JP2016514789A - Method and system for controlling a turbo compressor - Google Patents

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Abstract

サージを防止するためにターボ圧縮機を調整する方法について説明する。本方法は、ターボ圧縮機21の少なくとも1つのサージ限界線(SLL)を提供するステップと、ターボ圧縮機21の補正速度(Nc)の実際の値を連続的に決定するステップと、補正速度の実際の値に対応して、サージ限界線上の少なくとも最大許容圧力比(PRmax)を連続的に決定するステップと、実際の圧力比(PR)を連続的に決定するステップと、実際の圧力比が最大許容圧力比以上である場合にアンチサージ構成を作動させるステップと、を含む。【選択図】図5A method for adjusting the turbo compressor to prevent surge will be described. The method includes providing at least one surge limit line (SLL) of the turbo compressor 21; continuously determining an actual value of the correction speed (Nc) of the turbo compressor 21; Corresponding to the actual value, at least the maximum allowable pressure ratio (PRmax) on the surge limit line is continuously determined, the actual pressure ratio (PR) is continuously determined, and the actual pressure ratio is Activating an anti-surge configuration when greater than a maximum allowable pressure ratio. [Selection] Figure 5

Description

本開示は、圧縮機システムに関し、より具体的には、ガス流を処理するための軸流および/または遠心圧縮機を含むターボ圧縮機システムに関する。本開示の主題は、具体的には、サージおよびその他の望ましくない運転条件などの動作包絡線外の現象を防止するために圧縮機装置を制御するための方法およびシステムに関する。   The present disclosure relates to compressor systems, and more particularly to turbo compressor systems that include axial and / or centrifugal compressors for processing gas streams. The subject matter of this disclosure relates specifically to methods and systems for controlling compressor equipment to prevent phenomena outside the operating envelope, such as surges and other undesirable operating conditions.

ターボ圧縮機は、作動ガス流の圧力を引き上げるのに用いる作動吸収ターボ機械である。作動流体の圧力は、1つもしくは複数の翼車および/または環状に配置された1つもしくは複数の組のブレードを支持するロータの回転により、作動流体の連続的な流れに運動エネルギーを加えることによって増加する。ガスおよびオイル用途、冷却システム、ガスタービン、ならびに他の用途において、例えば生産サイトから消費者の場所にガスを送るために、天然ガスのパイプライン輸送でターボ圧縮機が頻繁に使用されている。   A turbo compressor is a working absorption turbomachine used to raise the pressure of a working gas stream. The pressure of the working fluid adds kinetic energy to the continuous flow of working fluid by rotation of the rotor supporting one or more impellers and / or one or more sets of blades arranged in an annulus. Increase by. In gas and oil applications, cooling systems, gas turbines, and other applications, turbo compressors are frequently used in pipeline transportation of natural gas, for example, to send gas from a production site to a consumer location.

ターボ圧縮機を通る流体の流れは、様々な条件によって影響を受ける可能性があり、それはターボ機械の重大な損傷を招くおそれのある不安定動作をもたらす。   The fluid flow through the turbocompressor can be affected by various conditions, which results in unstable operation that can lead to serious damage to the turbomachine.

圧縮機を流れる作動流体の圧力が最大許容出力圧よりも高くなる場合、および/または流量が最小限度を超えて低下した場合に、圧縮機サージが発生する。   A compressor surge occurs when the pressure of the working fluid flowing through the compressor becomes higher than the maximum allowable output pressure and / or when the flow rate drops below a minimum.

一般に、システム抵抗、すなわちシステム全体にわたる落差、急速な流れおよび吐出圧力の減少をもたらす状況を克服するために、圧縮機が作動流体に十分なエネルギーを加えることができない場合にサージ現象が発生する。サージは、高振動、温度上昇および圧縮機のベアリングの軸方向推力の急激な変化を伴うことがあり得る。これらの現象は、圧縮機、ならびに弁および配管などの圧縮機に接続されたシステムの構成要素を激しく損傷するおそれがある。   In general, surge phenomena occur when the compressor is unable to apply sufficient energy to the working fluid to overcome system resistance, a situation that results in a system-wide drop, rapid flow and reduced discharge pressure. Surges can be accompanied by high vibrations, temperature increases and sudden changes in the axial thrust of the compressor bearing. These phenomena can severely damage the compressor and system components connected to the compressor, such as valves and piping.

他の望ましくない動作条件が、ターボ圧縮機の運転中に生じる可能性がある。より具体的には、チョーク(ストーンウォールとも呼ばれる)は、ヘッドの急激な減少、すなわち圧縮比の低下もたらす条件である。非常に高い流量での動作は、圧縮機の性能に悪影響を及ぼし、圧縮機の損傷を招くおそれがある。サージおよびチョーク現象の発生を防止するために、制御システムが開発され、現在ターボ圧縮機設備において使用されている。   Other undesirable operating conditions can occur during operation of the turbo compressor. More specifically, choke (also called a stone wall) is a condition that causes a rapid decrease of the head, that is, a decrease in the compression ratio. Operation at very high flow rates can adversely affect compressor performance and cause compressor damage. In order to prevent the occurrence of surges and chokes, control systems have been developed and are currently used in turbo compressor installations.

図1は、システム1の例示的な実施形態を概略的に示し、システム1は、主原動機5、例えば電動モータによって回転駆動されるターボ圧縮機3、ガスまたは蒸気タービンなどを含む。符号7は吸込ラインを示し、そこから作動流体がターボ圧縮機3の吸込側すなわち入口側に供給される。符号9は吐出パイプを示し、圧縮された流体がそれを通って圧縮機3の吐出側から排出される。   FIG. 1 schematically shows an exemplary embodiment of a system 1, which includes a main prime mover 5, such as a turbo compressor 3 that is rotationally driven by an electric motor, a gas or steam turbine, and the like. Reference numeral 7 denotes a suction line from which a working fluid is supplied to the suction side, that is, the inlet side of the turbo compressor 3. Reference numeral 9 denotes a discharge pipe through which compressed fluid is discharged from the discharge side of the compressor 3.

図2は、圧縮機性能マップ、典型的には、軸流圧縮機の圧縮機性能マップを概略的に示す。性能マップは、縦軸に圧力比を示し、横軸に入口体積流量を示す。入口の流量を文字Qで示す。圧縮機の動作条件、例えば回転速度(rpm)に応じて、複数の予想性能曲線を性能マップに記録することができる。各曲線は、異なる圧縮機回転速度に対応することができる。したがって、所与の圧縮機の設定に対して、性能曲線のファミリーを性能マップ上に記録することができる。ターボ圧縮機の種々の設定または動作条件について、例えばターボ圧縮機に提供され得る可変静翼(VSV)の様々な位置について、類似した曲線ファミリーを描くことができる。各性能曲線は、サージポイント、すなわち圧力比および圧縮機を流れるガス流量がある値に到達し、それを越えるとサージ現象が発生するポイントによって制限される。各性能曲線は、これを超えるとチョーク現象が発生するチョークポイントによってさらに制限される。線SLLは、いわゆるサージ限界線であって、性能マップに記録された様々な性能曲線のサージポイントによって形成される。線CLLは、チョーク限界線であって、チョークポイントによって形成される。SLL線およびCLL線は、包絡線、すなわち性能マップの一部分を規定し、その内側では、ターボ圧縮機の安定した運転条件を保証し、サージおよびチョーク条件の両方を防止するように、圧縮機の動作点が維持されなければならない。   FIG. 2 schematically shows a compressor performance map, typically a compressor performance map for an axial compressor. The performance map shows the pressure ratio on the vertical axis and the inlet volume flow on the horizontal axis. The inlet flow rate is indicated by the letter Q. A plurality of expected performance curves can be recorded in the performance map depending on the operating conditions of the compressor, such as the rotational speed (rpm). Each curve can correspond to a different compressor rotational speed. Thus, for a given compressor setting, a family of performance curves can be recorded on the performance map. Similar curve families can be drawn for various settings or operating conditions of the turbocompressor, for example for various positions of the variable stator vane (VSV) that can be provided to the turbocompressor. Each performance curve is limited by the surge point, i.e. the pressure ratio and the point at which the gas flow through the compressor reaches a certain value, beyond which the surge phenomenon occurs. Each performance curve is further limited by the choke point above which the choke phenomenon occurs. The line SLL is a so-called surge limit line and is formed by surge points of various performance curves recorded in the performance map. Line CLL is a choke limit line and is formed by choke points. The SLL and CLL lines define the envelope, or part of the performance map, within which the compressor's compressor is designed to ensure stable operating conditions and prevent both surge and choke conditions. The operating point must be maintained.

したがって、SLLおよびCLLは、ターボ圧縮機の動作の限界を示しており、サージおよびチョーク現象のリスクを防止するために、それを超えてターボ圧縮機を動作させないようにする。公知の圧縮機システムは、ターボ圧縮機を制御するための制御装置および構成を備えており、常に性能マップの安定領域内、すなわちサージ限界線SLLとチョーク限界線CLLとの間で動作する。   Thus, SLL and CLL indicate the limits of turbo compressor operation, and in order to prevent the risk of surge and choke phenomena, do not operate the turbo compressor beyond that. Known compressor systems are equipped with a control device and configuration for controlling a turbo compressor and always operate within the stability region of the performance map, ie between the surge limit line SLL and the choke limit line CLL.

図1の概略図では、制御部11は、ターボ機械の動作条件を判定し、サージおよびチョーク現象の発生を防止するためのアンチサージ制御およびアンチチョーク制御を提供するために、ターボ圧縮機を取り囲む様々な手段に接続されている。   In the schematic diagram of FIG. 1, the controller 11 surrounds the turbo compressor to determine the operating conditions of the turbomachine and to provide antisurge and antichoke control to prevent the occurrence of surge and choke phenomena. Connected to various means.

より具体的には、図1に示すように、制御部11は、フローエレメント13とも呼ばれる流量測定装置に接続され、フローエレメント13は、ターボ圧縮機3の入口体積流量を決定するように設計され構成されている。入口側すなわち吸込側の温度センサは温度Tsを提供し、圧力センサは吐出圧力値Pdおよび吸込圧力値Psを提供するか、あるいは圧縮比Pd/Psを直接提供する。   More specifically, as shown in FIG. 1, the control unit 11 is connected to a flow rate measuring device also called a flow element 13, and the flow element 13 is designed to determine the inlet volume flow rate of the turbo compressor 3. It is configured. The inlet or suction side temperature sensor provides the temperature Ts, and the pressure sensor provides the discharge pressure value Pd and the suction pressure value Ps, or directly provides the compression ratio Pd / Ps.

入力データに基づいて、制御部11は、ターボ圧縮機3の動作のどの時点でも入口体積流量および圧力比を決定することができる。これら2つのパラメータは、図2の圧縮機性能マップ上の動作点を規定する。追加パラメータとして圧縮機の回転速度N(rpm)を提供することができるので、性能マップにおける圧縮機動作点の実際の位置を決定するために、正確な動作曲線を選択することができる。動作点が動いてサージ限界線SLLに接近した場合には、サージ制御システムは、アンチサージバイパス弁15を作動させる。弁15は、圧縮機3の吐出側と吸込側とを接続するバイパスライン17上に配置されている。ターボ圧縮機3から吐出される作動流体の一部は、必要であれば、サージ現象を防止するためにアンチサージ弁15を通って再循環される。吐出圧が増加して、動作点がサージ限界線SLLに近づくと、アンチサージ制御装置は、アンチサージバイパス弁15を開いて、圧縮機を流れる流量を増加させ、吐出圧を減少させることができる。   Based on the input data, the control unit 11 can determine the inlet volume flow rate and the pressure ratio at any time during the operation of the turbo compressor 3. These two parameters define the operating point on the compressor performance map of FIG. Since the compressor rotational speed N (rpm) can be provided as an additional parameter, an accurate operating curve can be selected to determine the actual position of the compressor operating point in the performance map. When the operating point moves and approaches the surge limit line SLL, the surge control system activates the anti-surge bypass valve 15. The valve 15 is disposed on a bypass line 17 that connects the discharge side and the suction side of the compressor 3. A part of the working fluid discharged from the turbo compressor 3 is recirculated through the antisurge valve 15 to prevent a surge phenomenon, if necessary. When the discharge pressure increases and the operating point approaches the surge limit line SLL, the anti-surge control device can open the anti-surge bypass valve 15 to increase the flow rate through the compressor and decrease the discharge pressure. .

アンチサージ弁15を通って再循環される前に、作動流体を熱交換器19で冷却することができる。   Prior to recirculation through the anti-surge valve 15, the working fluid can be cooled with a heat exchanger 19.

いくつかの実施形態では、サージ制御構成は、抽気ラインを設けることができ、それに沿ってアンチサージ弁が配置され、気体の性質が許すのであれば、環境に処理ガスを放出するように設計される。   In some embodiments, the surge control configuration can be provided with a bleed line along with an anti-surge valve positioned and designed to release process gas to the environment if the nature of the gas allows. The

吸込ライン7に沿って、あるいはターボ圧縮機3の吐出ラインの上流側または下流側に沿って配置されたアンチチョーク制御弁を閉じることにより、圧縮機のチョークを防止することができる。   By closing the anti-choke control valve disposed along the suction line 7 or upstream or downstream of the discharge line of the turbo compressor 3, choke of the compressor can be prevented.

実際の既知の解決策は、サージ現象を防止するために、圧縮機の作動点を決定するためのフローエレメント13を必要とする。いくつかの用途では、フローエレメント13は、扱いにくいものであって、入口流量の正確な測定を提供するために、その上流側および下流側に比較的長いパイプを必要とする。ターボ圧縮機の入口側すなわち吸込側に測定要素または装置を設けることは、特に空気ターボ圧縮機では、困難な場合があり得る。   The actual known solution requires a flow element 13 for determining the operating point of the compressor in order to prevent surge phenomena. In some applications, the flow element 13 is cumbersome and requires relatively long pipes upstream and downstream to provide an accurate measurement of inlet flow. Providing measuring elements or devices on the inlet side or the suction side of the turbocompressor can be difficult, especially with air turbocompressors.

米国特許出願公開第2007/095063号明細書US Patent Application Publication No. 2007/095063

本明細書で開示される主題は、少なくとも1つの圧縮機を含む圧縮システムのアンチサージ制御を提供するための改良された方法および装置に関する。いくつかの実施形態では、本方法および装置は、圧縮機のアンチサージおよび/またはアンチチョーク制御を提供する。   The subject matter disclosed herein relates to an improved method and apparatus for providing anti-surge control of a compression system that includes at least one compressor. In some embodiments, the method and apparatus provide compressor anti-surge and / or anti-choke control.

いくつかの実施形態では、少なくとも1つの動作包絡線が規定され、圧縮機の動作点が動作包絡線内に収まるように制御される。動作点が動作包絡線の外側または境界にある場合、あるいは、前記動作点が包絡線の境界に近づく場合に、操作が実行される。動作包絡線は、圧縮機の2つの動作パラメータすなわち圧縮機の補正速度および圧力比に基づく性能マップに基づいて定義される。圧力比は、圧縮機の吐出圧力と吸込圧力との比である。補正速度は、圧縮機によって処理されるガスの吸込温度および圧縮機の回転速度の関数として定義される。したがって、補正速度は、以下の比に比例する。   In some embodiments, at least one operating envelope is defined and controlled so that the operating point of the compressor falls within the operating envelope. An operation is performed when the operating point is outside or at the boundary of the operating envelope, or when the operating point approaches the boundary of the envelope. The operating envelope is defined based on a performance map based on two compressor operating parameters, namely the compressor correction speed and pressure ratio. The pressure ratio is a ratio between the discharge pressure and the suction pressure of the compressor. The correction speed is defined as a function of the suction temperature of the gas being processed by the compressor and the rotational speed of the compressor. Therefore, the correction speed is proportional to the following ratio:

ここで、
Tsは、圧縮機入口における処理流体温度であり、
Nは、圧縮機の回転速度である。
here,
Ts is the process fluid temperature at the compressor inlet,
N is the rotational speed of the compressor.

ガス組成が一定であれば、補正速度は上述した比によって定義される。したがって、本明細書で開示する方法は、既知で一定の組成を有するガス、例えば二酸化炭素などを処理する圧縮機のアンチサージ/アンチチョーク制御に好適である。   If the gas composition is constant, the correction speed is defined by the ratio described above. Accordingly, the method disclosed herein is suitable for anti-surge / anti-choke control of a compressor that processes a gas having a known and constant composition, such as carbon dioxide.

動作包絡線は、吸込限界線、チョーク限界線、ならびに最大許容補正速度および最小許容補正速度を境界とすることができる。   The operating envelope can be bounded by a suction limit line, a choke limit line, and a maximum allowable correction speed and a minimum allowable correction speed.

可動入口案内翼すなわち可変静翼が圧縮機に設けられている場合には、動作包絡線は、可変静翼の位置ごとに定義することができる。したがって、いくつかによれば、複数の動作包絡線は、補正速度対圧縮比図すなわち性能マップにおいて規定される。可変静翼の実際の位置に応じて、対応する動作包絡線が、アンチサージおよび/またはアンチチョーク制御のために選択される。可変静翼の位置は典型的には連続的に変化し得るので、いくつかの実施形態によれば、限られた数の動作包絡線が決定され、それは可変静翼の異なる位置の限定された数に対応している。可変静翼の実際の位置が、包絡線が決定されたものおよび制御目的のために格納された対応するデータと異なる場合には、新たな中間動作包絡線が、データが利用可能な2つの最も近い動作包絡線のデータを補間することにより算出される。   When a movable inlet guide vane, that is, a variable vane is provided in the compressor, an operation envelope can be defined for each position of the variable vane. Thus, according to some, a plurality of motion envelopes are defined in a corrected speed versus compression ratio diagram or performance map. Depending on the actual position of the variable vane, a corresponding operating envelope is selected for anti-surge and / or anti-choke control. Since the position of the variable vane can typically vary continuously, according to some embodiments, a limited number of operating envelopes are determined, which are limited for different positions of the variable vane. It corresponds to the number. If the actual position of the variable vane is different from the one for which the envelope was determined and the corresponding data stored for control purposes, the new intermediate motion envelope is the two most available data. It is calculated by interpolating the data of the near motion envelope.

したがって、いくつかの実施形態によれば、サージを防止するためにターボ圧縮機を調整する方法が提供され、本方法は、
ターボ圧縮機の少なくとも1つの動作条件について、少なくとも1つのサージ限界線および/または少なくとも1つのチョーク線を提供するステップと、
圧縮機入口における処理ガス温度、圧縮機の回転速度、ならびに吐出圧力値および吸込圧力値を測定する、圧縮機の動作点を連続的に決定するステップと、
比率
Thus, according to some embodiments, a method for adjusting a turbo compressor to prevent surges is provided, the method comprising:
Providing at least one surge limit line and / or at least one choke line for at least one operating condition of the turbo compressor;
Continuously determining the operating point of the compressor, measuring the process gas temperature at the compressor inlet, the rotational speed of the compressor, and the discharge pressure value and the suction pressure value;
ratio

に比例する補正速度であるターボ圧縮機の補正速度の実際の値を連続的に決定するステップと、
補正速度の実際の値に対応する、少なくともサージ限界線上の最大許容圧力比および/または少なくともチョーク線上の最小許容圧力比を連続的に決定するステップと、
吐出圧力と吸込圧力との比に等しい実際の圧力比を連続的に決定するステップと、
実際の圧力比が最大許容圧力比以上であるか、または最小許容圧力比以下である場合には、吸込ラインを通して圧縮機の圧縮ガスの一部を再循環させるために、アンチサージ構成を作動させるステップと、を含む。
Continuously determining the actual value of the turbo compressor correction speed, which is a correction speed proportional to
Continuously determining at least the maximum allowable pressure ratio on the surge limit line and / or at least the minimum allowable pressure ratio on the choke line, corresponding to the actual value of the correction speed;
Continuously determining an actual pressure ratio equal to the ratio of the discharge pressure and the suction pressure;
If the actual pressure ratio is above the maximum allowable pressure ratio or below the minimum allowable pressure ratio, activate the anti-surge configuration to recirculate some of the compressor's compressed gas through the suction line Steps.

本開示および添付した特許請求の範囲の文脈において、パラメータを「連続的に決定する」という用語は、圧縮機の連続した動作中に一定または可変の時間間隔で前記パラメータを決定することを含む。   In the context of the present disclosure and the appended claims, the term “determining the parameters continuously” includes determining the parameters at constant or variable time intervals during the continuous operation of the compressor.

好ましい実施形態では、サージ限界線は、チョーク限界線ならびに最大および最小許容補正速度線と共に動作包絡線を規定し、圧縮機の動作点はその範囲内に維持されなければならない。   In a preferred embodiment, the surge limit line defines an operating envelope along with the choke limit line and the maximum and minimum allowable correction speed lines, and the operating point of the compressor must be maintained within that range.

圧縮機の動作点がサージ限界線に近づいている場合には、アンチサージ構成を作動させることができる。アンチサージ構成は、従来技術で公知の任意の構成とすることができる。サージは、アンチサージバイパス弁を開くことにより防止される。特定の実施形態では、処理ガスが空気である場合には、圧縮機吐出流量の一部を環境において排気または抽気することによって、サージを防止することができる。いずれの場合も、吐出流量を増加させることによって、圧縮機の動作点をサージ限界線から離れるようにシフトさせる。   When the operating point of the compressor is approaching the surge limit line, the anti-surge configuration can be activated. The anti-surge configuration can be any configuration known in the prior art. Surge is prevented by opening the anti-surge bypass valve. In certain embodiments, when the process gas is air, surge can be prevented by exhausting or bleeding a portion of the compressor discharge flow rate in the environment. In either case, the operating point of the compressor is shifted away from the surge limit line by increasing the discharge flow rate.

本方法はまた、ターボ圧縮機に入るガスの種類またはガス組成を検知する先行するステップを含むことができる。   The method can also include a preceding step of detecting the type or composition of gas entering the turbocompressor.

正確な速度はガス組成または種類に関係するので、ガス検出または予測によって、本方法のオンライン連続設定が可能になる。   Since the exact rate is related to the gas composition or type, gas detection or prediction allows on-line continuous setting of the method.

特に、作動ガスが経時的に一定でない組成である場合には、本方法は、ターボ圧縮機により作動されるガスについての情報を必要とする。この情報を得るためには、当該技術分野で知られている任意のガス検出器、例えば処理ガスクロマトグラフを用いることができる。   In particular, if the working gas has a composition that is not constant over time, the method requires information about the gas operated by the turbocompressor. To obtain this information, any gas detector known in the art, such as a process gas chromatograph, can be used.

また本装置は、それぞれのガスに関係する動作包絡線を格納するための好適なデータベースを含む。   The apparatus also includes a suitable database for storing operating envelopes associated with each gas.

圧縮機の動作点が上側補正速度限界または下側補正速度限界に近づいた場合には、圧縮機の回転速度をそれぞれ減少または増加させるように動作が行われる。   When the operating point of the compressor approaches the upper correction speed limit or the lower correction speed limit, the operation is performed to decrease or increase the rotation speed of the compressor, respectively.

圧縮機の動作点がチョーク限界線に近づいている場合には、アンチチョーク構成を作動させることができる。前記構成は、当該技術分野で知られている任意の構成とすることができる。例えば、アンチチョーク弁を閉じることができる。   When the compressor operating point is approaching the choke limit line, the anti-choke arrangement can be activated. The configuration can be any configuration known in the art. For example, the anti-choke valve can be closed.

いくつかの実施形態では、可変静翼すなわち可動入口案内翼を圧縮機の吸込側に設けることができる。可変静翼は、圧縮機の動作点が動作包絡線の境界を定める線に接近すること、またはそれを越えて移動することを防止するための制御手段として用いることができる。チョークは、例えば入口の断面積を縮小して、圧縮されたガスの入口流量を減少させることによって、防止することができる。   In some embodiments, a variable vane or movable inlet guide vane can be provided on the suction side of the compressor. The variable vane can be used as a control means to prevent the operating point of the compressor from approaching or moving beyond the line that delimits the operating envelope. Choke can be prevented, for example, by reducing the inlet cross-sectional area and reducing the inlet flow rate of the compressed gas.

また可変静翼は、圧縮機動作点が上側補正速度限界より上に移動すること、または下側補正速度限界より下に低下することを防止するために、作動させることができる。   The variable vane can also be actuated to prevent the compressor operating point from moving above the upper corrected speed limit or falling below the lower corrected speed limit.

さらなる態様によれば、本明細書で開示される主題は、少なくとも1つの圧縮機を含む圧縮システムのためのアンチサージおよび/またはアンチチョーク制御を提供するための装置に関するものであり、前記装置は上記の制御方法を実行する。さらに別の態様によれば、本明細書で開示される主題は、少なくとも1つの圧縮機と、アンチサージおよび/またはアンチチョーク制御のための前記装置と、を含む圧縮システムに関する。   According to a further aspect, the subject matter disclosed herein relates to an apparatus for providing anti-surge and / or anti-choke control for a compression system that includes at least one compressor, said apparatus comprising: The above control method is executed. According to yet another aspect, the subject matter disclosed herein relates to a compression system that includes at least one compressor and the apparatus for anti-surge and / or anti-choke control.

さらなる態様によれば、本明細書で開示される主題は、ターボ圧縮機を調整するための方法に関し、本方法は、
補正速度対圧力比図すなわち性能マップ上の少なくとも1つの圧縮機動作包絡線であって、チョーク限界線、サージ限界線、最大許容補正速度線、および最小許容補正速度線を境界とすることができる動作包絡線を決定するステップと、
前記補正速度対圧力比図上でターボ圧縮機の動作点を連続的に決定するステップと、
動作点が動作包絡線内に含まれているか否かを判定するステップと、
ターボ圧縮機の動作点が動作包絡線内にない場合には、前記ターボ圧縮機の少なくとも1つの動作パラメータを変更するために作動システムを作動させるステップと、を含む。本方法は環境へのガスの拡散を防止することができるので、汚染ガスに特に適している。
According to a further aspect, the subject matter disclosed herein relates to a method for adjusting a turbo compressor, the method comprising:
At least one compressor operating envelope on a corrected speed to pressure ratio diagram or performance map, which can be bounded by a choke limit line, a surge limit line, a maximum allowable correction speed line, and a minimum allowable correction speed line Determining an operating envelope;
Continuously determining the operating point of the turbo compressor on the corrected speed to pressure ratio diagram;
Determining whether the operating point is included in the operating envelope;
Activating an operating system to change at least one operating parameter of the turbo compressor if the operating point of the turbo compressor is not within the operating envelope. The method is particularly suitable for polluted gases because it can prevent the diffusion of gases into the environment.

特徴および実施形態は、以下で開示され、また添付の特許請求の範囲にさらに記載されて、本明細書の不可欠な部分を成す。上記の簡単な説明は、以下の詳細な説明をより良く理解できるように、また当該技術分野への本発明の貢献がより良く評価されるように、本発明の様々な実施形態の特徴を記載している。当然のことながら、以下に説明され、添付の特許請求の範囲に記載される本発明の他の特徴がある。この点に関して、本発明のいくつかの実施形態を詳細に説明する前に、本発明の様々な実施形態は、その応用において、以下の説明に記載しまたは図面に示した構造の詳細および構成要素の配置に限定されるものではないことを理解されたい。本発明は、他の実施形態が可能であり、様々な方法で実施し実行することができる。また、本明細書で用いられる表現および用語は説明のためのものであって、限定としてみなされるべきではないことを理解されたい。   The features and embodiments are disclosed below and are further described in the appended claims and form an integral part of the specification. The brief description above sets forth features of various embodiments of the invention so that the detailed description that follows may be better understood, and so that the contribution of the invention to the art may be better appreciated. doing. There are, of course, other features of the invention that will be described hereinafter and which will be set forth in the appended claims. In this regard, before describing some embodiments of the present invention in detail, the various embodiments of the present invention, in their application, will be described in detail in the following description or shown in the drawings with structural details and components. It should be understood that the present invention is not limited to this arrangement. The invention is capable of other embodiments and of being practiced and carried out in various ways. It should also be understood that the expressions and terms used herein are for purposes of illustration and should not be considered limiting.

このように、当業者は、本発明のいくつかの目的を実行するために、他の構造、方法、および/またはシステムを設計するための基礎として、本開示の基礎を成す概念を容易に利用できることを理解するであろう。したがって、本発明の趣旨および範囲から逸脱しない限り、特許請求の範囲はこのような等価な構成を含むとみなすことが重要である。   As such, one of ordinary skill in the art can readily utilize the concepts underlying this disclosure as a basis for designing other structures, methods, and / or systems to accomplish some objectives of the present invention. You will understand what you can do. It is important, therefore, that the claims be regarded as including such equivalent constructions insofar as they do not depart from the spirit and scope of the present invention.

本発明の開示された実施形態のより完全な評価および本発明に付随する利点の多くは、添付の図面と併せて以下の詳細な説明を参照することによってより良く理解されよう。   A more complete evaluation of the disclosed embodiments of the present invention and many of the attendant advantages of the present invention will be better understood by reference to the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings.

従来技術による圧縮機システムの概略を示す図である。It is a figure which shows the outline of the compressor system by a prior art. アンチサージおよびアンチチョーク制御システムで現在使用されている圧縮機性能マップを示す図である。FIG. 3 shows a compressor performance map currently used in anti-surge and anti-choke control systems. 本発明による圧縮機システムの概略図である。1 is a schematic diagram of a compressor system according to the present invention. 可動可変静翼を有するターボ圧縮機を含むシステムの図3と同様な概略図である。FIG. 4 is a schematic view similar to FIG. 3 of a system including a turbo compressor having moveable variable vanes. 1つの動作包絡線を示す、本発明による圧縮機性能マップを示す図である。FIG. 3 shows a compressor performance map according to the present invention showing one operating envelope. ターボ圧縮機の可動入口案内翼すなわち可変静翼の2つの異なる位置に対応する2つの重なり合った包絡線を示す圧縮機性能マップを示す図である。FIG. 6 is a compressor performance map showing two overlapping envelopes corresponding to two different positions of a movable inlet guide vane or variable vane of a turbo compressor. 本開示による制御アルゴリズムを要約するフローチャートである。6 is a flowchart summarizing a control algorithm according to the present disclosure.

例示的な実施形態の以下の詳細な説明は、添付の図面を参照する。異なる図面における同じ符号は、同一または類似の要素を示す。さらに、図面は必ずしも縮尺通りに描かれていない。また、以下の詳細な説明は、本発明を限定するものではない。そうではなく、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって規定される。   The following detailed description of exemplary embodiments refers to the accompanying drawings. The same reference numbers in different drawings identify the same or similar elements. Further, the drawings are not necessarily drawn to scale. Also, the following detailed description does not limit the invention. Rather, the scope of the invention is defined by the appended claims.

明細書全体にわたって、「一実施形態」または「ある実施形態」または「いくつかの実施形態」に対する言及は、実施形態に関連して説明する特定の特徴、構造または特性が開示される主題の少なくとも1つの実施形態に含まれることを意味する。したがって、本明細書全体にわたって様々な箇所に現れるフレーズ「一実施形態では」または「ある実施形態では」、または「いくつかの実施形態では」というフレーズは、必ずしも同じ実施形態を指すとは限らない。さらに、特定の特徴、構造または特性は、1つまたは複数の実施形態において任意の好適な方法で組み合わせることができる。   Throughout the specification, references to “one embodiment” or “an embodiment” or “some embodiments” refer to at least a particular feature, structure, or characteristic disclosed in connection with the embodiment. It is meant to be included in one embodiment. Thus, the phrases “in one embodiment” or “in one embodiment” or “in some embodiments” appearing in various places throughout this specification are not necessarily referring to the same embodiment. . Furthermore, the particular features, structures or characteristics may be combined in any suitable manner in one or more embodiments.

図3は、本明細書で開示される主題を具現化した圧縮機システム20を概略的に示す。圧縮機システム20は、ターボ圧縮機21、例えば遠心または軸流ターボ圧縮機を含む。ターボ圧縮機21は、原動機23によって回転駆動することができる。いくつかの実施形態では、原動機23は電動モータであってもよい。他の実施形態では、原動機23はガスタービン、例えば航空転用ガスタービンであってもよい。さらなる実施形態では、異なる主原動機、例えば蒸気タービンを用いてもよい。負荷カップリング26は、主原動機23をターボ圧縮機21に接続する。速度操作装置(図示せず)、例えばギアボックスを主原動機23とターボ圧縮機21との間に配置することができる。   FIG. 3 schematically illustrates a compressor system 20 that embodies the subject matter disclosed herein. The compressor system 20 includes a turbo compressor 21, such as a centrifugal or axial flow turbo compressor. The turbo compressor 21 can be rotationally driven by a prime mover 23. In some embodiments, prime mover 23 may be an electric motor. In other embodiments, prime mover 23 may be a gas turbine, such as an aeroderivative gas turbine. In further embodiments, a different main prime mover, such as a steam turbine, may be used. The load coupling 26 connects the main prime mover 23 to the turbo compressor 21. A speed operating device (not shown), for example a gearbox, can be arranged between the main prime mover 23 and the turbo compressor 21.

作動ガスが吸込ライン25を通してターボ圧縮機21の入口側すなわち吸込側に供給され、圧縮された流体が吐出ラインすなわち圧力ライン27を介して圧縮機の吐出側から排出される。逆止すなわちチェック弁29A、29Bは、吸込ラインおよび/または圧力ライン27に配置することができる。   The working gas is supplied to the inlet side of the turbo compressor 21 through the suction line 25, that is, the suction side, and the compressed fluid is discharged from the discharge side of the compressor through the discharge line or pressure line 27. The check or check valves 29A, 29B can be arranged in the suction line and / or the pressure line 27.

熱交換器31は、圧力ライン27上に、あるいは符号31xで示すように、圧力ライン27を吸込ライン25に接続するバイパスライン33に沿って、配置することができる。アンチサージバイパス弁35は、バイパスライン33に沿って配置される。アンチサージ弁35は、以下でより詳細に説明するアンチサージ制御システム37によって制御される。   The heat exchanger 31 can be arranged on the pressure line 27 or along a bypass line 33 connecting the pressure line 27 to the suction line 25 as indicated by reference numeral 31x. The antisurge bypass valve 35 is disposed along the bypass line 33. Anti-surge valve 35 is controlled by an anti-surge control system 37 which will be described in more detail below.

特定の実施形態では、例えば作動流体が空気または環境に排出することができる流体である場合には、吸込ライン25を通って一部が再循環されるとしても、大気中に作動流体を直接排出する抽気ライン上にアンチサージ弁35を配置することができる。   In certain embodiments, for example when the working fluid is a fluid that can be exhausted to the air or the environment, the working fluid is exhausted directly into the atmosphere even though some is recirculated through the suction line 25. The antisurge valve 35 can be arranged on the bleed line to be performed.

ターボ圧縮機に入る作動ガスを検出するために、システムは、ガスの組成または種類を検出するための構成50を備えることができる。この構成は、特定種類のガスクロマトグラフであってもよい。   In order to detect the working gas entering the turbocompressor, the system can comprise a configuration 50 for detecting the composition or type of gas. This configuration may be a specific type of gas chromatograph.

システム20には、制御部39がさらに設けられる。制御部39は、ターボ圧縮機21の入口側すなわち吸込側の温度センサ41、ならびに圧力センサに接続される。圧力センサは、圧縮機の吐出側と吸込側との圧力比の測定値を直接的または間接的に提供する。例として、図3の概略図では、吐出側圧力センサ43は、ターボ圧縮機21の排出側の吐出圧力の値Pdを提供する。ターボ圧縮機21の入口の圧力センサ45は、ターボ圧縮機21の入口の吸込圧力Psの測定値を提供する。圧力比は、2つの測定された圧力値Pd、Psに基づいて、制御部39により算出することができる。他の実施形態では、圧力比を制御部39の外部で決定することができ、圧力比の値を制御部39に直接入力することができる。   The system 20 is further provided with a control unit 39. The control unit 39 is connected to the temperature sensor 41 on the inlet side of the turbo compressor 21, that is, the suction side, and the pressure sensor. The pressure sensor directly or indirectly provides a measurement of the pressure ratio between the discharge side and the suction side of the compressor. As an example, in the schematic diagram of FIG. 3, the discharge side pressure sensor 43 provides a discharge pressure value Pd on the discharge side of the turbo compressor 21. The pressure sensor 45 at the inlet of the turbo compressor 21 provides a measurement of the suction pressure Ps at the inlet of the turbo compressor 21. The pressure ratio can be calculated by the control unit 39 based on the two measured pressure values Pd and Ps. In another embodiment, the pressure ratio can be determined outside the control unit 39, and the pressure ratio value can be input directly to the control unit 39.

回転速度センサは、制御部39に回転速度N(例えばrpmで表す)をさらに提供する。   The rotation speed sensor further provides the control unit 39 with a rotation speed N (for example, expressed in rpm).

上述した動作パラメータに基づいて、制御部39は、圧縮機の圧力比、および以下のように定義されるいわゆる圧縮機の補正速度を算出することができる。   Based on the operation parameters described above, the control unit 39 can calculate a pressure ratio of the compressor and a so-called compressor correction speed defined as follows.

ここで、
C1は、温度、圧力およびガス組成の関数であり、
Nは、ターボ圧縮機21の回転速度であり、
Tsは、ターボ圧縮機21の吸込の絶対温度である。
here,
C1 is a function of temperature, pressure and gas composition;
N is the rotational speed of the turbo compressor 21;
Ts is the absolute temperature of the suction of the turbo compressor 21.

係数C1は、ガス組成の関数であり、ガスが一定の組成を有しており、TおよびPが限定された範囲であれば、一定であると仮定する。   The coefficient C1 is a function of the gas composition and is assumed to be constant if the gas has a constant composition and T and P are in a limited range.

既知であって一定の組成を有するガスの場合には、補正速度は、次のように単純化することができる。   For gases that are known and have a constant composition, the correction rate can be simplified as follows.

補正速度は、圧縮機性能マップを定義するために使用することができ、補正速度は座標の1つに記録され、圧力比は他の座標に記録される。 The corrected speed can be used to define the compressor performance map, the corrected speed is recorded in one of the coordinates, and the pressure ratio is recorded in the other coordinates.

図5は、この種の性能マップを模式的に示し、補正速度を縦軸に記録し、圧力比Pd/Psを横軸に記録している。この性能マップ上に、サージ限界線SLLを描くことができる。サージ現象を防止するために、図5の性能マップ上の動作点がサージ制御線上またはその左側に留まるように、圧縮機21が動作し、そのようにして、圧縮機がサージ限界線SLL上またはそれを超えて動作することがないようにする。   FIG. 5 schematically shows this type of performance map, with the correction speed recorded on the vertical axis and the pressure ratio Pd / Ps recorded on the horizontal axis. A surge limit line SLL can be drawn on this performance map. To prevent the surge phenomenon, the compressor 21 operates such that the operating point on the performance map of FIG. 5 stays on the left side of the surge control line, so that the compressor is on the surge limit line SLL or Don't work beyond that.

図5の同じ性能マップ上に、チョーク限界線CLLも描くことができ、チョーク現象が生じる可能性がある限界を示している。チョークを生じないように圧縮機21を動作させるために、圧縮機の動作点は、チョーク限界線CLLを越えてその左方に移動しないようにする。   On the same performance map of FIG. 5, a choke limit line CLL can also be drawn, indicating the limit at which the choke phenomenon may occur. In order to operate the compressor 21 so as not to cause choke, the operating point of the compressor is prevented from moving to the left beyond the choke limit line CLL.

図5の性能マップ上には、さらに2つの線、すなわち最小許容補正速度線(Nc)minおよび最大許容補正速度線(Nc)maxが描かれている。後者は水平座標(横軸)に平行な直線であり、それより下では圧縮機が動作してはいけない最小許容補正速度およびそれより上ではターボ圧縮機が動作してはいけない最大補正速度をそれぞれ表している。   Two more lines are drawn on the performance map of FIG. 5, that is, the minimum allowable correction speed line (Nc) min and the maximum allowable correction speed line (Nc) max. The latter is a straight line parallel to the horizontal coordinate (horizontal axis), below which the minimum allowable correction speed at which the compressor should not operate and the maximum correction speed at which the turbo compressor should not operate above that, respectively. Represents.

上で定義した4つの線は、動作包絡線OEを形成する。圧縮機制御システムは、動作点が動作包絡線OEの内側に留まるように圧縮機を制御する。図5には、OPとラベル付けされた例示的な動作点を示してあり、それは補正速度値Ncおよび圧力比PR=Pd/Psに対応している。   The four lines defined above form the operating envelope OE. The compressor control system controls the compressor so that the operating point stays inside the operating envelope OE. FIG. 5 shows an exemplary operating point labeled OP, which corresponds to the corrected speed value Nc and the pressure ratio PR = Pd / Ps.

点OPが右方向に移動してサージ限界線SLLに達すると、ターボ圧縮機21の動作条件が変更され、動作点OPを動作包絡線OEの中に戻すように、制御システムは設計され配置されている。これは、例えば、アンチサージ弁35を開くことによって得ることができる。動作点OPがチョーク限界線CLLに達するまで左方向に移動すると、流れ条件を変更して動作点を動作包絡線OEの内側に戻すように制御システムが動作する。これは、例えばアンチチョーク弁47を作動させることによって行うことができる。   When the point OP moves to the right and reaches the surge limit line SLL, the operating condition of the turbo compressor 21 is changed and the control system is designed and arranged to return the operating point OP into the operating envelope OE. ing. This can be obtained, for example, by opening the antisurge valve 35. When the operating point OP moves to the left until it reaches the choke limit line CLL, the control system operates to change the flow conditions and return the operating point to the inside of the operating envelope OE. This can be done, for example, by actuating the anti-choke valve 47.

動作点OPが下方に移動して最小許容補正速度値(Nc)min線に達した場合には、圧縮機21の回転速度を増加させることによって、最小許容補正速度値(Nc)minより下に移動することが防止される。最大許容補正速度値(Nc)maxを超える動作点の移動は、それに応じてターボ圧縮機21の回転速度を減少させることにより防止される。   When the operating point OP moves downward and reaches the minimum allowable correction speed value (Nc) min line, the rotational speed of the compressor 21 is increased to lower the minimum allowable correction speed value (Nc) min. It is prevented from moving. Movement of the operating point exceeding the maximum allowable correction speed value (Nc) max is prevented by decreasing the rotational speed of the turbo compressor 21 accordingly.

図3の簡略化された概略図では、ターボ圧縮機21は、可動入口案内翼すなわち可変静翼(VSV)を備えていない。これら後者は、通常、一般的なターボ圧縮機ではシステムの運転条件に応じて入口断面の幾何学的形状を変更するために設けられている。図4は、図3と同じシステムを示すが、符号51で模式的に示す可変静翼が追加されている。図3と同じ符号は、同一もしくは対応する構成要素または部品を示し、これらについては再度説明しない。図4のシステムでは、制御部39は、ターボ圧縮機21の可変静翼の実際の位置の情報をさらに受け取る。符号VSVは、ターボ圧縮機21の動作中の可変静翼の実際の位置に関する情報を示す。VSVの位置は、図示していない適切なアクチュエータにより設定することができる。アクチュエータは、同じ制御部39によって制御することができる。   In the simplified schematic diagram of FIG. 3, the turbocompressor 21 does not include a movable inlet guide vane or variable stator vane (VSV). These latter are usually provided in general turbo compressors in order to change the geometry of the inlet cross section according to the operating conditions of the system. FIG. 4 shows the same system as FIG. 3, but with the addition of a variable vane schematically shown at 51. The same reference numerals as in FIG. 3 denote the same or corresponding components or parts, which will not be described again. In the system of FIG. 4, the control unit 39 further receives information on the actual position of the variable stationary blade of the turbo compressor 21. The symbol VSV indicates information regarding the actual position of the variable stationary blade during operation of the turbo compressor 21. The position of VSV can be set by an appropriate actuator not shown. The actuator can be controlled by the same control unit 39.

アンチチョーク弁47は、図4の概略図から省略されているが、代わりにVSVを作動することによりチョーキングを防止することができるからである。必ずしもアンチチョーク弁を用いることなく、圧縮機のチョーキングを回避するために、後者を閉じてターボ圧縮機の入口体積流量を減少させる。   The anti-choke valve 47 is omitted from the schematic diagram of FIG. 4 because chokeing can be prevented by operating the VSV instead. To avoid compressor choking without necessarily using an anti-choke valve, the latter is closed to reduce the inlet volume flow of the turbo compressor.

実際には、可動可変静翼51の可能な位置ごとに、異なる性能マップ、したがって異なる動作包絡線を描くことができる。これを図6に模式的に示してあり、OE1およびOE2とラベル付けされた2つの異なる動作包絡線を示す。各動作包絡線は、図5に関連して上述したものと同様に、両方の場合について定義された4つの曲線によって囲まれている。したがって、各動作包絡線は、サージ限界線SLL、チョーク限界線CLL、最大許容補正速度線(Nc)max、最小許容補正速度線(Nc)minによって囲まれている。   In practice, different performance maps and thus different motion envelopes can be drawn for each possible position of the movable variable vane 51. This is shown schematically in FIG. 6 and shows two different operating envelopes labeled OE1 and OE2. Each motion envelope is surrounded by four curves defined for both cases, similar to that described above in connection with FIG. Therefore, each operation envelope is surrounded by a surge limit line SLL, a choke limit line CLL, a maximum allowable correction speed line (Nc) max, and a minimum allowable correction speed line (Nc) min.

実際、不特定多数の動作包絡線を提供することができ、それは可変静翼の位置ごとに1つある。各動作包絡線を規定するデータは、制御部39がアクセスすることができるメモリに記憶されており、図3および図4の符号38で模式的に示す。実用的な実施形態では、有限数の動作包絡線を算出して、例えばルックアップテーブルなどの形式で記憶する。ターボ圧縮機21の動作中に、可変静翼の実際の位置に対応する動作包絡線が存在する場合には、制御部39はこのような包絡線を使用する。可変静翼の実際の位置が、動作包絡線が制御システムに記憶されているものと異なる場合には、制御部は、例えば動作包絡線が記憶メモリで利用可能な2つの最も近いVSVの位置に対応するデータを用いて、既存のデータを補間することにより、動作包絡線を算出する。   In fact, an unspecified number of operating envelopes can be provided, one for each variable vane position. Data defining each operation envelope is stored in a memory that can be accessed by the control unit 39, and is schematically indicated by reference numeral 38 in FIGS. In a practical embodiment, a finite number of motion envelopes are calculated and stored in the form of a look-up table, for example. When there is an operation envelope corresponding to the actual position of the variable stationary blade during the operation of the turbo compressor 21, the control unit 39 uses such an envelope. If the actual position of the variable vane is different from the one in which the operating envelope is stored in the control system, the control unit may, for example, place the operating envelope in the two closest VSV positions available in the storage memory. The motion envelope is calculated by interpolating existing data using the corresponding data.

ここまでで説明したシステムの動作は、上の図面を参照し、また図7のフローチャートを参照して、以下の説明から、より明らかになるであろう。後者においては、制御処理を一連のステップとして示す。圧縮機21の動作条件の連続的な制御を得るために、図7に示す一連の方法ステップがシステムの動作中に連続して反復的に繰り返されることが理解されよう。   The operation of the system described so far will become more apparent from the following description with reference to the above drawing and with reference to the flowchart of FIG. In the latter, the control process is shown as a series of steps. It will be appreciated that the series of method steps shown in FIG. 7 is repeated continuously and repeatedly during operation of the system to obtain continuous control of the operating conditions of the compressor 21.

制御処理が開始されると、補正速度Ncを決定する。これは、ターボ圧縮機21の回転速度Nおよび吸込側の温度Tsを検出することにより行われる。図4に関連して説明したように、ターボ圧縮機21に可変静翼51が設けられている場合には、VSVの位置を決定する。可変静翼の実際の位置に関するデータに基づいて、例えば記憶メモリ38に記憶されたデータを用いて、動作包絡線を算出する。上述したように、可変静翼の位置のいくつかについて、動作包絡線データを記憶メモリ38に直接記憶することができる。他の中間位置については、例えば既存データを補間することにより、動作包絡線を算出することができる。   When the control process is started, the correction speed Nc is determined. This is performed by detecting the rotational speed N of the turbo compressor 21 and the temperature Ts on the suction side. As described with reference to FIG. 4, when the variable stator blade 51 is provided in the turbo compressor 21, the position of the VSV is determined. Based on the data regarding the actual position of the variable stator blade, for example, using the data stored in the storage memory 38, the operation envelope is calculated. As described above, the operating envelope data can be stored directly in the storage memory 38 for some of the variable vane positions. For other intermediate positions, for example, an operation envelope can be calculated by interpolating existing data.

動作包絡線が決定されると、実際の補正速度Ncに対する最大および最小圧力比を決定することができる。この最大比および最小比は、図5ではPRmaxおよびPRminで示してある。   Once the operating envelope is determined, the maximum and minimum pressure ratios for the actual corrected speed Nc can be determined. The maximum ratio and the minimum ratio are indicated by PRmax and PRmin in FIG.

それから、圧縮機の実際の動作点は、上述したように算出された補正速度Ncと、ターボ圧縮機21の吐出圧力Pdおよび吸込圧力Psを測定する圧力センサによって決定された実際の圧力比と、に基づいて決定される。実際の圧力比は、図5ではPRで示してある。   Then, the actual operating point of the compressor includes the correction speed Nc calculated as described above, the actual pressure ratio determined by the pressure sensor that measures the discharge pressure Pd and the suction pressure Ps of the turbo compressor 21, and To be determined. The actual pressure ratio is indicated by PR in FIG.

この時点で、制御システムは、システムのチョークおよびサージを防止するアンチサージおよび/またはアンチチョーク構成を作動させるために必要な全てのデータを有している。いくつかの実施形態では、サージパラメータおよびチョークパラメータを以下のように算出することができる。サージパラメータは次のように定義される。   At this point, the control system has all the data necessary to operate the anti-surge and / or anti-choke arrangement to prevent system chokes and surges. In some embodiments, the surge and choke parameters can be calculated as follows. Surge parameters are defined as follows:

ここで、
PRmaxは最大許容圧力比であり、
PRは実際の圧力比である。
here,
PRmax is the maximum allowable pressure ratio,
PR is the actual pressure ratio.

チョークパラメータは、以下のように定義することができる。   The choke parameters can be defined as follows:

ここで、
PRminは最小許容圧力比である。
here,
PRmin is the minimum allowable pressure ratio.

サージパラメータおよびチョークパラメータは、アンチサージ弁35およびアンチチョーク弁47および/またはVSV51を制御するアクチュエータを作動させる制御信号を生成するために使用することができる。サージパラメータが1に等しくなる場合、すなわち圧縮機の動作点がサージ制御線上に移動した場合には、アンチサージ弁35のアクチュエータが、バイパスライン33上のアンチサージ弁35を少なくとも部分的に開くように作動する。作動ガスが圧縮機の吐出側から吸込側へ再循環して、動作点OPを動作包絡線OEの中に戻す。チョークパラメータが1に等しくなった場合には、吸込ライン25上のアンチチョーク弁47が部分的に閉じて、吸込流量を減少させ、圧縮機の動作点を動作包絡線OEの内側に戻す。   The surge and choke parameters can be used to generate a control signal that activates an actuator that controls the anti-surge valve 35 and anti-choke valve 47 and / or VSV 51. If the surge parameter is equal to 1, that is, if the operating point of the compressor has moved onto the surge control line, the actuator of the anti-surge valve 35 will at least partially open the anti-surge valve 35 on the bypass line 33. Operates on. The working gas is recirculated from the discharge side of the compressor to the suction side to return the operating point OP into the operating envelope OE. When the choke parameter is equal to 1, the anti-choke valve 47 on the suction line 25 is partially closed to reduce the suction flow rate and return the compressor operating point to the inside of the operating envelope OE.

制御システムにより知られた実際の補正速度値Ncおよびターボ圧縮機21の回転速度Nの補正は、補正速度が最小許容値(Nc)minより下に低下すること、または最大許容値(Nc)maxより上に増加することを防止するために、必要に応じて行うことができる。いくつかの実施形態では、補正速度値Ncが最小値より下に低下した場合、または最大許容値より上に上昇した場合には、異なる動作包絡線の異なる動作点にターボ圧縮機を移動させるように、VSVの位置を変更することができる。   The correction of the actual correction speed value Nc and the rotational speed N of the turbo compressor 21 known by the control system is caused by the correction speed decreasing below the minimum allowable value (Nc) min or the maximum allowable value (Nc) max. This can be done as needed to prevent further increase. In some embodiments, if the corrected speed value Nc falls below a minimum value or rises above a maximum allowable value, the turbo compressor is moved to a different operating point with a different operating envelope. In addition, the position of the VSV can be changed.

本明細書に記載した主題の開示された実施形態について、図面に示し、いくつかの例示的な実施形態に関連して具体的かつ詳細に上で完全に説明したが、新規な教示、本明細書に記載した原理および概念、ならびに添付の特許請求の範囲に記載した発明の主題の利点から実質的に逸脱することなく、多くの修正、変更、および省略が可能であることは当業者には明らかであろう。したがって、開示された発明の適正な範囲は、全てのそのような修正、変更、および省略を含むように、添付の特許請求の範囲の最も広い解釈によってのみ決定されるべきである。さらに、いかなる処理もしくは方法ステップの順序またはシーケンスは、代替的な実施形態に応じて変更または再順番付けすることができる。   Although disclosed embodiments of the subject matter described in this specification are illustrated in the drawings and have been fully described above with specific details in connection with certain exemplary embodiments, the novel teachings, It will be apparent to those skilled in the art that many modifications, variations, and omissions can be made without departing substantially from the principles and concepts described in the document and the advantages of the claimed subject matter. It will be clear. Accordingly, the proper scope of the disclosed invention should be determined only by the broadest interpretation of the appended claims, including all such modifications, changes and omissions. Further, the order or sequence of any process or method steps can be changed or reordered according to alternative embodiments.

1 システム
3 ターボ圧縮機
5 主原動機
7 吸込ライン
9 吐出パイプ
11 制御部
13 フローエレメント
15 アンチサージバイパス弁
17 バイパスライン
19 熱交換器
20 圧縮機システム
21 ターボ圧縮機
23 原動機
25 吸込ライン
26 負荷カップリング
27 圧力ライン
29A、29B チェック弁
31 熱交換器
33 バイパスライン
35 アンチサージバイパス弁
37 アンチサージ制御システム
38 記憶メモリ
39 制御部
41 温度センサ
43 圧力センサ
45 圧力センサ
47 アンチチョーク弁
50 構成
51 可変静翼(VSV)
CLL チョーク限界線
N 回転速度
Nc 補正速度
OE 動作包絡線
OP 動作点
PR 圧力比
Pd 吐出圧力
Ps 吸込圧力
SLL サージ限界線
1 System 3 Turbo Compressor 5 Main Motor 7 Suction Line 9 Discharge Pipe 11 Control Unit 13 Flow Element 15 Anti-Surge Bypass Valve 17 Bypass Line 19 Heat Exchanger 20 Compressor System 21 Turbo Compressor 23 Motor 25 Suction Line 26 Load Coupling 27 Pressure line 29A, 29B Check valve 31 Heat exchanger 33 Bypass line 35 Anti-surge bypass valve 37 Anti-surge control system 38 Storage memory 39 Control unit 41 Temperature sensor 43 Pressure sensor 45 Pressure sensor 47 Anti-choke valve 50 Configuration 51 Variable stationary blade (VSV)
CLL Choke limit line N Rotational speed Nc Correction speed OE Operating envelope OP Operating point PR Pressure ratio Pd Discharge pressure Ps Suction pressure SLL Surge limit line

Claims (15)

サージを防止するためにターボ圧縮機(21)を調整する方法であって、
前記ターボ圧縮機(21)の少なくとも1つのサージ限界線(SLL)および/または少なくとも1つのチョーク線(CLL)を提供するステップと、
圧縮機入口における処理ガス温度(Ts)、前記圧縮機(21)の回転速度(N)、ならびに吐出圧力値および吸込圧力値(Pd、Ps)を測定する、前記圧縮機(21)の動作点を連続的に決定するステップと、
比率
に比例する補正速度(Nc)である前記ターボ圧縮機(21)の補正速度(Nc)の実際の値を連続的に決定するステップと、
前記補正速度(Nc)の前記実際の値に対応する、少なくとも前記サージ限界線(SLL)上の最大許容圧力比(PRmax)および/または少なくとも前記チョーク線(CLL)上の最小許容圧力比(PRmin)を連続的に決定するステップと、
吐出圧力と吸込圧力との比(Pd/Ps)に等しい実際の圧力比(PR)を連続的に決定するステップと、
前記実際の圧力比(PR)が前記最大許容圧力比(PRmax)以上であるか、または前記最小許容圧力比(PRmin)以下である場合には、吸込ライン(25)を通して前記圧縮機(21)の前記圧縮ガスの一部を再循環させるために、アンチサージ構成(35)を作動させるステップと、を含む方法。
A method of adjusting a turbo compressor (21) to prevent surges, comprising:
Providing at least one surge limit line (SLL) and / or at least one choke line (CLL) of the turbo compressor (21);
The operating point of the compressor (21) for measuring the processing gas temperature (Ts) at the compressor inlet, the rotational speed (N) of the compressor (21), and the discharge pressure value and the suction pressure value (Pd, Ps). Continuously determining
ratio
Continuously determining the actual value of the correction speed (Nc) of the turbo compressor (21), which is a correction speed (Nc) proportional to
At least a maximum allowable pressure ratio (PRmax) on the surge limit line (SLL) and / or at least a minimum allowable pressure ratio (PRmin) on the choke line (CLL) corresponding to the actual value of the correction speed (Nc). ) Continuously determining,
Continuously determining an actual pressure ratio (PR) equal to the ratio of discharge pressure to suction pressure (Pd / Ps);
When the actual pressure ratio (PR) is equal to or greater than the maximum allowable pressure ratio (PRmax) or equal to or less than the minimum allowable pressure ratio (PRmin), the compressor (21) is passed through a suction line (25). Activating an anti-surge arrangement (35) to recirculate a portion of the compressed gas.
次式で定義されるサージパラメータを算出するステップをさらに含み、
ここで、
PRmaxは、前記最大許容圧力比であり、
PRは、前記実際の圧力比であり、
前記アンチサージ構成(35)を制御するために前記サージパラメータを用いる、請求項1に記載の方法。
Further comprising the step of calculating a surge parameter defined by:
here,
PRmax is the maximum allowable pressure ratio,
PR is the actual pressure ratio,
The method of claim 1, wherein the surge parameter is used to control the anti-surge configuration (35).
次式で定義されるチョークパラメータを算出するステップをさらに含み、
ここで、
PRminは、前記最小許容圧力比であり、
PRは、前記実際の圧力比であり、
アンチチョーク構成を制御するために前記チョークパラメータを用いる、請求項1または2に記載の方法。
Further comprising calculating a choke parameter defined by:
here,
PRmin is the minimum allowable pressure ratio,
PR is the actual pressure ratio,
The method of claim 1 or 2, wherein the choke parameter is used to control an anti-choke configuration.
前記ターボ圧縮機(21)の少なくとも1つの最大許容補正速度(Ncmax)および少なくとも1つの最小許容補正速度(Ncmin)を提供するステップと、
前記補正速度(Nc)の前記実際の値が前記最大許容補正速度(Ncmax)より高い場合には、前記圧縮機(21)の前記回転速度(N)を減少させるステップと、
前記補正速度(Nc)の前記実際の値が前記最小許容補正速度(Ncmin)より低い場合には、前記圧縮機(21)の前記回転速度(N)を増加させるステップと、をさらに含む、請求項1乃至3のいずれか1項に記載の方法。
Providing at least one maximum allowable correction speed (Ncmax) and at least one minimum allowable correction speed (Ncmin) of the turbocompressor (21);
Decreasing the rotational speed (N) of the compressor (21) if the actual value of the correction speed (Nc) is higher than the maximum allowable correction speed (Ncmax);
Increasing the rotational speed (N) of the compressor (21) if the actual value of the correction speed (Nc) is lower than the minimum allowable correction speed (Ncmin). Item 4. The method according to any one of Items 1 to 3.
前記ターボ圧縮機(21)の前記入口に可変静翼(51)を設けるステップと、
前記可変静翼(VSV)(51)の位置を表すパラメータを決定するステップと、
各々が前記可変静翼(51)のそれぞれの位置に対応する、複数のサージ限界線(SLL)および/または複数のチョーク線(CLL)の中から、前記パラメータの関数として前記サージ限界線(SLL)および/または前記チョーク線(CLL)を選択するステップと、をさらに含む、請求項1乃至4のいずれか1項に記載の方法。
Providing a variable stator vane (51) at the inlet of the turbo compressor (21);
Determining a parameter representing the position of the variable vane (VSV) (51);
Among a plurality of surge limit lines (SLL) and / or a plurality of choke lines (CLL), each corresponding to a respective position of the variable stator vane (51), the surge limit line (SLL) as a function of the parameter. And / or selecting the choke line (CLL).
前記可変静翼(VSV)(51)の前記位置に対応する、最大許容補正速度(Ncmax)および最小許容補正速度(Ncmin)を設定するステップと、
前記補正速度(Nc)の前記実際の値が前記最大許容補正速度(Ncmax)より高い場合、または、前記補正速度(Nc)の前記実際の値が前記最小許容補正速度(Ncmin)より低い場合には、前記可変静翼(51)を作動させるステップと、をさらに含む、請求項1乃至5のいずれか1項に記載の方法。
Setting a maximum allowable correction speed (Ncmax) and a minimum allowable correction speed (Ncmin) corresponding to the position of the variable vane (VSV) (51);
When the actual value of the correction speed (Nc) is higher than the maximum allowable correction speed (Ncmax), or when the actual value of the correction speed (Nc) is lower than the minimum allowable correction speed (Ncmin) Activating the variable stator vane (51). 6. The method according to any one of claims 1 to 5, further comprising:
前記ターボ圧縮機(21)に入るガスの種類を検出する前記先行するステップをさらに含む、請求項1乃至6のいずれか1項に記載の方法。   The method according to any one of the preceding claims, further comprising the preceding step of detecting the type of gas entering the turbocompressor (21). 少なくとも1つの圧縮機(21)を含む圧縮システムのためのアンチサージ制御を提供する装置であって、請求項1乃至7のいずれか1項に記載の方法を実行するために配置され構成される装置。   Apparatus for providing anti-surge control for a compression system comprising at least one compressor (21), arranged and configured to carry out the method according to any one of claims 1-7. apparatus. 少なくとも1つの圧縮機(21)を含む圧縮システムのためのアンチサージ制御を提供する装置(37)であって、前記装置(37)は、
前記ターボ圧縮機(21)の少なくとも1つのサージ限界線(SLL)および/または少なくとも1つのチョーク線(CLL)を定義するデータを格納するデータ記憶装置(38)と、
前記圧縮機(21)の動作点を連続的に決定するための構成であって、圧縮機入口における処理ガス温度(Ts)を測定するための温度センサ(41)と、前記圧縮機(21)の回転速度(N)を測定するための回転速度センサと、吐出圧力値および吸込圧力値(Pd、Ps)を測定するための圧力センサ(43、45)と、を含む構成と、
比率
に比例する補正速度(Nc)である前記ターボ圧縮機(21)の補正速度(Nc)の実際の値を連続的に決定するための構成と、
前記補正速度(Nc)の前記実際の値に対応する、少なくとも前記サージ限界線(SLL)上の最大許容圧力比(PRmax)および/または少なくとも前記チョーク線(CLL)上の最小許容圧力比(PRmin)を連続的に決定するための構成と、
吐出圧力と吸込圧力との比(Pd/Ps)に等しい実際の圧力比(PR)を連続的に決定するための構成と、
吸込ライン(25)を通して前記圧縮機(21)の前記圧縮ガスの一部を再循環させるためのアンチサージ構成(35)であって、前記実際の圧力比(PR)が前記最大許容圧力比(PRmax)以上であるか、または前記最小許容圧力比(PRmin)以下である場合に作動するアンチサージ構成(35)と、を含む装置(37)。
A device (37) for providing antisurge control for a compression system comprising at least one compressor (21), said device (37) comprising:
A data storage device (38) for storing data defining at least one surge limit line (SLL) and / or at least one choke line (CLL) of the turbo compressor (21);
A configuration for continuously determining the operating point of the compressor (21), a temperature sensor (41) for measuring a processing gas temperature (Ts) at the compressor inlet, and the compressor (21) A configuration including a rotation speed sensor for measuring the rotation speed (N) and a pressure sensor (43, 45) for measuring the discharge pressure value and the suction pressure value (Pd, Ps);
ratio
A configuration for continuously determining the actual value of the correction speed (Nc) of the turbo compressor (21), which is a correction speed (Nc) proportional to
At least a maximum allowable pressure ratio (PRmax) on the surge limit line (SLL) and / or at least a minimum allowable pressure ratio (PRmin) on the choke line (CLL) corresponding to the actual value of the correction speed (Nc). ) To determine continuously,
A configuration for continuously determining an actual pressure ratio (PR) equal to the ratio of discharge pressure to suction pressure (Pd / Ps);
An antisurge configuration (35) for recirculating a portion of the compressed gas of the compressor (21) through a suction line (25), wherein the actual pressure ratio (PR) is the maximum allowable pressure ratio ( An anti-surge configuration (35) that operates when greater than or equal to PRmax) or less than the minimum allowable pressure ratio (PRmin).
次式で定義されるサージパラメータを算出するための装置をさらに含み、
ここで、
PRmaxは最大許容圧力比であり、
PRは、前記実際の圧力比である、請求項9に記載の装置(37)。
Further comprising a device for calculating a surge parameter defined by
here,
PRmax is the maximum allowable pressure ratio,
The apparatus (37) of claim 9, wherein PR is the actual pressure ratio.
次式で定義されるチョークパラメータを算出するための装置をさらに含み、
ここで、
PRminは、前記最小許容圧力比であり、
PRは、前記実際の圧力比である、請求項9または請求項10に記載の装置(37)。
Further comprising a device for calculating a choke parameter defined by:
here,
PRmin is the minimum allowable pressure ratio,
11. Apparatus (37) according to claim 9 or claim 10, wherein PR is the actual pressure ratio.
前記記憶装置(38)は、前記圧縮機(21)の少なくとも1つの最大許容補正速度(Ncmax)および少なくとも1つの最小許容補正速度(Ncmin)を定義するデータを格納し、 速度制御装置が設けられ、前記速度制御装置は、前記補正速度(Nc)の前記実際の値が前記最大許容補正速度(Ncmax)より高い場合には、前記圧縮機(21)の前記回転速度(N)が減少し、前記補正速度(Nc)の前記実際の値が前記最小許容補正速度(Ncmin)より低い場合には、前記圧縮機(21)の前記回転速度(N)が増加するように、前記圧縮機の回転速度(N)を制御する、請求項9乃至11のいずれか1項に記載の装置(37)。   The storage device (38) stores data defining at least one maximum allowable correction speed (Ncmax) and at least one minimum allowable correction speed (Ncmin) of the compressor (21), and is provided with a speed control device. The speed control device reduces the rotational speed (N) of the compressor (21) when the actual value of the correction speed (Nc) is higher than the maximum allowable correction speed (Ncmax). When the actual value of the correction speed (Nc) is lower than the minimum allowable correction speed (Ncmin), the rotation of the compressor is increased so that the rotation speed (N) of the compressor (21) increases. Device (37) according to any one of claims 9 to 11, which controls the speed (N). 前記圧縮機(21)の可変静翼(51)の位置を制御するための作動装置をさらに含み、前記記憶装置(38)は、前記可変静翼(51)の複数のそれぞれの位置に対応する複数のサージ限界線(SLL)および/またはチョーク線(CLL)を定義するデータを格納する、請求項9乃至12のいずれか1項に記載の装置(37)。   It further includes an actuating device for controlling the position of the variable stator blade (51) of the compressor (21), and the storage device (38) corresponds to a plurality of positions of the variable stator blade (51). Device (37) according to any one of claims 9 to 12, storing data defining a plurality of surge limit lines (SLL) and / or choke lines (CLL). 少なくとも1つの圧縮機(21)を含む圧縮システム、および前記圧縮機(21)のアンチサージ制御のための、請求項9乃至13の1項または複数項に記載の装置(37)。   14. A device (37) according to one or more of claims 9 to 13, for a compression system comprising at least one compressor (21) and for anti-surge control of the compressor (21). 前記ターボ圧縮機(21)に入るガスの種類を検出するための構成(50)をさらに含む、請求項14に記載の圧縮システム。   The compression system of claim 14, further comprising a configuration (50) for detecting the type of gas entering the turbocompressor (21).
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