JP3398142B2 - 圧縮機のサージング検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、圧縮機のサージン
グを検出するための装置に関する。

【０００２】本件明細書中、圧縮機というのは、圧縮
機、ブロア、ファンを含み、その構成は、遠心形、軸流
形、斜流形であってもよい。

【０００３】

【従来の技術】図１２は、圧縮機のサージング限界を示
す図である。圧縮機は、流量Ｑが少なくなったり、吐出
圧力が上昇して圧縮機の吸込み側と吐出側との間のヘッ
ドＨが上昇すると、各回転数Ｎ１，Ｎ２（Ｎ１＞Ｎ２）
に対応した状態で、サージングが発生し、圧縮機が損傷
したりプロセスの乱れが生じる。サージングの発生を防
ぐために、圧縮機の図１２に示されるサージング点を連
結したサージング限界を表すサージラインＬ１２を設定
し、そのサージラインＬ１２より大流量側（図１２の右
方）にサージコントロールラインＬ１３を設け、圧縮機
の運転点が、そのサージコントロールラインＬ１３上に
来るように、圧縮機の吐出側から、吸込み側へまたは大
気へ、吐出ガスを導くサージ防止弁を開閉制御する。こ
のようなサージ防止弁の制御不良が生じたとき、および
そのサージ防止弁の制御が追従することができないプロ
セスの急変が生じたとき、圧縮機のサージング発生を素
早く検出し、サージング状態を確実に検出することが必
要になる。

【０００４】サージ検出のための先行技術は、特開昭６
３−９４０９８に開示される。圧縮機の吸込み側管路
に、圧力発信器を設け、その圧力発信器の出力を、サン
プリング周期が相互に異なる２つのサンプリング回路で
サンプリングしてサージング検出を行う。これによって
サージング発生による圧力発信器の出力の周期が、いず
れか一方のサンプリング回路のサンプリング周期と一致
しても、サージング検出の見落しを防止する。圧力発信
器の現在の出力を、受信器で、１秒前の信号と比較し
て、検出圧力に関して１０％以上の変動があれば、サー
ジングが発生したものと判断する。

【０００５】この先行技術では、上述のように現在の検
出圧力と、１秒前の検出圧力とを比較して変動を求める
ので、サージングが発生しても、少なくとも前述の１秒
間はサージング発生と判断することはできず、したがっ
て検出の時間遅れが大きいという問題がある。またこの
先行技術では、サンプリング回路を２系統を有し、した
がって構成が比較的複雑である。さらにこの先行技術で
は、外乱が発生し、たとえば並列機の運転または負荷の
大きな変動が発生し、このことによって、圧力発信器の
出力が変動し、これによってサージングが発生したもの
と誤って検出される恐れがある。

【０００６】他の先行技術は特開平８−４２４９１に開
示される。この先行技術では、圧縮機の圧力などの状態
量を検出するセンサが設けられ、このセンサの出力を、
微少時間δｔをサンプリングピッチとして検出し、この
微少時間δｔ毎の変動値を算出し、サージングの発生を
判断する。この先行技術では、微少時間δｔ毎の変動値
を算出するので、少なくともその微少時間δｔでは、サ
ージングの発生を判別することができず、検出の時間遅
れが大きいという問題がある。また構成が比較的複雑で
あり、さらに前述の先行技術と同様に、外乱、たとえば
並列機の運転または負荷の大きな変動などによってサー
ジングの誤検出を生じる恐れがある。

【０００７】さらに他の先行技術では、圧縮機の運転点
と、予め設定されたサージラインとを比較し、運転点が
サージラインよりも小流量であるとき、サージングが発
生したものと判断する。この先行技術では、圧縮機およ
びその圧縮機を備えるプロセス装置の物性変化に起因し
てサージラインがドリフトを生じて変化し、これによっ
てサージング発生を正確に検出することができない。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、圧縮
機のサージングの検出遅れを抑制し、連続的な監視を可
能にし、簡単な構成で、確実な検出を可能にする圧縮機
のサージング検出装置を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、圧縮機の吸込
み側または吐出側における圧力、流量または流速のいず
れか少なくとも１つを検出するセンサと、センサの出力
が与えられ、センサの出力の周波数に対応してゲイン
を、相互に異なる複数種類の周波数・ゲイン特性で、変
化する周波数・ゲイン特性手段と、周波数・ゲイン特性
手段の各周波数・ゲイン特性の出力の差を演算する減算
手段と、減算手段の出力が、予め定める時間Ｗ１内で、
予め定める範囲の外に大きく変化する回数を計数する変
化計数手段と、変化計数手段の出力に応答し、計数され
た回数が、予め定める値以上になったとき、サージング
が発生したものと判断する手段とを含むことを特徴とす
る圧縮機のサージング検出装置である。

【００１０】本発明に従えば、センサは、圧縮機の吸込
み側における圧力、流量もしくは流速のいずれか少なく
とも１つを検出し、または吐出側における圧力、流量も
しくは流速のいずれか少なくとも１つを検出し、このセ
ンサの出力は、周波数・ゲイン特性手段に与えられ、サ
ージングが発生していない平常時の運転状態では、セン
サの出力の変動は小さく、周波数・ゲイン特性手段のゲ
イン、したがって出力のレベルは小さく、減算手段の差
を表す出力も小さい。

【００１１】センサの出力の変動が大きくなると、周波
数・ゲイン特性手段のゲイン、したがって出力レベルが
大きくなり、各周波数・ゲイン特性の出力の差が大きく
なる。この差が大きいということは、センサの出力が振
動していることを表す。変化計数手段は、減算手段の出
力を、予め定める時間Ｗ１内で平常の運転状態における
予め定める範囲から外れて大きく変化する回数を計数
し、その計数結果が、予め定める値以上になったとき、
サージングが発生したものと判断される。時間Ｗ１は、
たとえば２〜５ｓｅｃであってもよい。これによって比
較的簡単な構成で、検出遅れを抑制して連続的な監視を
可能にすることができるとともに、圧縮機および圧縮機
を含むプロセス装置の物性変化が生じても、サージング
の発生を確実に検出することができ、また外乱、すなわ
ち並列機の運転、負荷の大きな変動などによって誤検出
が生じる恐れがない。

【００１２】また本発明は、周波数・ゲイン特性手段
は、複数の１次遅れ回路を含むことを特徴とする。

【００１３】また本発明は、周波数・ゲイン特性手段
は、センサの出力が共通に与えられる複数の１次遅れ回
路を有し、各１次遅れ回路の時定数Ｔ１，Ｔ２は、相互
に異なっており、演算手段は、各１次遅れ回路の出力の
差を演算することを特徴とする。

【００１４】本発明に従えば、周波数・ゲイン特性手段
は、複数の１次遅れ回路を含んで実現することができ
る。このような１次遅れ回路は、構成が簡単であり、ア
ナログ回路によって実現することも可能であり、したが
って実現が容易である。

【００１５】本発明に従えば、後述の図１に示されるよ
うに複数（たとえば２）の１次遅れ回路１１，１２が用
いられ、各時定数Ｔ１，Ｔ２は相互に異なっており、こ
れらの１次遅れ回路の各出力が減算手段１３に与えられ
て差が演算される。時定数Ｔ１は、ノイズの周期０．１
ｓｅｃを超える値に選ばれ、たとえば０．２〜０．５ｓ
ｅｃであってもよい。ノイズの周期よりも大きい時定数
Ｔ１，Ｔ２に選ばれることによって、ノイズの遮断を行
う機能が、各１次遅れ回路１１，１２によって併せて達
成される。

【００１６】また本発明は、周波数・ゲイン特性手段
は、センサの出力が与えられる第１の１次遅れ回路と、
第１の１次遅れ回路の出力が与えられる第２の１次遅れ
回路とを有し、演算手段は、第１および第２の１次遅れ
回路の出力の差を減算することを特徴とする。

【００１７】本発明に従えば、後述の図８に示されるよ
うに、センサの出力が第１の１次遅れ回路７５を経て減
算手段１３に与えられるとともに、この第１の１次遅れ
回路の出力が第２の１次遅れ回路７７に与えられ、この
第２の１次遅れ回路の出力が減算手段に与えられる。こ
うして減算手段に与えられる２つの入力の時定数が異な
るようにされる。第１および第２の１次遅れ回路７５，
７７の各時定数Ｔ３，Ｔ４は、等しくてもよいが、異な
っていてもよい。

【００１８】また本発明は、変化計数手段は、減算手段
の出力を、正の予め定める第１弁別レベルＬｕ１，Ｌｕ
２でレベル弁別する第１レベル弁別手段と、減算手段の
出力を、第１弁別レベルとともに前記予め定める範囲を
規定する負の予め定める第２弁別レベルＬｄ１，Ｌｄ２
でレベル弁別する第２レベル弁別手段と、第１および第
２レベル弁別手段の各出力に応答し、減算手段の出力が
第１弁別レベル未満、または第２弁別レベル以上である
前記予め定める範囲の外の各出力が、交互に導出される
ことを判定する交互判定手段と、交互判定手段の出力に
応答し、交互に得られる第１および第２レベル弁別手段
の出力を計数するカウンタと、第１および第２レベル弁
別手段の出力に応答し、減算手段の出力が前記予め定め
る範囲の外に変化した後から、予め定める時間Ｗ１以内
に次の前記変化が生じないとき、カウンタをリセットす
るタイマとを含むことを特徴とする。

【００１９】また本発明は、第１および第２の各レベル
弁別手段は、２つの弁別レベルを有するヒステリシス特
性をそれぞれ有することを特徴とする。

【００２０】本発明に従えば、変化計数手段は、第１お
よび第２のレベル弁別手段２３，２４の出力が、交互判
定手段３９で交互に導出されることが安定されたとき、
カウンタ６２で計数され、こうして減算手段の前記差を
表す出力が正および負に大きく変動して振動が検出され
たとき、予め定める時間Ｗ１内におけるカウンタによる
計数値が、予め定める値以上になったとき、サージング
が発生したものと判断する。したがって減算手段の出力
レベルが正負に大きな振幅で変動し、その振動の回数
が、予め定める値以上であるとき、サージングが発生し
たものと判断される。

【００２１】さらに本発明に従えば、第１レベル弁別手
段２３の第１弁別レベルは、ヒステリシス特性を有する
ように２つの弁別レベルＬｕ１，Ｌｕ２から成り、また
第２レベル弁別手段２４の第２弁別レベルは、ヒステリ
シス特性を有するように２つの弁別レベルＬｄ１，Ｌｄ
２から成る。これによってノイズによる第１および第２
の各レベル弁別手段の出力が振動する恐れはない。

【００２２】また本発明は、変化計数手段は、減算手段
の出力を予め定める弁別レベルでレベル弁別するレベル
弁別手段と、レベル弁別手段の出力に応答し、減算手段
の出力が、前記弁別レベルによって決定される前記予め
定める範囲の外に大きく変化する回数を計数するカウン
タと、レベル弁別手段の出力に応答し、減算手段の出力
が、前記予め定める範囲の外に大きく変化した後から、
予め定める時間Ｗ１以内に次の前記変化が生じないと
き、カウンタをリセットするタイマとを含むことを特徴
とする。

【００２３】また本発明は、レベル弁別手段は、２つの
弁別レベルを有するヒステリシス特性を有することを特
徴とする。

【００２４】本発明に従えば、後述の図９に示されるよ
うに、レベル弁別手段７９によって減算手段の出力を正
または負の予め定める弁別レベルでレベル弁別し、予め
定める時間Ｗ１内におけるカウンタ６２によって計数さ
れたレベル弁別手段の出力の回数を計数し、このカウン
タの出力が予め定める値以上であるとき、サージングが
発生したものと判断する。

【００２５】本発明に従えば、レベル弁別手段は、ヒス
テリシス特性を有し、これによってノイズによるレベル
弁別手段の出力の振動を防ぐことができる。

【００２６】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施の一形態の
全体の構成を示すブロック図である。圧縮機１の吸込み
側管路２からのガスは、圧縮機１に導かれ、吐出側管路
３から高圧ガスが供給される。吸込み側管路２と吐出側
管路３とにわたってバイパス管路４が接続され、このバ
イパス管路４の途中にサージ防止のための制御弁５が介
在される。サージ制御弁５は、途中開度のある制御弁
（アナログ信号により開度設定）で緊急動作の為に電磁
弁にて緊急開動作するものもあり、サージングの発生
時、全開され、吐出側管路３からの圧縮ガスは、バイパ
ス管路４およびサージ制御弁５を介して吸込み側管路２
に戻され、圧縮機の流量を増大させ、これによってサー
ジングが停止され、平常の運転状態に戻る。

【００２７】センサＳ１は、吸込み側管路２とバイパス
管路４との接続位置よりも圧縮機１の吸込み口６側で吸
込みガスの圧力を検出する。本発明の実施の他の形態で
は、センサＳ２は、吐出側管路３のバイパス管路４との
接続点よりも圧縮機１の吐出口７寄りに設けられ、吐出
側管路３の圧縮ガスの圧力を検出する。参照符Ｓ１，Ｓ
２を総括的に参照符Ｓで表すことがある。センサＳは、
ガスの流量または流速を検出するように構成されてもよ
い。センサＳは、吸込み側または吐出側における圧力、
流量または流速のいずれか少なくとも１つを検出し、そ
れらの物理量のレベルに対応し、物理量が大きいほど、
大きいレベルとなる出力を導出する。

【００２８】センサＳの出力は、ライン８を介して周波
数・ゲイン特性手段９を構成する複数（この実施の形態
では２）の１次遅れ回路１１，１２に共通に与えられ
る。一方の１次遅れ回路１１の出力Ａと、他方の１次遅
れ回路１２の出力Ｂとは、減算手段１３に与えられ、差
Ｃ（＝Ａ−Ｂ）が演算される。減算手段１３の出力Ｃ
は、ライン２１から、変化計数手段１２に含まれる第１
および第２レベル弁別手段２３，２４に入力される。

【００２９】図２は、周波数・ゲイン特性手段９を構成
する各１次遅れ回路１１，１２の周波数・ゲイン特性お
よび周波数・位相ずれの各特性を示すボード線図であ
る。１次遅れ回路１１の周波数・ゲイン特性はライン１
５で示され、１次遅れ回路１２の周波数・ゲイン特性は
ライン１６で示される。また１次遅れ回路１１の周波数
・位相特性はライン１７で示され、１次遅れ回路１２の
周波数・位相特性はライン１８で示される。図２におい
てωは、センサＳの出力の角周波数を表し、Ｔは、１次
遅れ回路１１，１２の時定数を表す。図２中、ｄｅｃ
は、ｄｅｃａｄｅ１桁を示す。１次遅れ回路１１の時定
数をＴ１とし、１次遅れ回路１２の時定数をＴ２とし、
これらの時定数Ｔ１，Ｔ２を総括的に参照符Ｔで表すこ
とがある。時定数Ｔ１，Ｔ２はいずれも、ノイズの時定
数０．１ｓｅｃを超える値に選ばれ、たとえば時定数Ｔ
１＝０．５ｓｅｃに選ばれ、時定数Ｔ２＝０．２ｓｅｃ
に選ばれる。このようにして時定数Ｔは、たとえば０．
２〜０．５ｓｅｃの範囲内で選択される。ライン１５，
１６の周波数・ゲイン特性は、信号Ａ，Ｂの周波数が、
サージングを検出すべき値ωＴ０以上で、周波数が上昇
するにつれてゲインが低下するように定められる。

【００３０】これらの１次遅れ回路１１，１２におい
て、センサＳから与えられる入力をＸ（ｓ）とし、出力
Ａ，ＢをＹ（ｓ）とし、ｓをラプラス演算子とすると
き、式１が成立する。

【００３１】

【数１】

【００３２】式１を書き直すと、 Ｙ（ｓ）・（１＋Ｔ・ｓ）＝Ｘ（ｓ） …（２）

【００３３】式２を微分方程式で表すと、

【数２】

【００３４】デジタル近似で差分形に変換すると、微分
は以下のように表される。

【数３】

【００３５】式４を式３へ代入する。

【数４】

【００３６】式５を変形すると、

【数５】

【００３７】ここで、

【数６】 と置くと、 ｙ_n＝（１−ａ）・ｙ_n-1＋ａ・ｘ_n …（８）

【００３８】式８をさらに変形すると、 ｙ_n＝ｙ_n-1＋ａ・（ｘ_n−ｙ_n-1） …（９）

【００３９】１次遅れ回路１１，１２は、ＰＬＣ（Prog
ramable Logic Controler）およびマイクロコンピュー
タなどの処理手段によって実現することができる。第１
および第２の１次遅れ回路１１，１２の伝達関数Ｇ１，
Ｇ２は、式１０および式１１に示される。

【００４０】

【数７】

【００４１】サンプリングタイムΔｔ毎に、式９の演算
が実行される。添え字ｎは現在の、すなわち今回のサン
プリングによる値を示し、ｎ−１は、前回のサンプリン
グによる値を示す。すなわちｙ_nは、今回のサンプリン
グ時における１次遅れ回路１１，１２の出力であり、ｘ
_nは、今回のサンプリング時におけるセンサＳの出力で
あって、この値ｘ_nは、１次遅れ回路１１，１２の入力
である。さらにｙ_n-1は、前回のサンプリング時の出力
値である。こうして１次遅れ回路１１，１２は、処理回
路によって実現することができる。

【００４２】サンプリングタイムΔｔ＝０．０５ｓｅｃ
とする。１次遅れ回路１１の時定数Ｔ１＝０．５ｓｅｃ
とするとき、値ａ＝０．０９となる。１次遅れ回路１２
の時定数Ｔ２＝０．２ｓｅｃとするとき、値ａ＝０．２
となる。

【００４３】図３は、第１レベル弁別手段２３の具体的
な構成を示すブロック図である。ライン２１を介する減
算手段１３の出力Ｃは、第１レベル弁別手段２３の減算
器１６の一方の入力に与えられ、この減算器２６の他方
の入力には、正の予め定める上限レベル設定器２７によ
って設定される上限弁別レベルＬｕ１を表す信号が与え
られる。減算器２６の出力Ｃ２６（＝Ｃ−Ｌｕ１）は、
コンパレータ２８に与えられる。コンパレータ２８は、
減算器２６の出力Ｃ２６が、Ｃ２６≧０であるとき、論
理「１」の出力をライン２９に導出し、Ｃ２６＜０であ
るとき、論理「０」の出力をライン２９に導出する。

【００４４】減算器３１には、設定器２７によって設定
された弁別レベルＬｕ１を表す信号が与えられるととも
に、ヒステリシス特性を発揮するためのヒステリシス分
ΔＬｕを表す信号がヒステリシス分設定器３０から与え
られる。この減算器３１の出力Ｃ３１（＝Ｌｕ１−ΔＬ
ｕ）は、もう１つの弁別レベルＬｕ２を表し、減算器３
２に与えられる。減算器３２には、ライン２１を介する
減算手段１３の出力Ｃが与えられるとともに、減算器３
１の出力Ｃ３１が与えられる。減算器３２の出力Ｃ３２
（＝Ｃ−Ｃ３１）は、コンパレータ３３に与えられる。
コンパレータ３３は、減算器３２の出力Ｃ３２が、Ｃ３
２≧０であるとき論理「１」の出力をライン３４に導出
し、Ｃ３２＜０であるときライン３４に論理「０」の出
力を導出する。

【００４５】コンパレータ２８の出力はライン２９を介
してＯＲゲート３５の一方の入力に与えられ、このＯＲ
ゲート３５の出力はＡＮＤゲート３６の一方の入力に与
えられる。ＡＮＤゲート３６の他方の入力には、コンパ
レータ３３からライン３４を介する出力が与えられる。
ＡＮＤゲート３６の出力はライン３７を介してＯＲゲー
ト３５の他方の入力に与えられる。このＡＮＤゲート３
６からライン３８に導出される出力Ｄは、交互判定手段
３９の一方の入力に与えられる。

【００４６】図４は、図３に示される第１レベル弁別手
段２３の動作を説明するための波形図である。減算手段
１３からの出力Ｃが図４（１）に示されるように入力さ
れたとき、ライン３８からの出力Ｄは、図４（２）に示
されるように導出される。減算手段１３の出力Ｃは、弁
別レベルＬｕ１でレベル弁別されるとともに、ヒステリ
シス分ΔＬｕだけ小さいもう１つの弁別レベルＬｕ２で
レベル弁別される。こうして出力Ｃは、正の２つの弁別
レベルＬｕ１，Ｌｕ２でヒステリシス特性を有してレベ
ル弁別されることになる。これらの弁別レベルＬｕ１，
Ｌｕ２は、本発明の正の予め定める第１弁別レベルであ
る。

【００４７】図５は、第２レベル弁別手段２４の具体的
な構成を示すブロック図である。ライン２１を介する減
算手段１３の出力Ｃは、第１レベル弁別手段２４の減算
器４６の一方の入力に与えられ、この減算器４６の他方
の入力には、負の予め定める下限レベル設定器４７によ
って設定される上限弁別レベルＬｄ１を表す信号が与え
られる。減算器４６の出力Ｃ４６（＝Ｃ−Ｌｄ１）は、
コンパレータ４８に与えられる。コンパレータ４８は、
減算器４６の出力Ｃ４６が、Ｃ≧０であるとき、論理
「１」の出力をライン４９に導出し、Ｃ＜０であると
き、論理「０」の出力をライン４９に導出する。

【００４８】減算器５１には、設定器４７によって設定
された弁別レベルＬｄ１を表す信号が与えられるととも
に、ヒステリシス特性を発揮するためのヒステリシス分
ΔＬｄを表す信号が与えられる。この減算器５１の出力
Ｃ５１（＝Ｌｄ１−ΔＬｄ）は、もう１つの減算器５２
に与えられる。減算器５２には、ライン４１を介する減
算手段１３の出力Ｃが与えられるとともに、減算器５１
の出力Ｃ５１が与えられる。減算器５２の出力Ｃ５２
（＝Ｃ−Ｃ５１）は、もう１つの弁別レベルＬｄ２を表
し、コンパレータ５３に与えられる。コンパレータ５３
は、減算器５２の出力Ｃ５２が、Ｃ５２≧０であるとき
論理「１」の出力をライン５４に導出し、Ｃ５２＜０で
あるときライン５４に論理「０」の出力を導出する。

【００４９】コンパレータ４８の出力４９はＯＲゲート
５５の一方の入力に与えられ、このＯＲゲート５５の出
力はＡＮＤゲート５６の一方の入力に与えられる。ＡＮ
Ｄゲート５６の他方の入力には、コンパレータ５３から
ライン５４を介する出力が与えられる。ＡＮＤゲート５
６の出力はライン５７を介してＯＲゲート５５の他方の
入力に与えられる。このＡＮＤゲート５６からライン５
８に導出される出力Ｄは、交互判定手段５９の一方の入
力に与えられる。

【００５０】減算手段１３からの出力Ｃが図６（１）に
示されるように入力されたとき、ライン５８からの出力
Ｅは、図６（２）に示されるように導出される。減算手
段１３の出力Ｃは、弁別レベルＬｄ１でレベル弁別され
るとともに、ヒステリシス分ΔＬｄだけ小さいもう１つ
の弁別レベルＬｄ２でレベル弁別される。こうして出力
Ｃは、負の２つの弁別レベルＬｄ１，Ｌｄ２でヒステリ
シス特性を有してレベル弁別されることになる。これら
の弁別レベルＬｄ１，Ｌｄ２は、本発明の負の予め定め
る第１弁別レベルである。

【００５１】再び図１を参照して、交互判定手段３９
は、第１および第２レベル弁別手段２３，２４の各出力
Ｄ，Ｅに応答し、減算手段１３の出力Ｃが第１弁別レベ
ルＬｕ１以上、または第２弁別レベルＬｄ１以下である
予め定める範囲（すなわちＣ≧Ｌｕ１、Ｃ≦Ｌｄ１）外
の各出力Ｄ，Ｅが交互に導出されていることを判定し、
その出力Ｄ，Ｅを、Ｆとしてライン６１からカウンタ６
２に与える。こうしてカウンタ６２は、減算手段１３の
出力Ｃが、前述の予め定める範囲外にあるとき、出力
Ｄ，Ｅを計数する。

【００５２】第１および第２レベル弁別手段２３，２４
の各出力Ｄ，Ｅは、ＯＲゲート６３に与えられ、このＯ
Ｒゲート６３の出力は反転回路６４で反転され、タイマ
６５に与えられ、これによってタイマ６５が刻時動作を
開始する。タイマ６５によって設定される時間Ｗ１は、
たとえば２〜５ｓｅｃである。タイマ６５によって時間
Ｗ１が経過したとき、カウンタ６２を、タイマ６５の出
力によってリセットする。変化計数手段２２は、第１お
よび第２レベル弁別手段２３，２４、交互判定手段３
９、カウンタ６２、ＯＲゲート６３、反転回路６４およ
びタイマ６５を含んで構成される。

【００５３】図７は、図１に示される実施の形態である
圧縮機のサージング検出装置の動作を説明するための波
形図である。センサＳから図７（１）で示される出力が
導出される。圧縮機１を含むプラントのプロセスの変化
６７が発生すると、１次遅れ回路１１，１２の各出力
Ａ，Ｂの差（減算手段１３の出力Ｃ）は、図７（３）に
示されるように上限警報設定器の出力Ｄを出すが、プロ
セスの変化はすぐにおさまり、カウンタ値は１となる。
ここに示すプロセスの変化は、サージングと比べ、プロ
セスの変化では動作しないことを示している。

【００５４】次に、圧縮機１は、時刻ｔ１以降において
サージングが発生するものと想定する。センサＳの入力
が与えられる１次遅れ回路１１，１２の各出力Ａ，Ｂ
は、図７（２）に示される。これらの１次遅れ回路１
１，１２の時定数Ｔ１，Ｔ２は相互に異なるので、減算
手段１３の出力Ｃは、図７（３）に示されるように、サ
ージングの発生時刻ｔ１以降において、大きく変動す
る。この減算手段１３の出力Ｃが正の弁別レベルＬｕ
１，Ｌｕ２以上であるとき、第１レベル弁別手段２３か
らは、図７（４）に示される出力Ｄが得られる。減算手
段１３の出力Ｃが、第２レベル弁別手段２４の弁別レベ
ルＬｄ１，Ｌｄ２未満であるとき、出力Ｅが、図７
（５）に示されるように得られる。すなわち減算手段１
３の出力Ｃが、弁別レベルＬｕ１，Ｌｕ２未満、または
弁別レベルＬｄ１，Ｌｄ２以上の予め定める範囲内にあ
るとき、第１および第２レベル弁別手段２３，２４の出
力Ｄ，Ｅは、論理「０」であり、上述のようにその範囲
の外に大きく変化したとき、図７（４）および図７
（５）の論理「１」の出力Ｄ，Ｅが得られる。

【００５５】交互判定手段３９によって第１および第２
レベル弁別手段２３，２４の出力Ｄ，Ｅの立上り時刻が
交互にずれているものと判定されたとき、カウンタ６２
は、交互判定手段３９の出力Ｆの立上り波形、すなわち
第１および第２レベル弁別手段２３，２４の出力Ｄ，Ｅ
の立上り波形を計数する。この交互判定手段３９の出力
Ｆの波形は、図７（６）に示され、カウンタ６２の計数
値は、図７（７）に示されるとおりである。タイマ６５
は、第１および第２レベル弁別手段２３，２４の出力に
よって、減算手段１３の出力Ｃが、第１レベル弁別手段
２３の第１弁別レベルＬｕ１，Ｌｕ２未満、または第２
レベル弁別手段２４の第２弁別レベルＬｄ１，Ｌｄ２以
上である前記予め定める範囲から、その外に変化した
後、この実施の形態では、交互判定手段３９を介する第
１および第２レベル弁別手段２３，２４の出力Ｄ，Ｅの
立下り時刻から、予め定める時間Ｗ１以内に、カウンタ
６２での立上り波形入力が得られないとき、カウンタ６
２をリセットする。

【００５６】カウンタ６２の計数値Ｘを表す出力は、判
断手段７１に与えられる。判断手段７１は、カウンタ６
２の計数値Ｘが、予め定める値Ｘ０以上（Ｘ≧Ｘ０）で
あるかを判断する。この実施の形態では、Ｘ０＝３であ
る。カウンタ６２の計数値Ｘが、予め定める値Ｘ０以上
であることが判断されたとき、表示手段７２によって、
図７（８）の出力が導出されて、サージングが発生した
ことを表す信号が導出される。交互判定手段３９、カウ
ンタ６２、ＯＲゲート６３、反転回路６４、タイマ６
５、判断手段７１および表示手段７２は、ＰＬＣまたは
マイクロコンピュータなどの処理回路によって実現する
ことができる。

【００５７】図８は、本発明の実施の他の形態の周波数
・ゲイン特性手段７４の具体的な構成を示すブロック図
である。センサＳからの出力はライン８を介して第１の
１次遅れ回路７５に与えられる。第１の１次遅れ回路７
５の出力Ｊは、ライン７６を介して減算手段１３の一方
の入力に与えられるともに、第２の１次遅れ回路７７に
与えられる。第２の１次遅れ回路７７の出力は、減算手
段１３の他方の入力に与えられる。減算手段１３は、第
１の１次遅れ回路７５の出力Ｊと第２の１次遅れ回路７
７の出力Ｋの減算を行って差Ｃ（＝Ｊ−Ｋ）を求める。
第１および第２の１次遅れ回路７５，７７の伝達関数Ｇ
４，Ｇ５の時定数Ｔ３，Ｔ４は同一の値であってもよい
けれども、相互に異なる値であってもよい。

【００５８】

【数８】

【００５９】図９は、本発明の実施の他の形態の変化計
数手段７８の具体的な構成を示すブロック図である。こ
の実施の形態は前述の実施の形態に類似し、対応する部
分には同一の参照符を付す。変化計数手段７８は、減算
手段１３の出力Ｃを、前述の弁別レベルＬｕ１と同様な
予め定める弁別レベルＬｕ３でレベル弁別するレベル弁
別手段７９と、そのレベル弁別手段７９の出力Ｄに応答
してパルスを発生するパルス発生回路８１と、そのパル
ス発生回路８１からのパルスＲを計数するカウンタ６２
と、タイマ６５とを含む。タイマ６５は、減算手段１３
の出力Ｃが、レベル弁別手段７９の弁別レベルＬｕ３未
満（Ｃ＜Ｌｕ３）である予め定める範囲の外に大きく変
化した後から（すなわちＣ≧Ｌｕ３になった後から）、
予め定める時間Ｗ１以内に、前記変化が生じないとき、
カウンタ６２をリセットする。

【００６０】図１０は、図９に示される変化計数手段７
８の動作を説明するためのフローチャートである。減算
手段１３の出力Ｃは、ライン２１を介して図１０（１）
に示される波形を有して、レベル弁別手段７９に入力さ
れる。レベル弁別手段７９の出力Ｄは、図１０（２）に
示されるとおりであって、差の出力Ｃが、弁別レベルＬ
ｕ３以上であるとき、Ｈレベルの出力を導出する。パル
ス発生回路８１は、レベル弁別手段７９の出力Ｄに応答
し、カウンタ６２の計数動作のためのパルスを、図１０
（３）のように導出する。レベル弁別手段７９の出力Ｄ
の立上り時刻ｔ１１，ｔ１２の時間が、タイマ６５によ
って設定された限時時間Ｗ１未満であるとき、カウンタ
６２はタイマ６５によってリセットされず、これによっ
てカウンタ６２の計数値が、図１０（４）のように計数
される。

【００６１】判断手段７１において、カウンタ６２の計
数値Ｘが、予め定めた値Ｘ０（たとえばこの実施の形態
では２）以上であるとき、判断手段７１は図１０（５）
に示されるように、時刻ｔ１２においてサージングが発
生したことを表す出力を導出する。図９および図１０に
示される実施の形態におけるその他の構成は、前述の図
１〜図８に示される実施の形態と同様である。

【００６２】本発明の実施の他の形態では、レベル弁別
手段７９は、前述の第１レベル弁別手段２３と同様にヒ
ステリシス特性を有してもよい。本発明の実施のさらに
他の形態では、レベル弁別手段７９に代えて、負の弁別
レベルを有する構成を有してもよい。さらに本発明の実
施の他の形態では、レベル弁別手段７９に代えて、ヒス
テリシス特性を有する前述の第２レベル弁別手段２４と
同様な構成を有する構成であってもよい。

【００６３】図１１は、図１〜図７に示される実施例に
おける交互判定手段３９の動作を説明するためのフロー
チャートである。処理回路８２において、ステップａ１
からステップａ２に移り、第１レベル弁別手段２３の出
力Ｄが立上り波形であってＨレベルであるか判断され、
そうであれば次のステップａ３に移り、前回検出立上り
波形が出力Ｄであるか判断する。出力Ｄでなければ、ス
テップａ４に移り、交互判定手段３９の出力Ｆとして導
出する。ステップａ２で出力ＤがＨレベルでなければ、
ステップａ６へ移り、出力Ｅが立上り波形であってＨレ
ベルであるか判断され、そうであれば次のステップａ７
へ移り、前回検出立上り波形が出力Ｅであるか判断す
る。出力Ｅでなければ、ステップａ４に移り、出力Ｆと
して導出する。交互判定手段３９の出力Ｆとして導出す
ると、前述のようにライン６１を介してカウンタ６２に
与える。

【００６４】

【発明の効果】本発明に従えば、周波数・ゲイン特性手
段の周波数・ゲイン特性が相互に異なる複数種類用いら
れ、各周波数・ゲイン特性による出力の差を、減算手段
によって求め、この差が、変化計数手段によって、予め
定める時間Ｗ１内で、計数され、その計数値が予め定め
る値以上になったとき、サージングが発生したものと判
断するので、比較的簡単な構成で、サージングの検出遅
れを抑制し、迅速に検出を行い、しかも連続的な監視が
可能である。

【００６５】本発明によれば、減算手段の出力を、変化
計数手段に与えて予め定める時間Ｗ１内における計数値
を求めるので、サージングの発生によるセンサの出力の
振動を捉え、これによってサージングの確実な検出が可
能になり、プロセス装置の外乱、たとえば並列機の運転
または負荷の大きな変動による誤検出を防ぐことができ
る。

【００６６】また本発明によれば、圧縮機または圧縮機
を含むプロセス装置の物性変化に関係なく、サージング
の検出を行うことができ、サージングの検出が確実にな
る。

【００６７】本発明によれば、周波数・ゲイン特性手段
は、複数の１次遅れ回路によって実現し、このような１
次遅れ回路の構成は簡単であり、本発明の実現が容易で
ある。

【００６８】本発明によれば、変化計数手段は第１およ
び第２レベル弁別手段の出力が交互に得られるとき、カ
ウンタによって計数動作を行うようにし、これによって
サージングの発生を確実に検出することが可能である。

【００６９】また本発明によれば、減算手段の出力をレ
ベル弁別手段に与えて、そのレベル弁別手段の出力をカ
ウンタで計数するように構成し、このような構成によっ
て構成の簡略化を図ることができる。

【００７０】また本発明によれば、レベル弁別手段はヒ
ステリシス特性を有し、これによってノイズ、外乱によ
るレベル弁別手段の出力の不所望な振動を防ぎ、このこ
とによってもまた、サージングの検出を確実にすること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態の全体の構成を示すブロ
ック図である。

【図２】周波数・ゲイン特性手段９を構成する各１次遅
れ回路１１，１２の周波数・ゲイン特性および周波数・
位相ずれの各特性を示すボード線図である。

【図３】第１レベル弁別手段２３の具体的な構成を示す
ブロック図である。

【図４】図３に示される第１レベル弁別手段２３の動作
を説明するための波形図である。

【図５】第２レベル弁別手段２４の具体的な構成を示す
ブロック図である。

【図６】図５に示される第２レベル弁別手段２４の動作
を説明するための波形図である。

【図７】図１に示される実施の形態である圧縮機のサー
ジング検出装置の動作を説明するための波形図である。

【図８】本発明の実施の他の形態の周波数・ゲイン特性
手段７４の具体的な構成を示すブロップ図である。

【図９】本発明の実施の他の形態の変化計数手段７８の
具体的な構成を示すブロップ図である。

【図１０】図９に示される変化計数手段７８の動作を説
明するためのフローチャートである。

【図１１】図１〜図７に示される実施例における交互判
定手段３９の動作を説明するためのフローチャートであ
る。

【図１２】圧縮機のサージング限界を示す図である。

【符号の説明】

１ 圧縮機 ２ 吸込み側管路 ３ 吐出側管路 ９，７４ 周波数・ゲイン特性手段 １１，１２ １次遅れ回路 １３ 減算手段 ２２ 変化計数手段 ２３ 第１レベル弁別手段 ２４ 第２レベル弁別手段 ３９ 交互判定手段 ６２ カウンタ ６３ ＯＲゲート ６４ 反転回路 ６５ タイマ ７１ 判断手段 ７２ 表示手段 ７５，７７ １次遅れ回路 ７８ 変化計数手段 ７９ レベル弁別手段 ８１ パルス発生回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−198795（ＪＰ，Ａ) 特公 平５−80578（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F04D 27/02 F02C 7/00 - 9/58

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧縮機の吸込み側または吐出側における
   圧力、流量または流速のいずれか少なくとも１つを検出
   するセンサと、 センサの出力が与えられ、センサの出力の周波数に対応
   してゲインを、相互に異なる複数種類の周波数・ゲイン
   特性で、変化する周波数・ゲイン特性手段と、 周波数・ゲイン特性手段の各周波数・ゲイン特性の出力
   の差を演算する減算手段と、 減算手段の出力が、予め定める時間Ｗ１内で、予め定め
   る範囲の外に大きく変化する回数を計数する変化計数手
   段と、 変化計数手段の出力に応答し、計数された回数が、予め
   定める値以上になったとき、サージングが発生したもの
   と判断する手段とを含むことを特徴とする圧縮機のサー
   ジング検出装置。
2. 【請求項２】 周波数・ゲイン特性手段は、 複数の１次遅れ回路を含むことを特徴とする請求項１記
   載の圧縮機のサージング検出装置。
3. 【請求項３】 周波数・ゲイン特性手段は、 センサの出力が共通に与えられる複数の１次遅れ回路を
   有し、 各１次遅れ回路の時定数Ｔ１，Ｔ２は、相互に異なって
   おり、 演算手段は、各１次遅れ回路の出力の差を演算すること
   を特徴とする請求項２記載の圧縮機のサージング検出装
   置。
4. 【請求項４】 周波数・ゲイン特性手段は、 センサの出力が与えられる第１の１次遅れ回路と、 第１の１次遅れ回路の出力が与えられる第２の１次遅れ
   回路とを有し、 演算手段は、第１および第２の１次遅れ回路の出力の差
   を減算することを特徴とする請求項２記載の圧縮機のサ
   ージング検出装置。
5. 【請求項５】 変化計数手段は、 減算手段の出力を、正の予め定める第１弁別レベルＬｕ
   １，Ｌｕ２でレベル弁別する第１レベル弁別手段と、 減算手段の出力を、第１弁別レベルとともに前記予め定
   める範囲を規定する負の予め定める第２弁別レベルＬｄ
   １，Ｌｄ２でレベル弁別する第２レベル弁別手段と、 第１および第２レベル弁別手段の各出力に応答し、減算
   手段の出力が第１弁別レベル未満、または第２弁別レベ
   ル以上である前記予め定める範囲の外の各出力が、交互
   に導出されることを判定する交互判定手段と、 交互判定手段の出力に応答し、交互に得られる第１およ
   び第２レベル弁別手段の出力を計数するカウンタと、 第１および第２レベル弁別手段の出力に応答し、減算手
   段の出力が前記予め定める範囲の外に変化した後から、
   予め定める時間Ｗ１以内に次の前記変化が生じないと
   き、カウンタをリセットするタイマとを含むことを特徴
   とする請求項１〜４のうちの１つに記載の圧縮機のサー
   ジング検出装置。
6. 【請求項６】 第１および第２の各レベル弁別手段は、 ２つの弁別レベルを有するヒステリシス特性をそれぞれ
   有することを特徴とする請求項５記載の圧縮機のサージ
   ング検出装置。
7. 【請求項７】 変化計数手段は、 減算手段の出力を予め定める弁別レベルでレベル弁別す
   るレベル弁別手段と、 レベル弁別手段の出力に応答し、減算手段の出力が、前
   記弁別レベルによって決定される前記予め定める範囲の
   外に大きく変化する回数を計数するカウンタと、 レベル弁別手段の出力に応答し、減算手段の出力が、前
   記予め定める範囲の外に大きく変化した後から、予め定
   める時間Ｗ１以内に次の前記変化が生じないとき、カウ
   ンタをリセットするタイマとを含むことを特徴とする請
   求項１〜４のうちの１つに記載の圧縮機のサージング検
   出装置。
8. 【請求項８】 レベル弁別手段は、２つの弁別レベルを
   有するヒステリシス特性を有することを特徴とする請求
   項７記載の圧縮機のサージング検出装置。