JP2000161237A - 圧縮空気製造設備及びその運転方法 - Google Patents
圧縮空気製造設備及びその運転方法Info
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Abstract
並列に運転するときの動力消費を最小化する。 【解決手段】可変回転速度の圧縮機ACV号機と、複数の
回転速度一定の圧縮機BCC号機、CCC号機、・・・とを有
する圧縮空気製造設備では、各圧縮機に1対1に対応し
て制御装置AC,BC,CC、・・・が設けられている。制御
装置は階層化されており、制御装置ACが最上位であ
り、次いで制御装置BC、制御装置CC、・・・の順に下位
になっている。上位機である圧縮機ACV号機を優先して
回転速度制御し、次いでターンバック制御またはロータ
リー制御により下位圧縮機BCC号機、CCC号機、・・・を
全負荷運転または停止させる。
Description
縮空気製造設備及びその運転方法に係り、特に、回転速
度を変化させて圧縮機容量を調整する圧縮機と、定回転
速度で運転する圧縮機とを組み合わせて容量制御する圧
縮空気製造設備及びその運転方法に関する。
平9−250485号公報に開示されている。この公報
に記載の圧縮機では、圧縮空気の吐出圧力を検出する圧
力センサーが圧縮機出口に設けられており、PID制御
を用いて圧縮機の回転数を変化させ、圧縮機を容量制御
している。
ては、圧縮機を単独で運転したときには、圧縮機の回転
速度一定として容量制御するそれまでの方法に対し消費
動力を大幅に低減している。しかしながら、圧縮機を複
数台並列に接続して運転する圧縮空気製造設備では、あ
る程度の省電力効果は得られるものの、それまでの複数
台運転制御に比較してもそれほど大きな消費電力低減が
得られない、という不具合があった。
れたものであり、その目的は圧縮空気製造設備におい
て、複数台の圧縮機を並列に運転するときの動力消費を
極力低減することにある。本発明の他の目的は、複雑な
構成を採用しなくとも圧縮空気製造設備において、省電
力を達成することにある。
の本発明の第1の特徴は、少なくとも1台の回転速度可
変の圧縮機と、少なくとも1台の固定回転速度の圧縮機
とを備えた圧縮空気製造設備において、可変速度圧縮機
及び前記固定速度圧縮機の各々から吐出される吐出空気
をその吐出側で合流させる手段と、この合流した吐出空
気の圧力を検出する圧力検出手段と、この検出圧力と予
め設定された圧力とに基づいて圧縮機を停止または始動
させる制御手段とを設け、この制御手段は固定速度圧縮
機がすべて停止したあとで加変速度圧縮機を停止させる
ものである。
を備え、制御装置は、この可変速度圧縮機の回転速度が
所定回転速度に低下するまでは回転速度を変えて圧縮機
の容量を制御し、所定回転速度に達すると吸込み絞り弁
により圧縮機の容量を制御する;合流手段の近傍に吐出
圧力を制御する制御弁を設け、制御装置は、可変速度圧
縮機が所定回転速度に達したら、吸込み絞り弁を閉じ、
制御弁を用いて吐出圧力を低下させるよう制御する;制
御装置は、少なくとも1台の固定速度圧縮機の始動及び
停止の少なくともいずれかの手順を記憶する記憶手段を
有することが望ましい。
速度圧縮機の各々から吐出される吐出空気の圧力を検出
する個別吐出圧力検出手段を設け、前記吐出圧力検出手
段に不具合が発生したときにはこの個別吐出圧力検出手
段の検出圧力に基づいて、制御装置が各圧縮機を制御す
るものである。
特徴は、少なくとも1台の回転速度可変の圧縮機と、複
数の固定回転速度の圧縮機とを備えた圧縮空気製造設備
の運転方法であって、可変速度圧縮機を制御する第1の
制御手段を優先し、この第1の制御手段が、複数の固定
速度圧縮機の各々を制御し各固定速度圧縮機ごとに設け
られた第2の制御手段に始動及び停止の指令を送るもの
である。
のそれぞれに優先度を付与し、第1の制御手段は始動時
には優先度が高いものから始動し、停止時には優先度の
低いものから停止するターンバック制御を実行する;複
数の固定速度圧縮機のそれぞれに優先度を付与し、第1
の制御手段は、始動時と停止時の双方において、優先度
が高いものから制御を開始するロータリー制御を実行す
る;複数の固定速度圧縮機の中の1台が故障したときに
は、この故障した圧縮機より優先度の高い圧縮機にはそ
のままの優先度を付与し、この故障した圧縮機より優先
度の低い圧縮機には、最も低い優先度の圧縮機から順に
この故障した圧縮機以下の優先度を付与し直す;可変速
度圧縮機が故障したときには、固定速度圧縮機の各々を
第2の制御装置が各々独立に制御するようにしたもので
ある。
面を用いて説明する。図1は、本発明に係る圧縮空気製
造設備の一実施例のブロック図である。図2は、この図
1に示した圧縮空気製造設備を運転するときのタイミン
グチャートの一例であり、いわゆるターンバック制御の
例である。さらに、図5ないし図7は、ターンバック制
御のフローチャート図である。
縮機を備えた圧縮空気製造設備であるが、台数は3に限
るものでないことは言うまでもない。また、圧縮機とし
ては、スクリュー圧縮機を前提としているが、これに限
るものではない。ACV、BCC、CCC号機からなる3台の
圧縮機の中で、ACV号機は電動機の回転速度が可変の可
変速圧縮機である。BCC号機およびCCC号機は、電動機
の回転速度が一定の圧縮機である。各圧縮機で圧縮され
た空気は、各圧縮機の出口部で集合されて空気槽1に導
かれ、圧縮空気使用ラインに供給される。
られており、この信号は制御装置ACに取り込まれる。
制御装置AC、BC、CCには予め制御上限圧力Hと制御
下限圧力Lが設定されている。通常運転では、圧力セン
サーZSが検出した圧力と、制御装置ACに記憶された制
御上限圧力Hおよび制御下限圧力Lを常時比較する。
圧縮機の順序を予め設定しておく。例えば、ACV号機
(最上位機)からCCC号機(最下位機)へACV→BCC→
CCCの順に運転する。圧縮機の運転中に、空気槽の圧力
が制御下限圧力Lより高く、制御上限圧力H未満であれ
ば、圧縮機ACV号機は回転数制御を含む容量制御を行
い、圧縮機BCC号機およびCCC号機は容量制御を行わず
に全負荷で運転する。空気槽1の圧力が制御上限圧力H
以上になったことを圧力センサーZSが検出したら、制
御装置ACはAタイマーの積算を開始する。
時間が経過すると、制御装置ACから制御装置BCおよび
制御装置CCをこの順で経由して、最終的に制御装置CC
に圧縮機CCC号機を停止させる信号を発生させる指令が
送られ、制御装置CCが圧縮機CCC号機を停止させる。
圧縮機を停止させる信号を発する前に、圧力が制御上限
圧力H以下になった場合は、Aタイマーを0にリセット
する。圧縮空気製造設備から吐出される空気量より消費
量が減少して、圧力が制御上限圧力Hに到達する毎に、
この動作を繰り返し、末端の圧縮機から順次停止させ
る。
制御下限圧力L以下であることを検出したときは、制御
装置ACはBタイマーの積算を開始する。積算開始時間
から制御装置ACに予め設定した時間が経過したら、停
止順とは逆の順序、つまり上位側から圧縮機を始動する
指令を制御装置ACが指令する。そして、始動する圧縮
機が圧縮機ACV号機の場合には、圧縮機ACV号機を回転
数制御を含む容量制御する。始動する圧縮機が、圧縮機
BCC号機より末端側なら、全負荷運転する。圧縮機を始
動する前に圧力が制御下限圧力L以上になったら、Bタ
イマーを0にリセットする。ここで、Aタイマー及びB
タイマーの設定時間は、圧縮空気製造設備の安定性等を
考慮して任意に設定できる。
定になるように回転数を変化させて運転する。圧縮機A
CV号機の回転速度可変範囲は、図2に示したように、3
0〜100%に設定している。この制御圧力は制御下限
圧力Lと制御上限圧力Hの間の任意の圧力に設定する。
この圧力も圧力センサーZSで検出する。以上の制御の
様子は図5から図7に示したフローチャートに詳しい
が、図5は圧縮機ACV号機の運転に関するフローチャー
トであり、図6は圧縮機BCC号機の運転に関するフロー
チャート、図7は圧縮機CCC号機の運転に関するフロー
チャートである。なお、圧縮機の運転台数が、4台以上
になったときには、図7に示した圧縮機CCC号機の制御
フローチャートと同様な手順を踏んで、各圧縮機DCC,
ECC,・・・を制御する。
とは異なる制御法を用いて制御するときのタイミングチ
ャートを示す。圧縮空気設備としては、図1に示した設
備を用いている。この制御法は、いわゆるロータリー制
御といわれる制御である。図8及び図9に、ロータリー
制御時のフローチャートを示す。
御機能と、下記のロータリー制御機能の双方を備えてい
る。各制御装置AC、BC、CCに、始動及び停止する圧
縮機の順序を予め設定する。例えば、圧縮機ACV号機
(最上位機)を始動し、その後圧縮機BCC号機、次いで
圧縮機CCC号機(最下位機)をACV→BCC→CCC順で始
動する点は、上記ターンバック制御と同一である。
圧力Lより高く、制御上限圧力H未満であれば、圧縮機
ACV号機について回転数制御を含む容量制御し、圧縮機
BCC号機および圧縮機CCC号機を容量制御せずに全負荷
で運転する点も、上記ターンバック制御と同じである。
ただし、容量制御運転に入ると、回転速度制御可能な圧
縮機ACV号機を除いて、常に圧縮機BCC号機を先に、圧
縮機CCC号機を後に始動、または停止する。すなわち、
容量が低下するときは、圧縮機BCC号機を先に停止し、
圧縮機CCC号機を後に停止する。また、運転再開も圧縮
機BCC号機を先に始動し、圧縮機CCC号機を後に始動す
る。この詳細を以下に示す。
ったことを圧力センサーZSが検出したら、制御装置AC
はAタイマーの積算を開始する。積算開始から制御装置
ACに予め設定した時間が経過すると、制御装置A
Cが、制御装置BCおよび制御装置CCの順に各制御装置
を経由して、圧縮機ACV号機を除く最後に停止した号機
の次の号機の制御装置に圧縮機を停止させる指令を送信
し、この号機の圧縮機を停止する。最後に停止した号機
が最終号機(最下位機)の場合は、圧縮機BCC号機に戻
る。圧縮機ACV号機を除く全ての圧縮機が停止している
ときは、圧縮機ACV号機を停止させる。圧縮機を停止す
る信号を発する前に、圧力が制御上限圧力H以下になっ
たときは、Aタイマーを0にリセットする。圧縮空気製
造設備から吐出される空気量より、消費量が減少して圧
力が制御上限圧力Hに到達する毎に、この動作を繰り返
し順次圧縮機を停止する。
になったことを圧力センサーZSが検出したら、制御装
置ACはBタイマーの積算を開始する。積算開始時間か
ら、制御装置ACに予め設定された時間が経過すると、
制御装置ACから制御装置BC、次いで制御装置CCの順
に各制御装置を経由して、圧縮機ACV号機を除く最後に
始動した号機の次の号機の制御装置に圧縮機を始動させ
る指令が送られる。そして、停止指令に対応した制御装
置が、対応の圧縮機を停止させる。
(最下位機)であるか、またはまだ圧縮機BCC号機以降
全て運転していなければ圧縮機BCC号機を停止させる。
圧縮機ACV号機が停止しているときは、圧縮機ACV号機
を始動させる。
回転数制御を含む容量制御をし、圧縮機BCC号機以降の
場合は全負荷運転する。圧縮機を始動させる前に圧力が
制御下限圧力L以上になったときは、Bタイマーを0に
リセットする。以上の制御については、図8及び図9に
フローチャートの詳細を示している。
ローチャートであり、図9は代表的に圧縮機BCC号機に
関する制御のフローチャートを示したものである。圧縮
機CCC号機に関しては、図9と同様の制御のフローチャ
ートとなる。また、圧縮機の台数が4台以上の場合に
は、増加した分の制御のフローチャートは図9と同様で
ある。さらに、図3は制御のタイミングチャートであ
り、図2に示したターンバック制御に比べて、圧縮機B
CC号機及びCCC号機の始動、停止タイミングが相違して
いる点がロータリー制御の特徴である。なお、この図3
のロータリー制御においても、圧縮機ACV号機の回転速
度制御範囲を30〜100%に設定している。
空気量が違う場合に採用すると有効であり、圧縮機ACV
号機を除く他の圧縮機の最大吐出空気量の多い機種か
ら、BCC号機、CCC号機と順に定めるのが良い。一方、
ロータリー制御は、圧縮機ACV号機を除く各圧縮機の運
転時間を平均化できるので、ほぼ同一の圧縮機を複数台
採用するときに特に有効である。
ら、その故障した圧縮機の制御装置を上記ターンバック
制御またはロータリー制御の制御システムから切り離
す。このとき、故障した圧縮機より優先度が下位の号機
の圧縮機の始動・停止については、圧縮機ACV号機から
の指令が、優先度が最下位の圧縮機の制御装置、次いで
最下位より一つ手前の圧縮機の制御装置という具合に伝
達されるように、優先度の最下位から順次優先度が上位
の制御装置を経由するようにする。
センサーZSを上記ターンバック制御またはロータリ制
御の制御システムから切り離し、制御に係る圧力を圧縮
機ACV号機の圧力センサーASで検出するようにする。
さらに圧力センサーASも故障した場合には、圧力セン
サーASも制御システムから切り離し、制御に係る圧力
を圧縮機BCC号機の圧力センサーBSで検出するように
する。この場合、制御装置BCから制御装置ACに圧力の
検出値を伝え、制御装置ACはその圧力値に基づいて制
御する。この結果、圧縮空気製造設備の全ての圧力セン
サーが故障するまで、安定して圧縮空気製造設備を容量
制御することができる。
圧縮機を制御システムから切り離す。そして、圧縮機A
CV号機以外の各圧縮機を、それぞれが有する圧力センサ
ーで、独立に容量制御する。
に用いる圧縮機1台についての、使用空気量Qと消費動
力LDの関係を示す。これらの図において、全負荷時の
吐出し空気量を100%、そのときの圧縮機の消費動力
を100%と正規化して示している。
圧縮機の吸込側に設けた絞り弁の開度を変えて流量調整
したときの消費動力の変化を示した図である。図11
は、回転速度を可変にした圧縮機を用いて、圧縮機の流
量調整したときの消費動力の変化を示した図である。空
気量が、30%〜100%の範囲では回転速度制御し、
30%以下の空気量範囲では、図10と同様の吸込絞り
により流量調整している。圧縮機1台のみを用いるとき
には、図11に示した回転速度制御併用の方が大幅に容
量制御特性に優れている。そして、負荷変動時の電力消
費を大きく改善できる。
絞り方式の圧縮機を5台採用し、その中の1台のみを容
量制御し、他は全負荷運転させると、図4においてIIで
示した消費動力特性となる。これは、従来の圧縮機の台
数制御方法として広く用いられている制御方法である。
に並列運転すると、図4においてIで示した消費動力特
性が得られる。この図4におけるIとIIの比較において
は、部分的にIIの方が消費動力が下回るところがあり、
必ずしも回転速度可変による制御方法が省電力面で吸込
み絞り制御に比べて優位であるとは言えない。
は、回転速度が可変の圧縮機1台と、回転速度が一定の
圧縮機複数台とを備えているので、図4においてIIIで
示した消費動力特性を得ることが可能となる。すなわ
ち、複数台の圧縮機を備えた圧縮空気製造設備において
も、消費空気量に対してほぼ直線的に消費動力が低下す
る理想的な消費動力特性を得ることができる。
いるIIの方式と比較すると、図4において傾斜部が省電
力となる。具体的には、37kWの圧縮機5台を用いる
場合、本発明の実施例のほうが、最大18kWhだけ省
電力となる。これは、図10のP点と図11のQ点との
差に相当する。なお、この比較は圧縮機5台の場合であ
るが、圧縮機の台数がこれ以外でも、台数に応じて省電
力となることは言うまでもない。
を一定値にするように制御を行わせることができるた
め、この設定圧力を制御下限圧力Lより少し高く設定し
ておけば、無駄な圧力上昇を防止し、この面でも消費電
力を軽減することが可能である。
る圧縮空気製造設備において、回転速度が可変の圧縮機
を最小数備えただけで、使用空気量の減少に対応してほ
ぼ直線的に消費動力を減少させることが可能になり、容
量制御による無駄な消費動力を低減できる。
ロック図。
きのタイムチャート。
のタイムチャート。
図。
きのフローチャート。
きのフローチャート。
きのフローチャート。
のフローチャート。
のフローチャート。
Claims (10)
- 【請求項1】少なくとも1台の回転速度可変の圧縮機
と、少なくとも1台の固定回転速度の圧縮機とを備えた
圧縮空気製造設備において、前記可変速度圧縮機及び前
記固定速度圧縮機の各々から吐出される吐出空気をその
吐出側で合流させる手段と、この合流した吐出空気の圧
力を検出する圧力検出手段と、この検出圧力と予め設定
された圧力とに基づいて圧縮機を停止または始動させる
制御手段とを設け、この制御手段は前記固定速度圧縮機
がすべて停止したあとで前記加変速度圧縮機を停止させ
ることを特徴とする圧縮空気製造設備。 - 【請求項2】前記可変速度圧縮機は吸い込み絞り弁を備
え、前記制御装置は、この可変速度圧縮機の回転速度が
所定回転速度に低下するまでは回転速度を変えて圧縮機
の容量を制御し、所定回転速度に達すると前記吸込み絞
り弁により圧縮機の容量を制御することを特徴とする請
求項1に記載の圧縮空気製造設備。 - 【請求項3】前記合流手段の近傍に吐出圧力を制御する
制御弁を設け、前記制御装置は、前記可変速度圧縮機が
所定回転速度に達したら、前記吸込み絞り弁を閉じ、前
記制御弁を用いて吐出圧力を低下させるよう制御するこ
とを特徴とする請求項2に記載の圧縮空気製造設備。 - 【請求項4】前記制御装置は、前記少なくとも1台の固
定速度圧縮機の始動及び停止の少なくともいずれかの手
順を記憶する記憶手段を有することを特徴とする請求項
1ないし3のいずれか1項に記載の圧縮空気製造設備。 - 【請求項5】前記固定速度圧縮機及び可変速度圧縮機の
各々から吐出される吐出空気の圧力を検出する個別吐出
圧力検出手段を設け、前記吐出圧力検出手段に不具合が
発生したときにはこの個別吐出圧力検出手段の検出圧力
に基づいて、前記制御装置が各圧縮機を制御することを
特徴とする請求項1ないし4のいずれか1項に記載の圧
縮空気製造設備。 - 【請求項6】少なくとも1台の回転速度可変の圧縮機
と、複数の固定回転速度の圧縮機とを備えた圧縮空気製
造設備の運転方法であって、前記可変速度圧縮機を制御
する第1の制御手段を優先し、この第1の制御手段が、
前記複数の固定速度圧縮機の各々を制御し各固定速度圧
縮機ごとに設けられた第2の制御手段に始動及び停止の
指令を送ることを特徴とする圧縮空気製造設備の運転方
法。 - 【請求項7】前記複数の固定速度圧縮機のそれぞれに優
先度を付与し、前記第1の制御手段は始動時には優先度
が高いものから始動し、停止時には優先度の低いものか
ら停止するターンバック制御を実行することを特徴とす
る請求項6に記載の圧縮空気製造設備の運転方法。 - 【請求項8】前記複数の固定速度圧縮機のそれぞれに優
先度を付与し、前記第1の制御手段は、始動時と停止時
の双方において、優先度が高いものから制御を開始する
ロータリー制御を実行することを特徴とする請求項6に
記載の圧縮空気製造設備の運転方法。 - 【請求項9】前記複数の固定速度圧縮機の中の1台が故
障したときには、この故障した圧縮機より優先度の高い
圧縮機にはそのままの優先度を付与し、この故障した圧
縮機より優先度の低い圧縮機には、最も低い優先度の圧
縮機から順にこの故障した圧縮機以下の優先度を付与し
直すことを特徴とする請求項7または8に記載の圧縮空
気製造設備の運転方法。 - 【請求項10】前記可変速度圧縮機が故障したときに
は、前記固定速度圧縮機の各々を第2の制御装置が各々
独立に制御することを特徴とする請求項6ないし9のい
ずれか1項に記載の圧縮空気製造設備の運転方法。
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JP34136398A JP3930987B2 (ja) | 1998-12-01 | 1998-12-01 | 圧縮空気製造設備及びその運転方法 |
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JP34136398A JP3930987B2 (ja) | 1998-12-01 | 1998-12-01 | 圧縮空気製造設備及びその運転方法 |
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JP2000161237A true JP2000161237A (ja) | 2000-06-13 |
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