JP2006250068A

JP2006250068A - ファン運転監視装置

Info

Publication number: JP2006250068A
Application number: JP2005069116A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Matsuo; 隆弘松尾
Original assignee: Babcock Hitachi KK
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 2005-03-11
Filing date: 2005-03-11
Publication date: 2006-09-21

Abstract

【課題】構成を複雑化することなくファン効率を監視できるファン運転監視装置を提供する。
【解決手段】電動機９により駆動するファン７の運転状態を監視するためのファン運転監視装置１であり、運転中のファン７の風量及び風圧の情報とその時の電動機９の軸出力の情報とに基づいてファン効率を演算する演算部３、演算部３で演算に用いた風量及び風圧の情報とともに、演算部３で演算したファン効率の情報を表示する表示部５を備え、演算部３は、電動機９への入力電気量に基づいて電動機９の軸出力を演算する構成とする。これにより、演算部３は、従来からファン７の運転の監視のために検出していたファン７の風量及び風圧、そして、電動機９の入力電気量を用いてファン効率を演算する。このため、演算部３は、ファン７の回転軸に入力される軸出力を直接測定する計測機などを設けることなく、ファン効率を演算できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、電動機により駆動するファンの運転状態を監視するためのファン運転監視装置に係り、特に、ボイラを備えた設備などの押込通風機、一次通風機、ガス再循環通風機、誘引通風機などといった工業用などに用いられるファンの運転状態を監視するのに好適なファン運転監視装置に関する。

従来の電動機により駆動するファンの運転状態を監視するためのファン運転監視装置では、工業用、例えばボイラなどの燃焼空気やガスの通風系統に用いられるような押込通風機、一次通風機、ガス再循環通風機、誘引通風機などといった強制通風を行うファンの場合、ファンの運転制御・運転状態に関し、ファン出入口で測定した静圧差すなわちファンの風圧、そして、ファンの構造的特徴又はエアフォイルなどを用いて測定したファンの風量を表示することでファンの運転状態を監視できるようになっている。

また、換気ファンなどの複数のファンの運転を監視するためのファン運転監視装置として、ファン毎に回転方向や運転の指令の種類、運転中か停止中かといった情報を表示するファン運転監視装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。さらに、空調装置などのファンの運転を監視するため、ダンパーを備えている場合、ダンパーの開度を制御するモータへの入力電気量によってファンの風量を検出することが提案されている（例えば、特許文献２参照）。加えて、空調装置などのファンの運転を監視するため、リモコンなどの遠隔操作部を備えている場合、遠隔操作部にファンの風量や消費電力を表示することが提案されている（例えば、特許文献３参照）。

特開昭６４−８０７００号公報（第２頁、第１図）特開昭５５−１１２９４５号公報（第２頁）特開２００２−９８３９６号公報（第５−６頁、第１図、第３図）

しかし、従来のファン運転監視装置では、ファンを備えた設備や機器類の運転状況や負荷変化などにより変化するファンの風量や風圧などを監視するだけであり、ファンを効率の高いポイントで運転しているか、ファンの運転性能劣化状況などといった判断などが行えず、ファンの運転の監視能力を向上する必要がある。

そこで、本発明者らは、ファン効率も監視するファン運転監視装置を考えている。ところが、ファン効率を演算するためには、ファンの運転中にファンの回転軸に入力される軸出力の測定が必要であるが、回転軸に入力される軸出力を直接測定する計測機などを設けることは、ファンの構成を複雑化し、コストの増大などの問題を招く。このため、構成を複雑化することなくファン効率を監視できるファン運転監視装置が必要である。

本発明の課題は、構成を複雑化することなくファン効率を監視することにある。

本発明のファン運転監視装置は、電動機により駆動するファンの運転状態を監視するためのファン運転監視装置であり、運転中のファンの風量及び風圧の情報とその時の電動機の軸出力の情報とに基づいてファン効率を演算する演算部を備え、この演算部は、電動機への入力電気量に基づいて電動機の軸出力を演算する構成とすることにより上記課題を解決する。

また、演算部で演算に用いた風量及び風圧の情報とともに、演算部で演算したファン効率の情報を表示する表示部を備えた構成とする。さらに、表示部は、演算部で演算したファン効率と、ファンの風量及び風圧とを、設計したファン効率曲線とともに表示する構成とする。

このような構成とすることにより、演算部は、従来からファンの運転の監視のために検出していたファンの風量及び風圧、そして、電動機の入力電気量を用いてファン効率を演算する。このため、演算部は、ファンの回転軸に入力される軸出力を直接測定する計測機などを設けることなく、ファン効率を演算できるため、構成を複雑化することなくファン効率を監視できる。

本発明によれば、構成を複雑化することなくファン効率を監視できる。

以下、本発明を適用してなるファン運転監視装置の一実施形態について図１及び図２を参照して説明する。図１は、本発明を適用してなるファン運転監視装置の概略構成をボイラの通風系の軸流ファンの運転の監視に適用した例を示すブロック図である。図２は、本発明を適用してなるファン運転監視装置の表示部での表示の一例を示す図である。

本実施形態のファン運転監視装置１は、図１に示すように、ファン効率を演算する演算部３、演算部３で演算したファン効率の情報やファンの風量及び風圧の情報などを表示する表示部となる表示スクリーン５などを備えている。このような本実施形態のファン運転監視装置１は、ボイラの通風系の軸流ファン７の運転の監視に用いられている。軸流ファン７は、ファンを回転させるための電動機９や、ダンパなどの風量制御手段１０を駆動するためのファン風量制御機構アクチュエータ１１などを備えており、また、両端部にはボイラの通風系を構成するダクト１３、１５が連結されている。電動機９は、電動機９への入力電気量を検出する入力電気量検出手段となり、入力電気量として入力電力を検出する入力電力計１７を備えたファン駆動用電動機電源部１９に接続されている。

軸流ファン７の気体の流れに対して上流側に設けられたダクト１３には、軸流ファン７への入口側の圧力を検出する入口側圧力検出手段となる入口側圧力トランスミッタ２１が設けられている。軸流ファン７の気体の流れに対して下流側に設けられたダクト１５には、軸流ファン７からの出口側の圧力を検出する出口側圧力検出手段となる出口側圧力トランスミッタ２３が設けられている。さらに、本実施形態において運転の監視を行うファンは軸流ファン７であるため、ファン風量制御機構アクチュエータ１１よりも上流側の軸流ファン７内の圧力と入口側圧力トランスミッタ２１で検出したインデックス差圧検出手段となる軸流ファンインデックス差圧トランスミッタ２５が設けられている。

なお、電動機９とファン駆動用電動機電源部１９は、配線２７を介して電気的に接続されている。また、ファン運転監視装置１とファン風量制御機構アクチュエータ１１は、少なくともファン運転監視装置１から駆動を指令する信号を送信可能に、配線２９を介して接続されている。さらに、ファン運転監視装置１とファン駆動用電動機電源部１９の入力電力計１７、入口側圧力トランスミッタ２１、出口側圧力トランスミッタ２３、そして、軸流ファンインデックス差圧トランスミッタ２５は、ファン運転監視装置１が少なくとも信号を受信可能に、配線２９を介して接続されている。

ここで、本実施形態のファン運転監視装置１の演算部３の機能について説明する。本実施形態のファン運転監視装置１の演算部３は、軸流ファン特有の特徴であるインデックス差圧を用いてファンの風量を測定し、また、ファンの風圧として軸流ファン７の入口側と出口側で測定した静圧差を検出する。すなわち、本実施形態のファン運転監視装置１の演算部３は、軸流ファンインデックス差圧トランスミッタ２５で検出した差圧に基づいてファンの風量を演算し、また、入口側圧力トランスミッタ２１で検出した圧力と出口側圧力トランスミッタ２３で検出した圧力とに基づいてファンの風圧を演算する。さらに、本実施形態のファン運転監視装置１の演算部３は、ファンの運転中にファンの回転軸に入力される軸出力を演算するため、ファン駆動用電動機電源部１９の入力電力計１７で検出した数値を使用する。

ファン運転監視装置１の演算部３は、インデックス差圧に基づいて求めたファンの風量、そして、軸流ファン７の入口側の圧力と出口側の圧力に基づいて求めるファンの風圧に基づいて、例えば次式（１）により、軸流ファン７の理論的な空気動力、すなわち、その風量と風圧を達成するのに必要な理論的仕事量を演算する。

Ｌｔ＝ａ*（Ｑ*（Ｐ_０−Ｐ_ｉ）／ｂ）・・・（１）

このとき、Ｌｔは、ファンの理論的空気動力、Ｑはファンの風量、Ｐ_０はファンの出口側の圧力、Ｐ_ｉはファンの入口側の圧力、ａはファン運転状態すなわち圧力比や流体の比熱比他による変数、ｂは定数とする。

さらに、ファン運転監視装置１の演算部３は、例えば次式（２）に示すように、その時のファン駆動用の電動機９への入力電力の値を、電動機９の定格入力に対する実負荷時入力の割合で演算した電動機効率で割り戻し、電動機の軸出力つまりファンの回転軸へ入力される軸出力を演算する。

Ｓ＝Ｗｉｎ*ηｍ・・・（２）

このとき、Ｓは電動機の軸出力、Ｗｉｎは電動機への入力電力、ηｍは電動機効率である。ここで、電動機運転負荷率をＸとすると、ηｍは次式（３）のように、電動機運転負荷率Ｘを変数とした電動機効率の近似式によって表される。

ηｍ＝ｆ(Ｘ) ・・・（３）

すなわち、この場合の電動機運転負荷率Ｘは、当該電動機の定格出力時の計画入力を運転状態で測定した入力値で除したものであり、電動機効率は、電動機の代表的な負荷率数点での計画効率より近似式を作成し、前述の電動機運転負荷率を代入して演算している。

そして、ファン運転監視装置１の演算部３は、次式（４）に示すように、このようにして求めたファンの理論空気動力を電動機の軸出力で除し、ファン効率を演算する。

ηｆ＝Ｌｔ／Ｓ・・・（４）

このとき、ηｆは、その時の運転状態におけるファン効率である。

さらに、ファン運転監視装置１の演算部３は、このようにして演算したファン効率の情報とともに、このファン効率の演算に用いたファンの風量の情報及び風圧の情報を表示スクリーン５に出力して表示する。このとき、本実施形態のファン運転監視装置１の表示スクリーン５は、図２に示すように、ファンの風量と風圧の関係を示す図上に、ファン効率１０１、ファンの風量１０３及び風圧１０５とともに、設計したファン効率曲線１０７やシステムドラフト曲線１０９などを表示し、加えて、ファン効率１０１、ファンの風量１０３及び風圧１０５に応じたファン性能状態１１１を表示する。

このように、本実施形態のファン運転監視装置１では、演算部３は、従来からファンの運転の監視のために検出していたファンの風量及び風圧、そして、電動機の入力電気量を用いてファン効率を演算する。したがって、ファンの回転軸に入力される軸動力を直接測定する計測機などを設けることなく、ファン効率を演算できるため、構成を複雑化することなくファン効率を監視できる。

さらに、ファンの回転軸に入力される軸動力を直接測定する計測機などを設けることなくファン効率を監視できるため、ファン効率の監視のためのコストの増大を抑制することができる。加えて、ファン効率の低下などのファン性能状態のオンラインでの監視やリアルタイムでの監視が可能となる。さらに、ファン入力に対してファンが効率の高いポイントで運転されているかなどの評価が可能となる。加えて、ファン効率などの数値を記録し継続的に評価することで、ファンの汚れや経年変化による効率低下といったファン性能状態、ファンの運転性能の劣化状況などが容易に測定、評価できる。

また、本実施形態では、ボイラの通風系の軸流ファン７の監視にファン運転監視装置１を用いた場合を例示した。しかし、本発明のファン運転監視装置は、ボイラの通風系の軸流ファンに限らず、様々な用途で用いられる様々な形式や構造のファンの監視に適用することができる。例えば、図３に示すような、遠心式ファン３１を監視する場合などにも用いることができる。この場合、ファン運転監視装置１は、ファンの風量の検出には、ボイラ通風系の流量測定に一般的に使用される遠心式ファン３１の下流側に接続されたダクト１５内に設置されたエアフォイル３３を用いている。なお、図３では、図１と同一の構成には同じ符号を付している。

また、本実施形態では、軸流ファン７の監視のために独立して設けられたファン運転監視装置１を例示している。しかし、ボイラの通風系の軸流ファン７などのようなファンを監視する場合は、ボイラ全体の動作などを制御するボイラ制御装置つまりＤＳＣの様なプログラム計算機能を有する制御装置と一体的に構成することもできる。

また、本実施形態では、電動機への入力電気量として入力電力を用いる場合を例示しているが、入力電気量として入力電流などを用いることもできる。この場合、ファン運転監視装置は、例えば、ファン駆動用電動機電源部の入力電流計で検出した数値を演算に用いる。

このように、本発明は、本実施形態の構成に限らず、様々な構成のファン運転監視装置に適用することができる。

本発明を適用してなるファン運転監視装置の一実施形態の概略構成をボイラの通風系の軸流ファンの運転の監視に適用した例を示すブロック図である。本発明を適用してなるファン運転監視装置の表示部での表示の一例を示す図である。本発明を適用してなるファン運転監視装置の一変形例として、ボイラの通風系の遠心式ファンの運転の監視に適用した場合を示すブロック図である。

符号の説明

１ファン運転監視装置
３演算部
５表示スクリーン
７軸流ファン
９電動機
１３、１５ダクト
１７入力電力計
１９ファン駆動用電動機電源部
２１入口側圧力トランスミッタ
２３出口側圧力トランスミッタ
２５軸流ファンインデックス差圧トランスミッタ

Claims

電動機により駆動するファンの運転状態を監視するためのファン運転監視装置であり、
運転中のファンの風量及び風圧の情報とその時の電動機の軸出力の情報とに基づいてファン効率を演算する演算部を備え、該演算部は、電動機への入力電気量に基づいて電動機の軸出力を演算してなることを特徴とするファン運転監視装置。
前記演算部で演算に用いた風量及び風圧の情報とともに、前記演算部で演算したファン効率の情報を表示する表示部を備えたことを特徴とする請求項１に記載のファン運転監視装置。
前記表示部は、前記演算部で演算したファン効率と、ファンの風量及び風圧とを、設計したファン効率曲線とともに表示してなることを特徴とする請求項３に記載のファン運転監視装置。