JP2019148198A - 性能評価方法、性能評価装置、及び性能評価システム - Google Patents

Abstract

【課題】運転時の圧縮機の性能の変化を高い精度で確認する。【解決手段】性能評価方法は、圧縮機の流入口で混合ガスの圧力、温度、及び流量を入口測定値、前記圧縮機の流出口で前記混合ガスの圧力及び温度を出口測定値、前記圧縮機よりも上流側及び下流側での差圧、圧力、及び温度を第一測定値及び第二測定値として取得する測定値取得工程Ｓ２と、前記混合ガスの分子量を取得する分子量取得工程Ｓ３と、前記混合ガスの分子量と前記複数のガスのモル分率との相関関係と前記分子量取得工程で取得した前記分子量とに基づいて、前記混合ガス中の各ガスのモル分率を取得するモル分率取得工程Ｓ４と、各ガスのモル分率に基づいて、前記混合ガスの比熱比を取得する比熱比取得工程Ｓ５と、前記比熱比に基づいて、前記圧縮機の効率を取得する効率取得工程Ｓ６と、前記圧縮機の流量係数を取得する流量係数取得工程Ｓ７と、を含む。【選択図】図６

Description

本発明は、性能評価方法、性能評価装置、及び性能評価システムに関する。

従来、プラント等で利用される圧縮機として、複数段の羽根車を備えた多段遠心圧縮機が広く用いられている。このような圧縮機には、複数のガスが混合された混合ガスが作動ガスとして流入する。流入した混合ガスは、インペラにより昇圧されて圧縮機から吐出される。

このような圧縮機では、運転中の性能をモニタリングすることで、運転中の異常を検出している。例えば、特許文献１には、圧縮機の運転中の各種パラメータ値をリアルタイムでモニタリングするとともに、実際に期待される性能に対して許容値内となっているか否かを判定するモニタリング方法が記載されている。

米国特許出願公開第２０１５／００５７９７３号明細書

ところで、圧縮機では、このような方法だけでなく、より高い精度で運転時の性能の変化をモニタリングすることが求められている。

本発明は、上記課題に応えるためになされたものであって、運転時の圧縮機の性能の変化を高い精度で確認することが可能な性能評価方法、性能評価装置、及び性能評価システムを提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用する。
本発明の第一態様に係る性能評価方法は、複数のガスが混合された混合ガスが流入する圧縮機の性能を評価する性能評価方法であって、前記圧縮機の流入口に流入される前記混合ガスの少なくとも圧力、温度、及び流量を入口測定値として取得し、前記圧縮機の流出口から流出する前記混合ガスの少なくとも圧力及び温度を出口測定値として取得し、前記圧縮機よりも上流側の前記混合ガスの圧力が変化する第一地点での差圧、圧力、及び温度を第一測定値として取得し、前記圧縮機よりも下流側の前記混合ガスの圧力が変化する第二地点での差圧、圧力、及び、温度を第二測定値として取得する測定値取得工程と、前記第一測定値と、前記第二測定値と、前記第一地点の流路面積と、前記第二地点の流路面積とに基づいて、前記混合ガスの分子量を取得する分子量取得工程と、前記混合ガスの分子量と前記複数のガスのモル分率との相関関係として予め定められた基準相関関係を取得し、取得した前記基準相関関係と、前記分子量取得工程で取得した前記分子量と、に基づいて、前記混合ガス中の各ガスのモル分率を取得するモル分率取得工程と、前記モル分率取得工程で取得した各ガスのモル分率に基づいて、前記混合ガスの比熱比を取得する比熱比取得工程と、前記入口測定値のうちの圧力及び温度と、前記出口測定値のうちの圧力及び温度と、前記比熱比取得工程で取得した前記比熱比とに基づいて、前記圧縮機の効率を取得する効率取得工程と、
前記入口測定値のうちの流量と、前記圧縮機の回転数とに基づいて、前記圧縮機の流量係数を取得する流量係数取得工程と、を含む。

このような構成によれば、入口測定値、出口測定値、第一測定値、及び第二測定値から圧縮機に流入している混合ガスの分子量が取得できる。この分子量に基づいて、基準相関関係からモル分率が取得されることで、混合ガスに含まれるガスの成分比率が高い精度で取得される。取得したモル分率を利用することで、混合ガス全体としての比熱比を高い精度で取得することができる。取得した混合ガスの比熱比に基づいて圧縮機の効率を取得することで、混合ガスのガス物性が反映された効率を取得することができる。そして、混合ガスのガス物性が反映された効率とともに、流量係数が取得されている。これにより、混合ガスのガス物性の変化の影響を抑えて、圧縮機自体における効率と流量係数との関係を高い精度で確認することができる。

また、本発明の第二態様に係る性能評価方法では、第一態様において、前記圧縮機が目標とする状態で運転されている場合の前記効率と前記流量係数との相関関係を示す曲線として予め定められた目標性能カーブを取得し、前記効率取得工程で取得された前記効率と、前記流量係数取得工程で取得された前記流量係数とが、取得した前記目標性能カーブから外れているか否かを判定する判定工程とをさらに含んでいてもよい。

このような構成によれば、取得した効率及び流量係数が目標性能カーブから外れているか否かが判定され、目標とする圧縮機の運転状態と比較して異常が生じているなどの現状の圧縮機の異常を早期に把握することができる。

また、本発明の第三態様に係る性能評価方法では、第一又は第二態様において、前記効率取得工程で取得された前記効率と、前記流量係数取得工程で取得された前記流量係数とに基づいて、前記効率と前記流量係数との相関関係を示す曲線として実性能カーブを取得する実性能カーブ取得工程をさらに含んでいてもよい。

このような構成によれば、現状の圧縮機の性能が実性能カーブを利用して評価できる。そして、実性能カーブと目標性能カーブとを比較することで、圧縮機の現状の性能と初期の目標とする性能とを容易に比較することができる。

また、本発明の第四態様に係る性能評価方法では、第一から第三態様の何れか一つにおいて、前記測定値取得工程は、前記圧縮機よりも上流側のベンド部が設置された点を前記第一地点として前記第一測定値を測定する第一測定工程と、前記圧縮機よりも下流側のオリフィスが設置された地点を前記第二地点として前記第二測定値を測定する第二測定工程とを含んでいてもよい。

このような構成によれば、分子量を取得する上で必要な差圧を取得可能な構造を圧縮機の上流及び下流にそれぞれ容易に設置することができる。

また、本発明の第五態様に係る性能評価方法では、第一から第三態様の何れか一つにおいて、前記測定値取得工程は、前記圧縮機よりも上流側の弁部が設置された地点を前記第一地点として前記第一測定値を測定する第一測定工程と、前記圧縮機よりも下流側のオリフィスが設置された地点を前記第二地点として前記第二測定値を測定する第二測定工程とを含んでいてもよい。

このような構成によれば、分子量を取得する上で必要な差圧を取得可能な構造を圧縮機の上流及び下流にそれぞれ容易に設置することができる。

また、本発明の第六態様に係る性能評価装置は、複数のガスが混合された混合ガスが流入する圧縮機の性能を評価する性能評価装置であって、前記圧縮機の流入口に流入される前記混合ガスの少なくとも圧力、温度、及び流量を入口測定値として取得し、前記圧縮機の流出口から流出する前記混合ガスの少なくとも圧力及び温度を出口測定値として取得し、前記圧縮機よりも上流側の前記混合ガスの圧力が変化する第一地点での差圧、圧力、及び温度を第一測定値として取得し、前記圧縮機よりも下流側の前記混合ガスの圧力が変化する第二地点での差圧、圧力、及び温度を第二測定値として取得する測定値取得部と、前記第一測定値と、前記第二測定値と、前記第一地点の流路面積と、前記第二地点の流路面積とに基づいて、前記混合ガスの分子量を取得する分子量取得部と、前記混合ガスの分子量と前記複数のガスのモル分率との相関関係として予め定められた基準相関関係を取得し、取得した前記基準相関関係と、前記分子量取得部で取得した前記分子量と、に基づいて、前記混合ガス中の各ガスのモル分率を取得するモル分率取得部と、前記モル分率取得部で取得した各ガスのモル分率に基づいて、前記混合ガスの比熱比を取得する比熱比取得部と、前記入口測定値のうちの圧力及び温度と、前記出口測定値のうちの圧力及び温度と、前記比熱比取得部で取得した前記比熱比とに基づいて、前記圧縮機の効率を取得する効率取得部と、前記入口測定値のうちの流量と、前記圧縮機の回転数とに基づいて、前記圧縮機の流量係数を取得する流量係数取得部と、を備える。

また、本発明の第七態様に係る性能評価装置では、第六態様において、前記圧縮機が目標とする状態で運転されている場合の前記効率と前記流量係数との相関関係を示す曲線として予め定められた目標性能カーブを取得し、前記効率取得部で取得された前記効率と、前記流量係数取得部で取得された前記流量係数とが、取得した前記目標性能カーブから外れているか否かを判定する判定部とをさらに備えていてもよい。

また、本発明の第八態様に係る性能評価装置では、第六又は第七態様において、前記効率取得部で取得された前記効率と、前記流量係数取得部で取得された前記流量係数とに基づいて、前記効率と前記流量係数との相関関係を示す曲線として実性能カーブを取得する実性能カーブ取得部をさらに備えていてもよい。

また、本発明の第九態様に係る性能評価システムは、第六から第八態様の何れか一つの性能評価装置と、前記混合ガスが流入する圧縮機と、前記圧縮機の流入口に設けられて、前記流入口に流入される前記混合ガスの少なくとも圧力、温度、及び流量を測定して入口測定値として前記性能評価装置に送る入口測定部と、前記圧縮機の流出口に設けられて、前記流出口から流出する前記混合ガスの少なくとも圧力及び温度を測定して出口測定値として前記性能評価装置に送る出口測定部と、前記圧縮機よりも上流側の前記混合ガスの圧力が変化する第一地点に設けられて、前記第一地点での差圧、圧力、及び、温度を測定して第一測定値として前記性能評価装置に送る第一測定部と、前記圧縮機よりも下流側の前記混合ガスの圧力が変化する第二地点に設けられて、前記第二地点での差圧、圧力、及び、温度を測定して第二測定値として前記性能評価装置に送る第二測定部とを備える。

また、本発明の第十態様に係る性能評価システムでは、第九態様において、前記第一測定部は、前記圧縮機よりも上流側のベンド部が設置された地点に設けられ、前記第二測定部は、前記圧縮機よりも下流側のオリフィスが設置された地点に設けられていてもよい。

また、本発明の第十一態様に係る性能評価システムでは、第九態様において、前記第一測定部は、前記圧縮機よりも上流側の弁部が設置された地点に設けられ、前記第二測定部は、前記圧縮機よりも下流側のオリフィスが設置された地点に設けられていてもよい。

本発明によれば、運転時の圧縮機の性能の変化を高い精度で確認することができる。

本発明の第一実施形態の性能評価システムを示す模式図である。 本発明の実施形態の性能評価装置のハードウェア構成を示す図である。 本発明の実施形態の性能評価装置の機能ブロック図である。 本発明のモル分率取得工程で取得される混合ガスの分子量とモル分率との相関関係の一例を示すグラフである。 本発明の実施形態で取得される流量係数と効率との相関関係の一例を示すグラフである。 本発明の実施形態の性能評価方法を示すフロー図である。 本発明の第二実施形態の性能評価システムの模式図である。

《第一実施形態》
以下、本発明の第一実施形態の性能評価システム１について、図面を参照して詳細に説明する。

図１に示すように、性能評価システム１は、圧縮機２０と、圧縮機２０の流入口に繋がる上流ライン３０と、圧縮機２０の流出口に繋がる下流ライン４０と、圧縮機２０が運転中の混合ガスの状態を測定する測定部５０と、圧縮機２０の性能を評価する性能評価装置１０とを備えている。

圧縮機２０には、複数のガスが混合された混合ガスが上流ライン３０から流入する。圧縮機２０は、流入した混合ガスを圧縮して下流ライン４０に吐出する。本実施形態の圧縮機２０は、例えばプラント等に設置される一軸多段遠心圧縮機である。

測定部５０は、運転中の圧縮機２０に流入する混合ガス又は圧縮機２０から流出される混合ガスの状態を測定する。本実施形態の測定部５０は、入口測定部５１と、出口測定部５２と、第一測定部５３と、第二測定部５４とを有する。

入口測定部５１は、圧縮機２０において混合ガスを内部に流入させる吸込口（流入口）２１に設けられている。入口測定部５１は、吸込口２１で測定した圧縮前の混合ガスの圧力、温度、及び流量を測定している。入口測定部５１は、測定結果の情報を入口測定値ＭＶ１として性能評価装置１０に送っている。ここで、入口測定値ＭＶ１のうち、測定された圧力を入口圧力Ｐｓ、測定された温度を入口温度Ｔｓ、測定された流量を入口流量Ｑとそれぞれ称する。

出口測定部５２は、圧縮機２０において混合ガスを外部に流出させる吐出口２２（流出口）に設けられている。出口測定部５２は、吐出口２２で測定した圧縮後の混合ガスの圧力及び温度を測定している。出口測定部５２は、測定結果の情報を出口測定値ＭＶ２として性能評価装置１０に送っている。ここで、出口測定値ＭＶ２のうち、測定された圧力を出口圧力Ｐｄ、測定された温度を出口温度Ｔｄとそれぞれ称する。

第一測定部５３は、上流ライン３０における混合ガスの圧力が変化するベンド部３１が設置された地点である第一地点３５に設けられている。第一測定部５３は、第一地点３５で差圧、圧力、及び温度を測定している。第一測定部５３は、測定結果の情報を第一測定値ＭＶ３として性能評価装置１０に送っている。ベンド部３１は、圧縮機２０の吸込口２１よりも上流側に離れた位置で上流ライン３０に設けられている。ベンド部３１は、混合ガスの流通方向を９０°曲げるように湾曲している。

具体的には、本実施形態の第一測定部５３は、ベンド部３１の上流側と下流側とでそれぞれ圧力及び温度を測定している。第一測定部５３は、ベンド部３１の上流側と下流側とで測定した圧力の差を第一測定値ＭＶ３の一つである第一差圧ΔＰ１として取得し、性能評価装置１０に送っている。第一測定部５３は、測定した圧力及び温度のうち、ベンド部３１の上流側で測定した圧力及び温度の情報を第一測定値ＭＶ３の一部である第一圧力Ｐ１及び第一温度Ｔ１として性能評価装置１０に送っている。

第二測定部５４は、下流ライン４０における混合ガスの圧力が変化するオリフィス４１が設置された地点である第二地点４５に設けられている。第二測定部５４は、第二地点４５で差圧、圧力、及び温度を測定している。第二測定部５４は、測定結果の情報を第二測定値ＭＶ４として性能評価装置１０に送っている。オリフィス４１は、圧縮機２０の吐出口２２よりも下流側に離れた位置で下流ライン４０に設けられている。

具体的には、第二測定部５４は、オリフィス４１の上流側と下流側とでそれぞれ圧力及び温度を測定している。第二測定部５４は、オリフィス４１の上流側と下流側とで測定した圧力の差を第二測定値ＭＶ４の一つである第二差圧ΔＰ２として取得し、性能評価装置１０に送っている。第二測定部５４は、測定した圧力及び温度のうち、オリフィス４１の上流側で測定した圧力及び温度の情報を第二測定値ＭＶ４の一部である第二圧力Ｐ２及び第二温度Ｔ２として性能評価装置１０に送っている。

性能評価装置１０は、圧縮機２０の効率η及び流量係数φに基づいて圧縮機２０の性能を評価する。性能評価装置１０は、図２に示すように、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）１０１、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）１０２、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）１０３、ストレージ部１０４、信号受信モジュール（受信機）１０５を備えるコンピュータである。信号受信モジュール１０５には、測定部５０から出力される測定結果の情報、及び運転中の圧縮機２０に関する情報が入力される。

ＣＰＵ１０１は、性能評価装置１０の動作全体を司るプロセッサである。ＣＰＵ１０１は、予め用意されたプログラムに従って動作することで、後述する各種機能を発揮する。

ＲＯＭ１０２は、書き換え不能の不揮発性メモリである。ＲＡＭ１０３は、書き換え可能な揮発性メモリである。ＲＯＭ１０２やＲＡＭ１０３は、主記憶装置とも呼ばれ、ＣＰＵ１０１が各種機能を発揮して動作するためのプログラムが展開されている。

ストレージ部１０４は、性能評価装置１０に内蔵される大容量記憶装置（不揮発性メモリ）であって、例えば、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）等である。ストレージ部１０４は、補助記憶装置とも呼ばれ、後述する圧縮機２０及び各ガスの固有のデータや事前の試験やシミュレーションによって取得されたデータ等の予め必要な情報が記憶されている。

図３に示すように、性能評価装置１０のＣＰＵ１０１は予め自装置で記憶するプログラムを実行することにより、制御部１１、測定値取得部１２、分子量取得部１３と、モル分率取得部１４、比熱比取得部１５、効率取得部１６、流量係数取得部１７、判定部１８、及ぶ実性能カーブ取得部１９の各機能を発揮する。

制御部１１は、圧縮機２０の起動、停止、性能評価処理の開始、終了など種々の制御を行う。

測定値取得部１２は、入口測定値ＭＶ１、出口測定値ＭＶ２、第一測定値ＭＶ３、及び第二測定値ＭＶ４を測定部５０から取得する。即ち、測定値取得部１２は、測定部５０で測定された混合ガスの情報を取得する。

分子量取得部１３は、測定値取得部１２で取得した第一測定値ＭＶ３及び第二測定値ＭＶ４を取得する。分子量取得部１３は、上流ライン３０の第一地点３５の流路面積である第一流路面積Ａ１を取得する。同様に、分子量取得部１３は、下流ライン４０の第二地点４５の流路面積である第二流路面積Ａ２も取得する。第一流路面積Ａ１及び第二流路面積Ａ２は、圧縮機２０の運転前に測定されて予めストレージ部１０４に記憶されている。分子量取得部１３は、取得した第一差圧ΔＰ１、第一圧力Ｐ１、第一温度Ｔ１、第二差圧ΔＰ２、第二圧力Ｐ２、第二温度Ｔ２、第一流路面積Ａ１、及び第二流路面積Ａ２と、以下の式（１）から式（６）とに基づいて、運転中の圧縮機２０に流入している混合ガスの分子量ｍを取得する。

ここで、上記式における損失係数ζ１は、第一地点３５でのベンド部３１の損失係数であり、ベンド部３１の形状によって予め定められた定数である。また、損失係数ζ２は、第二地点４５でのオリフィス４１の損失係数であり、オリフィス４１の形状によって予め定められた定数である。また、ガス密度ρ１及びガス密度ρ２は、それぞれ第一地点３５及び第二地点４５を流通する混合ガスのガス密度であり、上記式（１）から式（６）における変数である。また、流速ｖ１及び流速ｖ２は、それぞれ第一地点３５及び第二地点４５を流通する混合ガスの流速であり、上記式（１）から式（６）における変数である。また、式（６）におけるガス定数Ｒは、測定時点の混合ガスのガス成分によって変わる変数である。普遍気体定数Ｒ０は、理想気体の状態方程式における係数として導入される物理定数である。

上述した式（１）から式（６）に基づいて、設定値Δを分子量ｍの関数として整理し、設定値Δが所定の値になる場合の分子量ｍを求める。ここで、設定値Δは、可能な限り小さい値であることが好ましい。設定値Δは、例えば、式（３）におけるρ１ｖ１Ａ１の１０％以下に収まる値に設定することが好ましい。

モル分率取得部１４は、混合ガスの分子量ｍと混合ガスに含まれる複数のガスのモル分率との相関関係として予め定められた基準相関関係を取得する。基準相関関係は、図４に示すような直線として、混合ガスに含まれるガスごとに事前に試験やシミュレーションを行うことで取得されて事前にストレージ部１０４に記憶されている。モル分率取得部１４は、取得した基準相関関係と、分子量取得部１３で取得した分子量ｍと、に基づいて、混合ガス中の各ガスのモル分率を取得する。

なお、図４では、一例として二種類のガスについて、基準相関関係が示されているが、混合ガスに含まれるガスの種類が二種類であることに限定されるものではない。基準相関関係は、混合ガスに含まれるガスの種類の数に対応して複数取得される。

比熱比取得部１５は、モル分率取得部１４で取得した各ガスのモル分率と、ガスごとの比熱比とに基づいて、混合ガスの比熱比ｋを取得する。ガスごとの比熱比は、予め定められて定数であり、事前にストレージ部１０４に記憶されている。具体的には、加重平均を用いて、各ガスのモル分率に基づいて混合ガス中の各ガスの比熱比に重みづけをし、混合ガス全体としての比熱比ｋを算出する。

効率取得部１６は、入口測定値ＭＶ１、出口測定値ＭＶ２、及び混合ガス全体としての比熱比ｋとに基づいて、圧縮機２０の効率ηを取得する。具体的には、入口圧力Ｐｓ、入口温度Ｔｓ、出口圧力Ｐｄ、及び出口温度Ｔｄに基づいて、以下の式（７）からポリトロープ指数ｎを算出する。

効率取得部１６は、算出したポリトロープ指数ｎに基づいて、以下の式（８）から圧縮機２０の効率ηを算出する。

流量係数取得部１７は、圧縮機２０の性能を示す無次元パラメータの一つである流量係数φを取得する。流量係数取得部１７は、入口流量Ｑと、測定部５０で各種測定値を測定した時点（以下、単に測定時点と称する）での運転中の圧縮機２０の回転数とに基づいて、圧縮機２０の流量係数φを取得する。具体的には、以下の式（９）に基づいて、流量係数φを取得する。

ここで、式（９）におけるインペラの代表直径Ｄは、圧縮機２０に応じて予め決定される定数であり、事前にストレージ部１０４に記憶されている値である。本実施形態のインペラの代表直径Ｄは、圧縮機２０における任意の段のインペラの直径である。インペラの代表直径Ｄは、例えば、初段のインペラの直径が代表直径Ｄとして設定される。

また、インペラの代表周速Ｕは、圧縮機２０の回転数に応じて予め決定される定数であり、測定時点での圧縮機２０の回転数に対応して取得される。本実施形態のインペラの代表周速Ｕは、任意の回転数で運転中の圧縮機２０における任意の段のインペラの周速である。インペラの代表周速Ｕは、例えば、任意の回転数で運転中の初段のインペラの周速である。

判定部１８は、予めストレージ部１０４に記憶されている目標性能カーブを取得する。目標性能カーブは、圧縮機２０が目標とする状態で運転されている場合の効率ηと流量係数φとの相関関係を示す曲線として圧縮機２０に応じて予め定められている。判定部１８は、効率取得部１６で取得された効率ηと、流量係数取得部１７で取得された流量係数φとが、取得した目標性能カーブから外れているか否かを判定する。図５に示すように、目標性能カーブから外れている効率η及び流量係数φを有する異常なデータがある場合、圧縮機２０自体の性能が低下している等の圧縮機２０に異常が生じていることを示している。

実性能カーブ取得部１９は、効率取得部１６で取得された効率ηと、流量係数取得部１７で取得された流量係数φとに基づいて、実性能カーブを取得する。実性能カーブは、測定時点での運転中の圧縮機２０の効率ηと流量係数φとの相関関係を示す曲線である。取得した実性能カーブと、目標性能カーブとを比較することで、圧縮機２０の初期の目標とする性能との現状の圧縮機２０の性能との状態の差が把握される。

次に、図６を用いて、本実施形態の性能評価システム１に基づく性能評価方法Ｓ１について説明する。本実施形態の性能評価方法Ｓ１は、測定値取得工程Ｓ２、分子量取得工程Ｓ３と、モル分率取得工程Ｓ４、比熱比取得工程Ｓ５、効率取得工程Ｓ６、流量係数取得工程Ｓ７、判定工程Ｓ８、及ぶ実性能カーブ取得工程Ｓ９の各工程を含む。

測定値取得工程Ｓ２では、測定部５０で測定された混合ガスの状態が取得される。本実施形態の測定値取得工程Ｓ２は、入口測定工程Ｓ２１と、出口測定工程Ｓ２２と、第一測定工程Ｓ２３と、第二測定工程Ｓ２４と、を含んでいる。

入口測定工程Ｓ２１では、入口測定部５１で測定された測定結果が測定値取得部１２に送られることで、入口測定値ＭＶ１が取得される。出口測定工程Ｓ２２では、出口測定部５２で測定された測定結果が測定値取得部１２に送られることで、出口測定値ＭＶ２が取得される。第一測定工程Ｓ２３では、第一測定部５３で測定された測定結果が測定値取得部１２に送られることで、第一測定値ＭＶ３が取得される。第二測定工程Ｓ２４では、第二測定部５４で測定された測定結果が測定値取得部１２に送られることで、第二測定値ＭＶ４が取得される。また、測定値取得工程Ｓ２では、測定時点での圧縮機２０の回転数が取得される。

分子量取得工程Ｓ３では、第一差圧ΔＰ１、第一圧力Ｐ１、第一温度Ｔ１、第二差圧ΔＰ２、第二圧力Ｐ２、第二温度Ｔ２、第一流路面積Ａ１、及び第二流路面積Ａ２と、上述した式（１）から式（６）とに基づいて、混合ガスの分子量ｍが分子量取得部１３によって算出される。これにより、分子量取得工程Ｓ３では、測定時点での混合ガスの分子量ｍが取得される。

モル分率取得工程Ｓ４では、事前に試験やシミュレーションを行うことで、基準相関関係が取得される。モル分率取得工程Ｓ４では、取得された基準相関関係と、分子量取得工程Ｓ３で取得された分子量ｍと、に基づいて、混合ガス中の各ガスのモル分率がモル分率取得部１４によって算出される。これにより、モル分率取得工程Ｓ４では、測定時点での混合ガス中の各ガスのモル分率が取得される。

比熱比取得工程Ｓ５では、事前にガスごとの比熱比が取得される。比熱比取得工程Ｓ５では、モル分率取得工程Ｓ４で取得された各ガスのモル分率と各ガスに応じた比熱比とに基づいて、混合ガス全体としての比熱比ｋが比熱比取得部１５によって算出される。これにより、比熱比取得工程Ｓ５では、測定時点での混合ガス全体としての比熱比ｋが取得される。

効率取得工程Ｓ６では、入口圧力Ｐｓ、入口温度Ｔｓ、出口圧力Ｐｄ、及び出口温度Ｔｄと、上述した式（７）及び式（８）に基づいて、圧縮機２０の効率ηが効率取得部１６によって算出される。これにより、効率取得工程Ｓ６では、測定時点での圧縮機２０の効率ηが取得される。

流量係数取得工程Ｓ７では、入口流量Ｑと、測定時点での運転中の圧縮機２０の回転数から算出される初段のインペラの周速である代表周速Ｕと、上述した式（９）とに基づいて、流量係数φが流量係数取得部１７によって算出される。これにより、流量係数取得工程Ｓ７では、測定時点での圧縮機２０の流量係数φが取得される。

判定工程Ｓ８では、圧縮機２０を運転させる際の目標とする状態に応じて、目標性能カーブが事前に取得される。判定工程Ｓ８では、効率取得工程Ｓ６で取得された効率ηと、流量係数取得工程Ｓ７で取得された流量係数φとが、目標性能カーブから外れているか否かが判定部１８によって判定される。

実性能カーブ取得工程Ｓ９では、効率取得工程Ｓ６で取得された効率ηと、流量係数取得工程Ｓ７で取得された流量係数φとに基づいて、実性能カーブが実性能カーブ取得部１９によって取得される。

上記のような構成によれば、入口測定部５１、出口測定部５２、第一測定部５３、及び第二測定部５４によって、混合ガスの状態が測定される。測定された入口測定値ＭＶ１、出口測定値ＭＶ２、第一測定値ＭＶ３、及び第二測定値ＭＶ４を取得して、上述した式（１）から式（６）に基づいて分子量ｍを取得することで、運転中の圧縮機２０に流入している混合ガスの測定時点での分子量ｍが取得できる。この分子量ｍに基づいて、基準相関関係からモル分率が取得されることで、測定時点の混合ガスに含まれるガスの成分比率が高い精度で算出される。取得したモル分率を利用して混合ガスの比熱比ｋを取得することで、測定時点での混合ガス全体としての比熱比ｋを高い精度で算出することができる。算出した混合ガスの比熱比ｋと式（７）及び式（８）とに基づいて圧縮機２０の効率ηを取得することで、混合ガスのガス物性が反映された効率ηを取得することができる。そして、混合ガスのガス物性が反映された効率ηとともに、式（９）に基づいて測定時点での流量係数φが取得されている。これにより、混合ガスのガス物性の変化の影響を抑えて、圧縮機２０自体における効率ηと流量係数φとの関係を高い精度で確認することができる。

従来から、圧縮機２０の運転中には、圧縮機２０の効率ηをリアルタイムでモニタリングして圧縮機２０に異常が生じて性能低下が生じていないかを確認する必要がある。ところが、運転中の圧縮機２０に流入される混合ガスの成分比率が一定とならずに時間に応じて多少変化してしまい、混合ガスのガス物性も変化してしまう場合がある、このような場合には、圧縮機２０の効率ηが、混合ガスのガス物性の変化の影響を受けて、圧縮機２０自体の性能を示す本来の値からずれてしまう。これに対して、圧縮機２０に流入する混合ガスのガス物性の変化が原因なのかを確認するには、時間や費用をかけて別に評価する必要がある。しかしながら、上記のような性能評価装置１０及び性能評価方法Ｓ１によれば、混合ガスのガス物性の変化の影響を抑えることができ、運転時の圧縮機２０の性能の変化を高い精度で確認することができる。

また、取得した効率η及び流量係数φが目標性能カーブから外れているか否かを判定することで、目標とする圧縮機２０の運転状態と比較して異常が生じているなどの現状の圧縮機２０の異常を早期に把握することができる。

また、取得した効率η及び流量係数φから実性能カーブを取得することで、測定時点での圧縮機２０の性能が実性能カーブを利用して評価できる。そして、実性能カーブと目標性能カーブとを比較することで、圧縮機２０の現状の性能と初期の目標とする性能とを容易に比較することができる。

また、第一地点３５にベンド部３１、第二地点４５にオリフィス４１がそれぞれ設けられている。そのため、上述した式（１）から式（６）に基づいて分子量ｍを算出する上で必要な差圧を取得可能な構造を圧縮機２０の上流及び下流にそれぞれ容易に設置することができる。

《第二実施形態》
次に、図７を参照して第二実施形態の性能評価システム１Ａについて説明する。
第二実施形態においては第一実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。この第二実施形態の性能評価システム１Ａは、第一地点３５Ａに弁部３１Ａが設置されている点が第一実施形態と相違する。

このような構成であっても、第一実施形態と同様に、運転時の圧縮機２０の性能の変化を高い精度でモニタリングすることができる。

（実施形態の他の変形例）
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、及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。

なお、性能評価装置１０は、上述した構成のみを備える構造に限定されるものではない、例えば、性能評価装置１０には評価者によって確認可能な表示部があってもよい。この場合、各種取得した値を表示部に表示することで、評価者は、混合ガスの状態や圧縮機２０の状態をリアルタイムに把握することができる。

また、第一地点３５Ａや第二地点４５は、圧縮機２０に流入する混合ガスの流量と同じ流量が流れる状態で差圧が生じるようにされていればよい。例えば、第一地点３５Ａにオリフィス４１が設けられていてもよい。第二地点４５にベンド部３１や弁部３１Ａが設けられていてもよい。

また、第一測定部５３及び第二測定部５４では、差圧が生じる部分の上流側で測定した圧力や温度の情報を性能評価装置１０に送っているが、上流及び下流の何れか一方で測定された結果を性能評価装置１０に送ればよい。したがって、第一測定部５３及び第二測定部５４では、差圧が生じる部分の下流側で測定した圧力や温度の情報を性能評価装置１０に送ってもよい。

１，１Ａ…性能評価システム ２０…圧縮機 ２１…吸込口 ２２…吐出口 ３０…上流ライン ３１…ベンド部 ３５，３５Ａ…第一地点 ４０…下流ライン ４１…オリフィス ４５…第二地点 ５０…測定部 ５１…入口測定部 ＭＶ１…入口測定値 Ｐｓ…入口圧力 Ｔｓ…入口温度 Ｑ…入口流量 ５２…出口測定部 ＭＶ２…出口測定値 Ｐｄ…出口圧力 Ｔｄ…出口温度 ５３…第一測定部 ＭＶ３…第一測定値 ΔＰ１…第一差圧 Ｐ１…第一圧力 Ｔ１…第一温度 ５４…第二測定部 ＭＶ４…第二測定値 ΔＰ２…第二差圧 Ｐ２…第二圧力 Ｔ２…第二温度 １０…性能評価装置 １０１…ＣＰＵ １０２…ＲＯＭ １０３…ＲＡＭ １０４…ストレージ部 １０５…信号受信モジュール １１…制御部 １２…測定値取得部 １３…分子量取得部 Ａ１…第一流路面積 Ａ２…第二流路面積 ｍ…分子量 Δ…設定値 １４…モル分率取得部 １５…比熱比取得部 ｋ…比熱比 １６…効率取得部 ｎ…ポリトロープ指数 η…効率 １７…流量係数取得部 φ…流量係数 Ｄ…代表直径 Ｕ…代表周速 １８…判定部 １９…実性能カーブ取得部 Ｓ１…性能評価方法 Ｓ２…測定値取得工程 Ｓ２１…入口測定工程 Ｓ２２…出口測定工程 Ｓ２３…第一測定工程 Ｓ２４…第二測定工程 Ｓ３…分子量取得工程 Ｓ４…モル分率取得工程 Ｓ５…比熱比取得工程 Ｓ６…効率取得工程 Ｓ７…流量係数取得工程 Ｓ８…判定工程 Ｓ９…実性能カーブ取得工程 ３１Ａ…弁部

Claims (11)

1. 複数のガスが混合された混合ガスが流入する圧縮機の性能を評価する性能評価方法であって、
   前記圧縮機の流入口に流入される前記混合ガスの少なくとも圧力、温度、及び流量を入口測定値として取得し、前記圧縮機の流出口から流出する前記混合ガスの少なくとも圧力及び温度を出口測定値として取得し、前記圧縮機よりも上流側の前記混合ガスの圧力が変化する第一地点での差圧、圧力、及び温度を第一測定値として取得し、前記圧縮機よりも下流側の前記混合ガスの圧力が変化する第二地点での差圧、圧力、及び温度を第二測定値として取得する測定値取得工程と、
   前記第一測定値と、前記第二測定値と、前記第一地点の流路面積と、前記第二地点の流路面積とに基づいて、前記混合ガスの分子量を取得する分子量取得工程と、
   前記混合ガスの分子量と前記複数のガスのモル分率との相関関係として予め定められた基準相関関係を取得し、取得した前記基準相関関係と、前記分子量取得工程で取得した前記分子量と、に基づいて、前記混合ガス中の各ガスのモル分率を取得するモル分率取得工程と、
   前記モル分率取得工程で取得した各ガスのモル分率に基づいて、前記混合ガスの比熱比を取得する比熱比取得工程と、
   前記入口測定値のうちの圧力及び温度と、前記出口測定値のうちの圧力及び温度と、前記比熱比取得工程で取得した前記比熱比とに基づいて、前記圧縮機の効率を取得する効率取得工程と、
   前記入口測定値のうちの流量と、前記圧縮機の回転数とに基づいて、前記圧縮機の流量係数を取得する流量係数取得工程と、を含む性能評価方法。
2. 前記圧縮機が目標とする状態で運転されている場合の前記効率と前記流量係数との相関関係を示す曲線として予め定められた目標性能カーブを取得し、前記効率取得工程で取得された前記効率と、前記流量係数取得工程で取得された前記流量係数とが、取得した前記目標性能カーブから外れているか否かを判定する判定工程とをさらに含む請求項１に記載の性能評価方法。
3. 前記効率取得工程で取得された前記効率と、前記流量係数取得工程で取得された前記流量係数とに基づいて、前記効率と前記流量係数との相関関係を示す曲線として実性能カーブを取得する実性能カーブ取得工程をさらに含む請求項１又は請求項２に記載の性能評価方法。
4. 前記測定値取得工程は、
   前記圧縮機よりも上流側のベンド部が設置された点を前記第一地点として前記第一測定値を測定する第一測定工程と、
   前記圧縮機よりも下流側のオリフィスが設置された地点を前記第二地点として前記第二測定値を測定する第二測定工程とを含む請求項１から請求項３の何れか一項に記載の性能評価方法。
5. 前記測定値取得工程は、
   前記圧縮機よりも上流側の弁部が設置された地点を前記第一地点として前記第一測定値を測定する第一測定工程と、
   前記圧縮機よりも下流側のオリフィスが設置された地点を前記第二地点として前記第二測定値を測定する第二測定工程とを含む請求項１から請求項３の何れか一項に記載の性能評価方法。
6. 複数のガスが混合された混合ガスが流入する圧縮機の性能を評価する性能評価装置であって、
   前記圧縮機の流入口に流入される前記混合ガスの少なくとも圧力、温度、及び流量を入口測定値として取得し、前記圧縮機の流出口から流出する前記混合ガスの少なくとも圧力及び温度を出口測定値として取得し、前記圧縮機よりも上流側の前記混合ガスの圧力が変化する第一地点での差圧、圧力、及び温度を第一測定値として取得し、前記圧縮機よりも下流側の前記混合ガスの圧力が変化する第二地点での差圧、圧力、及び温度を第二測定値として取得する測定値取得部と、
   前記第一測定値と、前記第二測定値と、前記第一地点の流路面積と、前記第二地点の流路面積とに基づいて、前記混合ガスの分子量を取得する分子量取得部と、
   前記混合ガスの分子量と前記複数のガスのモル分率との相関関係として予め定められた基準相関関係を取得し、取得した前記基準相関関係と、前記分子量取得部で取得した前記分子量と、に基づいて、前記混合ガス中の各ガスのモル分率を取得するモル分率取得部と、
   前記モル分率取得部で取得した各ガスのモル分率に基づいて、前記混合ガスの比熱比を取得する比熱比取得部と、
   前記入口測定値のうちの圧力及び温度と、前記出口測定値のうちの圧力及び温度と、前記比熱比取得部で取得した前記比熱比とに基づいて、前記圧縮機の効率を取得する効率取得部と、
   前記入口測定値のうちの流量と、前記圧縮機の回転数とに基づいて、前記圧縮機の流量係数を取得する流量係数取得部と、を備える性能評価装置。
7. 前記圧縮機が目標とする状態で運転されている場合の前記効率と前記流量係数との相関関係を示す曲線として予め定められた目標性能カーブを取得し、前記効率取得部で取得された前記効率と、前記流量係数取得部で取得された前記流量係数とが、取得した前記目標性能カーブから外れているか否かを判定する判定部とをさらに備える請求項６に記載の性能評価装置。
8. 前記効率取得部で取得された前記効率と、前記流量係数取得部で取得された前記流量係数とに基づいて、前記効率と前記流量係数との相関関係を示す曲線として実性能カーブを取得する実性能カーブ取得部をさらに備える請求項６又は請求項７に記載の性能評価装置。
9. 請求項６から請求項８の何れか一項に記載の性能評価装置と、
   前記混合ガスが流入する圧縮機と、
   前記圧縮機の流入口に設けられて、前記流入口に流入される前記混合ガスの少なくとも圧力、温度、及び流量を測定して入口測定値として前記性能評価装置に送る入口測定部と、
   前記圧縮機の流出口に設けられて、前記流出口から流出する前記混合ガスの少なくとも圧力及び温度を測定して出口測定値として前記性能評価装置に送る出口測定部と、
   前記圧縮機よりも上流側の前記混合ガスの圧力が変化する第一地点に設けられて、前記第一地点での差圧、圧力、及び、温度を測定して第一測定値として前記性能評価装置に送る第一測定部と、
   前記圧縮機よりも下流側の前記混合ガスの圧力が変化する第二地点に設けられて、前記第二地点での差圧、圧力、及び、温度を測定して第二測定値として前記性能評価装置に送る第二測定部とを備える性能評価システム。
10. 前記第一測定部は、前記圧縮機よりも上流側のベンド部が設置された地点に設けられ、
    前記第二測定部は、前記圧縮機よりも下流側のオリフィスが設置された地点に設けられている請求項９に記載の性能評価システム。
11. 前記第一測定部は、前記圧縮機よりも上流側の弁部が設置された地点に設けられ、
    前記第二測定部は、前記圧縮機よりも下流側のオリフィスが設置された地点に設けられている請求項９に記載の性能評価システム。

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