JP3583115B2

JP3583115B2 - 流体機械の流量制御方法

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Publication number: JP3583115B2
Application number: JP2002128276A
Authority: JP
Inventors: 正史山内; 高行小林
Original assignee: Kawasaki Jukogyo KK
Current assignee: Kawasaki Motors Ltd
Priority date: 2002-04-30
Filing date: 2002-04-30
Publication date: 2004-10-27
Anticipated expiration: 2022-04-30
Also published as: JP2003322096A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体を圧送するターボ形ブロワおよび圧縮機などの流体機械の流量制御方法に関する。
【０００２】
【従来技術】
従来より、流体を圧送する流体機械の入口に設けられる可変入口案内羽根の開度および流体機械の被駆動軸の回転速度を制御することによって流体機械の運転を制御する運転制御方法がいくつか提案されている。
【０００３】
例えば、この種の従来技術である、特開昭５６−６６４９０号公報では、流体機械の運転状態に対応した運転効率が最適になるように流体機械の入口に備える可変入口案内羽根の開度と流体機械の被駆動軸の回転速度とを演算して、この演算結果に基づいて可変入口案内羽根の開度と流体機械の被駆動軸の回転速度とを制御している。
【０００４】
また、特開平９−１３３０９３号公報では、流体機械の設計流量より小流量で発生するサージングなどの運転状態の変動を迅速かつ精度良く検出して安定な作動を行わせるように流体機械の可変入口案内羽根の開度と流体機械の被駆動軸の回転速度とを制御している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記の流体機械の運転制御方法は、いずれも流体機械の効率または運転の安定性のみに着目されたものであり、流体機械の流量制御範囲を広くすることについて考慮されていない。しかしながら、上記の流体機械が使用される曝気設備などの定圧力特性を有するプラントでは、流体機械の効率および運転の安定性だけでなく、広い流量制御範囲を確保することについても要望がある。特に、流体機械に吸い込まれる流体の流量が少ない場合または流体機械に吸い込まれる流体の吸込温度が上昇する場合において、流体機械から圧送される流体の吐出圧力がプラントに必要な圧力に維持されることが重要である。
【０００６】
本発明は、以上の要望に鑑みてなされたものであり、流体機械から圧送される吐出圧力をプラントに必要な圧力に維持しながら広い流量制御範囲において安定的に高効率で流量制御することができる流体機械の流量制御方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の課題を解決するために、流体機械に取り付けられる可変案内羽根の開度と、流体機械の被駆動軸の回転速度とを制御することによって、流体機械に吸い込まれる流体の流量を制御する流体機械の流量制御方法において、流体機械に吸い込まれる流体の吸込状態を示す吸込状態量に基づいて予め設定された流体の吸込流量を容積流量に換算した設定吸込容積流量を演算し、流体機械に吸い込まれる流体の流量が設定吸込容積流量になるように可変案内羽根の開度を制御する開度制御と、前記流体機械が前記流体を圧縮することによって得られる前記流体機械の等エントロピーヘッドを演算し、該等エントロピーヘッドと設定吸込容積流量とに基づいて流体機械の被駆動軸の目標回転速度を演算し、流体機械の被駆動軸の回転速度を目標回転速度になるように制御する回転速度制御とを組み合わせて制御することを特徴とする。
【０００８】
ここで、上記の「吸込状態量」は、流体機械に吸い込まれる流体の吸込温度であってもよい。また、その他のものとして、流体機械に吸い込まれる流体の吸込圧力および湿度、または吸込圧力若しくは湿度なども併せて使用することもできる。また、「等エントロピーヘッド」とは、流体機械に吸い込まれる流体が等エントロピー圧縮される過程において加えられる流体の単位重量あたりの最少仕事である。
【０００９】
この構成によれば、流体機械の可変案内羽根の開度制御によって、流体機械に吸い込まれる流体の流量が調整される。また、流体機械の被駆動軸の回転速度を制御することによって、流体機械から圧送される流体の吐出圧力を所定の値に維持する。これにより、流体機械の可変案内羽根によって調整される小流量域において、流体機械の吐出圧力が所定の値に満たない場合、流体機械の被駆動軸の回転速度を上昇させることにより所定の値を確保することができる。また、流体機械の昇圧能力が所定の値より大きい場合には、流体機械の被駆動軸の回転速度を下げることにより所定の値を確保することができる。このように流体機械の流量制御範囲を拡張することができる。ここで、「所定の値」とは、流体機械が設置されるプラントが必要とする圧力である。
【００１０】
より具体的には、流体機械の可変案内羽根の開度制御は、上記の「設定吸込容積流量」をパラメータとして行われいる。また、流体機械の被駆動軸の回転速度制御は、「吸込容積流量と等エントロピーヘッド」とをパラメータとして行われている。
【００１１】
上記の「吸込容積流量と等エントロピーヘッド」の関係は流体機械固有のものであり、その特性は回転速度一定の下では流体機械に吸い込まれる流体の吸込温度および吸込圧力など（吸込状態）に影響されない一定の関係を有する。また、流体機械の吸込容積流量は、流体機械の被駆動軸の回転速度比に略比例し、流体機械の等エントロピーヘッドは、流体機械の被駆動軸の回転速度比の２乗に略比例する。以上より、流体機械の吸込容積流量と等エントロピーヘッドとから流体機械の被駆動軸の必要回転速度が容易に予測することができる。なお、上記の吸込容積流量と等エントロピーヘッドとで表された流体機械の特性は、流体機械の被駆動軸の回転速度をパラメータとして、流体機械の性能試験によって予め作成され、流体機械を制御する制御器に記憶されている。また、これらの特性は、流体機械の安定的な運転および良い効率を得ることが考慮されている。
【００１２】
そして、本発明では、上記の流体機械の特性を用いて、流体機械の「設定吸込容積流量」および「等エントロピーヘッド」から流体機械の被駆動軸の目標回転速度を算出し、流体機械の被駆動軸の回転速度が目標回転速度になるように制御している。
【００１３】
以上より、流体機械が適用されるプラントに必要な流量が大きく変更される場合であっても本発明に係る流体機械の流量制御方法は十分対応することができる。
【００１４】
また、本発明では、流体機械の流入通路および流出通路、または流入通路若しくは流出通路に介在する可変案内羽根の開度を制御することによって流体機械に吸い込まれる流体の流量を制御することもできる。
【００１５】
一般的に、流体機械の流入通路に介在する可変案内羽根は「インレットガイドベーン」と、流体機械の流出通路に介在する可変案内羽根は「ディフュザーベーン」と呼ばれている。両者ともに流体機械に吸い込まれる流体の流量を制御する場合に使用され、特に、前者は流体機械の部分負荷効率を良くする場合に使用され、後者は流体機械の流量制御範囲を広くする場合に使用される。従って、流体機械の使用目的に応じてこれらの可変案内羽根を適宜選択する。これにより、流体機械の流量制御範囲を広くしたり、部分負荷効率を良くしたりすることができる。なお、「部分負荷効率」とは、設計点における流体機械に吸い込まれる流量を１００％とした場合、例えば、５０％の流量（部分負荷）で流体機械を運転する場合の効率をいう。
【００１６】
また、本発明は、流体機械の設定吸込容積流量が予め設定された可変案内羽根固定値を越えるとき、可変案内羽根の開度を固定し、流体機械の被駆動軸の回転速度のみ制御することもできる。
【００１７】
この構成によれば、流体機械に吸い込まれる流体の設定吸込容積流量が予め設定した可変案内羽根固定値を越えるとき、可変案内羽根の開度が固定されるので、流体機械の被駆動軸の回転速度のみにより流量制御を行うことができる。一方、可変案内羽根固定値以下では、流体機械の被駆動軸の回転速度と可変案内羽根の開度とを制御パラメータとして流量制御を行うことができる。なお、「可変案内羽根固定値」は、流体機械の効率が高効率となる点を選択する。これにより、流体機械に吸い込まれる流体の流量制御範囲を広くした場合であっても、全流量制御範囲において高い効率を維持することができる。
【００１８】
すなわち、流体機械の被駆動軸の回転速度と可変案内羽根の開度とによる流量制御方法を用いて広範囲の流量制御範囲を網羅する場合、流体機械に吸い込まれる流体の流量が少なくなると効率は低下するが、この流量制御範囲を狭めることにより、小流量域での効率の低下を防ぐことができる。一方、流体機械の被駆動軸の回転速度による流量制御方法を用いて広い流量制御範囲を網羅する場合、流体機械に吸い込まれる流体の流量を多くすると効率が低下するが、流量制御範囲を狭めることにより、高い流量域での効率の低下を防止することができる。従って、流体機械の被駆動軸の回転速度と可変案内羽根の開度とによる流量制御方法と流体機械の被駆動軸の回転速度による流量制御方法を適宜組み合わせることにより、流体機械に、広い流量制御範囲で高い効率を維持させることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
別紙図面に基づいて、本発明の実施の形態について説明する。
【００２０】
図１は、本発明に係る流量制御方法が適用される流体機械の縦断面図である。なお、ここでは、流体機械である送風機の一例として、ターボ形単段ブロワを例に説明するが、その他の流体機械に適用しても構わない。
【００２１】
流体機械１は、渦巻き状のケーシング１１を有し、該ケーシング１１内には、径方向外方に向けて複数の羽根を備え、回転することによって流入する流体を昇圧する羽根車１２が収納されている。ケーシング１１の略中央部には、流入通路１３が接続され、その途中に略扇形状をなし、羽根車１２に流入する流体の流入方向と流入通路１３の開口面積を調整する入口案内羽根１４（可変案内羽根）が、流入通路１３の周方向に複数配置されている。また、羽根車１２の径方向外方には、羽根車１２で昇圧された流体が滑らかに流出する方向に沿って複数の出口案内羽根１５が周設されている。各出口案内羽根１５間には、径方向外方に滑らかな拡大流路が形成されている。ケーシング１１には、流体が流出する流出通路１６が取り付けられている。
【００２２】
このような構成によれば、流体機械１の羽根車１２が回転することによって、図１の矢符ＧＩＮが示すように流体が流入通路１３を介して入口案内羽根１４に導入される。該入口案内羽根１４を流体の流入方向に対して開閉することにより、入口案内羽根１４の下流の羽根車１２に流体が流入する方向を調整する。これにより、流体機械１の効率の良い流量制御を行うことができる。そして、羽根車１２に流入した流体は、径方向外方に向かって昇圧され、出口案内羽根１５に流入する。出口案内羽根１５も、流体の流入方向に対して開閉することができ、これにより羽根車１２から流出する流体の速度エネルギを効率よく圧力変化させるとともに、出口案内羽根１５の出口から流出する流体の流量を調整することができる。出口案内羽根１５から流出した流体は、図１の矢符ＧＯＵＴが示すように流出通路１６から下流に連設される通路（図示せず）に流出する。
【００２３】
図２は、流体機械１の制御系の構成について示している。流体機械１の流入通路１３には、流量計測器３０、圧力計測器３１および温度計測器３２が設けられ、流出通路１６には、圧力計測器３３が設けられている。羽根車１２には、被駆動軸１７を介して駆動機１８が取り付けられており、被駆動軸１７には、回転速度計３４が設けられている。これらの計測器３０〜３４は、それぞれ回線５１〜５５を介して制御器５０に接続され、各計測器からの信号が制御器５０に入力されている。該制御器５０は、回線５８を介してアクチュエータ２２と接続され、該アクチュエータ２２は、制御器５０からの信号に基づいて入口案内羽根１４を伝達機構２１を介して開閉する。また、制御器５０は、駆動機１８と回線５６を介して接続され、制御器５０からの信号に基づいて駆動機１８に接続される被駆動軸１７の回転速度を制御する。さらに、制御器５０は、回線５７を介してアクチュエータ２０と接続され、該アクチュエータ２０は、制御器５０からの信号に基づいて出口案内羽根１５を伝達機構１９を介して開閉する。
【００２４】
以上のように構成される流体機械１の流量制御方法について図２、図３および図４を参照しながら以下に説明する。なお、以下の説明では、上記の入口案内羽根１４の制御と回転速度制御の組合せを一例として説明する。
【００２５】
図３は、本発明に係る第１の流量制御方法のフローチャートである。まず、ステップＢ１では、流体機械１に吸い込まれる流体の基準状態における吸込流量Ｑを設定する。「基準状態」とは、流体機械１に吸い込まれる流体の温度および圧力が、例えば、０℃、１ａｔｍのように所定の温度および圧力である場合をいう。ここでは、説明簡単化のため基準状態として「基準温度」を用いる。
【００２６】
次に、ステップＢ２では、流量計測器３０、圧力計測器３１および温度計測器３２を用いて、流体機械１に吸い込まれる流体の吸込容積流量ＦＩ、吸込圧力ＰＩおよび吸込温度ＴＩをそれぞれ計測する。同様に、流体機械１から圧送される流体の吐出圧力ＰＯおよび流体機械１の被駆動軸１７の回転速度ＳＩをそれぞれ計測する。
【００２７】
その後ステップＢ３〜Ｂ６およびステップＢ７〜Ｂ１１が並行して処理される。
【００２８】
具体的には、ステップＢ３では、ステップＢ１において設定した吸込流量Ｑを式（１）に基づいて吸込温度ＴＩにより修正した設定吸込容積流量Ｑｔを算出する。
【００２９】
Ｑｔ＝ＱｘＴＩ／基準温度（１）
ステップＢ４では、ステップＢ３で算出した設定吸込容積流量Ｑｔと計測された吸込容積流量ＦＩとを比較して、前者が後者より小さい場合には、ステップＢ５に示すように入口案内羽根１４を閉め、前者が後者より大きい場合には、ステップＢ６に示すように入口案内羽根１４を開ける。その後、ステップＢ２に戻り、同様に、ステップＢ３〜Ｂ６が繰り返し行われる。
【００３０】
以上のステップと並行して、ステップＢ７では、計測された吸込温度ＴＩ、吸込圧力ＰＩおよび吐出圧力ＰＯから等エントロピーヘッドＨが式（２）に基づいて算出される。
【００３１】
【数１】

【００３２】
ここで、ｇ：重力加速度、ｎ：等エントロピー体積指数、Ｒ：ガス定数である。ステップＢ８では、等エントロピーヘッドＨおよびステップＢ３で算出した設定吸込容積流量Ｑｔを用いて流体機械１の被駆動軸１７の目標回転速度ＳＩｉを算出する。ここで、流体機械１の被駆動軸１７の回転速度（Ｎ１〜Ｎ５）をパラメータとした等エントロピーヘッドＨおよび設定吸込容積流量Ｑｔとの関係は、流体機械１の単体固有のものである。これらの関係は、予め行われる流体機械１の性能試験により求められ、上記の制御器５０に記憶されている。上記の関係は、例えば、図４のように示すことができる。図４の横軸および縦軸は、それぞれ吸込容積流量および等エントロピーヘッドである。また、図４中の実線は、流体機械１の被駆動軸１７の回転速度（Ｎ１〜Ｎ５、Ｎ１＞Ｎ５）をパラメータとした特性曲線である。この特性曲線によれば、例えば、等エントロピーヘッドＨと、吸込容積流量Ｑｔとである場合、目標回転速度ＳＩｉはＮ２となる。ここでは、図で示してあるが、関数またはデータなどで制御器５０に記憶しても構わない。
【００３３】
ステップＢ９では、ステップＢ８において算出された目標回転速度ＳＩｉと計測された回転速度ＳＩとを比較する。前者が後者より大きい場合、ステップ１０に示すように流体機械１の被駆動軸１７の回転速度ＳＩを上昇させる。また、前者が後者より小さい場合、ステップＢ１１に示すように流体機械１の被駆動軸１７の回転速度ＳＩを下降させる。その後、ステップＢ２に戻り、同様に、ステップＢ７〜Ｂ１１が繰り返し行われる。
【００３４】
以上のように、ステップＢ２〜Ｂ１１が繰り返し行われるフィードバック制御を行うことにより、計測される吸込容積流量ＦＩがステップＢ１において設定した吸込流量Ｑになるように制御する。
【００３５】
次に、本実施の形態に係る第１の流量制御方法の効果について図５および図６に基づいて説明する。
【００３６】
まず、図５に基づいて、入口案内羽根１４のみを用いて流体機械１に吸い込まれる流体の流量制御を行う場合の流体機械１の一般的な特性を説明する。図５中、横軸の流量（％）は、流体機械１に吸い込まれる流体の設計吸込容積流量Ｑｄに対する吸込容積流量ＦＩの割合を示している。また、縦軸は、流体機械１の効率と吐出圧力ＰＯとを示している。
【００３７】
図５では、流体機械１の被駆動軸１７の回転速度Ｎを一定として、流体機械１の吐出圧力ＰＯと流量（％）との特性曲線および流体機械１の効率と流量（％）との特性曲線が、流体機械１の入口案内羽根開度ＩＧＶを制御パラメータとしてそれぞれ実線で記載されている。各特性曲線は、右肩下がりの曲線であり、流体機械１の運転可能な範囲を示している。図５中の特性曲線の左端の点を結んだ一点鎖線は、流体機械１のサージラインＳＬ１を示している。該サージラインＳＬ１の左側の領域は、流体機械１がサージングを起こし安定的な運転を行うことができない領域を示している。
【００３８】
このような特性を持った流体機械１において、例えば、流体機械１の吐出圧力ＰＯがＰｏとして、流体機械１の流量制御範囲を略５０％〜１００％（Ｃ１〜Ｃ２の実線で示す）とすると、これに対応する流体機械１の予想効率軌跡は、図５の上図が示すようにＣ１〜Ｃ２の実線のように推移する。これらの値は、いずれも流体機械１の各入口案内羽根開度ＩＧＶに対する流体機械１の最高効率より低い。一方、流体機械１の効率を各入口案内羽根開度ＩＧＶに対して最高効率になるように流体機械１を運転しようとすると、図５の下図が示すようにＥ１〜Ｅ２のように流量制御範囲が狭くなる。従って、流体機械１の入口案内羽根開度ＩＧＶのみを制御パラメータとして流体機械１の流量制御を行う場合、流体機械１を高効率かつ安定的に広い範囲で流量制御を行うことは難しいことを示している。
【００３９】
ところが、本発明に係る第１の流量制御方法では、流体機械１の流量制御に対して図６の実線に示すような特性曲線を有しており、上記の流量制御に比べて広い流量制御範囲で流体機械１が高効率かつ安定的に運転できることを示している。なお、図６中の破線は、図５に示した入口案内羽根開度ＩＧＶのみを制御パラメータとして流体機械１を流量制御する場合の特性曲線である。
【００４０】
具体的には、入口案内羽根開度ＩＧＶが０％であり、回転速度Ｎが設計回転速度に比べて１１２％の場合の実線で示す右肩下がりの特性曲線は、同じ入口案内羽根開度ＩＧＶに対応する破線で示す特性曲線に比べて右側にシフトして上側に延びている。その結果、流体機械１に吸い込まれる流体の流量制御範囲を区間Ｅ１〜Ｅ２（ＳＬ１との交点）から区間Ｅ１〜Ｅ３のように広くすることができる。また、区間Ｅ１〜Ｅ３に対応する流体機械１の予想効率軌跡は、図６の上図に示すように高効率点を結ぶ実線Ｄ１〜Ｄ３のように推移する。これにより、流体機械１を広い流量制御範囲（この例では、流量（％）が４０％である）において安定的に高効率で運転することができる。ここで、実線で示す流体機械１の特性曲線は、流体機械１の運転可能な限界を示すサージラインＳＬ２が、所定の吐出圧力（図６中のＰｏ）以上であり、そのサージラインＳＬ２近傍の流体機械の効率が高効率になるように設定してある。
【００４１】
図７は、本発明に係る第２の流量制御方法のフローチャートである。該流量制御方法は、第１の流量制御方法とは、流体機械１に吸い込まれる流体の設定吸込容積流量Ｑｔが所定の流量を越える場合に入口案内羽根１４の開度を固定し、流体機械１の被駆動軸１７の回転速度ＳＩのみを制御することが異なる。以下の説明では、第１の流量制御方法と同等のステップには、同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００４２】
上記のステップＢ１〜Ｂ２を実施した後、ステップＢ７〜Ｂ１１を実施する。これと並行してステップＢ３が実施され、ステップＢ１２が実施される。該ステップＢ１２では、ステップＢ３で算出した設定吸込容積流量Ｑｔと設計吸込容積流量Ｑｄとの流量比を算出し、この計算結果を予め設定された可変案内羽根固定値ＳＥＴＶＡＬと比較する。ここで、「設計吸込容積流量Ｑｄ」とは、流体機械１の設計時の流体機械１に吸い込まれる流体の流量である。上記流量比が可変案内羽根固定値ＳＥＴＶＡＬより小さい場合、上記のステップＢ４〜Ｂ６が実施され、上記流量比が可変案内羽根固定値ＳＥＴＶＡＬより大きい場合、ステップＢ１６に示すように入口案内羽根１４の開度を全開とし固定する。
【００４３】
ステップＢ１６と並行して、ステップＢ１３に示すように設定吸込容積流量Ｑｔと計測された吸込容積流量ＦＩとを比較する。設定吸込容積流量Ｑｔが計測された吸込容積流量ＦＩに比べて大きい場合、ステップＢ１４に示すように流体機械１の被駆動軸１７の回転速度を上昇させる。設定吸込容積流量Ｑｔが計測された吸込容積流量ＦＩに比べて小さい場合、ステップＢ１５に示すように流体機械１の被駆動軸１７の回転速度を下降させる。
【００４４】
これらの一連のステップＢ２〜Ｂ１６が繰り返し行われるフィードバック制御により、計測される吸込容積流量ＦＩがステップＢ１において設定した吸込流量Ｑになるように制御される。
【００４５】
次に、本発明に係る第２の流量制御方法の効果について図８および図９に基づいて説明する。なお、図８および図９の横軸および縦軸は、図５と同様、それぞれ流量（％）並びに吐出圧力ＰＯおよび効率である。
【００４６】
まず、図８に基づいて、流体機械１の被駆動軸１７の回転速度Ｎのみを制御パラメータとして流量制御する場合の特性を説明する。図８中の実線は、流体機械１の効率が高効率になるように設計された場合の特性曲線を示し、図８中の破線は、流体機械１の効率に関して全く考慮せず流量制御範囲が広くなるように設計した場合の特性曲線を示す。図８の下図が示すように、流体機械１の吐出圧力ＰＯがＰｏである場合の流量制御範囲は、区間Ｆ１〜Ｆ２（流量（％）：１００％〜８０％）から区間Ｆ１〜Ｆ３（流量（％）：１００％〜６０％）に広くすることができる。しかし、これらに対応する流体機械１の予想効率軌跡は、図８の上図が示すように区間Ｆ１〜Ｆ２から区間Ｆ１〜Ｆ３に低下する。いずれの予想効率軌跡も右肩下がりの曲線となっている。そして、流体機械１に吸い込まれる流体の流量が少ない領域（Ｆ３点近傍）では、流体機械１の効率は略最高効率である。すなわち、流体機械１の被駆動軸１７の回転速度Ｎのみを制御パラメータとして高効率な運転を行うためには、狭い流量制御範囲に限定する必要がある。
【００４７】
そこで、本発明に係る第２の流量制御方法では、上記の点に着目し、流体機械１に吸い込まれる流体の流量が多い領域のみ回転速度Ｎによる流量制御を行い、それ以外の領域では、入口案内羽根開度ＩＧＶと回転速度Ｎとにより流量制御を行うようにしたものである。その特性曲線を図９に示す。同図では、流体機械１の設計点を流量（％）が１００％の点としている。
【００４８】
図９の下図の区間Ｇ１〜Ｇ２では、入口案内羽根開度ＩＧＶを１００％に固定したまま流体機械１の被駆動軸１７の回転速度Ｎを１００％から９６％に変化させる。これに対応して、流体機械１の流量（％）が１００％〜８０％に変化する。この時の流体機械１の予想効率軌跡は、図９上図に示すように区間Ｇ１〜Ｇ２のように変化する。また、区間Ｇ２〜Ｇ３では、流体機械１の入口案内羽根開度ＩＧＶと回転速度Ｎにより制御され、これに対応して流体機械１の流量（％）が８０％〜４０％に変化させることができる。この場合の流体機械１の予想効率軌跡は、図９の上図に示すように流体機械１の区間Ｇ２〜Ｇ３のように変化する。以上の流体機械１の予想効率軌跡は、いずれも略最高効率である。この場合の流体機械１の予想効率軌跡の区間Ｇ１〜Ｇ２は、図８の上図に示す予想効率軌跡の区間Ｆ１〜Ｆ２に対応する。また、流体機械１の予想効率軌跡の区間Ｇ２〜Ｇ３は、図６の上図に示す予想効率軌跡の区間Ｄ１〜Ｄ３に対応する。ただし、記号Ｇ３に対応する効率は、区間Ｄ１〜Ｄ３上の流量（％）が５０％である場合の効率に対応する。このように、この実施の形態に係る第２の流量制御方法によれば、流体機械１の流量制御範囲を広くするだけでなく、流量制御範囲全体に亘って高効率を維持することができる。なお、図９では、流体機械１の流量制御方法を変える流量（％）、すなわち上記の可変案内羽根固定値ＳＥＴＶＡＬを８０％としているが、７０〜９０％が好ましい。しかしながら、可変案内羽根固定値ＳＥＴＶＡＬを前記の値に限定するものではない。
【００４９】
なお、ここでは、流体機械１の入口案内羽根開度ＩＧＶと回転速度Ｎとを用いて流量制御する場合について記述したが、これらの流量制御に替えて流体機械１の出口案内羽根開度と回転速度とを用いて流量制御を行うこともでき、同様の効果が得られる。さらに、上記の流量制御に替えて、流体機械１の入口案内羽根開度ＩＧＶ、出口案内羽根開度および回転速度を用いて流量制御を行っても良く、この場合も同様の効果が得られる。
【００５０】
【発明の効果】
本発明に係る流量制御方法は、流体機械の可変案内羽根の開度制御および流体機械が流体を圧縮することによって得られる流体機械の等エントロピーヘッドと設定吸込容積流量とに基づいて行われる流体機械の被駆動軸の回転速度制御により、広い流量制御範囲において安定的かつ高効率な流量制御を行ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る流量制御方法が適用される流体機械の縦断面図である。
【図２】本発明に係る流量制御方法が適用される流体機械の制御系の系統図である。
【図３】本発明に係る第１の流量制御方法のフローチャートである。
【図４】流体機械の等エントロピーヘッド、吸込容積流量および回転速度の関係を示す図である。
【図５】流体機械の入口案内羽根開度のみを制御パラメータとして流量制御を行う場合の流体機械の一般的な特性を示す図である。
【図６】本発明に係る第１の流量制御方法を用いた場合の流体機械の特性を示す図である。
【図７】本発明に係る第２の流量制御方法のフローチャートである。
【図８】流体機械の回転速度を制御パラメータとして流量制御を行う場合の流体機械の特性を示す図である。
【図９】本発明に係る第２の流量制御方法を用いた場合の流体機械の特性を示す図である。
【符号の説明】
１流体機械
１２羽根車
１４入口案内羽根
１５出口案内羽根
１７被駆動軸
１８駆動機
２０アクチュエータ
２２アクチュエータ
３０流量計測器
３１圧力計測器
３２温度計測器
３３圧力計測器
３４回転速度計
５０制御器
Ｑ吸込流量
Ｑｔ設定吸込容積流量
Ｈ等エントロピーヘッド
ＳＩ回転速度
ＳＩｉ目標回転速度

Claims

流体機械に取り付けられる可変案内羽根の開度と、流体機械の被駆動軸の回転速度とを制御することによって、流体機械に吸い込まれる流体の流量を制御する流体機械の流量制御方法において、
前記流体機械に吸い込まれる前記流体の吸込状態を示す吸込状態量に基づいて、予め設定された前記流体の吸込流量を容積流量に換算した設定吸込容積流量を演算し、前記流体機械に吸い込まれる前記流体の流量が前記設定吸込容積流量になるように前記可変案内羽根の開度を制御する開度制御と、
前記流体機械が前記流体を圧縮することによって得られる前記流体機械の等エントロピーヘッドを演算し、該等エントロピーヘッドと前記設定吸込容積流量とに基づいて前記流体機械の被駆動軸の目標回転速度を演算し、前記流体機械の被駆動軸の回転速度を前記目標回転速度になるように制御する回転速度制御とを組み合わせて制御することを特徴とする流体機械の流量制御方法。
請求項１記載の流体機械の流量制御方法において、
前記流体機械の流入通路または流出通路に介在する可変案内羽根の開度を制御することによって前記流体機械に吸い込まれる前記流体の流量を制御することを特徴とする流体機械の流量制御方法。
請求項１記載の流体機械の流量制御方法において、
前記流体機械の流入通路および流出通路に介在する可変案内羽根の開度を制御することによって前記流体機械に吸い込まれる前記流体の流量を制御することを特徴とする流体機械の流量制御方法。
請求項１乃至３のいずれかに記載の流体機械の流量制御方法において、
前記吸込状態量が、少なくとも前記流体機械に吸い込まれる前記流体の温度であることを特徴とする流体機械の流量制御方法。
請求項１乃至４のいずれかに記載の流体機械の流量制御方法において、
前記設定吸込容積流量が予め設定された可変案内羽根固定値を越えるとき、前記可変案内羽根の開度を固定し、前記流体機械の被駆動軸の回転速度のみ制御することを特徴とする流体機械の流量制御方法。