JP2695929B2 - サージ状態の決定方法 - Google Patents

サージ状態の決定方法

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ジャドソン・スターリング・スウェーリンゲン
レザ・アガヒ
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ロートフロー・コーポレーション
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    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D27/00Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or pumping systems specially adapted for elastic fluids
    • F04D27/02Surge control
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05BINDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】 <産業上の利用分野> この発明は、遠心力コンプレッサにおけるサージ状態
の決定方法に関する。
<従来の技術> 遠心力コンプレッサはサージ現象を呈し易い傾向があ
る。サージ現象は個々のコンプレッサ・システムにおけ
る流れの特定領域において起こることがよく知られてい
る。上記流れの領域は実験的に決めることができ、その
領域を避ける努力が行われる。また、サージ・ポイント
はコンプレッサの速度に影響される。上述のようなサー
ジ現象を避けるため、例えば、サージ・ポイントを回避
するレベルまでコンプレッサ内を通過する流れを増やす
ために圧縮空気をコンプレッサの吸入口に戻すようなコ
ンプレッサ周辺の流路を含めたバイパス・システムが用
いられた。また、このような流路においてシステムを制
御するためにバイパス弁が用いられた。
その際に、サージ現象開始の検知とバイパス弁の制御
によってサージ現象を避けるために二つの既知の方法が
用いられている。第1の方法においては、コンプレッサ
・システムにおけるサージ流の範囲が実験的に決められ
る。そして、コンプレッサが臨海領域に近付いたときに
信号を発生してサージ現象の開始に応じてバイパス・シ
ステムを操作する手段を用いるものである。典型的なこ
のような手段としてはコンプレッサによって生じる圧力
差を検知する手段がある。この圧力差はほぼコンプレッ
サ速度の2乗で変動する。したがって、圧力および流量
に対してプロットされたサージ開始境界線は放物線を呈
する。バイパス・システムを操作するために放物曲線を
使用することは困難であるので、従来のアプローチにお
いては、流量の2乗で、したがってコンプレッサ速度の
2乗で変化するような流量計の前後での圧力減少を用い
ている。流量計の前後でのコンプレッサ圧力の増加率お
よび減少率は、流量や速度には関係の無い比較的に定数
になっている。したがって、この比は実験的に決定した
定数との比較によってサージ防止用のバイパス弁を制御
するのに有用である。
サージ・コントロールの他の従来法として振動を検知
できる手段を用いる方法がある。サージ開始の合図とし
て特徴のある振動が観測できる。バイパス弁は、臨海領
域を避けるためにコンプレッサを通過する流れの状態を
人工的に変えるように制御される。
サージ現象の懸念があるようなコンプレッサ・システ
ムは、一般的に値“2"付近のコンプレッサ圧力増加率を
有する。コンプレッサ・ヘッドにおける利得(head gai
n)はコンプレッサ速度の2乗で変化する。このコンプ
レッサ・ヘッドにおける利得は圧力上昇と以下に示すよ
うな関係がある。
H={R・Tavg・ln(P2/P1)}/Wm ここで、 R:ガス定数 Tave:コンプレッサの平均温度 Wm:分子量 P2/P1:コンプレッサにおける圧力増加 H:ヘッド P2/P1の小さい値に対するln(P2/P1)の値は以下の表
に示すように(P2−P1)/P1の値に近付く。
上述のことから、圧力上昇率が非常に小さい場合に比
(P2−P1)/P1はP2/P1の対数の値に等しくなるというこ
とが分かる。換言すれば、低圧力比においては、コンプ
レッサ圧力上昇に基づく従来法は正しいと言える。しか
しながら、それと同時に、誤差は圧力比の上昇と共に急
激に上昇すると言える。圧力比1.1:1における誤差は5
%であり、圧力比2:1における誤差は31%である。
<発明の目的,手段,効果> この発明は、コンプレッサ・システムにおけるサージ
を制御するための低価格で簡単な方法および装置を目差
したものである。速度信号は流量信号の平方根と共に使
用され、この流量信号は速度信号との比で示された場合
に、サージ現象の可能性に影響を及ぼすようなコンプレ
ッサ状態の確実な尺度を与えるのである。このような比
と実験的に決定された定数との比較することによって、
コンプレッサを通過する流量の増加を促進させるために
バイパス弁やそれと同様のものが動作させられるような
サージ現象の正確な予報が与えられるのである。
そこで、この発明の目的は、コンプレッサ・システム
における改善されたサージ状態の決定方法を提供するこ
とにある。
<実施例> 第1図はコンプレッサ10を概略的に示している。吐出
流が流路14を通って吐出される間に、コンプレッサへの
吸入流は流路12を通って供給される。バイパス・ライン
16は吐出流路14から吸入流路12へ延在して示されてい
る。バイパス弁18はバイパス・ライン16を通る流れを制
御する。そして、バイパス・ライン16は、バイパス弁18
が開いたときに吸入流路12へ戻る高圧流を吐出流路14か
ら受け取るのである。この流れの方向転換は、サージが
起きる可能性のある流れの領域を避けるための手法とし
てコンプレッサが受け取る流れの量を増加させる。
吸入流路12と関連のあるものとしてエルボー20が在
る。このようなエルボーは流量検出方法の創作に好都合
な機構を与える。エルボーを通過する流量の2乗で変化
するようなエルボーによる圧力低下を確証するために、
圧力がエルボー20の上流と下流の両方で計測される。エ
ルボー20においてこのようにして流量を計測する計測器
22が図式的に示されている。
コンプレッサ軸に連結されている典型的なトランスデ
ューサであるセンサ24は、コンプレッサ速度の検出に使
用される。流量信号と流速信号はコンバータ28に入力さ
れる。流量に直接比例した表示を得るために、流量信号
は最初コンバータ28によって平方根に変換される。コン
バータ26はセンサ24とコンバータ28からの信号を受け、
上記二つの信号の比を設定する。この比は次にコンプレ
ッサ・システムの実験結果によって設定された定数と比
較される。そして、コンプレッサ・システムの状態が定
数に近い比の値を示すような状態である場合には、コン
バータ26からの信号は流れが流路16を通過するようにバ
イパス・バルブ18を動作させるのである。
通常、コンプレッサ・システムにおいてはコンプレッ
サ速度検出トランスデューサと流量計が用いられてい
る。したがって、バイパス・システムの確立に際して特
に検出装置を付加する必要はないのである。また、従来
のコンバータは、適切な制御システムを形成するための
バルブ制御装置と組み合わせて使用される。サージ・コ
ントロール・システムが動作状態になるような上記比の
値は、電気的構成要素のいずれかにおける単純な量の調
整によって調節可能である。例えば、システムによって
検出された上記比の値を調節するためには速度信号が拡
大される。このような調整は、コンプレッサ・システム
の新しい運転状態を樹立するような定数との比較に帰着
させられる。
したがって、コンプレッサ・システムにおけるサージ
現象の正確な制御を安価に行なえる方法および装置が明
らかにされた。この発明の実施例および応用例が図示さ
れ記述されたが、当業者によってこの発明の概念から外
れることなく多くの修正が可能であることが明らかであ
る。それゆえに、この発明は特許請求の範囲の精神以外
においては何等制限されるものではないのである。
【図面の簡単な説明】
第1図はコンプレッサ・システムおよびコンプレッサ・
システムに結合されたサージ制御システムの概略図であ
る。 10……コンプレッサ、12……吸入側の流路、 14……吐出側の流路、16……バイパス・ライン、 18……バイパス弁、20……エルボー、 22……計測器(流量計)、24……センサ、 26,28……コンバータ。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】コンプレッサ速度に比例した第1の信号を
    生じるためにコンプレッサの速度を直接検出するステッ
    プと、 流れにおける圧力減少を測定する流れ検出システムを用
    いてコンプレッサに流入する流れを検出して、圧力減少
    に比例するセンサー信号を発生させ、このセンサー信号
    をコンプレッサ流量および上記センサー信号の平方根に
    比例する第2の信号に変換するステップと、 上記第1と第2の信号の比をコンプレッサにおけるサー
    ジ状態を表す設定された定数と比較するステップを備え
    るコンプレッサにおけるサージ状態の決定方法。
JP1193819A 1988-07-28 1989-07-26 サージ状態の決定方法 Expired - Lifetime JP2695929B2 (ja)

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JPH02140491A JPH02140491A (ja) 1990-05-30
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