JP2013170573A - 圧縮機制御装置及びその制御方法、圧縮機システム - Google Patents

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Abstract

【課題】複数の圧縮機本体に性能差が生じても、最適な運転を行うことを可能とする圧縮機制御装置及びその方法を提供することを目的とする。
【解決手段】圧縮機制御装置201は、インレットガイドベーン32の開度を制御するインレットガイドベーン開度制御部を有し、インレットガイドベーン開度制御部は、出口圧力検出値からインレットガイドベーン開度指令値を算出するインレットガイドベーン開度指令値算出部と、複数の最上流側圧縮機本体21毎に、対応する入口流量検出値と合流後圧力検出値により前記インレットガイドベーン開度指令値を補正する複数のインレットガイドベーン開度補正部とを有する。
【選択図】図1

Description

本発明は、複数の圧縮機本体を備えた圧縮機制御装置及びその制御方法、圧縮機システムに関する。
ガスを圧縮し、下流側に接続された機械等に圧縮ガスを供給する圧縮機が知られている。そのような圧縮機として、インレットガイドベーンを上流側に配置して、インレットガイドベーンを介してガスを入口から圧縮機本体へと流入させるものがある。インレットガイドベーンの開度を調整することによって、圧縮機本体に流入するガスの流量を制御する。
このような圧縮機において、ガスの流れの上流側から下流側に向かって、複数段の圧縮機本体を設けることがある。(例えば、特許文献1参照)。また、流量を増加させるために、最も上流側に複数の圧縮機本体を設け、複数の圧縮機本体それぞれにおいて圧縮したガスを合流させた後、下流側の圧縮機本体に流入させる圧縮機がある。このような圧縮機において、最も上流側の複数の圧縮機本体それぞれの入口に設けられたインレットガイドベーンの開度を、同期して制御することによって、吐出されるガスの状態を制御する方式がある。
特開平6−88597号公報
しかし、そのような制御方式においては、最も上流側に設けられた複数の圧縮機本体間で、個体差や経年劣化等によって、性能に差が生じる場合がある。そのような場合、性能が劣っている方の圧縮機本体に合わせて、他方の圧縮機本体のインレットガイドベーンの開度も制御されてしまうため、運転可能な範囲が狭まってしまうおそれがあった。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、複数の圧縮機本体間に性能差が生じた場合であっても、適切にインレットガイドベーンの開度を制御し、最適な運転を行うことを可能とする圧縮機制御装置及びその制御方法、圧縮機システムを提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提案している。
本発明は、最も上流側に配置された複数の最上流側圧縮機本体と、
前記複数の最上流側圧縮機本体の下流側に配置され、前記複数の最上流側圧縮機本体それぞれから流出し、その後に合流したガスが流入する、少なくとも一段の下流側圧縮機本体と、複数の最上流側圧縮機本体それぞれの入口付近に設けられ、前記対応する最上流側圧縮機本体に流入するガスの流入量を制御するインレットガイドベーンと、前記複数の最上流側圧縮機本体それぞれの入口または出口付近に設けられ、前記対応する最上流側圧縮機本体を流通する流量を検出することにより最上流流量検出値を生成する複数の最上流流量検出器と、前記複数の最上流側圧縮機それぞれから流出したガスの、合流後圧力を検出することにより合流後圧力検出値を生成する合流後圧力検出器と、前記下流側圧縮機本体のうち、最も下流側に配置される最下流側圧縮機の出口圧力を検出することにより出口圧力検出値を生成する出口圧力検出器とを備える圧縮機を制御する圧縮機制御装置であって、該圧縮機制御装置は、前記インレットガイドベーンの開度を制御するインレットガイドベーン開度制御部を有し、該インレットガイドベーン開度制御部は、出口圧力検出値からインレットガイドベーン開度指令値を生成するインレットガイドベーン開度指令値生成部と、 前記複数の最上流側圧縮機本体それぞれについて、対応する最上流流量検出値と合流後圧力検出値により前記インレットガイドベーン開度指令値を補正する複数のインレットガイドベーン開度指令値補正部とを有することを特徴としている。
このような発明によれば、複数の最上流側圧縮機本体それぞれに設けられたインレットガイドベーンそれぞれの開度について、対応する最上流流量検出値と合流後圧力検出値とに基づいて、インレットガイドベーン開度指令値を補正することができる。これによって、複数の最上流側圧縮機間の性能差を考慮し、インレットガイドベーンそれぞれの開度を制御することができる。
上記インレットガイドベーン開度指令値補正部は、最上流流量検出値を合流後圧力検出値で除算することでインレットガイドベーン開度補正値を生成し、前記インレットガイドベーン開度指令値を前記インレットガイドベーン開度指令補正値に基づいて補正することを特徴としている。
このような発明によれば、複数の最上流側圧縮機本体それぞれの運転状態に応じて、インレットガイドベーン開度指令値を補正することができる。これによって、複数の最上流側圧縮機間の性能差を考慮し、インレットガイドベーンの開度を制御することができ、いわゆるサージングの発生を防ぐことができる。
上記インレットガイドベーン開度指令値補正部は、前記インレットガイドベーンの開度を検出するために圧縮機に備えられたインレットガイドベーン開度検出器が生成するインレットガイドベーン開度検出値と、合流後圧力検出値とから流量推定値を生成し、該流量推定値と最上流流量検出値との差分からインレットガイドベーン開度指令補正値を生成し、前記インレットガイドベーン開度指令値を前記インレットガイドベーン開度指令補正値に基づいて補正することを特徴としている。
このような発明によれば、複数の最上流側圧縮機本体が、当初と比較して大きく性能が異なっている場合であっても、推定される流量に基づいて、適切な補正を行うことができる。
上記インレットガイドベーン開度指令値補正部は、インレットガイドベーン開度補正値を取り消す信号を出力する補正取消信号出力部を有することを特徴としている。
このような発明によれば、アラームが発生した場合等、複数の最上流側圧縮機本体間の性能差によってインレットガイドベーン開度指令値を補正すべきでない場合、補正を行うか否かの切り替えを行うことができる。
上記インレットガイドベーン開度指令値補正部は、前記複数の最上流側圧縮機間の性能差を表す補正係数を生成する性能差補正係数生成部と、前記複数の最上流側圧縮機それぞれの最上流流量検出値と前記性能差補正係数から入口流量目標値を算出する入口流量目標値生成部とを有し、入口流量目標値と最上流流量検出値からインレットガイドベーン開度指令補正値を算出することを特徴としている。
このような発明によれば、予め入力された複数の最上流側圧縮機間の性能差を表す係数によって、インレットガイドベーン開度指令値を補正することができる。これによって、複数の最上流側圧縮機本体間の性能差による補正量を、状況に応じて調整することが可能となる。
上記最下流側圧縮機本体の出口付近に設けられた放風弁の開度を制御する放風弁開度制御部を有し、該放風弁開度制御部は、最上流流量検出値と合流後圧力検出値に基づいて第一放風弁開度指令値を算出する上流側アンチサージ制御部と、出口圧力検出値に基づいて第二放風弁開度指令値を算出する出口圧力制御部と、最下流側圧縮機の出口付近に設けられた出口流量検出器が検出する出口流量検出値と出口圧力検出値から第三放風弁開度指令値を算出する下流側アンチサージ制御部とを有し、第一放風弁開度指令値と第二放風弁開度指令値と第三放風弁開度指令値のうち、放風弁開度が最も大きくなる指令値を選択し、放風弁開度を制御する指令値選択部を有することを特徴としている。
このような発明によれば、最上流側圧縮機本体におけるサージングを考慮した放風弁の開度の制御を行うことができる。これによって、最上流側圧縮機本体でサージングが発生してしまうことを防ぐことが可能となる。
上記上流側アンチサージ制御部は、合流後圧力検出値から入口流量目標値を算出し、前記最上流圧縮機本体の入口での流量が入口流量目標値となるように放風弁開度を制御する第一放風弁開度指令値を出力することを特徴としている。
このような発明によれば、最上流圧縮機本体の入口での流量が入口流量目標値になるように放風弁の開度を制御することができる。これによって、最上流側圧縮機本体においてサージングが発生することを確実に防止することができる。
上記指令値選択部は、第一放風弁開度指令値と第二放風弁開度指令値と第三放風弁開度指令値とのうち、最も値の小さいものを選択するローセレクターであることを特徴としている。
このような発明によれば、放風弁開度指令値は、小さい値であるほど放風弁の開度が大きくなるような値として表され、最も小さい値がローセレクターにより選択される。これによって、放風弁開度指令値の信号がない場合でも、サージングに対して安全側に放風弁の開度を制御することができる。
圧縮機システムにおいて、前記圧縮機制御装置と、前記圧縮機制御装置によって制御される前記圧縮機とを備えることを特徴としている。
このような発明によれば、上記のような作用効果を奏する圧縮機システムを提供することができる。
また、本発明は、最も上流側に配置された複数の最上流側圧縮機本体と、前記複数の最上流側圧縮機本体の下流側に配置され、前記複数の最上流側圧縮機本体それぞれから流出し、その後に合流したガスが流入する、少なくとも一段の下流側圧縮機本体と、複数の最上流側圧縮機本体それぞれの入口付近に設けられ、前記対応する最上流側圧縮機本体に流入するガスの流入量を制御するインレットガイドベーンと、前記複数の最上流側圧縮機本体それぞれの入口付近に設けられ、前記対応する最上流側圧縮機本体の入口流量を検出することにより最上流流量検出値を生成する複数の最上流流量検出器と、前記複数の最上流側圧縮機それぞれから流出したガスの、合流後圧力を検出することにより合流後圧力検出値を生成する合流後圧力検出器と、前記下流側圧縮機本体のうち、最も下流側に配置される最下流側圧縮機の出口圧力を検出することにより出口圧力検出値を生成する出口圧力検出器とを備える圧縮機を制御する圧縮機制御方法であって、該圧縮機制御方法は、前記インレットガイドベーンの開度を制御するインレットガイドベーン開度制御部において出口圧力検出値からインレットガイドベーン開度指令値を生成し、前記複数の最上流側圧縮機本体それぞれについて、対応する最上流流量検出値と合流後圧力検出値とにより前記インレットガイドベーン開度指令値を補正することを特徴としている。
このような発明によれば、複数の最上流側圧縮機本体それぞれに設けられたインレットガイドベーンそれぞれの開度について、対応する最上流流量検出値と合流後圧力検出値とに基づいて、インレットガイドベーン開度指令値を補正することができる。これによって、複数の最上流側圧縮機間の性能差を考慮し、インレットガイドベーンそれぞれの開度を制御することができる。
本発明の圧縮機制御装置及び圧縮機制御方法、圧縮機システムによれば、上記の通り、複数の圧縮機に性能差が生じた場合であっても、最適な運転を行うことができる。
本発明の第一実施形態における圧縮機システムの構成図である。 本発明の第一実施形態における圧縮機制御装置の構成図である。 関数FX61を表す図である。 関数FX64を表す図である。 第一実施形態におけるIGV開度指令値補正部の補正の考え方を説明するための、圧縮機の性能曲線を表す図である。 本発明の第二実施形態における圧縮機システムの構成図である。 第二実施形態におけるIGV開度指令値補正部の補正の考え方を説明するための、圧縮機の性能曲線を表す図である。 本発明の第三実施形態における圧縮機システムの構成図である。 本発明の第四実施形態における圧縮機システムの構成図である。 第四実施形態におけるIGV開度指令値補正部の補正の考え方を説明するための、圧縮機の性能曲線を表す図である。
以下、図面を参照して本発明の第一実施形態について説明する。図1は、本発明の第一実施形態における圧縮機システム1を示す。圧縮機システム1は、圧縮機2と圧縮機制御装置201とからなる。圧縮機2は、複数の圧縮機本体からなり、圧縮機本体は、ガス(空気を含む)の流れの上流側から下流側に複数段にわたって設けられている。最も上流側に配置されている最上流側圧縮機本体21は、並列に設けられた二つの圧縮機本体からなる(第一最上流側圧縮機本体21a、第二最上流側圧縮機本体21b)。最上流側圧縮機本体21の下流側には、下流側圧縮機本体が二段にわたって設けられている。本実施形態では、下流側圧縮機本体は、最も下流側に設けられている最下流側圧縮機本体24と、最上流側圧縮機本体21と最下流側圧縮機本体24との中間に設けられている中間圧縮機本体23とからなる。
各圧縮機本体は、シャフト25を介して駆動源であるモータ26と結合されている。シャフト25の一端には、複数の最上流側圧縮機本体21が、シャフト25に対して並列に配置される。また、シャフト25の他端には、中間圧縮機本体23及び最下流側圧縮機本体24が、シャフト25に対して並列に配置される。モータ26は、シャフト25の中間に接続される。各圧縮機本体及びモータ26は、ギアボックス28を介してシャフト25と接続される。
複数の最上流側圧縮機本体21それぞれの出口には、供給ライン27を介して、ガスを吸い込んで圧縮することにより圧縮ガスを生成する。供給ライン27は、第一供給ライン27a及び第二供給ライン27bからなり、ガスを最上流側圧縮機本体21に供給するための配管である。第一供給ライン27aは第一最上流側圧縮機本体21aの入口に接続され、第二供給ライン27bは第二最上流側圧縮機本体21bの入口に接続されている。
複数の最上流側圧縮機本体21それぞれの出口には、第一接続ライン30が接続され、当該第一接続ライン30は中間圧縮機本体23の入口と接続されている。第一接続ライン30は、最上流側圧縮機本体21で生成された圧縮ガスを、中間圧縮機本体23へと供給するための配管である。第一接続ライン30は、合流部を有し、第一最上流側圧縮機本体21aと第二最上流側圧縮機本体21bとからそれぞれ吐出された圧縮ガスを合流させた後、合流後の圧縮ガスを中間圧縮機本体23へと供給する。
中間圧縮機本体23は、各最上流側圧縮機本体21の出口に接続された第一接続ライン30を介して、各最上流側圧縮機本体21により圧縮された圧縮ガスを吸い込み、さらに圧縮する。中間圧縮機本体23の出口には、第二接続ライン31が接続され、当該第二接続ライン31は最下流側圧縮機本体24の入口と接続される。第二接続ライン31は、中間圧縮機本体23で生成された圧縮ガスを最下流側圧縮機本体24へと供給するための配管である。
最下流側圧縮機本体24は、中間圧縮機本体23の出口に接続された第二接続ライン31を介して、中間圧縮機本体23により圧縮された圧縮ガスを吸い込み、さらに圧縮する。
また、最下流側圧縮機本体24の出口には、吐出ライン29が接続されており、最下流側圧縮機本体24で圧縮された圧縮ガスは、吐出ライン29を介して、下流側プロセスへと供給される。吐出ライン29は、下流側プロセスに圧縮ガスを供給するための配管である。
以上のように、この圧縮機システム1において、ガスは、供給ライン27を介して第一最上流側圧縮機本体21a及び第二最上流側圧縮機本体21bそれぞれに供給される。第一最上流側圧縮機本体21a及び第二最上流側圧縮機本体21bそれぞれにおいて、ガスは圧縮され、第一接続ライン30に流入する。圧縮ガスは、第一接続ライン30の合流部において合流した後、中間圧縮機本体23へと供給される。中間圧縮機本体23においても同様に、ガスはさらに圧縮され、第二接続ライン31を介して最下流側圧縮機本体24へと供給される。最下流側圧縮機本体24においても同様に、ガスがさらに圧縮され、吐出ライン29を介して、下流側プロセスへ吐出される。
供給ライン27における、各最上流側圧縮機本体21それぞれの入口付近には、最上流側圧縮機本体21へ供給されるガスの流量を制御するインレットガイドベーン(Inlet Guide Vane、以下IGV)32(32a、32b)が設けられている。第一供給ライン27aには、第一IGV32aが設けられ、第二供給ライン27bには、第二IGV32bが設けられており、それぞれ対応する最上流側圧縮機本体21に流入するガスの流量を制御している。
吐出ライン29には、吐出ライン29からガスを放出することができる放風弁38が設けられている。放風弁38は、圧縮するガスが空気である空気圧縮機である場合は、空気を大気に放出する。また、ガスが窒素等の場合は、リサイクル弁とすることができる。その場合、ガスは、リサイクル弁から供給ライン27まで接続されたリサイクルラインを介して、供給ライン27に戻すことも可能である。
IGV32及び放風弁38は、圧縮機の出口圧力を制御したり、サージングを回避したりするために、その開度が制御される。
供給ライン27には、最上流側圧縮機本体21に流入する入口流量を検出することにより、入口流量検出値を生成する、入口流量検出器33が配置される。第一供給ライン27aには第一入口流量検出器33aが配置され、第二供給ライン27bには第二入口流量検出器33bが配置される。
第一接続ライン30における合流部より下流側には、第一最上流側圧縮機本体21a及び第二最上流側圧縮機本体21bそれぞれから流出したガスが合流した後の圧力を検出することにより、合流後圧力検出値を生成する、合流後圧力検出器34が配置される。
吐出ライン29には、最下流側圧縮機本体24の出口から流出するガスの圧力を検出することにより、出口圧力検出値を生成する出口圧力検出器35が配置されている。
また、吐出ライン29には、最下流側圧縮機本体24の出口から流出するガスの流量を検出することにより、出口流量検出値を生成する出口流量検出器36が配置される。
加えて、第一接続ライン30及び第二接続ライン31には、内部を流れるガスを冷却するためのクーラ39が配置される。
次に、圧縮機制御装置201の構成について、説明する。
図2に示すように、圧縮機制御装置201は、IGV開度制御部40と放風弁開度制御部50とを備える。IGV開度制御部40は、IGV32の開度の制御を行う。IGV開度制御部40は、第一IGV開度制御部40aと第二IGV開度制御部40bとからなり、第一IGV開度制御部40aは、第一IGV32aの開度の制御を行い、第二IGV開度制御部40bは、第二IGV32bの開度の制御を行う。第一IGV開度制御部40aと第二IGV開度制御部40bとの構成は等しいため、以下、符号末尾のa、bを省略して表示するものとして、合わせて説明するとともに、個別の説明とする場合には各構成の符号末尾にa、bを表示して区別するものとする。
IGV開度制御部40(40a、40b)は、IGV開度指令値生成部41とIGV開度指令値補正部42(42a、42b)とを備える。IGV開度指令値生成部41は、第一IGV開度制御部40aと、第二IGV開度制御部42bとで共通のものである。IGV開度指令値補正部42は、第一IGV開度指令値42aと第二IGV開度指令値補正部42bとからなる。
IGV開度指令値生成部41は、IGV32の開度を示すIGV開度指令値を生成し、出力する。IGV開度指令値生成部41は、圧力制御器91と、関数発生器61とを備える。
各IGV開度指令値補正部42は、IGV開度指令値生成部41が出力したIGV開度指令値の補正を行う。
各IGV開度指令値補正部42は、入力された入口流量検出値をそのまま出力する流量インジケータ81(81a、81b)と、入力された合流後圧力検出値をそのまま出力する圧力インジケータ82と、入口流量検出値を合流後圧力検出値で除算し出力する除算器71(71a、71b)と、IGV開度補正値を出力する関数発生器62(62a、62b)とを備える。流量インジケータ81は、第一IGV開度指令値補正部42aに対応する第一流量インジケータ81aと、第二IGV開度指令値補正部42bに対応する第二流量インジケータ81bとからなる。除算器71は、第一IGV開度指令値補正部42aに対応する第一除算器71aと、第二IGV開度指令値補正部42bに対応する第二除算器71bとからなる。関数発生器62は、第一IGV開度指令値補正部42aに対応する第一関数発生器62aと、第二IGV開度指令値補正部42bに対応する第二関数発生器62bとからなる。また、圧力インジケータ82は、第一IGV開度指令値補正部42aと第二IGV開度指令値補正部42bとで共通のものとしているが、これに限るものではない。
放風弁開度制御部50は、放風弁38の開度の制御を行う。図2に示すように、放風弁開度制御部50は、上流側アンチサージ制御部51と、出口圧力制御部52と、下流側アンチサージ制御部53と、指令値選択部101とを備える。ここで、アンチサージ制御とは、圧縮機における流量が少なくなることで発生するいわゆるサージングにより、圧縮機が損傷することを防止するために、流量を一定値以上に保つ制御である。
上流側アンチサージ制御部51は、最上流側圧縮機本体21においてサージングが発生するのを防ぐために、放風弁38の開度を制御する。上流側アンチサージ制御部51は、第一上流側アンチサージ制御部51aと、第二上流側アンチサージ制御部51bとを備える。第一上流側アンチサージ制御部51aは、第一最上流側圧縮機本体21aにおいてサージングが発生することを防ぐために、放風弁38の開度を制御する。第二上流側アンチサージ制御部51bは、第二最上流側圧縮機本体21bにおいてサージングが発生することを防ぐために、放風弁38の開度を制御する。ここで、第一最上流側アンチサージ制御部51aと第二上流側アンチサージ制御部51bの構成は等しいため、以下、符号末尾のa、bを省略して表示するものとして合わせて説明するとともに、個別の説明とする場合には各構成に符号末尾にa、bを表示して区別するものとする。
上流側アンチサージ制御部51(51a、51b)は、入力された合流後出口圧力検出値をそのまま出力する圧力インジケータ82と、入口流量目標値を出力する関数発生器63(63a、63b)と、入力された入口流量検出値をそのまま出力する流量インジケータ81(81a、81b)と、入口流量目標値に基づいて第一放風弁開度指令値を出力する流量制御器92(92a、92b)とを備える。関数発生器63は、第一上流側アンチサージ制御部51aに対応する第一関数発生器63aと、第二上流側アンチサージ制御部51bに対応する第二関数発生器63bとからなる。流量インジケータ81は、第一上流側アンチサージ制御部51aに対応する第一流量インジケータ81aと、第二上流側アンチサージ制御部51bに対応する第二流量インジケータ81bとからなる。流量制御器92は、第一上流側アンチサージ制御部51aに対応する第一流量制御器92aと、第二上流側アンチサージ制御部51bに対応する第二流量制御器92bとからなる。また、圧力インジケータ82は、第一上流側アンチサージ制御部51aと第二上流側アンチサージ生後部51bとで共通のものとしているが、これに限るものではない。
出口圧力制御部52は、入力された出口圧力検出値が設定値となるような操作値を出力する圧力制御器91と、第二放風弁開度指令値を出力する関数発生器64とを備える。
下流側アンチサージ制御部53は、出口流量目標値を出力する関数発生器65と、出口流量目標値に基づいて第三放風弁開度指令値を出力する流量制御器93とを備える。
次に、圧縮機制御装置201による制御の動作について、説明する。まず、IGV開度制御部40(40a、40b)の制御の動作について説明する。
IGV開度制御部40におけるIGV開度指令値生成部41の制御の動作について説明する。
図1に示すように、圧力制御器91には、出口圧力検出器35にて生成された出口圧力検出値が入力される。圧力制御器91は、入力された出口圧力検出値が設定値となるように、操作値を生成し、出力する。
関数発生器61には、圧力制御器91にて生成、出力された操作値が入力される。関数発生器61は、入力された操作値を、予め設定された所定の関数FX61によって、IGV開度指令値を生成し、出力する。
関数FX61は、本実施形態では図3に示すように、操作値が0%〜50%のとき、IGV開度指令値が一定値X%であり、操作値の大きさが50%を越えると、その大きさに比例して単調増加していき、操作が100%のとき、IGV開度指令値が100%となるものである。
一般に、IGVは、スロットル式の制御弁であり、その構造に起因して、ある開度以下での制御精度が低くなる。そのため、その開度を最小開度θと設定し、全閉状態とはせず、最小開度θ〜全開開度に制御して使用する。したがって、制御する際には、最小開度θに該当する操作量をX%とし、全開状態に該当する操作量を100%としている。
各IGV開度制御部40における各IGV開度指令値補正部42(42a、42b)の制御の動作について説明する。
各流量インジケータ81(81a、81b)には、対応する入口流量検出器33(33a、33b)にて生成された入口流量検出値が入力され、そのまま入口流量検出値が出力される。
圧力インジケータ82には、合流後圧力検出器34にて生成された合流後圧力検出値が入力され、合流後圧力検出値がそのまま出力される。
各除算器71(71a、71b)には、対応する流量インジケータ81より出力された入口流量検出値と、圧力インジケータ82より出力された合流後圧力検出値が入力される。各除算器71は、入口流量検出値を合流後圧力検出値で除算することによって、IGV開度指令補正値を生成し、出力する。IGV開度指令補正値は、IGV開度指令値を補正するために用いる値である。出力されたIGV開度指令補正値は、対応する関数発生器62(62a、62b)へと入力される。
ここで、各入口流量検出器33のかわりに、最上流側圧縮機本体21それぞれの出口に流量検出器を設け、該流量検出器において検出した最上流側圧縮機出口流量検出値を除算器に入力しても良い。
各関数発生器62には、対応する除算器71から出力されたIGV開度指令補正値と、IGV開度指令値生成部41における関数発生器61から出力されたIGV開度指令値が入力される。各関数発生器62は、IGV開度指令値をIGV開度指令補正値によって補正し、IGV開度補正値を生成し、出力する。出力されたIGV開度補正値は、対応するIGV32(32a、32b)に入力される。IGV32の開度は、入力されたIGV開度補正値によって制御される。
各関数発生器62では、IGV開度指令補正値が大きい値であるほど、IGV開度指令値を大きく補正するような関数が予め設定されている。これは、サージラインからのマージンをなるべく多く確保するためである。ここで、各関数発生器62には、予めわかっている第一最上流側圧縮機本体21aと第二最上流側圧縮機本体21bとの個体差を考慮した関数が設定される。また、経年劣化を考慮した関数が設定されても良い。
各関数発生器62においては、以下のような考え方に基づいて、IGV開度指令値の補正が行われる。図5において、ラインA1、A2、A3は、IGVの各開度における圧力P−流量F曲線であり、特に、ラインA3は、IGVが最大開度(全開)のときの圧力P−流量F曲線である。また、ラインL1は、サージラインであり、これより左側の領域は、サージングが発生する領域である。そのため、通常、サージラインL1に対して10%程度のマージンをとったサージコントロールラインL2より右側の領域において、圧縮機の圧力、流量が制御される。
入口流量検出値がF1、合流後圧力検出値がP1であった場合、入口流量検出値F1を合流後圧力検出値P1で除算した値、つまりIGV開度指令補正値は、直線S1の傾きの逆数に相当する。この値が小さいほど、サージラインL1に近く、サージが発生しやすい状態であると考えられる。
そのため、各関数発生器62には、IGV開度指令補正値が小さいほど、IGV開度指令値をサージラインから離れる方向に補正するような関数FX62が設定されている。その関数FX62に基づいてIGV開度指令値を補正し、IGV開度補正値を生成、出力する。この場合、関数発生器62は、IGV開度指令補正値から導き出した所定の値とIGV開度指令値との差分によって補正を行っても良いし、所定の値を比率とし、IGV開度指令値に該所定の値を掛けることによって補正を行っても良い。
以上の動作を、第一IGV開度制御部40a及び第二IGV開度制御部40bがそれぞれ行い、第一IGV32a及び第二IGV32bの開度がそれぞれ制御される。
続いて、放風弁開度制御部50における制御の動作について説明する。まず、上流側アンチサージ制御部51(51a、51b)の制御の動作について説明する。
図1に示すように、圧力インジケータ82には、合流後圧力検出器34にて生成された合流後圧力検出値が入力される。圧力インジケータ82は、入力された合流後圧力検出値を、そのまま出力する。
各関数発生器63(63a、63b)には、圧力インジケータ82から出力された合流後圧力検出値が入力される。各関数発生器63は、入力された合流後圧力検出値から、予め設定された関数によって、入口流量目標値を算出し、出力する。入口流量目標値は、対応する最上流側圧縮機本体21(21a、21b)においてサージングの発生を防止するために必要な所定の流量である。
各流量インジケータ81(81a、81b)には、対応する入口流量検出器33(33a、33b)にて生成された入口流量検出値が入力される。各流量インジケータ81は、入口流量検出値をそのまま出力する。なお、流量インジケータ81は、IGV開度制御部40におけるIGV開度指令値補正部42と共通のものとしているが、これに限るものではない。
各流量制御器92(92a、92b)には、対応する関数発生器63から出力された入口流量目標値と、対応する流量インジケータ81から出力された入口流量検出値が入力される。各流量制御器92は、入口流量検出値が入口流量目標値になるような第一放風弁開度指令値を出力する。この第一放風弁開度は、第一上流側アンチサージ制御部51aと第二上流側アンチサージ制御部51bのそれぞれから出力される。
次に、出口圧力制御部52における制御の動作について説明する。
圧力制御器91には、出口圧力検出器35にて生成された出口圧力検出値が入力される。圧力制御器91は、入力された出口圧力検出値が設定値となるような操作値を生成し、出力する。この圧力制御器91は、IGV開度制御部40におけるIGV開度指令値生成部41と共通のものとしているが、これに限るものではない。つまり、操作値は、関数発生器61と、関数発生器64に入力される。なお、これに限らず、関数発生器61に入力する構成と、関数発生器64に入力する構成とを別のものとしても良い。
関数発生器64には、圧力制御器91にて生成された操作値が入力される。関数発生器64は、入力された放風弁開度指令値を予め設定された関数FX64によって、第二放風弁開度指令値を生成し、出力する。図4に示すように、本実施形態において関数FX64は、操作値が0%〜50%のとき、放風弁開度指令値がその大きさに比例して単調増加していき、操作値の大きさが50%を越えると、第二放風弁開度指令値が一定値100%であるものである。これは、IGV最小開度で一定の操作値では放風弁開度により制御を行い,放風弁が全閉(開度指令値100%)になった状態で、IGV開度を制御することで,圧縮機から放風されるガス量を最小にすることができ、運転効率を高めることができるためである。
次に、下流側アンチサージ制御部53における制御の動作について説明する。関数発生器65には、出口圧力検出器35にて生成された出口圧力検出値が入力される。関数発生器65は、入力された出口圧力検出値から、予め設定された関数によって、出口流量目標値を生成し、出力する。関数FX65は、出口圧力検出値と出口流量目標値との関係を表す関数である。出口流量目標値は、圧縮機の出口において、サージングの発生を防止するために必要な所定の流量である。
流量制御器93には、関数発生器65から出力された出口流量目標値と、出口流量検出器36にて生成された出口流量検出値が入力される。流量制御器93は、出口流量検出値が、関数発生器65から出力された出口流量目標値となるような第三放風弁開度指令値を出力する。
指令値選択部101には、各放風弁開度指令値が入力される。指令値選択部101は、そのうち放風弁開度が最も大きくなる指令値を選択し、放風弁38へ出力する。これは、放風弁38の開度が大きくなる方に制御することにより、サージングに対してより安全な方に制御することができるためである。指令値選択部101から出力された放風弁開度指令値は、放風弁38に入力され、その開度が制御される。
次いで、第1実施形態の作用について説明する。
各IGV開度制御部40では、出口圧力検出値に基づいて、圧力制御器91及び関数発生器61によって算出されたIGV開度指令値を、複数の最上流側圧縮機それぞれにおける入口流量検出値を合流後圧力検出値によって除算することで生成されたIGV開度指令補正値によって補正してから、対応するIGV32へ入力することができる。これによって、複数の最上流側圧縮機本体21それぞれにおける入口流量検出値がIGV32の開度の制御に考慮されるため、複数の最上流側圧縮機本体21間の性能差を考慮して、対応するIGV32へとIGV開度補正値を出力することができる。これによって第一IGV32aと第二IGV32bそれぞれの開度を適切に制御することができる。
また、従来は、出口流量検出値、つまり圧縮機の全体流量を用いてアンチサージ制御していたため、複数の最上流側圧縮機本体21間において、固体差や経年劣化により性能差が生じた場合や、IGV32において動作不良が発生した場合は、適切にアンチサージ制御を行うことができないおそれがあった。しかし、本実施形態における放風弁開度制御部50では、出口流量検出値によるアンチサージ制御に加え、最上流側圧縮機本体21それぞれの入口流量検出値を用いてアンチサージ制御が行われる。これによって、複数の最上流側圧縮機本体21間において、固体差や経年劣化により性能差が生じた場合や、IGV32の動作不良が発生した場合であっても、確実にサージングが発生することを防止することができ、サージングによって、圧縮機が損傷することを防止することが可能となる。
なお、各放風弁開度指令値は、指令する放風弁の開度が大きいほど小さい値になるようにし、指令値選択部101は、入力された値のうち、最も小さいものを選択し、出力するローセレクターであると良い。これによって、入力信号がなくなった場合に、放風弁38の開度が全開になるように制御されるため、サージングに対して安全側に制御されるようにすることができる。
次に、第二実施形態の圧縮機制御装置202について、説明する。この第二実施形態については、第一実施形態と同様の構成要素については同様の符号を付して詳細な説明を省略する。以下の実施形態でも同様である。
図6に示すように、本実施形態にかかる圧縮機制御装置202のIGV開度制御部40(40a、40b)において、各IGV開度指令値補正部42(42a、42b)は、関数発生器66(66a、66b)を備える。関数発生器66は、第一IGV開度指令値補正部42aに対応する第一関数発生器66aと、第二IGV開度指令値補正部42bに対応する第二関数発生器66bとからなる。各関数発生器66には、合流後圧力検出器34によって生成され、圧力インジケータ82を介して出力された合流後圧力検出値と、対応するIGV32(32a、32b)に設けられたIGV開度検出器37(37a、37b)によって生成されたIGV開度検出値、更には入口流量検出器33により生成され、流量インジケータ81を介して出力された入口流量検出値が入力される。各関数発生器66は、予め設定された関数FX66によって、合流後圧力検出値とIGV開度検出値から、入口流量推定値を算出し、入口流量推定値と入口流量検出値との差分から、IGV開度補正指令値を算出し、対応する関数発生器62(62a、62b)へと出力する。各関数発生器62は、第一実施形態と同様の処理を行う。
第2実施形態における圧縮機制御装置202の制御の動作について説明する。
図7は、各関数発生器66に設定されている、対応する最上流側圧縮機本体21の性能カーブを示したグラフである。グラフ中の記号は、図5と同様である。IGV開度検出値A2と合流後圧力検出値P2から算出される流量推定値がF2であるとする。ここで、入口流量検出値がFであった場合、最上流側圧縮機本体21の性能カーブは、A2からA2´へと変化していると考えられる。そのため、入口流量検出値が入口流量推定値となるように、対応するIGV32の開度を大きくなるように制御する。
第2実施形態の作用について説明する。本実施形態では、入口流量検出値が、対応するIGV32の実際の開度から推定される入口流量推定値になるように、IGV32の開度が制御される。そのため、各最上流側圧縮機の性能が当初から変化しても、適切にサージングを防ぐことができ、圧縮機全体の性能劣化を防ぐことができる。
次に、第3実施形態の圧縮機制御装置203について、説明する。
図8において、IGV開度制御部40(40a、40b)におけるIGV開度指令値補正部42(42a、42b)は、補正取消信号生成部102(102a、102b)と指令値選択部120(120a、120b)とを備える。補正取消信号生成部102は、第一IGV開度指令値補正部42aに対応する第一補正取消信号生成部102aと、第二IGV開度指令値補正部42bに対応する第二補正取消信号生成部102bとからなる。指令値選択部120は、第一IGV開度指令値補正部42aに対応する指令値選択部120aと、第二IGV開度指令値補正部42bに対応する第二指令値選択部120bとからなる。各補正取消信号生成部102は、補正取消信号を生成し、出力する。出力された各補正取消信号は、対応する指令値選択部120へ入力される。各指令値選択部120には、対応する補正取消信号とIGV開度指令補正値が入力される。ここで、補正取消信号とは、対応する指令値選択部120に入力されるIGV開度指令補正値を打ち消す信号である。具体的には、IGV開度指令補正値がIGV開度指令値を差分により補正する性質の値であれば、補正なし信号は値が0に設定された信号である。また、IGV開度指令補正値が、IGV開度指令値を比率により補正する性質の値であれば、補正なし信号は値が1に設定された信号である。
加えて、本実施形態の圧縮機には、アラーム110が設置されている。アラーム110は、流量検出器や圧力検出器、アクチュエータ等の機器に設けられる。
第3実施形態における圧縮機制御装置203の制御の動作について説明する。
アクチュエータの故障等の異常が発生し、アラーム110が異常を検知した場合、アラーム110はアラーム信号を各指令値選択部120へと出力する。各指令値選択部120は、アラーム信号が入力された場合は、補正取消信号を選択し、アラーム信号が入力されていない場合はIGV開度指令補正値を選択し、対応する関数発生器62へと出力する。各関数発生器62は、第一実施形態と同様の処理を行う。
第3実施形態の作用について説明する。アクチュエータや流量計、圧力計の異常や、劣化異常が発生した場合には、各最上流側圧縮機本体21の性能差の補正を行うべきでない場合がある。そのような場合、アラーム信号を各指令値選択部120へと入力し、各指令値選択部120が対応する補正取消信号を選択することができる。これによって、補正を行うか否かの切り替えを行うことが可能となり、不要な補正を行なってしまうことを防止することができる。
次に、第4実施形態の圧縮機制御装置204について、説明する。
図9において、IGV開度制御部40(40a、40b)におけるIGV開度指令値補正部42(42a、42b)は、性能差補正係数生成部104と入口流量目標値生成部105と関数発生器67(67a、67b)とを備える。関数発生器67は、第一IGV開度指令値補正部42aに対応する関数発生器67aと、第二IGV開度指令値補正部42bに対応する関数発生器67bとからなる。また、性能差補正係数生成部104及び入口流量目標値生成部105は、第一IGV開度指令値補正部42a及び第二IGV開度指令値補正部42bとで共通のものである。性能差補正係数生成部104は、複数の最上流側圧縮機本体21間の性能差を表す性能差補正係数を生成し、出力する。入口流量目標値生成部105には、性能差補正係数と、対応する複数の最上流側圧縮機本体21それぞれにおける入口流量検出値が入力され、複数の最上流側圧縮機本体21それぞれについて入口流量目標値を生成する。入口流量目標値は、対応する関数発生器67へと入力される。各関数発生器67は、各指令値選択部120と対応して設けられている。
各関数発生器67には、入口流量目標値と、対応する流量インジケータ81(81a、81b)から出力された入口流量検出値が入力される。各関数発生器67は、入口流量目標値と入口流量検出値の差分に比例したIGV開度指令補正値を生成し、出力する。ここで、各関数発生器67は、入口流量目標値と入口流量検出値とを差分したものの積分を考慮し、IGV開度指令補正値を生成、出力しても良い。
第4実施形態における圧縮機制御装置204の制御の動作について、説明する。
図10において、C1は、第一最上流側圧縮機本体21の性能を表すプロットである。また、C2は、第二最上流側圧縮機本体21の性能を表すプロットである。入口流量目標値生成部105は、第一最上流側圧縮機本体21及び第二最上流側圧縮機本体21それぞれにおける入口流量検出値と、性能差補正係数生成部104で生成された性能差補正係数αによって、入口流量目標値F3を数1によって算出する。F3は、図10においては、C3のプロットが示す流量である。したがって、F1とF2との中間値を流量目標値としたい場合は、αを0.5として生成する。なお、αは、手動で入力されることで生成されても良く、自動で生成されても良い。
Figure 2013170573
第4実施形態の作用について、説明する。
性能差補正係数生成部104において、複数の最上流側圧縮機本体21間の性能差を表す補正係数を調整して生成することができ、その補正係数によって、複数の最上流側圧縮機本体21それぞれに設けられたIGV32の開度を制御することができる。これによって、各最上流側圧縮機本体21間の性能差による補正量を、状況に応じて調整することができる。例えば、よりサージングから遠い領域で運転させたい場合には、より小さいαを生成させることで、そのような運転を実現することが可能となる。
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
例えば、上記各実施形態では、最上流圧縮機本体21(21a、21b)それぞれにおいて、入口流量検出器33が配置され、入口流量を検出し、入口流量検出値を生成している。そして、各実施形態では、IGV開度指令値演算部は、生成された入口流量検出値を用いて、IGV開度補正値を求めている。しかしながら、入口流量検出器33に代えて、最上流圧縮機本体21それぞれにおいて出口流量を検出して出口流量検出値を生成する出口流量検出器が設けられて、入口流量検出値に代えて出口流量検出値に基づいてIGV開度補正値を求めるものとしても良い。同様に、各実施形態では、上流側アンチサージ制御部は、生成された入口流量検出値を用いて、入口流量が入口流量目標値となるような第一放風弁開度指令値を出力している。しかしながら、入口流量検出器33に代えて、最上流圧縮機本体21それぞれにおいて出口流量を検出して出口流量検出値を生成する出口流量検出器が設けられて、入口流量検出値に代えて出口流量検出値から入口流量を推定し、当該入口流量が入口流量目標値となるような第一放風弁開度指令値を出力するものとしても良い。すなわち、各実施形態においては、各最上流側圧縮機本体を流通する最上流流量として入口流量または出口流量を検出して最上流流量検出値(入口流量検出値または出口流量検出値)を生成し、最上流流量検出値に基づいてIGV開度補正値を求め、また、第一放風弁開度指令値を出力するものとすれば良い。
1 圧縮機システム
2 圧縮機
21 最上流側圧縮機本体
22 下流側圧縮機本体
32 インレットガイドベーン(IGV)
33 入口流量検出器
34 合流後圧力検出器
35 出口圧力検出器
36 出口流量検出器
37 インレットガイドベーン開度検出器
38 放風弁
40 インレットガイドベーン開度制御部
41 インレットガイドベーン開度指令値生成部
42 インレットガイドベーン開度指令値補正部
50 放風弁開度制御部
51 上流側アンチサージ制御部
52 出口圧力制御部
53 下流側アンチサージ制御部
101、120 指令値選択部
102 補正取消信号生成部
104 性能差補正係数生成部
105 入口流量目標生成部
110 アラーム
201、202、203、204 圧縮機制御装置

Claims (10)

  1. 最も上流側に配置された複数の最上流側圧縮機本体と、
    前記複数の最上流側圧縮機本体の下流側に配置され、前記複数の最上流側圧縮機本体それぞれから流出し、その後に合流したガスが流入する、少なくとも一段の下流側圧縮機本体と、
    複数の最上流側圧縮機本体それぞれの入口付近に設けられ、前記対応する最上流側圧縮機本体に流入するガスの流入量を制御するインレットガイドベーンと、
    前記複数の最上流側圧縮機本体それぞれの入口または出口付近に設けられ、前記対応する最上流側圧縮機本体を流通する流量を検出することにより最上流流量検出値を生成する複数の最上流流量検出器と、
    前記複数の最上流側圧縮機それぞれから流出したガスの、合流後圧力を検出することにより合流後圧力検出値を生成する合流後圧力検出器と、
    前記下流側圧縮機本体のうち、最も下流側に配置される最下流側圧縮機の出口圧力を検出することにより出口圧力検出値を生成する出口圧力検出器とを備える圧縮機を制御する圧縮機制御装置であって、
    該圧縮機制御装置は、前記インレットガイドベーンの開度を制御するインレットガイドベーン開度制御部を有し、
    該インレットガイドベーン開度制御部は、出口圧力検出値からインレットガイドベーン開度指令値を生成するインレットガイドベーン開度指令値生成部と、
    前記複数の最上流側圧縮機本体それぞれについて、対応する最上流流量検出値と合流後圧力検出値により前記インレットガイドベーン開度指令値を補正する複数のインレットガイドベーン開度指令値補正部とを有することを特徴とする圧縮機制御装置。
  2. 前記インレットガイドベーン開度指令値補正部は、
    最上流流量検出値を合流後圧力検出値で除算することでインレットガイドベーン開度補正値を生成し、前記インレットガイドベーン開度指令値を前記インレットガイドベーン開度指令補正値に基づいて補正すること
    を特徴とする請求項1に記載の圧縮機制御装置。
  3. 前記インレットガイドベーン開度指令値補正部は、
    前記インレットガイドベーンの開度を検出するために圧縮機に備えられたインレットガイドベーン開度検出器が生成するインレットガイドベーン開度検出値と、合流後圧力検出値とから流量推定値を生成し、該流量推定値と最上流流量検出値との差分からインレットガイドベーン開度指令補正値を生成し、前記インレットガイドベーン開度指令値を前記インレットガイドベーン開度指令補正値に基づいて補正すること
    を特徴とする請求項1に記載の圧縮機制御装置。
  4. 前記インレットガイドベーン開度指令値補正部は、
    インレットガイドベーン開度補正値を取り消す信号を出力する補正取消信号出力部を有すること
    を特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の圧縮機制御装置。
  5. 前記インレットガイドベーン開度指令値補正部は、
    前記複数の最上流側圧縮機間の性能差を表す補正係数を生成する性能差補正係数生成部と、
    前記複数の最上流側圧縮機それぞれの最上流流量検出値と前記性能差補正係数から入口流量目標値を算出する入口流量目標値生成部とを有し、
    入口流量目標値と最上流流量検出値からインレットガイドベーン開度指令補正値を算出すること
    を特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の圧縮機制御装置。
  6. 前記最下流側圧縮機本体の出口付近に設けられた放風弁の開度を制御する放風弁開度制御部を有し、
    該放風弁開度制御部は、最上流流量検出値と合流後圧力検出値に基づいて第一放風弁開度指令値を算出する上流側アンチサージ制御部と、
    出口圧力検出値に基づいて第二放風弁開度指令値を算出する出口圧力制御部と、
    最下流側圧縮機の出口付近に設けられた出口流量検出器が検出する出口流量検出値と出口圧力検出値から第三放風弁開度指令値を算出する下流側アンチサージ制御部とを有し、
    第一放風弁開度指令値と第二放風弁開度指令値と第三放風弁開度指令値のうち、放風弁開度が最も大きくなる指令値を選択し、放風弁開度を制御する指令値選択部を有することを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載の圧縮機制御装置。
  7. 前記上流側アンチサージ制御部は、
    合流後圧力検出値から入口流量目標値を算出し、前記最上流圧縮機本体の入口での流量が入口流量目標値となるように放風弁開度を制御する第一放風弁開度指令値を出力すること
    を特徴とする請求項6に記載の圧縮機制御装置。
  8. 前記指令値選択部は、
    第一放風弁開度制御値と第二放風弁開度制御値と第三放風弁開度制御値のうち、最も値の小さいものを選択するローセレクターであること
    を特徴とする請求項6又は7に記載の圧縮機制御装置。
  9. 請求項1から8のいずれか一項に記載の圧縮機制御装置と、
    前記圧縮機制御装置によって制御される前記圧縮機とを備えること
    を特徴とする圧縮機システム。
  10. 最も上流側に配置された複数の最上流側圧縮機本体と、前記複数の最上流側圧縮機本体の下流側に配置され、前記複数の最上流側圧縮機本体それぞれから流出し、その後に合流したガスが流入する、少なくとも一段の下流側圧縮機本体と、複数の最上流側圧縮機本体それぞれの入口付近に設けられ、前記対応する最上流側圧縮機本体に流入するガスの流入量を制御するインレットガイドベーンと、前記複数の最上流側圧縮機本体それぞれの入口付近に設けられ、前記対応する最上流側圧縮機本体の入口流量を検出することにより最上流流量検出値を生成する複数の最上流流量検出器と、前記複数の最上流側圧縮機それぞれから流出したガスの、合流後圧力を検出することにより合流後圧力検出値を生成する合流後圧力検出器と、前記下流側圧縮機本体のうち、最も下流側に配置される最下流側圧縮機の出口圧力を検出することにより出口圧力検出値を生成する出口圧力検出器とを備える圧縮機を制御する圧縮機制御方法であって、
    該圧縮機制御方法は、前記インレットガイドベーンの開度を制御するインレットガイドベーン開度制御部において出口圧力検出値からインレットガイドベーン開度指令値を生成し、
    前記複数の最上流側圧縮機本体それぞれについて、対応する最上流流量検出値と合流後圧力検出値とにより前記インレットガイドベーン開度指令値を補正すること
    を特徴とする圧縮機制御方法。
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