JP2757426B2 - 遠心圧縮機の運転制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は負荷−無負荷制御、定圧−非サージ制御を
行う遠心圧縮機の制御方法に係り、特にこれら制御運転
時の圧縮機の消費動力を求め、消費動力が少ないいずれ
かの制御に自動的に切り替えて圧縮機の運転効率を向上
させる遠心圧縮機の運転制御方法に関する。

［従来の技術］ 多品種あるいは多数のユーザに圧縮空気を供給する空
気圧縮機として負荷−無負荷制御運転を可能にした遠心
式圧縮機（第３図）、定圧及び非サージ制御運転を可能
にした遠心式圧縮機（第４図）が知られている。

負荷−無負荷制御運転を行う遠心式圧縮機は、第３図
に示すように、圧縮機１の吸込み側に吸入制御弁２を設
け、圧縮機１より下流の吐出管３に順次、逆止弁4,レシ
ーバタンク６を設け、そして逆止弁４と圧縮機１との間
に接続する放風路７に圧縮空気の一部を放風させる放風
制御弁８を設ける一方で、その放風制御弁８に、その放
風制御弁８を開閉制御する電磁三方切換弁21を設け、レ
シーバタンク６に、電磁三方切換弁21を切換える圧力ス
イッチ22を取り付けて構成される。

この負荷−無負荷制御においては、第５図に示すよう
に、吸入制御弁２が全開のときの容量−圧力特性の２つ
の設定圧力C,D間で圧縮機１を負荷運転する。負荷運転
中に、ユーザーの空気消費量が減少してレシーバタンク
の圧力がサージング域手前の設定圧力Ｃに上昇すると、
圧力スイッチ22が切れて自動的に放風制御弁８を開、吸
入制御弁２を閉（但し12％）に切換えて圧縮機１を無負
荷運転に切換え、逆にユーザーの空気消費量の増加によ
ってレシーバタンク６の圧力が設定圧力Ｄ以下に減少し
た時には、圧力スイッチ22が入って自動的に放風制御弁
８を閉にし、吸入制御弁２を開とし負荷運転に切換わる
ようにしている。つまり、圧力スイッチ22の設定する２
つの設定点Ｃ−Ｄ間で、負荷−無負荷運転を自動的に繰
返すようにしている。また、この時の圧縮機１の消費動
力、即ち軸動力は図示の点線で示したようになる。

定圧運転および非サージ運転制御を行う遠心式圧縮機
は、第４図に示されるように、上記放風路７と圧縮機１
間の吐出管３に吐出圧力を検出する圧力指示調節計24を
取付け、その圧力指示調節計24の検出値に基づいて吐出
圧力が一定となるように上記吸入制御弁２の開度を調節
するようにし、上記逆止弁４の上流の吐出管に、検出差
圧を流量指示調節計23に入力する差圧発信器９を取付
け、流量指示調節計23による放風制御弁８の開度制御に
よって圧縮機１の定圧運転がなされるようにしている。
つまり、第６図に示すように、常時、圧力指示調節計24
で圧縮機１の吐出管内圧力が設定圧力（100％，例えば8
atm）となるように吸入制御弁２の開度を調節し、ユー
ザー側15の空気消費量がサージング域近い流量から100
％の流量Ｄまでの間は定圧運転を行わせる（Ｄ→Ａ）。
一方、使用流量が減少しサージング域に入る場合には、
吸入制御弁２の開度をサージングを起こさない開度に保
ったまま流量指示調節計23によって放風制御弁８を開い
て放風路７から吐出管３の余剰の空気を大気に放風する
非サージ運転を行わせるようにしている。この場合、圧
縮機１の消費動力は図示の如くサージング域では（非サ
ージ制御）では一定（定格消費動力の約65％）で、定圧
制御では65〜100％まで上昇することになる。

［発明が解決しようとする課題］ ところで上述した負荷−無負荷制御と定圧−非サージ
制御の圧縮機の消費動力を比較すると、圧縮機がサージ
ングを起こす流量での運転のときには、負荷−無負荷運
転が定圧−非サージ制御に対して有利であり、逆にサー
ジングを起こさない流量では定圧−非サージ制御のほう
が有利である。

すなわち、第５図、第６図において、容量（消費空気
量）50％の時の圧縮機の軸動力は、負荷−無負荷制御と
定圧−非サージ制御ともほぼ同じ動力消費量とすると、
Ｇ点以下の流量の時は負荷−無負荷制御運転の方が少な
く、Ｇ点以上の時は定圧−非サージ制御運転の方が軸動
力が少なくなる。

このことは軸動力をみた場合、空気の使用量に応じて
両者の制御を切換えることが望ましい。

しかし、上記各種の制御を実行できるように遠心圧縮
機を構成しても、ユーザの空気使用量に対して上記各種
制御を比較し、圧縮機の消費動力を最小にする制御を自
動的に選択する制御は未だ行われていなかった。

本発明は上記事情に考慮してなされたもので、その目
的は、負荷−無負荷制御、定圧−非サージ制御を行う遠
心圧縮機にあって、空気の使用量をほぼ同一とする場合
に、圧縮機の消費動力をより少なくする方の制御を自動
的に選択させ、圧縮機の消費動力を低減することにあ
る。

［課題を解決するための手段］ この発明は、上記目的を達成するために、圧縮機の吸
込側に吸入制御弁を吐出側に逆止弁を夫々設け、逆止弁
と圧縮機との間に放風制御弁を設けた遠心圧縮機の運転
制御方法において、設定された２点の圧力間で上記吸入
制御弁を開閉すると共に、これに応じて放風制御弁を閉
開する負荷−無負荷制御と、設定圧力に維持すべく上記
吸入制御弁の弁開度を調節し、流量がサージング域に入
らないように上記放風制御弁を開放する定圧−非サージ
制御とを備え、上記放風制御弁が開いた状態での定圧−
非サージ制御を行うに際して、そのときの圧縮機の消費
動力と上記状態を負荷−無負荷制御で実現したときの圧
縮機の消費動力とを比較し、いずれか消費動力の小さい
方の制御に自動的に切り替えるようにしたものである。

［作用］ 定圧−非サージ制御を行っているときに、逆止弁より
下流側での空気消費量が少なくなった場合は、設定圧力
に維持すべく吸入制御弁の弁開度を絞ると共に流量がサ
ージング域に入らないように放風制御弁を開放するが、
かかる定圧−非サージ制御を行ったときの圧縮機の消費
動力と、それと等価な状態を負荷−無負荷制御を行うこ
とによって実現したときの圧縮機の消費動力とを比較
し、いずれか消費動力の小さい方の制御に自動的に切り
替えるように運転制御する。

すなわち、放風制御弁を開いた状態での定圧−非サー
ジ制御を行うとせっかく圧縮機で生成した圧気を放風制
御弁から逃がすことになるためロスが生じるが、そのロ
スとそれと等価な状態を負荷−無負荷制御で実現したと
きのロスとを比較し、いずれか有利な方の制御に自動的
に切り替えるようにすることにより、遠心圧縮機を最小
の消費動力で運転でき、その運転効率が向上する。

［実施例］ 以下にこの発明の好適一実施例を添付図面に基づいて
説明する。

第１図に示すように、圧縮機１の吸込み側に吸入空気
量を調整する吸入制御弁２を設け、圧縮機１より下流の
吐出管３に順次、圧力を信号として取り出す吐出圧力発
信器10,流量計25,逆止弁4,吐出弁5,レシーバタンク６を
設け、そして逆止弁４と圧縮機１との間の吐出管３に接
続する放風路７に、吐出管内空気の一部を大気放風させ
る放風制御弁８を設ける。レシーバタンク６、または、
逆止弁４とレシーバ６間の吐出管３には、圧力を信号と
して取り出すタンク圧力発信器26を取付けると共に、圧
縮機１の吐出下流で逆止弁４上流の吐出管３に、流量計
27を取付ける。上記各流量計25,27には、圧縮空気の流
量を信号として取り出す差圧発信器９を取付ける。これ
ら各圧力発信器25,27、差圧発信器9,9は、コントローラ
（CPU等）11の入・出力部12に接続されて、それぞれ圧
力、流量を信号として入力する。

コントローラ11は、第２図に示すように、設定された
２点C,Dの圧力間で上記吸入制御弁２を開閉（開度100％
から12％）すると共に、その開閉に応じて放風制御弁８
を開閉、すなわち吸入制御弁２が開のときは放風制御弁
８が閉、吸入制御弁２が閉のときは放風制御弁８を開と
する負荷−無負荷制御を行うように構成され、また、設
定圧力Ｐに維持すべく上記吸入制御弁２の弁開度を調整
し、流量がサージング域から設定点Ｄ（100％）までの
間を開の定圧制御と、流量がサージング域以下の時に、
吸入制御弁２の開度をサージング域流量以上の開度に保
って放風制御弁８を流量計25,27により余剰の圧縮空気
を開放にする非サージ制御とを行うように構成される。
このために、コントローラ11のメモリ部13には、これら
制御を実行するための流量−圧力性能（第２図）が入力
される。コントローラ11の演算制御部14は、入・出力部
12からの入力信号をメモリ部13と照合し、これを両制御
運転している場合の軸動力（消費動力）を演算してその
大小を判断するように構成されると共に、その判断結果
に基づいて上記吸入制御弁２及び上記放風制御弁８に負
荷−無負荷制御または定圧−非サージ制御信号を出力す
るように構成される。ただし、コントローラは内部にタ
イマ機能を有する。実施例にあって、演算制御部14は、
ユーザー側15の圧縮空気の使用量から、上記負荷−無負
荷制御、定圧−非サージ制御を行った時の、それぞれの
圧縮機１の空気使用量を一定時間あたりで積算し、求め
た空気使用量から圧縮機１の消費動力を演算して演算制
御部14に出力するように構成する。演算制御部14は、そ
の演算結果に基づいて負荷−無負荷制御、定圧−非サー
ジ制御の内、消費動力がより少ない方の制御を選択し、
切替えるようにする。

次に本実施例での切換制御を第２図により説明する。

先ず負荷−無負荷制御運転の場合、負荷運転中は、吸
入制御弁２の開度を100％にし、その時に第２図に示す
ように容量−圧力特性のＣ−Ｄ間で運転する。無負荷制
御運転中は吸入制御弁２は閉、放風制御弁８は開とされ
図示のＥ点（容量10％,1.1atm（大気圧＋α））で行
う。この負荷−無負荷制御運転の切換えは圧力発信器10
に基づく。負荷−無負荷制御運転中の圧縮空気の使用量
は、レシーバータンク６の上流側の圧力発信器26と流量
計25で求める。即ち全空気量は負荷運転時に流量計25と
圧力発信器10の検出値が、コントローラ11に入力され、
この時の負荷時間により定格圧力（100％）における圧
縮空気使用量が演算され、第５図に基づいてこの時の圧
縮機１の軸動力（消費動力）を求める。

他方、定圧−非サージ制御運転においては第２図に示
したように、流量がＫ点（サージ線Ｉより少し容量の大
きい点）以下の時には、非サージ制御運転を行い、Ｋ−
Ｄ間の時には、定圧（定格圧力100％）制御を行う。こ
の定圧−非サージ制御運転で制御の圧縮空気の使用量は
第１図に示した２つの流量計25,27により求められ、そ
の時の圧縮機の軸動力（消費動力）が第６図に基づいて
求められる。

コントローラ11は運転中、常時あるいは一定時間おき
に上記両制御の消費動力の大小を求め、両制御の軸動力
がより少ない方の運転を自動的に選択するようになって
いる。

これを第２図で詳しく説明する。

今上記各制御のうちいずれかの制御運転がなされ、そ
の制御運転の使用空気使用量がＡ点であるとすると、こ
の場合、すでに定圧制御運転がなされていればそのまま
運転を継続し、負荷−無負荷運転であれば定圧−非サー
ジ制御運転に切換える。また、空気使用量がＢ点以下で
あれば、負荷−無負荷制御運転に切換える。この切換え
は第５図、第６図で説明したように、例えば流量が50％
以上では定圧−非サージ制御運転とする。

このように圧縮空気使用量に対する圧縮機１の軸動力
を求め、両制御運転における消費動力を常時あるいは、
一定時間おきに求め、求めた結果から消費動力がより少
ない方の制御を自動的に選択し切換えるようにすること
で、より効率のよい圧縮機１の運転が行われるようにな
る。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、圧縮機で生成し
た圧気の一部を放風制御弁から逃がす定圧−非サージ制
御を行ったときの消費動力（ロス）と、それと等価な状
態を負荷−無負荷制御で実現したときのロスとを比較
し、いずれか有利な方の制御に自動的に切り替えるよう
にしているので、遠心圧縮機の運転効率が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の好適一実施例を示すフローシート、
第２図は遠心圧縮機の流量−圧力特性能線図、第３図及
び第４図は従来の遠心圧縮機を示すフローシート、第５
図及び第６図はそれぞれ従来の遠心圧縮機の流量−圧力
特性及び流量−軸動力性能の一例を示す性能線図であ
る。 図中、１は圧縮機、２は吸入制御弁、３は吐出管、４は
逆止弁、８は放風制御弁、11はコントローラである。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】圧縮機の吸込側に吸入制御弁を吐出側に逆
   止弁を夫々設け、逆止弁と圧縮機との間に放風制御弁を
   設けた遠心圧縮機の運転制御方法において、設定された
   ２点の圧力間で上記吸入制御弁を開閉すると共に、これ
   に応じて放風制御弁を閉開する負荷−無負荷制御と、設
   定圧力に維持すべく上記吸入制御弁の弁開度を調節し、
   流量がサージング域に入らないように上記放風制御弁を
   開放する定圧−非サージ制御とを備え、上記放風制御弁
   が開いた状態での定圧−非サージ制御を行うに際して、
   そのときの圧縮機の消費動力と上記状態を負荷−無負荷
   制御で実現したときの圧縮機の消費動力とを比較し、い
   ずれか消費動力の小さい方の制御に自動的に切り替える
   ことを特徴とする遠心圧縮機の運転制御方法。