JP2005146927A - 圧縮機の制御装置、タービンシステム、圧縮機の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 確実にサージングを防止することのできる圧縮機の制御装置、タービンシステム、圧縮機の制御方法を提供することを目的とする。
【解決手段】 タービンに流体を送る圧縮機の回転数、入口圧力、出口圧力、および入口温度に基づいて求めたサージマージンＳｍが、予め設定されたサージラインＬを超えないよう、圧縮機の運転条件を変更するようにした。また、圧縮機の回転数に基づいて求めたサージマージンＳｍと、圧縮機の流量に基づいて求めたサージマージンＳｍのいずれか一方を採用し、採用されたサージマージンＳｍが、サージラインＬを超えないよう圧縮機の運転条件を変更することもできる。
【選択図】図２

Description

本発明は、圧縮機のサージングの発生を防止するのに好適な圧縮機の制御装置、タービンシステム、圧縮機の制御方法に関する。

圧縮機において、入口側の圧力と出口側の圧力の比（圧縮比）が過大になると、出口側からの流体の吐出が乱れ脈動が生じる不安定現象、いわゆるサージングが生じる。

これを防止するため、圧縮機の入口側、出口側にサージセンサを設け、このサージセンサで脈動を検出した場合に、圧縮機の流量を制御する方法が、特許文献１に記載されている。

特開平７−３５０９４号公報

また、サージングを防止するため、図９に示すように、圧縮機１の入口圧力、入口温度、出口圧力、通過流量を測定し、これに基づいてサージングが生じないように圧縮機１の運転条件の制御を行う方法もあった。詳しくは、
修正流量＝通過流量（質量流量）×（入口圧力）^0.5／入口温度 …… （１）
圧力比 ＝出口圧力／入口圧力 ……（２）
という式（１）、（２）により、修正流量と圧力比を求め、図１０に示すような圧縮機マップ上における運転点Ｄを求める。この圧縮機マップにおいては、予め、サージングが生じないようにサージラインＬが設定されている。このサージラインＬを超えてサージ領域（図１０において、サージラインＬの上側の領域）に入らないよう、運転点Ｄが、サージラインＬに重なったり近づいたときには、圧縮機１の流量を下げる等して、運転点Ｄが、サージラインＬから遠ざかるように制御するのである。

しかしながら、特許文献１に記載された技術は、脈動が起きてから制御を行うものであり、サージングが生じない領域で安定な運転を行うものとは言い切れない。
これに対し、図１０に示したような圧縮機マップを用いた制御方法では、サージラインＬに近づいた時点で運転点ＤをサージラインＬから遠ざけるので、脈動等が生じない安定な領域で常に運転することが可能である。

しかし、図１０に示したような方法では、圧縮機の流量を測定しなければならず、圧縮機の形状によってはそのための測定器を設置するスペースが狭く、設置自体が困難であることもある。
また、特に圧縮機起動時等の低回転域においては、圧縮機の流量も低く、このような領域では測定器の測定誤差も大きく、システムによっては、低流量・低回転領域においても、サージングによる機器損傷の可能性が大きくなることもある。
本発明は、このような技術的課題に基づいてなされたもので、より確実にサージングを防止することのできる圧縮機の制御装置、タービンシステム、圧縮機の制御方法を提供することを目的とする。

かかる目的のもと、本発明の圧縮機の制御装置は、タービンに流体を送る圧縮機の回転数、入口圧力、出口圧力、および入口温度に基づいてサージマージンを求めるサージマージン取得部と、サージマージン取得部で求めたサージマージンが、予め設定されたサージ限界を超えないよう、圧縮機の運転条件を変更する制御部と、を備えることを特徴とする。これにより、サージマージンを用いた制御なので、脈動等が生じない領域で圧縮機の安定した運転を行うことができる。また、このように圧縮機の回転数を用いてサージマージンを求めることで、圧縮機の流量を用いる必要が無くなる。

とは言え、圧縮機の回転数を用いてサージマージンを求める方法を併用することもできる。
その場合、サージマージン取得部は、圧縮機の回転数、入口圧力、出口圧力、および入口温度に基づいてサージマージンを求めるとともに、圧縮機の流量、入口圧力、出口圧力、および入口温度に基づいてサージマージンを求め、制御部は、圧縮機の回転数、入口圧力、出口圧力、および入口温度に基づいて得たサージマージンと、圧縮機の流量、入口圧力、出口圧力、および入口温度に基づいて得たサージマージンのいずれか一方を採用し、採用されたサージマージンが、サージ限界を超えないよう圧縮機の運転条件を変更するのである。
具体的には、サージマージン取得部は、第一の領域において圧縮機の回転数、入口圧力、出口圧力、および入口温度に基づいてサージマージンを求めるとともに、第一の領域以外の第二の領域にて圧縮機の流量、入口圧力、出口圧力、および入口温度に基づいてサージマージンを求めることができる。つまり、特定の第一の領域だけ、圧縮機の回転数を用いてサージマージンを求め、それ以外の第二の領域は圧縮機の流量を用いてサージマージンを求めるのである。
また、圧縮機の回転数、入口圧力、出口圧力、および入口温度に基づいて得たサージマージンと、圧縮機の流量、入口圧力、出口圧力、および入口温度に基づいて得たサージマージンのうち、サージ限界に近い方を採用し、採用されたサージマージンが、予め設定されたサージ限界を超えないよう、圧縮機の運転条件を変更することもできる。

また、サージマージンが予め設定されたサージ限界を超えないよう、圧縮機の運転条件を変更するだけでなく、さらに、サージマージンが、サージ限界を超えない「特定の範囲」内に留まるよう、圧縮機の運転条件を変更するのが好ましい。このような制御方法は、特に発電用のタービンに流体を送り込む圧縮機に好適である。

さらに、制御部は、圧縮機の回転数、入口圧力、出口圧力、および入口温度に基づいて得たサージマージンと、圧縮機の流量、入口圧力、出口圧力、および入口温度に基づいて得たサージマージンとを比較し、これに基づいてガスタービンの劣化の有無を判定することもできる。ガスタービンが劣化した場合、劣化前の状態に比較して、流量が低下するので、その影響を受けることのない回転数を用いて求めたサージマージンと比較することで、劣化を判定できるのである。

本発明は、発電機を駆動するタービンと、タービンに流体を送る圧縮機と、圧縮機の回転数、入口圧力、出口圧力、および入口温度に基づいてサージマージンを求めるサージマージン取得部と、サージマージン取得部で求めたサージマージンが、予め設定されたサージ限界を超えないよう、圧縮機の運転条件を変更する制御部と、を備えることを特徴とするタービンシステムとして捉えることもできる。
このようなタービンシステムは、圧縮機に流体として高温のヘリウムガスを送る、原子力発電所のシステムに用いることができる。

本発明は、タービンに流体を送る圧縮機の回転数、入口圧力、出口圧力、および入口温度に基づいてサージマージンを求めるステップと、求めたサージマージンが、予め設定されたサージ限界を超えないよう、圧縮機の運転条件を変更するステップと、を備えることを特徴とする圧縮機の制御方法として捉えることもできる。

ところで本発明は、タービンに流体に送り込む圧縮機に限らず、他の圧縮機にも適用することが可能である。その場合、圧縮機の回転数、入口圧力、出口圧力、および入口温度に基づいてサージマージンを求めるサージマージン取得部と、サージマージン取得部で求めたサージマージンが、サージ限界を超えない特定の範囲内に留まるよう、圧縮機の運転条件を変更する制御部と、を備えるのが好ましい。つまり、サージマージンが、上限と下限が規定された特定の範囲内に常に留まるよう制御し、安定かつ効率の良い条件で圧縮機を運転するのである。

本発明によれば、確実にサージングを防止することが可能となる。
また、回転数に基づいて求めたサージマージンと、流量に基づいて求めたサージマージンを組み合わせて用いることで、サージマージンの検出精度を効率良く高めることができ、また信頼性を高めることもできる。

以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
図１は、本実施の形態におけるガスタービンシステムに備えられた圧縮機１０の構成を説明するための図である。
本実施の形態におけるガスタービンシステムは、原子力発電システムに用いられるものであり、発電機を駆動するガスタービン（タービン：図示無し）と、このタービンに高温のヘリウムガス（流体）を送り込む圧縮機１０とを備える。

図１に示すように、圧縮機１０は、その出口１０ａ側から入口１０ｂ側に繋がるライン１１が設けられており、このライン１１には、開度が調整できる調整弁１２が設けられている。
この圧縮機１０では、入口１０ｂ側から送り込まれた流体を圧縮し、出口１０ａ側に送り出す。本実施の形態において、この圧縮機１０の出口１０ａ側には、ガスタービンが接続されており、圧縮機１０においては、高温のヘリウムガスを圧縮し、高温高圧にしてガスタービンに送り込む。

このような圧縮機１０は、サージングを防止するための制御装置（サージマージン取得部、制御部）２０を備えている。この制御装置２０では、予めインストールされた処理プログラムに基づいた処理を実行することで、調整弁１２の開度あるいは圧縮機１０の回転数を自動的に調整し、サージングを防止する。このため、圧縮機１０の入口圧力、入口温度、出口圧力、圧縮機１０の回転数をそれぞれ検出するためのセンサや計測器が備えられ、それぞれのセンサや計測器の検出値は制御装置２０に送り込まれ、制御装置２０ではこれらの検出値に基づいて、調整弁１２の開度、圧縮機１０の回転数を自動的に調整する。
以下、制御装置２０において、サージングを防止するために実行する処理方法について、複数の例を挙げる。

（第一の実施の形態）
第一の実施の形態では、圧縮機１０の通過流量を検出することなく、圧縮機１０の回転数に基づいてサージング防止処理を実行する。
図２は、このために用いられる圧縮機マップの一例を示すものである。圧縮機マップには、圧縮機１０の特定の回転数毎に、流量を変化させた時の圧力比の変化を示す特性曲線Ｃ１、Ｃ２、…、Ｃｍが設けられている。これら特性曲線Ｃ１、Ｃ２、…、Ｃｍは、例えば５００、１０００、１５００、２０００、…（ｒｐｍ）といったように、５００回転間隔等、所定回転数間隔で設けることができる。
また、この圧縮機マップには、サージングが発生する圧縮比の上限ライン（サージ限界）が、サージラインＬとして設けられている。
このような圧縮機マップは、制御装置２０のデータ記憶部に格納されている。

図３は、制御装置２０において、上記圧縮機マップに基づいて、サージマージン取得部、制御部としての制御装置２０で実行されるサージング防止処理の流れを示すものである。なおこの処理は、制御装置２０のデータ記憶部に予め記憶（インストール）されたプログラムに基づいて自動的に実行されるものである。
まず、制御装置２０では、センサや計測器から出力された検出値として、圧縮機１０の入口圧力Ｐｉ、入口温度Ｔｉ、出口圧力Ｐｏ、圧縮機１０の回転数Ｒの入力を受ける(ステップＳ１０１)。
そして、得られた検出値から、そのときの温度に応じて補正した修正回転数Ｒ’と、圧力比Ｐｒを、
Ｒ’＝Ｒ／（Ｔｉ）^0.5 ……（３）
Ｐｒ ＝Ｐｏ／Ｐｉ ……（４）
という式（３）、（４）により算出する。

続いて、修正回転数Ｒ’が、圧縮機マップ上に特性曲線Ｃ１、Ｃ２、…、Ｃｍが設けられた回転数に合致するか否かを判定する(ステップＳ１０２)。
例えば、修正回転数Ｒ’が４５００ｒｐｍであった場合、圧縮機マップ上には、４５００ｒｐｍの特性曲線（例えば特性曲線Ｃｎ）が存在するので、「ＹＥＳ」と判定する。
「ＹＥＳ」と判定した場合、圧縮機マップ上において、この特性曲線Ｃｎと、式（４）で得られた圧力比Ｐｒとが交差する座標を、運転点Ｄとして特定する(ステップＳ１０３)。

また、例えば、修正回転数Ｒ’が４７００ｒｐｍであった場合、圧縮機マップ上には、４５００ｒｐｍの特性曲線（例えば特性曲線Ｃｎ）と５０００ｒｐｍの特性曲線（例えば特性曲線Ｃｎ＋１）が存在し、その間の４７００ｒｐｍには特性曲線が存在しないため、ステップＳ１０２において「ＮＯ」と判定する。
「ＮＯ」と判定した場合、圧縮機マップ上において、修正回転数Ｒ’の上下に隣接して設けられている２本の特性曲線、つまり回転数Ｒが４７００ｒｐｍであった場合は、４５００ｒｐｍの特性曲線Ｃｎと５０００ｒｐｍの特性曲線Ｃｎ＋１とから、修正回転数Ｒ’（＝４７００ｒｐｍ）のときの特性曲線Ｃｓを補間して求める(ステップＳ１０４)。
その後、圧縮機マップ上において、補間して求めた特性曲線Ｃｓと、式（４）で得られた圧力比Ｐｒとが交差する座標を、運転点Ｄとして特定する(ステップＳ１０３)。

このようにして、運転点Ｄを求めた後、この運転点ＤのサージラインＬに対するサージマージンＳｍが、予め定めた規定値以上であるか否かを判定する(ステップＳ１０５)。
このため、サージマージンＳｍを算出する。
ここでサージマージンＳｍは、圧縮機マップにおいて、運転点Ｄから横軸方向に見た場合と、縦軸方向に見た場合の二通りがある。
サージマージンＳｍは、運転点Ｄから横軸方向に見た場合、
Ｓｍ＝Ｓｍ１＝（Ｒ’−Ｒｓ）／Ｒ’×１００〔％〕 ……（５）
という式（５）で求めることができ、また、運転点Ｄから縦軸方向に見た場合、
Ｓｍ＝Ｓｍ２＝（Ｐｒｓ−Ｐｒ）／Ｐｒｓ×１００〔％〕 ……（６）
という式（６）で求めることができる。
ここで、Ｒｓは、運転点Ｄから横軸方向に伸ばした線がサージラインＬと交差する点における回転数（サージ回転数）であり、Ｐｒｓは、運転点Ｄから縦軸方向に伸ばした線がサージラインＬと交差する点における圧縮比（サージ圧縮比）である。
サージマージンＳｍは、式（５）、（６）のどちらで求めてもよいが、本実施の形態では、サージマージンＳｍとして、式（５）で求めたＳｍ１を用いるものとする。

さて、このようにして求めた運転点ＤのサージマージンＳｍが、予め定めた規定値以上であるか否かを判定した結果、規定値以上、つまりサージマージンＳｍが十分に大きい場合には、そのまま処理を終了する。
一方、運転点ＤのサージマージンＳｍが、規定値未満、つまりサージマージンＳｍが小さく、サージラインＬに接近していると判断された場合には、運転点ＤがサージラインＬから遠ざかるように、圧縮機１０の運転条件を変更する(ステップＳ１０６)。

運転点ＤがサージラインＬから遠ざかるように、圧縮機１０の運転条件を変更するには、制御装置２０は、調整弁１２の開度を大きくする。すると、出口１０ａ側の高圧の流体がライン１１に流れ込む量が増加する。これにより、ライン１１から流体が圧縮機１０の入口１０ｂ側に流れ込むため、入口圧力Ｐｉが上昇し、これによって圧力比Ｐｒが小さくなる。また、圧縮機１０の通過流量も増えるため、調整弁１２の開度を大きくした後の運転点Ｄ’は、図２の圧縮機マップにおいて右下方向、つまりサージラインＬから遠ざかる方向に移動し、サージングの生じにくい安定な状態となるのである。

上記したような一連の処理（ステップＳ１０１〜Ｓ１０６）を、所定時間毎に繰り返すことで、サージマージンＳｍが規定値未満となったとき、つまり運転点ＤがサージラインＬに近づいてサージングの生じやすい状態になったときに、運転条件を自動的に変更し、サージングの発生を防止できるのである。このように、圧縮機１０の流量を用いることなくサージマージンＳｍを求めることで、流量計の設置が困難である場合や、流量によってサージマージンＳｍを求めると誤差が大きいような場合であっても、高い精度でサージマージンＳｍを求め、圧縮機１０を安定して運転することができる。また、サージラインＬを、脈動が生じないような領域に設定することで、脈動等を生じることのない安定した領域で圧縮機１０を運転することができる。

（第二の実施の形態）
第二の実施の形態では、圧縮機１０の回転数に基づいて求めたサージマージンと、従来どおり圧縮機１０の流量に基づいて求めたサージマージンを併用する。
図４は、このために用いられる圧縮機マップの一例を示すものである。この圧縮機マップにおいて、所定の回転領域（第一の領域）Ａには、圧縮機１０の特定の回転数毎に、流量を変化させた時の圧力比の変化を示す特性曲線Ｃ１、Ｃ２、…、Ｃｍが設けられている。この回転領域Ａにおいては、上記第一の実施の形態と同様、圧縮機１０の回転数に基づいて運転点Ｄを求め、この運転点ＤのサージマージンＳｍが規定値未満とならないように制御を行う。このため本実施の形態においては、図１に示した圧縮機１０の構成に、通過流量を測定する流量計を追設する必要がある。
そして、この回転領域Ａ以外の回転領域（第二の領域）Ｂにおいては、圧縮機１０の流量を測定し、その測定値に基づいて、運転点Ｄを求め、この運転点ＤのサージマージンＳｍが規定値未満とならないように制御を行う。
なお、本実施の形態においては、回転領域Ａを低回転域側に設定し、それ以上の高回転側の領域を回転領域Ｂとする例としたが、例えば中間の特定の回転域を回転領域Ａとし、それ以外を回転領域Ｂとすることもできるし、回転領域Ａを複数の回転域に設定することも可能である。

図５は、制御装置２０において、上記圧縮機マップに基づいて実行されるサージング防止処理の流れを示すものである。
まず、制御装置２０では、センサや計測器から出力された検出値として、圧縮機１０の入口圧力Ｐｉ、入口温度Ｔｉ、出口圧力Ｐｏ、圧縮機１０の回転数Ｒ、通過流量Ｖの入力を受ける(ステップＳ２０１)。

そして、得られた回転数Ｒから、修正回転数Ｒ’を式（３）により求め、その修正回転数Ｒ’が低回転域（回転領域Ａ）にあるか否かを判定する(ステップＳ２０２)。
その結果、修正回転数Ｒ’が低回転域にある場合は、その修正回転数Ｒ’が、圧縮機マップ上に特性曲線Ｃ１、Ｃ２、…、Ｃｍが設けられた回転数であるか否かを判定する(ステップＳ２０３)。
「ＹＥＳ」と判定した場合、圧縮機マップ上において、この特性曲線Ｃｎと、式（４）で得られる圧力比Ｐｒとが交差する座標を、運転点Ｄとして特定し (ステップＳ２０４)、また「ＮＯ」と判定した場合、圧縮機マップ上において、修正回転数Ｒ’の上下に隣接して設けられている２本の特性曲線Ｃｎ、Ｃｎ＋１から、修正回転数Ｒ’のときの特性曲線Ｃｓを補間して求めた後(ステップＳ２０５)、求めた特性曲線Ｃｓと圧力比Ｐｒとが交差する座標を、運転点Ｄとして特定する(ステップＳ２０４)。

一方、ステップＳ２０２において、修正回転数Ｒ’が低回転域ではない、と判定された場合、修正流量Ｖ’を、
Ｖ’＝Ｖ×（Ｐｉ）^0.5／Ｔｉ ・・・・・・（７）
という式（７）で求めた後、修正流量Ｖ’と式（４）で得られる圧力比Ｐｒとが圧縮機マップ上で交差する座標を、運転点Ｄとして特定する(ステップＳ２０６)。

このようにして、運転点Ｄを求めた後、この運転点ＤのサージラインＬに対するサージマージンＳｍを式（５）で求め、これが、予め定めた規定値以上であるか否かを判定する(ステップＳ２０７)。
その結果、規定値以上、つまりサージマージンＳｍが十分に大きい場合には、そのまま処理を終了する。一方、運転点ＤのサージマージンＳｍが、規定値未満、つまりサージマージンＳｍが小さく、サージラインＬに接近していると判断された場合には、運転点ＤがサージラインＬから遠ざかるように、圧縮機１０の運転条件を変更する(ステップＳ２０８)。

上記したような一連の処理（ステップＳ２０１〜Ｓ２０８）を、所定時間毎に繰り返すことで、本実施の形態においても、サージマージンＳｍが規定値未満となったとき、つまり運転点ＤがサージラインＬに近づいてサージングの生じやすい状態になったときに、運転条件を自動的に変更し、サージングの発生を防止できるのである。しかも、回転領域Ａを低回転域に設定し、圧縮機１０の流量を用いずにサージマージンＳｍを求めることで、特に、流量の測定誤差の大きい低回転域におけるサージマージンＳｍの検出精度を高めることが可能となる。
ところで、特性曲線Ｃ１、Ｃ２、…、Ｃｍは事前に求め、圧縮機マップを作成しておく必要がある。これには、ガスタービンシステムを設置した後に、試験運転等で特性曲線Ｃ１、Ｃ２、…、Ｃｍを求める。全域に特性曲線Ｃ１、Ｃ２、…、Ｃｍを設けた圧縮機マップを用いる第一の実施の形態では、試験運転に膨大な時間が掛かる。これに対し、一部の回転領域Ａにのみ特性曲線Ｃ１、Ｃ２、…、Ｃｍを設ける本実施の形態では、試験運転を大幅に短縮することができる。

（第三の実施の形態）
第三の実施の形態においても、第二の実施の形態と同様、圧縮機１０の回転数に基づいて求めたサージマージンと、従来どおり圧縮機１０の流量に基づいて求めたサージマージンを併用する。ただし、本実施の形態では、回転域の全域にわたって、圧縮機１０の回転数に基づいて求めたサージマージンと、従来どおり圧縮機１０の流量に基づいて求めたサージマージンを併用する。

この場合、圧縮機マップとしては、図２に示したような、回転域の全域にわたって、圧縮機１０の特定の回転数毎に特性曲線Ｃ１、Ｃ２、…、Ｃｍが設けられたものを用いる。

図６は、制御装置２０において、上記圧縮機マップに基づいて実行されるサージング防止処理の流れを示すものである。
まず、制御装置２０では、センサや計測器から出力された検出値として、圧縮機１０の入口圧力Ｐｉ、入口温度Ｔｉ、出口圧力Ｐｏ、圧縮機１０の回転数Ｒ、通過流量Ｖの入力を受ける(ステップＳ３０１)。
このため本実施の形態においては、図１に示した圧縮機１０の構成に、通過流量Ｖを測定する流量計を追設する必要がある。

そして、得られた通過流量Ｖから、修正流量Ｖ’を式（７）で求めた後、修正流量Ｖ’と式（４）で得られる圧力比Ｐｒとが圧縮機マップ上で交差する座標を、運転点Ｄとして特定する(ステップＳ３０２)。

また、得られた回転数Ｒから、修正回転数Ｒ’を式（３）により求め、その修正回転数Ｒ’が、圧縮機マップ上に特性曲線Ｃ１、Ｃ２、…、Ｃｍが設けられた回転数であるか否かを判定する(ステップＳ３０３)。
「ＹＥＳ」と判定した場合、圧縮機マップ上において、この特性曲線Ｃｎと、式（４）で得られる圧力比Ｐｒとが交差する座標を、運転点Ｄとして特定し (ステップＳ３０４)、また「ＮＯ」と判定した場合、圧縮機マップ上において、修正回転数Ｒ’の上下に隣接して設けられている２本の特性曲線から、修正回転数Ｒ’のときの特性曲線Ｃｓを補間して求めた後(ステップＳ３０５)、求めた特性曲線Ｃｓと圧力比Ｐｒとが交差する座標を、運転点Ｄとして特定する(ステップＳ３０４)。

このようにして、ステップＳ３０２で得た運転点Ｄと、ステップＳ３０４で得た運転点Ｄの双方について、サージラインＬに対するサージマージンＳｍを式（５）でそれぞれ求め、小さい方のサージマージンＳｍを採用する(ステップＳ３０６)。

そして、採用したサージマージンＳｍが、予め定めた規定値以上であるか否かを判定する(ステップＳ３０７)。
その結果、規定値以上、つまりサージマージンＳｍが十分に大きい場合には、そのまま処理を終了する。一方、運転点ＤのサージマージンＳｍが、規定値未満、つまりサージマージンＳｍが小さく、サージラインＬに接近していると判断された場合には、運転点ＤがサージラインＬから遠ざかるように、圧縮機１０の運転条件を変更する(ステップＳ３０８)。

さらに、ステップＳ３０２で得た運転点Ｄの座標Ｘと、ステップＳ３０４で得た運転点Ｄの座標Ｙの差を算出し、その差が予め設定した規定値以上であるか否かを判定する(ステップＳ３０９)。
その結果、差が規定値以上である場合は、ガスタービンの劣化が生じていると判断し、これをアラーム音、インジケータランプ等の各種報知手段によって外部に報知する(ステップＳ３１０)。
これは、ガスタービンが劣化すると、同一回転数における流量が劣化前に比較して減少するため、回転数から得られた運転点Ｄと流量から得られた運転点Ｄとを比較することで、劣化を認識できるためである。

さて、上記したような一連の処理（ステップＳ３０１〜Ｓ３１０）を、所定時間毎に繰り返すことで、本実施の形態においても、サージマージンＳｍが規定値未満となったとき、つまり運転点ＤがサージラインＬに近づいてサージングの生じやすい状態になったときに、運転条件を自動的に変更し、サージングの発生を防止できるのである。しかも、ステップＳ３０２で得た運転点Ｄと、ステップＳ３０４で得た運転点Ｄのうち、サージマージンＳｍが小さい方を採用するようにした。サージマージンＳｍが小さいということは、サージラインＬにより近いということであり、そのようなサージマージンＳｍを用いることで、より厳しい条件で制御を行い、圧縮機１０の安定運転に一層寄与することができる。
またこれ以外にも、回転数と流量の２つから運転点Ｄ、Ｄを求めておくことで、万が一一方が検出できなくなった場合に、他方を採用することで、これをバックアップとすることができ、より高い信頼性を得ることができる。

（第四の実施の形態）
第四の実施の形態は、特定のサージマージン領域内に運転点Ｄが留まるよう、制御を行うものである。

この場合、圧縮機マップとしては、上記第一〜第三の実施の形態で用いたいずれのものを用いてもよい。ここでは例えば、図７に示すように、図２と同様の、回転域の全域にわたって、圧縮機１０の特定の回転数毎に特性曲線Ｃ１、Ｃ２、…、Ｃｍが設けられたものを用いる。

図８は、制御装置２０において、上記圧縮機マップに基づいて実行されるサージング防止処理の流れを示すものである。
まず、制御装置２０では、センサや計測器から出力された検出値として、圧縮機１０の入口圧力Ｐｉ、入口温度Ｔｉ、出口圧力Ｐｏ、圧縮機１０の回転数Ｒを受ける(ステップＳ４０１)。

そして、得られた回転数Ｒから、修正回転数Ｒ’を式（３）により求め、その修正回転数Ｒ’が、圧縮機マップ上に特性曲線Ｃ１、Ｃ２、…、Ｃｍが設けられた回転数であるか否かを判定する(ステップＳ４０２)。
「ＹＥＳ」と判定した場合、圧縮機マップ上において、この特性曲線Ｃｎと、式（４）で得られる圧力比Ｐｒとが交差する座標を、運転点Ｄとして特定し (ステップＳ４０３)、また「ＮＯ」と判定した場合、圧縮機マップ上において、修正回転数Ｒ’の上下に隣接して設けられている２本の特性曲線から、修正回転数Ｒ’のときの特性曲線Ｃｓを補間して求めた後(ステップＳ４０４)、求めた特性曲線Ｃｓと圧力比Ｐｒとが交差する座標を、運転点Ｄとして特定する(ステップＳ４０３)。

このようにして、得られた運転点Ｄについて、サージラインＬに対するサージマージンＳｍを式（５）で求める。
そして、採用したサージマージンＳｍが、予め定めた規定ラインＬａとＬｂの間の規定の範囲（特定の範囲）にあるか否かを判定する(ステップＳ４０５)。
その結果、規定の範囲内にある場合には、そのまま処理を終了する。一方、運転点ＤのサージマージンＳｍが、規定の範囲内にない場合には、運転点Ｄが規定の範囲内に入るよう、圧縮機１０の運転条件を変更する(ステップＳ４０６)。

さて、上記したような一連の処理（ステップＳ４０１〜Ｓ４０６）を、所定時間毎に繰り返すことで、運転点Ｄを規定の範囲内に自動的に留めることができる。これにより、サージングの発生を防止できるだけでなく、例えば運転効率の良い領域内に、運転点Ｄを常に留めることも可能であり、これにより圧縮機１０を安定かつ高効率で稼働させることが可能となる。

なお、上記第一〜第四の実施の形態で示した各構成は、適宜組み合わせることが可能である。
これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。

本実施の形態における圧縮機の概略構成を示す図である。 第一の実施の形態における圧縮機マップを示す図である。 第一の実施の形態における処理の流れを示す図である。 第二の実施の形態における圧縮機マップを示す図である。 第二の実施の形態における処理の流れを示す図である。 第三の実施の形態における処理の流れを示す図である。 第四の実施の形態における圧縮機マップを示す図である。 第四の実施の形態における処理の流れを示す図である。 従来の圧縮機の概略構成を示す図である。 従来の圧縮機マップを示す図である。

符号の説明

１０…圧縮機、１１…ライン、１２…調整弁、２０…制御装置（サージマージン取得部、制御部）、Ｃ１、Ｃ２、・・・、Ｃｍ…特性曲線、Ｄ…運転点、Ｌ…サージライン、Ｌａ、Ｌｂ…規定ライン、Ｐｒ…圧力比、Ｒ…回転数、Ｓｍ…サージマージン、Ｖ…通過流量

Claims (10)

1. タービンに流体を送る圧縮機の回転数、入口圧力、出口圧力、および入口温度に基づいてサージマージンを求めるサージマージン取得部と、
   前記サージマージン取得部で求めた前記サージマージンが、予め設定されたサージ限界を超えないよう、前記圧縮機の運転条件を変更する制御部と、
   を備えることを特徴とする圧縮機の制御装置。
2. 前記サージマージン取得部は、前記圧縮機の回転数、入口圧力、出口圧力、および入口温度に基づいてサージマージンを求めるとともに、前記圧縮機の流量、入口圧力、出口圧力、および入口温度に基づいてサージマージンを求め、
   前記制御部は、前記圧縮機の回転数、入口圧力、出口圧力、および入口温度に基づいて得た前記サージマージンと、前記圧縮機の流量、入口圧力、出口圧力、および入口温度に基づいて得た前記サージマージンのいずれか一方を採用し、採用された前記サージマージンが、前記サージ限界を超えないよう前記圧縮機の運転条件を変更することを特徴とする請求項１に記載の圧縮機の制御装置。
3. 前記サージマージン取得部は、第一の領域において前記圧縮機の回転数、入口圧力、出口圧力、および入口温度に基づいてサージマージンを求めるとともに、前記第一の領域以外の第二の領域にて前記圧縮機の流量、入口圧力、出口圧力、および入口温度に基づいてサージマージンを求めることを特徴とする請求項２に記載の圧縮機の制御装置。
4. 前記制御部は、前記圧縮機の回転数、入口圧力、出口圧力、および入口温度に基づいて得た前記サージマージンと、前記圧縮機の流量、入口圧力、出口圧力、および入口温度に基づいて得た前記サージマージンのうち、前記サージ限界に近い方を採用することを特徴とする請求項２に記載の圧縮機の制御装置。
5. 前記制御部は、前記サージマージンが、前記サージ限界を超えない特定の範囲内に留まるよう、前記圧縮機の運転条件を変更することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の圧縮機の制御装置。
6. 前記制御部は、前記圧縮機の回転数、入口圧力、出口圧力、および入口温度に基づいて得た前記サージマージンと、前記圧縮機の流量、入口圧力、出口圧力、および入口温度に基づいて得た前記サージマージンとを比較し、これに基づいてガスタービンの劣化の有無を判定することを特徴とする請求項２から５のいずれかに記載の圧縮機の制御装置。
7. 発電機を駆動するタービンと、
   前記タービンに流体を送る圧縮機と、
   前記圧縮機の回転数、入口圧力、出口圧力、および入口温度に基づいてサージマージンを求めるサージマージン取得部と、
   前記サージマージン取得部で求めた前記サージマージンが、予め設定されたサージ限界を超えないよう、前記圧縮機の運転条件を変更する制御部と、
   を備えることを特徴とするタービンシステム。
8. 前記圧縮機に前記流体として高温のヘリウムガスを送ることを特徴とする請求項７に記載のタービンシステム。
9. 圧縮機の回転数、入口圧力、出口圧力、および入口温度に基づいてサージマージンを求めるサージマージン取得部と、
   前記サージマージン取得部で求めた前記サージマージンが、サージ限界を超えない特定の範囲内に留まるよう、前記圧縮機の運転条件を変更する制御部と、
   を備えることを特徴とする圧縮機の制御装置。
10. タービンに流体を送る圧縮機の回転数、入口圧力、出口圧力、および入口温度に基づいてサージマージンを求めるステップと、
    求めた前記サージマージンが、予め設定されたサージ限界を超えないよう、前記圧縮機の運転条件を変更するステップと、
    を備えることを特徴とする圧縮機の制御方法。

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