ。ISO 20816-8は、コンプレッサーのフレームとベアリングハウジングの振動のみを対象としています。脈動による配管の振動（多くの場合、最も重要な懸念事項）は、エネルギー研究所のガイドラインなどの規格を使用するか、設計段階でAPI 618脈動および機械的応答解析を実施することにより、別途評価する必要があります。
ISO 20816-8では、振動を変位、速度、加速度のどれで測定すべきでしょうか？
ISO 20816-8 のゾーン境界は速度、具体的には mm/s RMS で定義されています。少なくとも 2〜1000 Hz をカバーする広帯域速度測定を使用してください。計測器が加速度を測定する場合は、往復動コンプレッサーは 1 倍および 2 倍の運転速度 (多くの場合 20 Hz 未満) で大きなエネルギーを発生させるため、適切な低周波応答で速度に変換するためのソフトウェアベースの統合機能を備えていることを確認してください。
往復動式圧縮機の振動はどのくらいの頻度で測定すべきですか？
ISO 20816-8では具体的な監視間隔は規定されていませんが、業界のベストプラクティスでは、重要度の低いコンプレッサーについては月1回のルートベース測定、重要なプロセスガスコンプレッサーについては継続的なオンライン監視を推奨しています。ゾーンCで稼働する機器は、是正措置が完了するまで、監視頻度を高く（週単位または継続的に）する必要があります。
往復動式コンプレッサーで高振動が発生する一般的な原因は何ですか？
一般的な原因としては、クロスヘッドやピストンロッドのパッキンの摩耗、基礎ボルトの緩み、対向シリンダーのバランス不良、コンプレッサーバルブの劣化または漏れ、配管システムにおけるガス脈動共振、コンプレッサーと駆動装置のミスアライメント、クランクシャフトやベアリングの摩耗などが挙げられます。特定の振動周波数成分（スペクトル解析）は、これらの根本原因を区別するのに役立ちます。
振動制限値 - 往復動コンプレッサーツールは無料で利用できますか？
はい。振動制限値測定ツール（往復動コンプレッサー）は、ISO 20816-8ゾーン分類に対応した無料のブラウザベースのエンジニアリング計算ツール（無料エンジニアリングツール #024）です。登録、ソフトウェアのインストール、料金の支払いは一切不要です。エンジニアは測定した振動値を入力するだけで、ゾーン分類と運用上の推奨事項を即座に受け取ることができます。
