JP2016173085A - Compressor system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、圧縮機システムに関する。 The present invention relates to a compressor system.
モータと圧縮機とが一体となっている圧縮機システムは、空気やガス等の気体を圧縮する圧縮機と、圧縮機を駆動させるモータとを有している。圧縮機システムでは、圧縮機のケーシングから延在する回転軸と、モータのケーシングから同様に延在するモータの回転軸とが接続され、モータの回転が圧縮機に伝達される。このモータ及び圧縮機の回転軸は、複数の軸受により支持されることで安定して回転する。 A compressor system in which a motor and a compressor are integrated includes a compressor that compresses a gas such as air or gas, and a motor that drives the compressor. In the compressor system, a rotating shaft that extends from the casing of the compressor and a rotating shaft of the motor that similarly extends from the casing of the motor are connected, and the rotation of the motor is transmitted to the compressor. The rotating shafts of the motor and the compressor are stably rotated by being supported by a plurality of bearings.
このような圧縮機システムは、例えば、非特許文献1のような海底生産システム(Subsea Production System)や、非特許文献2のような浮体式海洋石油貯蔵設備(Floating Production Storage and Offloading、FPSO)に使用される。海底生産システムに使用される際には、圧縮機システムは、海底に設置され、海底から数千mの深さまで掘削した生産井から原油や天然ガス等が混在した生産流体を海上に送り出している。また、浮体式海洋石油貯蔵設備に使用される際には、圧縮機システムは、船舶等の海上設備に設置されている。
Such a compressor system is, for example, a subsea production system such as Non-Patent
ところで、海底生産システムや浮体式海洋石油貯蔵設備で使用される圧縮機システムでは、海底の生産井から採掘した原油や天然ガス等が混在した生産流体が流体として、圧縮機に流入する。この生産流体は、採掘中に原油等の油分の含有量が変動することで、特性が変わってしまうおそれがある。流入する生産流体の特性が変わってしまうと、圧縮機の運転可能な範囲が変化してしまい、圧縮機の運転条件が変わってしまう。 By the way, in a compressor system used in a submarine production system or a floating offshore oil storage facility, a production fluid mixed with crude oil, natural gas, or the like mined from a production well on the seabed flows into the compressor as a fluid. This production fluid may change its characteristics when the content of oil such as crude oil fluctuates during mining. If the characteristics of the inflowing production fluid change, the operable range of the compressor changes, and the operating conditions of the compressor change.
本発明は、上記要望を解決するためになされたものであって、変化する運転条件に対応可能な圧縮機システムを提供するものである。 The present invention has been made to solve the above-described demand, and provides a compressor system that can cope with changing operating conditions.
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。
本発明の第一の態様に係る圧縮機システムは、軸線回りに回転するロータと、前記ロータの外周側に配置されたステータとを有するモータと、前記ロータとともに回転することで作動流体を圧縮するインペラを有する圧縮機と、を備え、前記圧縮機は、前記インペラに作動流体を流入させる流入流路、及び、前記インペラによって圧送される作動流体が流通する排出流路が形成されたハウジングと、前記流入流路に設けられて角度を変更可能なガイドベーンと、前記排出流路に設けられて角度を変更可能なディフューザベーンと、前記ガイドベーン及びディフューザベーンの角度を制御する制御部と、を有し、前記制御部は、要求される圧力及び流量の値である要求PQ特性値と前記インペラの回転数とに基づいて、前記ガイドベーン及び前記ディフューザベーンの少なくとも一方の角度を制御する。
In order to solve the above problems, the present invention proposes the following means.
A compressor system according to a first aspect of the present invention compresses a working fluid by rotating with a rotor having a rotor that rotates about an axis, a stator that is disposed on an outer peripheral side of the rotor, and the rotor. A compressor having an impeller, wherein the compressor has an inflow channel through which a working fluid flows into the impeller, and a housing in which a discharge channel through which the working fluid pumped by the impeller flows is formed, A guide vane provided in the inflow channel and capable of changing an angle; a diffuser vane provided in the discharge channel and capable of changing an angle; and a control unit configured to control the angles of the guide vane and the diffuser vane. And the control unit includes the guide vane and the front vane based on a required PQ characteristic value which is a value of a required pressure and flow rate and a rotation speed of the impeller. Controlling at least one of the angle of the diffuser vanes.
このような構成によれば、要求PQ特性値とインペラの回転数とに基づいて、ガイドベーン及びディフューザベーンの少なくとも一方の角度を制御することで、流入流路からインペラに流入する作動流体の流入角度またはインペラから排出流路に流入する作動流体の流入角度の少なくとも一方を小さくすることができる。これにより、運転中にPQ特性を向上させるようにサージコントロールラインを変化させることができ、圧縮機の運転範囲を広げることができる。 According to such a configuration, the flow of the working fluid flowing into the impeller from the inflow passage is controlled by controlling the angle of at least one of the guide vane and the diffuser vane based on the required PQ characteristic value and the rotation speed of the impeller. At least one of the angle or the inflow angle of the working fluid flowing into the discharge channel from the impeller can be reduced. Thereby, the surge control line can be changed so as to improve the PQ characteristic during operation, and the operating range of the compressor can be expanded.
また、上記圧縮機システムでは、制御部は、前記インペラの回転数が予め定めた基準よりも小さい場合に、前記流入流路から前記インペラに流入する前記作動流体の流入方向に対する相対角度が小さくなるように前記ガイドベーンの角度を制御してもよい。 In the compressor system, the control unit has a small relative angle with respect to an inflow direction of the working fluid flowing into the impeller from the inflow passage when the rotation speed of the impeller is smaller than a predetermined reference. In this manner, the angle of the guide vane may be controlled.
このような構成によれば、インペラの回転数が予め定めた基準よりも小さい場合に、インペラへの作動流体の流入側である流入流路からインペラに流入する作動流体の流入方向に対するガイドベーンの相体角度を小さくすることで、効率的にPQ特性を向上させることができる。これにより、ガイドベーンの角度を調整することで、低圧及び低流量の領域で効率的に圧縮機の運転範囲を広げることができる。 According to such a configuration, when the rotation speed of the impeller is smaller than a predetermined reference, the guide vane is guided in the inflow direction of the working fluid flowing into the impeller from the inflow passage on the inflow side of the working fluid into the impeller. By reducing the phase angle, the PQ characteristics can be improved efficiently. Thereby, by adjusting the angle of the guide vane, the operating range of the compressor can be efficiently expanded in the low pressure and low flow regions.
また、上記圧縮機システムでは、制御部は、前記インペラの回転数が予め定めた基準よりも大きい場合に、前記インペラから前記排出流路に流入する前記作動流体の流入方向に対する相対角度が小さくなるように前記ディフューザベーンの角度を制御してもよい。 In the compressor system, the control unit reduces a relative angle with respect to an inflow direction of the working fluid flowing from the impeller into the discharge passage when the rotation speed of the impeller is larger than a predetermined reference. Thus, the angle of the diffuser vane may be controlled.
このような構成によれば、インペラの回転数が予め定めた基準よりも大きい場合に、インペラからの作動流体の流出側である排出流路に流入する作動流体の流入角度に対するディフューザベーンの相対角度を小さくすることで、効率的にPQ特性を向上させることができる。これにより、高圧及び高流量の領域で効率的に圧縮機の運転範囲を広げることができる。 According to such a configuration, when the rotational speed of the impeller is larger than a predetermined reference, the relative angle of the diffuser vane with respect to the inflow angle of the working fluid flowing into the discharge flow channel on the outflow side of the working fluid from the impeller By reducing the value, the PQ characteristics can be improved efficiently. Thereby, the operating range of a compressor can be efficiently expanded in the area | region of a high voltage | pressure and a high flow volume.
また、上記圧縮機システムでは、前記制御部は、前記要求PQ特性値が予め定めた基準を満たした場合に、前記流入流路から前記インペラに流入する前記作動流体の流入方向に対する相対角度が小さくなるように前記ガイドベーンの角度を制御していてもよい。 In the compressor system, the control unit has a small relative angle with respect to the inflow direction of the working fluid flowing from the inflow passage to the impeller when the required PQ characteristic value satisfies a predetermined criterion. The angle of the guide vane may be controlled so as to be.
このような構成によれば、必要な場合のみPQ特性を向上させるように変化させることができ、効率的に圧縮機の運転範囲を広げることができる。 According to such a configuration, the PQ characteristic can be changed only when necessary, and the operating range of the compressor can be efficiently expanded.
また、上記圧縮機システムでは、前記制御部は、前記要求PQ特性値が予め定めた基準を満たした場合に、前記インペラから前記排出流路に流入する前記作動流体の流入方向に対する相対角度が小さくなるように前記ディフューザベーンの角度を制御してもよい。 In the compressor system, the control unit has a small relative angle with respect to the inflow direction of the working fluid flowing from the impeller into the discharge passage when the required PQ characteristic value satisfies a predetermined criterion. You may control the angle of the said diffuser vane so that it may become.
このような構成によれば、必要な場合のみPQ特性を向上させるように変化させることができ、効率的に圧縮機の運転範囲を広げることができる。 According to such a configuration, the PQ characteristic can be changed only when necessary, and the operating range of the compressor can be efficiently expanded.
本発明の圧縮機システムによれば、ガイドベーン及びディフューザベーンの少なくとも一方の角度を制御することで、圧縮機の運転範囲を広げて、変化する運転条件に対応させることができる。 According to the compressor system of the present invention, by controlling the angle of at least one of the guide vane and the diffuser vane, the operating range of the compressor can be expanded to cope with changing operating conditions.
以下、本発明に係る実施形態について図1から図3を参照して説明する。
圧縮機システム1は、海洋油ガス田開発方式の一つである海底生産システム(Subsea Production System)に使用されて海底に設けられていたり、浮体式海洋石油貯蔵設備(Floating Production Storage and Offloading、FPSO)に使用されて海上に設けられていたりする。圧縮機システム1は、海底数百から数千mに存在する油ガス田の生産井から採取された油・ガス等の生産流体を作動流体として圧送する。
Embodiments according to the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 to 3.
The
圧縮機システム1は、図1に示すように、回転軸として軸線O方向(図1左右方向)に延在するシャフト21を有する圧縮機2と、シャフト21に直接的に接続されるロータ31を有するモータ3と、シャフト21を支持する軸受部4と、モータ3と圧縮機2とを収容するケーシング5と、モータ3及び圧縮機2を制御する制御部6とを備えている。
As shown in FIG. 1, the
圧縮機2は、ケーシング5内に収容され、ロータ31とともにシャフト21が軸線O回りに回転することで作動流体を圧縮する。本実施形態の圧縮機2は、軸線O方向に延在するシャフト21と、シャフト21の外周面に固定されてロータ31とともに回転することで作動流体を圧縮するインペラ22と、インペラ22を外側から覆うハウジング23とを有している。
The
シャフト21は、軸線O方向に延在する回転軸であり、軸線O回りに回転可能にケーシング5に支持されている。シャフト21は、ハウジング23を軸線O方向に貫通しており、両端がハウジング23から延出している。シャフト21は、後述するケーシング5内において軸線O方向に延在している。
The
インペラ22は、シャフト21とともに回転し、内部に形成されたインペラ流路22aを通過する作動流体を圧縮して圧縮流体を生成する。インペラ22は、シャフト21の外周面に軸線O方向に間隔を空けて複数並んで固定されている。なお、図1において、インペラ22が複数設けられている場合の一例を示しているが、圧縮機2においてインペラ22は、少なくとも1つ以上設けられていればよい。
The
インペラ流路22aは、図2に示すように、インペラ22の軸線O方向の一方側である上流側(図1及び図2紙面右側)を向く端部に形成された入口部分から、インペラ22の軸線Oを基準とする径方向の外側を向く端部に形成された出口部分に向けて作動流体を流通させる。
As shown in FIG. 2, the
ハウジング23は、圧縮機2の外装であり、インペラ22を内部に収容している。ハウジング23は、ケーシング5内に収容されている。ハウジング23は、縮径及び拡径を繰り返す内部空間23aが複数設けられている。この内部空間23aには、それぞれインペラ22が収容されている。内部空間23aでは、インペラ22がハウジング23に対して所定の間隔を隔てて配置されている。ハウジング23には、軸線O方向の上流側に配置されたインペラ22から軸線O方向の他方側である下流側(図1及び図2紙面左側)に隣接するインペラ22に作動流体を流通させるハウジング流路24が形成されている。
The
ハウジング流路24は、図2に示すように、軸線O方向の最も上流側に配置されてインペラ22に対して作動流体を外部から流入させる吸込流路25と、複数のインペラ22同士の間に形成される中間流路26と、軸線O方向の最も下流側に配置されたインペラ22から圧縮された作動流体を外部に吐出する吐出流路(不図示)とを有している。
As shown in FIG. 2, the
吸込流路25は、軸線O方向の最も上流側に配置されたインペラ22よりも上流側の位置に形成されている。吸込流路25は、軸線O方向の最も上流側に配置されたインペラ22に作動流体を流入させる流入流路である。吸込流路25は、ハウジング23の軸線O方向の上流側の周方向の一部に形成された開口から径方向の内側に向かって延び、インペラ流路22aの入口に向かって作動流体を流通させる。吸込流路25には、ハウジング23の外部から吸い込まれた作動流体を所望の方向へ転向させてインペラ流路22aに案内するインレットガイドベーン251(ガイドベーン)が設けられている。
The
インレットガイドベーン251は、不図示の動作機構によって、角度を変更可能とされている。インレットガイドベーン251における所望の方向とは、例えば、外部から吸い込まれた作動流体に予旋回を加える方向であり、径方向に向かうにしたがってインペラ22の回転方向の前方側に傾斜する方向である。本実施形態のインレットガイドベーン251は、制御部6から信号に基づいて、インペラ流路22aに流入する作動流体の流入方向に対する相対角度が小さくなるように角度が調整される。
The angle of the
中間流路26は、軸線O方向に隣接するインペラ22の間を繋ぐように形成されている。中間流路26は、ハウジング23の外部には連通せず、ハウジング23の内部に形成されている。中間流路26は、インペラ流路22aの出口部分から径方向の外側に向かって延びるディフューザ流路27と、ディフューザ流路27に接続され、隣接するインペラ22のインペラ流路22aの入口部分に向かって延びるリターン流路28とを有している。
The
ディフューザ流路27は、入口がインペラ流路22aの出口部分と対向しており、インペラ流路22aから排出された作動流体を径方向の外側に向かって流通させる。ディフューザ流路27は、インペラ22によって圧送される作動流体が流通する排出流路である。ディフューザ流路27には、インペラ流路22aから排出された作動流体を所望の方向へ転向させるディフューザベーン271が設けられていている。
The
ディフューザベーン271は、不図示の動作機構によって、角度を変更可能とされている。ディフューザベーン271における所望の方向とは、流通する作動流体の動圧を静圧として回復させる方向であり、径方向に向かうにしたがってインペラ22の回転方向の前方側に傾斜する方向である。本実施形態のディフューザベーン271は、制御部6から信号に基づいて、インペラ流路22aからディフューザ流路27に流入する作動流体の流入方向に対する相対角度が小さくなるように角度が調整される。
The angle of the
リターン流路28は、ディフューザ流路27を流通した作動流体をインペラ流路22aに流入させる流入流路である。リターン流路28は、ディフューザ流路27の径方向の外側の端部に接続された曲り流路281と、曲り流路281の端部に接続された直線流路282とを有している。
The
曲り流路281は、ディフューザ流路27の径方向の外側に対して連続して形成されている。曲り流路281は、径方向の外側に延びた後に径方向の内側に湾曲するように延びている。曲り流路281は、径方向の外側へ向かう作動流体の流れを、径方向の内側に向かう流れに転向する。
The
直線流路282は、曲り流路281からインペラ流路22aの入口部分に向かって径方向の内側に向かって延びている。直線流路282は、曲り流路281のディフューザ流路27との接続部分とは逆側に対して連続して形成されている。直線流路282には、ディフューザ流路27を流通した作動流体を所望の方向へ転向させるリターンベーン282aが設けられていている。
The
モータ3は、図1に示すように、圧縮機2に対して軸線O方向に間隔を空けてケーシング5内に収容されている。モータ3は、シャフト21と一体をなすように固定されたロータ31と、ロータ31の外周側に配置されるステータ32とを有している。
As shown in FIG. 1, the motor 3 is accommodated in the
ロータ31は、シャフト21と一体となって軸線O回りに回転可能とされている。ロータ31は、圧縮機2のシャフト21に対してギア等を介さずに一体となって回転するように、軸線Oを基準とする周方向の外側であるシャフト21の外周側に直接的に接続されている。ロータ31は、例えば、ステータ32が回転磁界を生成することで誘導電流が流れる回転子鉄心(不図示)を有している。
The
ステータ32は、ロータ31を外周側から覆うように周方向に隙間を空けて設けられている。ステータ32は、例えばロータ31の周方向に沿って複数配置された固定子鉄心(不図示)と、固定子鉄心に巻回された固定子巻線(不図示)とを有している。ステータ32は、外部から電流が流れることで回転磁場を生成してロータ31を回転させる。ステータ32は、ケーシング5内に固定されている。
The
軸受部4は、ケーシング5内に収容され、シャフト21を回転可能に支持する。本実施形態の軸受部4は、複数のジャーナル軸受41及びスラスト軸受42を備えている。
The
ジャーナル軸受41は、シャフト21に対して径方向に作用する荷重を支持する。ジャーナル軸受41は、軸線O方向からモータ3及び圧縮機2を挟み込むようにシャフト21の軸線O方向の両端に配置されている。ジャーナル軸受41は、圧縮機2が設けられた領域とモータ3が設けられた領域との間であって、後述するシール部材51よりもモータ3側にも配置されている。
The journal bearing 41 supports a load that acts on the
スラスト軸受42は、シャフト21に形成されたスラストカラー21aを介して、シャフト21に対して軸線O方向に作用する荷重を支持する。スラスト軸受42は、圧縮機2が設けられた領域とモータ3が設けられた領域との間であって、後述するシール部材51よりも圧縮機2側に配置されている。
The
ケーシング5は、圧縮機2とモータ3とを内部に収容している。ケーシング5は、軸線Oに沿った円筒形状をなしている。ケーシング5の内面は、軸線O方向の圧縮機2とモータ3との間でシャフト21に向かって突出している。ケーシング5は、圧縮機2が設けられた領域とモータ3が設けられた領域との間をシールするシール部材51が突出した部分に設けられている。
The
制御部6は、予め定めた運転条件で圧縮機2が運転するように、圧縮機2及びモータ3を制御する。制御部6は、インレットガイドベーン251及びディフューザベーン271の角度を制御する。制御部6は、モータ3のロータ31の回転数を制御する。制御部6は、図2に示すように、要求される圧力及び流量の値である要求PQ特性値と要求されるインペラ22の回転数である要求回転数とが入力される入力部61と、入力された要求PQ特性値及び要求回転数が予め定めた基準を満たしているか否かを判定する判定部62と、判定部62での判定結果に基づいて、モータ3、インレットガイドベーン251、及び、ディフューザベーン271に信号を送る出力部63とを有している。
The
入力部61は、入力された要求PQ特性値及び要求回転数を判定部62に出力する。
判定部62は、要求回転数が予め定めた基準を満たしているか否かを判定するとともに、要求PQ特性値が初期運転範囲に収まっているか否かを判定する。判定部62は、判定結果に基づいて、インレットガイドベーン251またはディフューザベーン271の角度をどれだけ調整するか出力部63に指示を送る。
The
The
ここで、初期運転範囲とは、初期設定状態の圧縮機2がサージを起こさずに運転可能な範囲である。初期運転範囲は、図3に示す圧縮機2の圧力−流量の関係を示す曲線において、初期値として定めた角度のインレットガイドベーン251及びディフューザベーン271によって定められるサージコントロールライン(Surge Control Line)SCL11、SCL12や、後述する角度を変更した後のインレットガイドベーン251及びディフューザベーン271によって定められるサージコントロールラインSCL21、SCL22よりも右側の領域である。なお、これらサージコントロールラインよりも左側の領域では、サージが発生する。
Here, the initial operation range is a range in which the
具体的には、本実施形態の判定部62は、入力された要求回転数が予め定めた第一基準を下回っているか否かを判定する。判定部62は、入力された要求回転数が予め定めた第二基準を上回っているか否かを判定する。
Specifically, the
ここで、第一基準とは、定格運転時の回転数を100%とした場合に、回転数100%の状態よりも低圧及び低流量の領域で圧縮機2が運転される回転数である。逆に、第二基準とは、回転数100%の状態よりも高圧及び高流量の領域で圧縮機2が運転される回転数である。
本実施形態では、第一基準を回転数100%とし、第二基準を回転数110%とする。
Here, the first reference is the rotational speed at which the
In the present embodiment, the first reference is the rotation speed 100%, and the second reference is the
判定部62は、入力された要求回転数が第一基準である回転数100%よりも小さい場合にインレットガイドベーン251を調整するよう出力部63に指示を送る。判定部62は、要求回転数が第一基準よりも小さいと判定した場合には、入力された要求PQ特性値が、初期運転範囲の低圧及び低流量の領域の低域側サージコントロールラインSCL12よりも右側の領域に収まっているか否かを判定する。したがって、例えば、要求PQ特性値が図3のαの領域の値である場合には、要求PQ特性値が低域側サージコントロールラインSCL12を超えていると判定する。この場合、判定部62は、吸込流路25からインペラ流路22aに流入する作動流体の流入方向に対する相対角度が小さくなるようにインレットガイドベーン251の角度を調整するよう出力部63に指示を送る。
The
判定部62は、入力された要求回転数が第二基準である回転数110%よりも大きい場合にディフューザベーン271を調整するよう出力部63に指示を送る。判定部62は、要求回転数が第二基準よりも大きいと判定した場合には、入力された要求PQ特性値が、初期運転範囲の高圧及び高流量の領域の高域側サージコントロールラインSCL11よりも右側の領域に収まっているか否かを判定する。したがって、例えば、要求PQ特性値が図3のβの領域の値である場合には、要求PQ特性値が高域側サージコントロールラインSCL11を超えていると判定する。この場合、判定部62は、インペラ流路22aからディフューザ流路27に流入する作動流体の流入方向に対する相対角度が小さくなるようにディフューザベーン271の角度を調整するよう出力部63に指示を送る。
The
判定部62は、入力された要求回転数が第一基準よりも大きく第二基準よりも小さい場合には、インレットガイドベーン251及びディフューザベーン271のいずれの角度も調整しないよう出力部63に指示を送る。判定部62は、入力された要求PQ特性値が初期運転範囲を超えていない場合にも、インレットガイドベーン251及びディフューザベーン271のいずれの角度も調整しないよう出力部63に指示を送る。
The
出力部63は、判定部62を介して入力部61から入力された要求回転数に基づいて、モータ3にロータ31の回転数を変更するよう指示を送る。出力部63は、判定部62での判定結果に基づいて、インレットガイドベーン251またはディフューザベーン271に角度を変更するように指示を送る。なお、インレットガイドベーン251またはディフューザベーン271に角度の変化量は、要求PQ特性値と現状のPQ特性値との差から適宜設定されればよい。
The
本実施形態では、出力部63からの指示を受けてインレットガイドベーン251の角度が調整されることで、図3の示すように、低圧及び低流量の領域の低域側サージコントロールラインSCL12の位置がSCL22に変化する。また、出力部63からの指示を受けてディフューザベーン271の角度が調整されることで、高圧及び高流量の領域の高域側サージコントロールラインSCL11の位置がSCL12に変化する。
In the present embodiment, the angle of the
上記のような圧縮機システム1によれば、制御部6の入力部61に入力された要求PQ特性値及び要求回転数に基づいて、図示しない発電機等の外部装置によってステータ32に電流に供給されると、供給された電流に基づいて回転磁界が生成され、モータ3のロータ31がシャフト21とともに要求回転数で回転を開始する。シャフト21が高速で回転することで、圧縮機2では、圧縮機2内に軸線O方向の上流側から流入する作動流体をシャフト21と共に回転するインペラ22が圧縮して軸線O方向の下流側から要求PQ特性値を満たした圧縮流体を排出する。
According to the
ここで、例えば、圧縮機システム1の運転中に生産流体中の油分の含有量等の状態量が変動した場合には、圧縮機2に流入する作動流体の特性が変わってしまい、圧縮機2の吐出圧力が変化する。そのため、圧縮機2の吐出圧力を一定に保つように制御部6の入力部61に要求PQ特性値及び要求回転数を入力する。要求PQ特性値及び要求回転数が入力されることで、出力部63は、要求回転数にしたがってモータ3にロータ31の回転数を変化させるように指示を送り、ロータ31を介してインペラ22の回転数を調整する。同時に、判定部62では、要求回転数が第一基準を下回っていると判定した場合には、要求PQ特性値が低域側サージコントロールラインSCL12を超えているか否かを判定する。要求回転数が第一基準を下回っており、要求PQ特性値が低域側サージコントロールラインSCL12を超えている場合には、判定部62から出力部63にインレットガイドベーン251の角度を調整するよう信号を送る。出力部63からの信号を受けたインレットガイドベーン251は、吸込流路25からインペラ流路22aに流入する作動流体の流入方向に対する相対角度が小さくなるように角度を調整する。インレットガイドベーン251の角度が変化することで、低域側サージコントロールラインSCL12の位置がSCL22まで変化する。同時に、回転数110%の運転領域は線L111から線L112に変化する。したがって、低圧及び低流量の領域におけるPQ特性を向上させることができる。
Here, for example, when the state quantity such as the oil content in the production fluid fluctuates during the operation of the
また、判定部62では、要求回転数が第二基準を上回っていると判定した場合には、要求PQ特性値が高域側サージコントロールラインSCL11を超えているか否かを判定する。要求回転数が第二基準を上回っており、要求PQ特性値が高域側サージコントロールラインSCL11を超えている場合には、判定部62から出力部63にディフューザベーン271の角度を調整するよう信号を送る。出力部63からの信号を受けたディフューザベーン271は、インペラ流路22aからディフューザ流路27に流入する作動流体の流入方向に対する相対角度が小さくなるように角度を調整する。ディフューザベーン271の角度が変化することで、高域側サージコントロールラインSCL11の位置がSCL12まで変化する。同時に、回転数110%の運転領域は線L111から線L112に変化する。したがって、高圧及び高流量の領域におけるPQ特性を向上させることができる。
If the
即ち、運転中にPQ特性を向上させるようにサージコントロールラインを変化させることができる。そのため、インペラ流路22aに流入する作動流体の状態量が変化した場合であっても、吐出圧力を一定とするような運転を広範囲にわたって圧縮機2に実施させることができる。したがって、圧縮機2の運転範囲を広げることで、変化する運転条件に対応させることができる。
That is, the surge control line can be changed so as to improve the PQ characteristic during operation. Therefore, even when the state quantity of the working fluid flowing into the
また、要求回転数が低い場合には、インペラ22が低回転数で回転するために、圧縮機2は低圧及び低流量の領域で運転される。即ち、要求回転数が低い場合には、インペラ22による作動流体の圧縮効率が低いために、インペラ流路22aを流通する作動流体の体積流量が多くなる。そのため、要求回転数が低い場合では、インペラ流路22aに流入する作動流体の流入方向が圧縮機2の運転範囲に大きく影響を与える。したがって、要求回転数が予め定めた第一基準よりも小さい場合に、インペラ流路22aへの作動流体の流入側である吸込流路25からインペラ流路22aに流入する作動流体の流入方向に対するインレットガイドベーン251の相体角度を小さくすることで、効率的にPQ特性を向上させることができる。これにより、インレットガイドベーン251の角度を調整することで、低圧及び低流量の領域でディフューザベーン271を調整するよりも効率的に圧縮機2の運転範囲を広げることができる。
Further, when the required rotational speed is low, the
また、要求回転数が高い場合には、圧縮機2は高圧及び高流量の領域で運転される。即ち、要求回転数が高い場合には、作動流体の圧縮効率が高いために、インペラ流路22aを流通する作動流体の体積流量が少なくなる。そのため、高圧及び高流量の領域では、インペラ流路22aから流出する作動流体のディフューザ流路27への流入角度が圧縮機2の運転範囲に大きく影響を与える。したがって、要求回転数が予め定めた第二基準よりも大きい場合に、インペラ流路22aからの作動流体の流出側であるディフューザ流路27に流入する作動流体の流入角度に対するディフューザベーン271の相対角度を小さくすることで、効率的にPQ特性を向上させることができる。これにより、ディフューザベーン271の角度を調整することで、高圧及び高流量の領域でインレットガイドベーン251を調整するよりも効率的に圧縮機2の運転範囲を広げることができる。
Further, when the required rotational speed is high, the
また、要求PQ特性値が初期運転範囲を超えている場合のみインレットガイドベーン251やディフューザベーン271の角度を判定することで、必要な場合のみPQ特性を向上させるように変化させることができ、効率的に圧縮機2の運転範囲を広げることができる。
Further, by determining the angles of the
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、各実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。また、本発明は実施形態によって限定されることはなく、特許請求の範囲によってのみ限定される。 Although the embodiments of the present invention have been described in detail with reference to the drawings, the configurations and combinations of the embodiments in the embodiments are examples, and the addition and omission of configurations are within the scope not departing from the gist of the present invention. , Substitutions, and other changes are possible. Further, the present invention is not limited by the embodiments, and is limited only by the scope of the claims.
なお、ガイドベーンは、本実施形態のように吸込流路25に設けられたインレットガイドベーン251であることに限定されるものではなく、流入流路に設けられてインペラ流路22aに流入する作動流体を所望の方向へ転向させることができればよい。例えば、ガイドベーンは、リターン流路28の直線流路282に設けられたリターンベーン282aであってもよい。
Note that the guide vane is not limited to the
また、本実施形態では、ガイドベーンであるインレットガイドベーン251とディフューザベーン271とを共に配置した構成としたが、このような構成に限定されるものではない。即ち、圧縮機2には、ガイドベーンのみを設けてもよく、ディフューザベーン271のみを設けてもよい。
In the present embodiment, the
また、ガイドベーン及びディフューザベーン271は、インペラ22が複数設けられている場合に、全てのインペラ22に対して設けられていることに限定されるものではなく、運転範囲を調整したい任意の段のインペラ22周りにのみ配置してもよい。
Further, when a plurality of
また、本実施形態の判定部62では、予め定めた運転範囲に収まっているか否かを判定する基準として、第一基準と第二基準との異なった基準を用いたが、これに限定されるものではない。例えば、一つの基準を用いて予め定めた運転範囲に収まっているか否かを判定してもよい。
Moreover, in the
1…圧縮機システム O…軸線 2…圧縮機 21…シャフト 22…インペラ 22a…インペラ流路 23…ハウジング 23a…内部空間 24…ハウジング流路 25…吸込流路 251…インレットガイドベーン 26…中間流路 27…ディフューザ流路 271…ディフューザベーン 28…リターン流路 281…曲り流路 282…直線流路 282a…リターンベーン 3…モータ 31…ロータ 32…ステータ 33…隙間 4…軸受部 41…ジャーナル軸受 42…スラスト軸受 5…ケーシング5 51…シール部材 6…制御部 61…入力部 62…判定部 63…出力部
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記ロータとともに回転することで作動流体を圧縮するインペラを有する圧縮機と、を備え、
前記圧縮機は、
前記インペラに作動流体を流入させる流入流路、及び、前記インペラによって圧送される作動流体が流通する排出流路が形成されたハウジングと、
前記流入流路に設けられて角度を変更可能なガイドベーンと、
前記排出流路に設けられて角度を変更可能なディフューザベーンと、
前記ガイドベーン及びディフューザベーンの角度を制御する制御部と、を有し、
前記制御部は、
要求される圧力及び流量の値である要求PQ特性値と前記インペラの回転数とに基づいて、前記ガイドベーン及び前記ディフューザベーンの少なくとも一方の角度を制御する圧縮機システム。 A motor having a rotor that rotates about an axis, and a stator that is disposed on an outer peripheral side of the rotor;
A compressor having an impeller that compresses the working fluid by rotating together with the rotor,
The compressor is
A housing formed with an inflow channel for allowing working fluid to flow into the impeller, and a discharge channel through which the working fluid pumped by the impeller flows;
A guide vane provided in the inflow channel and capable of changing an angle;
A diffuser vane provided in the discharge channel and capable of changing an angle;
A control unit for controlling the angle of the guide vane and the diffuser vane,
The controller is
A compressor system that controls an angle of at least one of the guide vane and the diffuser vane based on a required PQ characteristic value that is a value of a required pressure and flow rate and a rotation speed of the impeller.
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