JP2013531183A - 回転速度調節式の低圧遠心送風機を制御する方法 - Google Patents

Abstract

回転速度調節式の遠心送風機の自動ストール防止機構を制御する方法。本発明において重要であるのは、自動制御装置が工程のオートメーションシステムによって制御され、該自動制御装置において、前記遠心送風機のモータに入る電流、電圧及び周波数の関数としてストールが検出されることである。
【選択図】 図１

Description

本発明の目的は、請求項１のプリアンブルに記載されている、回転速度が調節された低圧遠心送風機の自動ストール防止機構を制御することである。本発明は、請求項７に記載の自動制御装置にも関する。

様々な用途に応じて、数多くの異なるタイプの圧縮機や遠心送風機がこの技術分野において知られている。特に産業界においては、配管内に圧力差を生じさせるために、遠心送風機、圧縮機及びラジアルファンが広く使用されている。全ての遠心送風機に関わる問題は、一般に、ストールであるとされている。換言すれば、ストールは全ての遠心送風機に特徴的な状態であり、プロペラの回転速度に対して体積流量が小さ過ぎるときに発生する。この場合、羽根に対する流れの入射角度が非常に不利になるように変化し、羽根の表面から流れが外れてしまう。すると、羽根を通過するときに逆流が発生し、プロペラは圧力を増加する能力を失う。

このようにして、周期的な圧力変動が発生し、これによって、特に、配管を取り囲む構造体の固有周波数が励起される。圧力変動が配管と構造体内とに疲労負荷を与える。さらに、先に記載した圧力増加能力の喪失によって、流通する気体にプロペラが絶えず熱エネルギーを与えると、流れの温度が大きく上昇する可能性がある一方で、効果的な流れは非常に小さくなる可能性がある。

特に、流れに対する抵抗が大きく変化する工程において、問題が発生する。このようなタイプの工程において低い圧力を発生させるために遠心送風機を使用するときには、制御された方法で遠心送風機に漏気を与えることによって、ストール状態を防止しなくてはならない。

従来から、回転速度が一定である遠心送風機が使用されてきた。この場合は、自動漏気弁によってストールが防止されており、自動漏気弁は遠心送風機の駆動モータの電流による制御を受けている。ストール状態では、駆動モータの電流が通常の動作範囲の電流よりも小さくなっている。電流も、また、大きく変動する。ストール状態を検出して漏気によってその状態を解消するための、遠心送風機の制御ロジックは簡単にプログラムすることができる。

他の問題としては、ストール状態にあっては、低い圧力も速い周期で変動し、工程にとっては、この状況は致命的になることである。低圧遠心送風機市場には、新しい技術として、回転速度が調節されている装置が出されているが、そのような装置のストール制御は従来技術によっては行うことができない。

本発明において重要である点は、回転速度が調節されている装置（このような装置自体が従来技術であるが）を、より正確に使用することができるようになっていることである。この技術によると、先に記載した従来技術の問題を発生させずに遠心送付機を動作させることができる解決法を得ることができる。さらに、遠心送風機の様々な可能性を有する使用における効率を大きく向上させ、同時に、装置全体の動作を最適化することができる。
本発明による解決法においては、回転速度が調節されている遠心送風機の利点をより効果的に活用することができる。この発明においては、ストールを防止する新しい解決法が示され、この解決法によると、回転速度調節式の遠心送風機のストールを防止することも可能になる。さらに、本発明の解決法は、遠心送風機がストール状態になることを防止する。

本発明による解決法によると、かなり多面性が高く、また、技術的困難性が高い用途に遠心送風機を使用することができるようになる。このようにして、従来技術によって生じる問題を回避することができる。本発明に必須である特徴はストール防止と請求項に記載の方法に大きく影響する。本発明による解決法は多くの重要な効果を有している。

より正確に記載すると、本発明は請求項に記載されている事項によって特徴付けられる。

以下において、添付の図面を参照しながら、本発明を記載する。

本発明の好ましい態様を示している。

図１によると、本発明においては、ストールが開始した時点、そして特にストールが終了した時点における、異なる流量の間の点とそれら各々に対応する回転速度の間の点が、試験走行と測定とによって決定されることが重要である。これらのデータを用いて、ストールに陥ることが明らかである時の限界又は範囲を数学的に補間することができる。漏気などの実際の吸気対象以外の、或いは第二の吸気対象からのより多くの流れを遠心送風機に与えることによって、この限界又は範囲へと入ることを防ぐことができる。追加的な流れは、調節可能な数学的安全限界を超えた後に与えられ、第二の数学的限界を下回った後に減量される。これら2つの限界は、調節可能なヒステリシス係数によって定められる距離を相互に置いて追従する。

遠心送風機の回転速度は周波数変換器又は非内蔵型の測定装置によって絶えず測定される。空気／気体の流量は、遠心送風機のモータに入る電流及び電圧と流れの温度及び圧力とによって計算され、又はそのために設計された別の測定装置を用いて測定することができる。前記測定データと計算されたストール限界とに基づいて、自動制御装置は追加的な流れを調節する弁を制御する。

計算されたストール曲線は、作動に際して、その実際の配管と共に各遠心送風機に対して定められる。このようにして、様々な速度においてストールに陥る点を求め、ストールを切り抜けた後に電圧と電流とを測定し、同時に、ストール状態にならずにいるのが可能かどうかをチェックする。配管の流れ抵抗は、ストールに陥る点を決定する時点で管の空気の全体積が含まれるように、配管の可能な限り最末端点から調節する。下記式における因子はこれらの点から決定する。曲線をプログラムした後に最終調整を行い、そして、二次方程式において、曲線を持ち上げたり下げたりすることのできる最後の変数を変更する。このようにして、可能な限り正確な弁の操作を行うことができる。

ストール点が近づいてくると弁を開き、状況が正常化すれば弁を閉じる。ストール状態は電圧、電流及び周波数から検出される。その間にある状態は、何も行われない小さな動作隙間である。これによって、不要で揺動する弁の制御を防ぐことができる。

工程のオートメーションシステム用のプログラムは、次のように行われるのが最も好ましい。

＜ストール防止弁の制御（HV14）＞
遠心送風機のストール状態は、モータに入る電流、電圧及び周波数の関数から検出される。計算結果に従って、ストール防止弁を必要に応じて開閉する。さらに、流れの温度の影響が、式においては考慮されている。

（例）
Ｕ・Ｉ・Ｎ・(Tk/Tp)²/1000＜0.0032・Ｆ²＋0.1099・F＋10.15
である場合であって、弁が既に完全に開いて（100%）いなければ、弁は例えば５％開かれる。

Ｕ・Ｉ・Ｎ²・(Tk/Tp)²/1000＜0.0032・Ｆ²＋0.1099・F＋10.15
である場合であって、弁が既に完全に閉じて（０％）いなければ、弁は例えば５％閉じられる。

例えば５秒間隔又は他の適用可能な時間間隔で、弁の制御が繰り返される。

Ｕ＝周波数変換器からモータへの供給電圧［Ｖ］
Ｉ＝周波数変換器からモータへの供給電流［Ａ］
Ｆ＝モータ電流の供給周波数［Hz］
Ｎ＝ヒステリシス調整係数
Tk＝試験環境の温度［Ｋ］
Tp＝吸気の温度［Ｋ］

先に呈示したストール限界をシミュレートした式は数学的な例である。呈示されている二次方程式の代わりに、この技術分野で知られている他の数学式もストール限界をシミュレートするのに使用することができる。ここで問題であるのは、測定された点の対に適合する数学的なグラフであり、そのグラフの形態はケース・バイ・ケースで変化する。したがって、呈示されている式は一例に過ぎない。

本発明が前記態様にのみに限定されることはなく、添付の請求項の範囲内で変更することができることは、当業者には明らかである。

Claims (12)

1. 回転速度調節式の遠心送風機の自動ストール防止機構を制御する方法であって、自動制御装置が工程のオートメーションシステムによって制御され、該自動制御装置において、前記遠心送風機のモータに入る電流、電圧及び周波数の関数としてストールが検出されることを特徴とする方法。
2. 前記方法において、測定されたデータと計算されたストール限界とに基づいて追加的な流れを制御する弁を、前記自動制御装置が制御することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記方法において、調節可能な数学的安全限界を超えた後に追加的な流れが前記回転速度調節式の遠心送風機に与えられ、第二の数学的安全限界を下回った後に前記追加的な流れが低減されることを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記方法において、計算による機能が、好ましくは、Ｕ・Ｉ・Ｎ・(Tk/Tp)²/1000＜0.0032・Ｆ²＋0.1099・F＋10.15であるときは、弁を５％開き、又はＵ・Ｉ・Ｎ²・(Tk/Tp)²/1000＜0.0032・Ｆ²＋0.1099・F＋10.15であるときは、弁を５％閉じるようになっていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記方法において、制御周期が１〜10秒の範囲内にあるように、最も好ましくは５秒程度であるように、弁が周期的に制御されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記方法において、ストールが開始した時点と特にストールが終了した時点における、異なる流量間の点とそれら各々に対応する回転速度間の点とが、試験走行と測定とによって決定され、これらによって、前記限界及び／又は範囲が補間されることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
7. 回転速度調節式の遠心送風機の自動ストール防止用の自動制御装置であって、該自動制御装置が工程のオートメーションシステムにプログラムされ、該自動制御装置において、前記遠心送風機のモータに入る電流、電圧及び周波数の関数としてストールが検出されることを特徴とする装置。
8. 前記自動制御装置が、測定されたデータと計算されたストール限界とに基づいて追加的な流れを制御する弁を制御することを特徴とする、請求項７に記載の自動制御装置。
9. 調節可能な数学的安全限界を超えた後に追加的な流れが前記回転速度調節式の遠心送風機に与えられ、第二の数学的安全限界を下回った後に前記追加的な流れが低減されることを特徴とする、請求項７又は８に記載の自動制御装置。
10. 計算による機能が、Ｕ・Ｉ・Ｎ・(Tk/Tp)²/1000＜0.0032・Ｆ²＋0.1099・F＋10.15であるときは、弁を５％開き、又はＵ・Ｉ・Ｎ²・(Tk/Tp)²/1000＜0.0032・Ｆ²＋0.1099・F＋10.15であるときは、弁を５％閉じるようになっていることを特徴とする、請求項７〜９のいずれか一項に記載の自動制御装置。
11. 制御周期が１〜10秒の範囲内にあるように、最も好ましくは５秒程度であるように、弁が周期的に制御されることを特徴とする、請求項７〜１０のいずれか一項に記載の自動制御装置。
12. ストールが開始した時点と特にストールが終了した時点における、異なる流量間の点とそれら各々に対応する回転速度間の点とが、試験走行と測定とによって決定され、これらによって、前記限界及び／又は範囲が補間されることを特徴とする、請求項７〜１１のいずれか一項に記載の自動制御装置。

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