JP2018159306A - Turbo compressor - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、ターボ圧縮機に関する。 The present disclosure relates to a turbo compressor.
ターボ圧縮機において運転条件によってはサージングが発生することがある。このため、ターボ圧縮機におけるサージングを検出する技術が知られている。 Surging may occur in a turbo compressor depending on operating conditions. For this reason, a technique for detecting surging in a turbo compressor is known.
例えば、図7に示す通り、特許文献1には、ターボ圧縮機300においてサージング検出を行う装置が記載されている。このサージング検出装置は、圧力検出器308と、モータ電流検出器309と、コントローラ310とを備えている。圧力検出器308は、ターボ圧縮機300のディフューザー305の入口圧力を検出する。モータ電流検出器309は、ターボ圧縮機300のインペラ303を駆動するモータ304の電流を検出する。コントローラ310は、圧力検出器308及びモータ電流検出器309の出力信号を演算し、所定時間における電流の変化率DAと同一時間における圧力の変化率DPとが共に予め設定する基準値PS及び基準値ASより大きいとき、サージング信号を出力する。サージング信号が出力されると、ガイドベーン307の開度が制御される。
For example, as shown in FIG. 7, Patent Document 1 describes a device that performs surging detection in a
特許文献1に記載の技術によれば、条件によってはサージングの発生を適切に検出できない可能性がある。そこで、本開示は、ターボ圧縮機においてサージングの発生の有無を高精度に判断できる新たな技術を提供する。 According to the technique described in Patent Document 1, occurrence of surging may not be properly detected depending on conditions. Therefore, the present disclosure provides a new technique that can determine whether or not surging has occurred in a turbo compressor with high accuracy.
本開示は、
回転軸と、
前記回転軸に固定され、複数枚のブレードを有し、作動流体を圧縮するためのインペラと、
前記インペラの半径方向外側において前記インペラを囲んでいるボリュートを有するケーシングと、
前記ボリュートに接続され前記ボリュートの外部に向かって延びている少なくとも1つの吐出流路と、
前記ケーシングの内部において前記ボリュート若しくは前記吐出流路に露出し、又は、前記ケーシングの周辺において前記ケーシングの外部に露出して配置されたマイクロホンと、
前記マイクロホンから出力された信号において、前記インペラの前記作動流体の流路の出口における前記ブレードの枚数と、前記回転軸の回転周波数との積に一致する周波数の音圧レベルが所定値以上である場合に、サージングが発生していると判断し、前記サージングを解消するための制御を行う制御器と、を備えた
ターボ圧縮機を提供する。
This disclosure
A rotation axis;
An impeller fixed to the rotating shaft and having a plurality of blades for compressing the working fluid;
A casing having a volute surrounding the impeller radially outward of the impeller;
At least one discharge channel connected to the volute and extending toward the outside of the volute;
A microphone that is exposed to the volute or the discharge flow path inside the casing, or is exposed to the outside of the casing around the casing; and
In the signal output from the microphone, the sound pressure level at a frequency that matches the product of the number of blades at the outlet of the working fluid flow path of the impeller and the rotational frequency of the rotating shaft is a predetermined value or more. In this case, a turbo compressor is provided that includes a controller that determines that surging has occurred and performs control for eliminating the surging.
上記のターボ圧縮機は、サージングの発生の有無を高精度に判断できる。 The turbo compressor can determine whether surging has occurred or not with high accuracy.
<本発明者らの検討に基づく知見>
大型のヒートポンプサイクル及び冷凍サイクル装置において回転の運動エネルギーにより作動流体の圧力を高めるターボ圧縮機を使用することが考えられる。ターボ圧縮機を適切に運転するために、ターボ圧縮機における作動流体の流量と圧力比との関係には所定の制約がある。
<Knowledge based on studies by the present inventors>
It is conceivable to use a turbo compressor that increases the pressure of the working fluid by rotational kinetic energy in a large heat pump cycle and refrigeration cycle apparatus. In order to properly operate the turbo compressor, there is a predetermined restriction on the relationship between the flow rate of the working fluid and the pressure ratio in the turbo compressor.
ターボ圧縮機においてインペラの回転数が一定である場合、吐出流路における作動流体の流量を調節するための弁(吐出弁)を絞って作動流体の流量を減らすと圧力比が上昇する。この場合、作動流体の流量が所定値よりも少なくなると、周期的な作動流体の逆流現象、すなわち、サージングが発生する。ターボ圧縮機においてサージングが発生すると、回転軸が異常振動を起こし、軸受が損傷する可能性がある。加えて、ターボ圧縮機における吐出側空間の高温ガスの一部が吸入側空間に流れるので、インペラに吸い込まれる作動流体の温度が上昇してしまう。 When the rotation speed of the impeller is constant in the turbo compressor, the pressure ratio increases when the flow rate of the working fluid is reduced by restricting the valve (discharge valve) for adjusting the flow rate of the working fluid in the discharge flow path. In this case, when the flow rate of the working fluid is less than a predetermined value, a periodic backflow phenomenon of the working fluid, that is, surging occurs. If surging occurs in the turbo compressor, the rotating shaft may vibrate abnormally and the bearing may be damaged. In addition, since a part of the hot gas in the discharge side space in the turbo compressor flows into the suction side space, the temperature of the working fluid sucked into the impeller rises.
サージングが発生する作動流体の流量の臨界値は、インペラの回転数が増加するにつれ大きくなる。従って、ターボ圧縮機は、典型的には、作動流体の流量が、サージングが発生する作動流体の流量の臨界値以下にならないように運転される。しかし、ターボ圧縮機の実際の運転では、サージングが意図せず発生してしまう可能性がある。このため、特許文献1に記載の技術のように、ターボ圧縮機にサージング検出装置を組み込み、サージングの発生を検出した場合に、サージングが解消されるようにターボ圧縮機の運転条件を変更することが考えられる。 The critical value of the flow rate of the working fluid where surging occurs increases as the impeller speed increases. Therefore, the turbo compressor is typically operated such that the flow rate of the working fluid does not fall below the critical value of the flow rate of the working fluid where surging occurs. However, surging may occur unintentionally in actual operation of the turbo compressor. For this reason, as in the technique described in Patent Document 1, when a surging detection device is incorporated in a turbo compressor and the occurrence of surging is detected, the operating condition of the turbo compressor is changed so that surging is eliminated. Can be considered.
しかし、条件によっては、サージングが発生したときの作動流体の圧力変動又は温度変動が小さい場合がある。例えば、作動流体が常温(20℃±15℃:日本工業規格 JIS Z 8703)において絶対圧で大気圧よりも低い飽和蒸気圧を有する場合又は軽度のサージングが発生する場合には、サージングが発生したときの作動流体の圧力変動又は温度変動が小さくなりやすい。この場合、サージングの発生の有無を判断するための作動流体の圧力の閾値を低く定めることも考えられるが、サージングが発生していない通常運転においてもその閾値を超える可能性があり、サージングの発生を誤検出してしまう。また、サージングの発生の有無を判断するための作動流体の圧力の閾値を高く定めると、実際にサージングが発生していてもサージングが非検出となる可能性がある。この場合、サージングが発生した状態でターボ圧縮機の運転が継続され、回転軸が異常振動して軸受が損傷する可能性がある。 However, depending on the conditions, the pressure fluctuation or temperature fluctuation of the working fluid when surging occurs may be small. For example, if the working fluid has a saturated vapor pressure that is lower than atmospheric pressure at normal temperature (20 ° C. ± 15 ° C .: Japanese Industrial Standard JIS Z 8703), or if mild surging occurs, surging has occurred. Sometimes the pressure fluctuation or temperature fluctuation of the working fluid tends to be small. In this case, it may be possible to set the working fluid pressure threshold low to determine whether surging has occurred, but it may exceed that threshold even in normal operation where surging has not occurred. Will be falsely detected. Further, if the threshold value of the working fluid pressure for determining whether surging has occurred or not is set high, surging may not be detected even if surging actually occurs. In this case, the operation of the turbo compressor is continued in a state where surging occurs, and the rotating shaft may vibrate abnormally and the bearing may be damaged.
そこで、本発明者らは、ターボ圧縮機において、サージングが発生したときの作動流体の圧力変動が小さい場合でも、サージングの有無を高精度に判断できる技術の開発を試みた。具体的に、本発明者らは、常温において絶対圧で大気圧よりも低い飽和蒸気圧を有する作動流体を用いるターボ圧縮機を試作した。そのうえで、本発明者らは、サージングが発生する条件でそのターボ圧縮機を運転させ、サージングの有無を高精度に判断できる技術について日夜検討を重ねた。検討の結果、本発明者らは、サージングが発生しているときに特有の音が発生し、その音の周波数がインペラのブレードの枚数と回転軸の回転周波数との積にほぼ等しいことを新たに見出した。このような新たな知見に基づいて、本発明者らは本開示のターボ圧縮機を案出した。なお、上記の知見は、本発明者らの検討に基づく知見であり、先行技術として自認するものではない。 Therefore, the present inventors have attempted to develop a technology capable of determining the presence or absence of surging with high accuracy even when the pressure fluctuation of the working fluid when surging occurs is small in the turbo compressor. Specifically, the present inventors made a prototype of a turbo compressor using a working fluid having a saturated vapor pressure lower than the atmospheric pressure at an ordinary pressure at normal temperature. In addition, the present inventors have conducted day and night studies on a technology capable of operating the turbo compressor under conditions where surging occurs and determining the presence or absence of surging with high accuracy. As a result of the study, the present inventors have newly found that a unique sound is generated when surging occurs, and that the frequency of the sound is approximately equal to the product of the number of impeller blades and the rotational frequency of the rotating shaft. I found it. Based on such new knowledge, the present inventors have devised the turbo compressor of the present disclosure. In addition, said knowledge is knowledge based on examination of the present inventors, and does not admit as prior art.
本開示の第1態様は、
回転軸と、
前記回転軸に固定され、複数枚のブレードを有し、作動流体を圧縮するためのインペラと、
前記インペラの半径方向外側において前記インペラを囲んでいるボリュートを有するケーシングと、
前記ボリュートに接続され前記ボリュートの外部に向かって延びている少なくとも1つの吐出流路と、
前記ケーシングの内部において前記ボリュート若しくは前記吐出流路に露出し、又は、前記ケーシングの周辺において前記ケーシングの外部に露出して配置されたマイクロホンと、
前記マイクロホンから出力された信号において、前記インペラの前記作動流体の流路の出口における前記ブレードの枚数と、前記回転軸の回転周波数との積に一致する周波数の音圧レベルが所定値以上である場合に、サージングが発生していると判断し、前記サージングを解消するための制御を行う制御器と、を備えた
ターボ圧縮機を提供する。
The first aspect of the present disclosure is:
A rotation axis;
An impeller fixed to the rotating shaft and having a plurality of blades for compressing the working fluid;
A casing having a volute surrounding the impeller radially outward of the impeller;
At least one discharge channel connected to the volute and extending toward the outside of the volute;
A microphone that is exposed to the volute or the discharge flow path inside the casing, or is exposed to the outside of the casing around the casing; and
In the signal output from the microphone, the sound pressure level at a frequency that matches the product of the number of blades at the outlet of the working fluid flow path of the impeller and the rotational frequency of the rotating shaft is a predetermined value or more. In this case, a turbo compressor is provided that includes a controller that determines that surging has occurred and performs control for eliminating the surging.
第1態様によれば、ターボ圧縮機の作動流体の圧力変動ではなく、マイクロホンから出力された信号における特定の周波数の音圧レベルによってサージングの有無が判断される。このため、第1態様に係るターボ圧縮機は、例えば、サージングが発生したときの作動流体の圧力変動が小さい場合でも、サージングの有無を高精度に判断できる。なお、第1態様に係るターボ圧縮機は、サージングが発生したときの作動流体の圧力変動が小さくない場合でも、サージングの有無を高精度に判断できる。 According to the first aspect, the presence or absence of surging is determined based on the sound pressure level of the specific frequency in the signal output from the microphone, not the pressure fluctuation of the working fluid of the turbo compressor. For this reason, the turbo compressor according to the first aspect can determine the presence or absence of surging with high accuracy even when the pressure fluctuation of the working fluid when surging occurs is small, for example. In addition, the turbo compressor which concerns on a 1st aspect can determine the presence or absence of surging with high precision, even when the pressure fluctuation of the working fluid when surging occurs is not small.
本開示の第2態様は、第1態様に加えて、前記マイクロホンは、前記ケーシングの内部において前記ボリュート又は吐出流路に露出している、ターボ圧縮機を提供する。この場合、ターボ圧縮機の周辺で発生している音がマイクロホンにおいて受音されにくい。このため、ターボ圧縮機の周辺で発生している音にサージングの有無の判断のための特定の周波数の音が含まれている場合でもサージング発生の誤検出が起こりにくい。その結果、第2態様に係るターボ圧縮機は、より確実に、サージングの有無を高精度に判断できる。 The second aspect of the present disclosure provides, in addition to the first aspect, a turbo compressor in which the microphone is exposed to the volute or the discharge flow path inside the casing. In this case, sound generated around the turbo compressor is not easily received by the microphone. For this reason, even if the sound generated in the vicinity of the turbo compressor includes a sound of a specific frequency for determining whether or not surging occurs, erroneous detection of the occurrence of surging is unlikely to occur. As a result, the turbo compressor according to the second aspect can more accurately determine the presence or absence of surging.
本開示の第3態様は、第1態様又は第2態様に加えて、前記回転軸を回転させるモータをさらに備え、前記制御器は、前記サージングを解消するための前記制御において、前記モータを制御して、前記回転軸の回転数を変更する、ターボ圧縮機を提供する。第3態様によれば、サージングが発生している場合に回転軸の回転数が変更され、その結果、サージングが解消される。 According to a third aspect of the present disclosure, in addition to the first aspect or the second aspect, the motor further rotates the rotating shaft, and the controller controls the motor in the control for eliminating the surging. And the turbo compressor which changes the rotation speed of the said rotating shaft is provided. According to the third aspect, when surging occurs, the rotational speed of the rotating shaft is changed, and as a result, surging is eliminated.
本開示の第4態様は、第1態様〜第3態様のいずれか1つの態様に加えて、前記吐出流路における前記作動流体の流量を調節するための弁をさらに備え、前記制御器は、前記サージングを解消するための前記制御において、前記弁を制御して、前記弁の開度を増加させる、ターボ圧縮機を提供する。第4態様によれば、サージングが発生している場合に吐出流路における作動流体の流量を調節するための弁の開度が増加し、その結果、サージングが解消される。 In addition to any one of the first to third aspects, the fourth aspect of the present disclosure further includes a valve for adjusting the flow rate of the working fluid in the discharge flow path, and the controller includes: In the control for eliminating the surging, a turbo compressor is provided that controls the valve to increase an opening degree of the valve. According to the fourth aspect, when surging occurs, the opening of the valve for adjusting the flow rate of the working fluid in the discharge flow path increases, and as a result, surging is eliminated.
本開示の第5態様は、第1態様〜第4態様のいずれか1つの態様に加えて、前記作動流体の流れ方向において前記インペラの上流に配置された可動ベーンをさらに備え、前記制御器は、前記サージングを解消するための前記制御において、前記可動ベーンを制御して、前記インペラに吸い込まれる前記作動流体の流速の前記インペラの回転方向における成分の大きさを増加させる、ターボ圧縮機を提供する。第5態様によれば、サージングが発生している場合にインペラに吸い込まれる作動流体の流速のインペラの回転方向における成分の大きさが増加し、その結果、サージングが解消される。 According to a fifth aspect of the present disclosure, in addition to any one of the first to fourth aspects, the controller further includes a movable vane disposed upstream of the impeller in the flow direction of the working fluid. In the control for eliminating the surging, a turbo compressor is provided that controls the movable vane to increase the magnitude of a component in the rotation direction of the impeller of the flow velocity of the working fluid sucked into the impeller. To do. According to the fifth aspect, when the surging is occurring, the magnitude of the component in the rotation direction of the impeller of the flow velocity of the working fluid sucked into the impeller is increased, and as a result, the surging is eliminated.
以下、本開示の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態は本発明の例示に過ぎず、本発明がこれらに限定されるわけではない。添付の図面において、X軸は同一の方向を示し、Y軸はX軸と直交する別の同一の方向を示し、Z軸はX軸及びY軸に直交する方向を示す。XY平面が水平である。 Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described with reference to the drawings. The following embodiments are merely examples of the present invention, and the present invention is not limited to these. In the accompanying drawings, the X-axis indicates the same direction, the Y-axis indicates another same direction orthogonal to the X-axis, and the Z-axis indicates a direction orthogonal to the X-axis and the Y-axis. The XY plane is horizontal.
図1及び図2に示す通り、ターボ圧縮機1aは、回転軸11と、作動流体を圧縮するためのインペラ12と、ケーシング20と、少なくとも1つの吐出流路25と、マイクロホン50と、制御器55とを備えている。インペラ12は、回転軸11に固定され複数枚のブレード12aを有する。ケーシング20は、インペラ12の半径方向外側においてインペラ12を囲んでいるボリュート23を有する。吐出流路25は、ボリュート23に接続されボリュート23の外部に向かって延びている。マイクロホン50は、ケーシング20の内部においてボリュート23若しくは吐出流路25に露出し、又は、ケーシング20の周辺においてケーシング20の外部に露出して配置されている。制御器55は、マイクロホン50から出力された信号において、インペラ12の作動流体の流路の出口15bにおけるブレード12aの枚数(B枚)と、回転軸11の回転周波数(N[Hz])との積(B×N)に一致する周波数の音圧レベルが所定値(Lt)以上である場合に、サージングが発生していると判断する。加えて、制御器55は、サージングが発生していると判断した場合に、サージングを解消するための制御を行う。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
図3Aにおいて、実線のグラフは、ターボ圧縮機1aでサージングが発生する場合のターボ圧縮機1aから吐出される作動流体の圧力の時間変化の一例を示す。また、図3Aにおいて、破線のグラフはターボ圧縮機1aでサージングが発生しない場合のターボ圧縮機1aから吐出される作動流体の圧力の時間変化の一例を示す。ターボ圧縮機1aにおいてサージングが発生すると、吐出経路25において作動流体の一部が逆流し、図3Aの実線のグラフに示す通り、ターボ圧縮機1aから吐出される作動流体の圧力が一時的に減少する。しかし、サージングが発生する場合のターボ圧縮機1aから吐出される作動流体の圧力の変動は小さいので、作動流体の圧力に基づいてサージングの有無を判断すると、サージングの誤検出又は非検出が発生する可能性が高い。
In FIG. 3A, the solid line graph shows an example of the change over time of the pressure of the working fluid discharged from the
図3Bにおいて、実線のグラフは、ターボ圧縮機1aでサージングが発生している場合に所定位置で発生している音の音圧レベルと周波数との関係を示す。図3Bにおいて、破線のグラフは、ターボ圧縮機1aでサージングが発生していない場合に所定位置で発生している音の音圧レベルと周波数との関係を示す。回転軸11の回転周波数N[Hz]における音圧レベルはサージングの有無に関わらずに比較的高い。一方、インペラ12の作動流体の流路の出口15bにおけるブレード12aの枚数(B枚)と、回転軸11の回転周波数(N[Hz])との積(B×N)に一致する周波数の音圧レベルは、サージングが発生すると顕著に増加する。サージングが発生すると、吐出流路25の一部で発生した作動流体の圧力の乱れが作動流体の流れ方向の上流側に伝播し、ボリュート23と吐出流路25との接続部分である舌部Tの付近で作動流体が逆流すると考えられる。さらに、インペラ12の作動流体の流路の出口15bにおいて逆流した作動流体がインペラ12に干渉することによりB×Nの周波数の音波が発生すると考えられる。ターボ圧縮機1aでは、サージングが発生したときのB×Nに一致する周波数の音圧レベルの顕著な増加を利用してサージングの発生の有無が判断される。このため、ターボ圧縮機1aは、例えば、サージングが発生したときの作動流体の圧力変動が小さい場合でも、サージングの発生の有無を高精度に判断できる。
In FIG. 3B, the solid line graph shows the relationship between the sound pressure level of the sound generated at a predetermined position and the frequency when surging occurs in the
ターボ圧縮機1aにおける作動流体は、例えば、常温において絶対圧で大気圧よりも低い飽和蒸気圧を有する。このような作動流体は、例えば水である。この場合、ターボ圧縮機1aにおいてサージングが発生したときの作動流体の圧力変動が小さく、従来の技術では、サージングの誤検出又は非検出が発生する可能性がある。しかし、ターボ圧縮機1aでは、上記の通り、B×Nに一致する周波数の音圧レベルに基づいてサージングの発生の有無を高精度に判断できる。
The working fluid in the
図1及び図2に示す通り、ターボ圧縮機1aにおいて、マイクロホン50は、例えば、ケーシング20の周辺においてケーシング20の外部に露出して配置されている。これにより、マイクロホン50に作動流体の影響が及ぶことを防止できる。この場合、マイクロホン50とケーシング50の外面との最短距離は、例えば5m以内である。
As shown in FIGS. 1 and 2, in the
回転軸11は、例えば、水平に延びている円柱状の部材である。インペラ12は、ケーシング20の内部において回転軸11に固定されている。ターボ圧縮機1aは、例えば、第一軸受13a及び第二軸受13bと、第一軸受箱30a及び第二軸受箱30bとをさらに備えている。第一軸受13a及び第二軸受13bのそれぞれは、例えば、貫通孔を有する筒状の流体軸受であり、貫通孔に回転軸11が挿入された状態で回転軸11のラジアル方向の荷重を支持する。第一軸受13a及び第二軸受13bに使用される潤滑剤としては、作動流体と同一種類の流体(例えば、水)を使用できる。
The rotating
図1に示す通り、第一軸受13aは、例えば、インペラ12の前方に位置する回転軸11の端部を支持する。第一軸受13aは、例えば、第一軸受箱30aの内部に収容されている。第一軸受箱30aは、回転軸11の半径方向に離れて配置された内筒及び外筒と、内筒の外面と外筒の内面との間で回転軸11の周方向に離れて配置された複数の接続部とを有する部材である。複数の接続部は内筒と外筒とを接続している。第一軸受13aは、第一軸受箱30aの内筒の内部に収容されている。また、第一軸受箱30aの外筒がインペラ12の前方においてケーシング20の内周面に取り付けられている。
As shown in FIG. 1, the first bearing 13 a supports, for example, the end of the
第二軸受13bは、インペラ12の後方に位置する回転軸11の端部を支持する。第二軸受13bは、例えば、第二軸受箱30bの内部に収容されている。第二軸受箱30bは、筒状の部材である。
The
ターボ圧縮機1aは、例えば、遠心式の流体機械である。インペラ12の前端には作動流体の流路の入口15aが複数のブレード12aによって定められている。作動流体の流路の入口15aの前方には、例えば、ケーシング20及び第一軸受箱30aによって吸入空間61が定められている。
The
ターボ圧縮機1aの運転期間中には回転軸11とともにインペラ12が回転し、吸入空間61における作動流体がインペラ12に向かって流れる。作動流体の流路の入口15aからインペラ12に吸い込まれた作動流体は、作動流体の流路の出口15bを通ってインペラ12の外部に排出される。その後、作動流体はボリュート23及び吐出流路25を通ってターボ圧縮機1aの外部に吐出される。
During the operation period of the
ターボ圧縮機1aの運転期間中に、制御器55によってサージングの発生の有無が判断される。制御器55は、例えば、Digital Signal Processor(DSP)によって構成されており、マイクロホン50からの出力信号を受信できるようにマイクロホン50に接続されている。
During the operation period of the
例えば、ターボ圧縮機1aの運転期間中に図4に示す一連の処理が実行される。まず、ステップS10において、制御器55は、マイクロホン50からの出力信号Smを取得する。次に、ステップS20において、制御器55は、出力信号SmからB×N[Hz]の周波数における音圧レベルL1を決定する。この場合、制御器55は、回転軸11の回転周波数Nを示す検出信号を所定のセンサから受信して、回転軸11の回転周波数Nを予め決定する。制御器55は、例えば、B×N[Hz]及びB×N[Hz]近傍の周波数帯域の信号を通過させるフィルタを備えており、フィルタを通過した信号に基づいて音圧レベルL1を決定する。代わりに、制御器55は、例えば、出力信号Smを高速フーリエ変換することにより音圧レベルL1を決定してもよい。次に、ステップS30において、制御器55は、音圧レベルL1が所定値Lt以上であるか否か判断する。所定値Ltは、例えば、ターボ圧縮機1aにおいてサージングが発生しているときに発生する音圧レベルに基づいて実験的に定められている。Ltは、例えば80〜90dBである。
For example, a series of processes shown in FIG. 4 are executed during the operation period of the
ステップS30における判断結果が否定的である場合、制御器55はサージングが発生していないと判断し、ステップS10に戻る。ステップS30における判断結果が肯定的である場合、制御器55は、ステップS40に進み、サージングが発生していると判断する。次に、制御器55は、ステップS50においてサージングを解消するための制御を行う。このように、ターボ圧縮機1aによれば、高精度の圧力センサを用いることなく、マイクロホン50及びフィルタ等の等の安価な電子部品を用いてサージングの発生の有無を判断できる。
If the determination result in step S30 is negative, the
サージングを解消するための制御の一例を説明する。図1に示す通り、ターボ圧縮機1aは、例えば、回転軸11を回転させるモータ40をさらに備えている。モータ40は、制御器55から送信された制御信号を受信可能に制御器55に接続されている。制御器55は、例えば、ステップS50のサージングを解消するための制御において、モータ40を制御して、回転軸11の回転数を変更する。具体的に、制御器55は、回転軸11の回転数を変更するための制御信号をモータ40に送信する。
An example of control for eliminating surging will be described. As shown in FIG. 1, the
例えば、後述の吐出弁の開度が一定である場合、制御器55は、サージングを解消するための制御において、モータ40を制御して、回転軸11の回転数を下げる。一方、別の条件では、制御器55は、サージングを解消するための制御において、モータ40を制御して、回転軸11の回転数を上げてもよい。
For example, when the opening degree of a discharge valve, which will be described later, is constant, the
図1に示す通り、モータ40は、回転子41と、固定子42とを備えている。モータ40は、例えば、回転軸11の軸線方向においてインペラ12と第二軸受13bとの間においてハウジング43の内部に配置されている。ハウジング43は、回転軸11の軸線方向においてケーシング20に固定されている。ハウジング43の内部には、第二軸受箱30bも配置されている。回転子41は、円筒状の部材であり、例えば、回転軸11に焼き嵌めされている。例えば、固定子42は回転子41の外面と所定の隙間をなして配置され、固定子42の外面がハウジング43の内面に固定されている。例えば、固定子42は、制御器55と電気的に接続されており、モータ40の回転速度が制御器55によって調節される。例えば、制御器55は、固定子42に加えられる回転磁界の周波数が下がるようにモータ40を制御して、回転軸11の回転数を下げることができる。
As shown in FIG. 1, the
サージングを解消するための制御の別の一例を説明する。図2に示す通り、ターボ圧縮機1aは、例えば、吐出流路25における作動流体の流量を調節するための弁70(吐出弁)をさらに備えている。弁70は、制御器55から送信された制御信号を受信可能に制御器55に接続されている。制御器55は、例えば、ステップS50のサージングを解消するための制御において、弁70を制御して、弁70の開度を増加させる。具体的に、制御器55は、弁70の開度を増加させるための制御信号を弁70に送信する。弁70は、例えば、弁開度を連続的に調節可能な調節弁である。
Another example of control for eliminating surging will be described. As shown in FIG. 2, the
サージングを解消するための制御のさらに別の一例を説明する。図1に示す通り、ターボ圧縮機1aは、可動ベーン35をさらに備えている。可動ベーン35は、作動流体の流れ方向においてインペラ12の上流に配置されている。可動ベーン35は、制御器55から送信された制御信号を受信可能に制御器55に接続されている。制御器55は、例えば、ステップS50のサージングを解消するための制御において、可動ベーン35を制御して、インペラ12に吸い込まれる作動流体の流速のインペラ12の回転方向における成分の大きさを増加させる。具体的に、制御器55は、インペラ12に吸い込まれる作動流体の流速のインペラ12の回転方向における成分の大きさを増加させるための制御信号を可動ベーン35に送信する。これにより、吸入空間61において作動流体がインペラ12の回転方向に旋回しながら流れ、サージングを解消できる。
Another example of control for eliminating surging will be described. As shown in FIG. 1, the
可動ベーン35は、例えば、アクチュエータ(図示省略)を有し、制御器55から受信した制御信号に従ってアクチュエータが作動する。これにより、可動ベーン35の姿勢が変化し、インペラ12に吸い込まれる作動流体の流速のインペラ12の回転方向における成分の大きさを増加させることができる。例えば、アクチュエータによって、可動ベーン35の前端がインペラ12の回転方向と反対方向に移動し、かつ、可動ベーン35の後端がインペラ12の回転方向に移動する。可動ベーン35は、例えば、第一軸受箱30aの接続部を兼ねている。
The
サージングを解消するための制御は、サージングを解消できる限り、上記の例に限定されず、また、上記の例に係る制御が単独で又は組み合わされてなされてもよい。 Control for eliminating surging is not limited to the above example as long as surging can be eliminated, and control according to the above example may be performed alone or in combination.
ターボ機械1aは様々な観点から変更可能である。例えば、ターボ圧縮機は、複数のインペラを備えた複数段の圧縮機に変更されてもよい。この場合、複数のインペラは、望ましくは、インペラの作動流体の流路の出口において異なる枚数のブレードを有している。これにより、サージングが発生するときに音圧レベルが顕著に増加する周波数が段ごとに異なるので、サージングが発生している段を特定しやすい。
The
ターボ圧縮機1aは、例えば、図6に示すターボ圧縮機1bのように変更されてもよい。ターボ圧縮機1bは、特に説明する場合を除き、ターボ圧縮機1aと同様に構成されている。ターボ圧縮機1aの構成要素と同一又は対応するターボ圧縮機1bの構成要素には同一の符号を付し詳細な説明を省略する。
The
図6に示す通り、ターボ圧縮機1bにおいて、マイクロホン50は、ケーシング20の内部においてボリュート23又は吐出流路25に露出している。マイクロホン50は、サージングが発生しているときに舌部Tの付近で発生したB×Nの周波数を有する音を受音できる。ターボ圧縮機1bによれば、ターボ圧縮機1bの周辺で発生している音がマイクロホン50において受音されにくい。このため、ターボ圧縮機1bの周辺で発生している音にサージングの有無の判断のためのB×Nの周波数の音が含まれている場合でもサージング発生の誤検出が起こりにくい。
As shown in FIG. 6, in the turbo compressor 1 b, the
本開示のターボ圧縮機は、ヒートポンプ、冷凍機、及び空気調和装置に有利に適用できる。 The turbo compressor of the present disclosure can be advantageously applied to a heat pump, a refrigerator, and an air conditioner.
1a、1b ターボ圧縮機
11 回転軸
12 インペラ
12a ブレード
15b 作動流体の流路の出口
20 ケーシング
23 ボリュート
25 吐出流路
35 可動ベーン
40 モータ
50 マイクロホン
55 制御器
70 弁
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記回転軸に固定され、複数枚のブレードを有し、作動流体を圧縮するためのインペラと、
前記インペラの半径方向外側において前記インペラを囲んでいるボリュートを有するケーシングと、
前記ボリュートに接続され前記ボリュートの外部に向かって延びている少なくとも1つの吐出流路と、
前記ケーシングの内部において前記ボリュート若しくは前記吐出流路に露出し、又は、前記ケーシングの周辺において前記ケーシングの外部に露出して配置されたマイクロホンと、
前記マイクロホンから出力された信号において、前記インペラの前記作動流体の流路の出口における前記ブレードの枚数と、前記回転軸の回転周波数との積に一致する周波数の音圧レベルが所定値以上である場合に、サージングが発生していると判断し、前記サージングを解消するための制御を行う制御器と、を備えた、
ターボ圧縮機。 A rotation axis;
An impeller fixed to the rotating shaft and having a plurality of blades for compressing the working fluid;
A casing having a volute surrounding the impeller radially outward of the impeller;
At least one discharge channel connected to the volute and extending toward the outside of the volute;
A microphone that is exposed to the volute or the discharge flow path inside the casing, or is exposed to the outside of the casing around the casing; and
In the signal output from the microphone, the sound pressure level at a frequency that matches the product of the number of blades at the outlet of the working fluid flow path of the impeller and the rotational frequency of the rotating shaft is a predetermined value or more. A controller that determines that surging has occurred and performs control to eliminate the surging, and
Turbo compressor.
前記制御器は、前記サージングを解消するための前記制御において、前記モータを制御して、前記回転軸の回転数を変更する、請求項1又は2に記載のターボ圧縮機。 A motor for rotating the rotating shaft;
3. The turbo compressor according to claim 1, wherein, in the control for eliminating the surging, the controller controls the motor to change the rotation speed of the rotating shaft. 4.
前記制御器は、前記サージングを解消するための前記制御において、前記弁を制御して、前記弁の開度を増加させる、請求項1〜3のいずれか1項に記載のターボ圧縮機。 A valve for adjusting the flow rate of the working fluid in the discharge flow path;
The turbo compressor according to any one of claims 1 to 3, wherein the controller controls the valve to increase an opening degree of the valve in the control for eliminating the surging.
前記制御器は、前記サージングを解消するための前記制御において、前記可動ベーンを制御して、前記インペラに吸い込まれる前記作動流体の流速の前記インペラの回転方向における成分の大きさを増加させる、請求項1〜4のいずれか1項に記載のターボ圧縮機。 A movable vane disposed upstream of the impeller in the flow direction of the working fluid;
The controller, in the control for eliminating the surging, controls the movable vane to increase the magnitude of a component in the rotation direction of the impeller of the flow velocity of the working fluid sucked into the impeller. Item 5. The turbo compressor according to any one of Items 1 to 4.
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