JP4433802B2 - ターボ圧縮機 - Google Patents

Description

本発明はターボ圧縮機の保護装置に属し、特に吸込流量が減少した場合に発生するサージングの検出方法に関する。

一般にターボ圧縮機では吸込部にガイドベーンや絞り弁を設けて、圧縮機に流入するガスに旋回や圧損を与える吸込み絞り方式により流量調整を行う。しかしながら、吸込絞りによる流量調整では小流量域においてサージングと呼ばれる不安定現象が生じるため、吸込絞り方式による流量調整を流量０％から１００％までの全領域において用いることはできない。

サージングが発生すると、圧縮機内のガスは逆流と順流を交互に繰返し、著しく不安定となる。

一般的なサージング検出方法として、サージング発生時の温度変化を検出する方法と圧力変化を検出する方法、軸振動を検出する方法、主電動機の電流値を検出する方法があり、それぞれ種々の公報により報告されている。

特開昭56-2496号記載の公報では羽根車室内の温度上昇をガス流路外部分にて検出する方法が報告されている。

特開昭62-113889号記載の公報ではインペラ上流に充分に距離の離れた２つの温度センサを配置し、センサの温度差からサージングを検出する方法が報告されている。

特開昭59-79097号記載の公報ではインペラ下流に配置されているディフューザの圧力面側と負圧面側の温度差からサージングを検出する方法が報告されている。

特公平5-53956号記載の公報ではサージング発生時の入口部の温度変化からサージングの持続時間と強さを検出することを特徴とした方法が報告されている。

特開昭56-2496号公報 特開昭62-113889号公報 特開昭59-79097号公報 特公平5-53956号公報

さまざまなサージング検出方法が考案されているが、サージングの強弱は配管系の容量や気温また同じラインで利用されている他の圧縮機の稼働状況などのさまざまな要因で変化し、検出が必ず行えるとはかぎらない。そのためサージングの検出はただ一つの方法によるよりも複数の方法で行うことが望ましい。ただし、そのために特別の機器を追加設置するのは費用の面で不利である。

一方で中間冷却器を有する多段の圧縮機では、冷却器の保護装置として冷却器通過後の圧送空気の温度を測定するのが一般的である。中間冷却器が複数ある場合には代表して１箇所の冷却器通過後の温度測定を行う場合もある。測定された温度は冷却器の冷却効率の測定と圧縮機の過圧縮が生じていないかの判定に用いられ、圧縮機の保護装置の役割を果たしている。

冷却器の性能劣化や冷却器の冷媒が循環していない（例えば断水）状態が生じると、圧送空気の温度は上昇していく。一方、サージング発生時にはインペラ下流の圧縮された高温ガスが逆流するため同様に温度上昇が生じる。

したがって冷却器の劣化と冷媒の状態そしてサージング発生を判定し圧縮機がどのような状態で運転されているのかを見極める必要性がある。

本発明では、多段ターボ圧縮機の中間冷却器後に設置された同一の温度検出装置により圧縮機の保護とサージングの検出を同時に行うシステムを提案する。

課題を解決するために本発明が提案するシステムは中間冷却器下流に温度検出装置を設置し、温度検出装置の検出情報を制御装置にて受けて演算を行い、得られた結果から圧縮機の運転状態を判定するシステムである。検出された温度と温度上昇速度と規定値とを比べて、圧縮機の運転状況を判断することで、簡単かつ安価に圧縮機の保護が行える。

本発明によるシステムを利用するとサージング検出と冷却器の劣化、断水等を一つの温度検出センサにより行うことが可能であるため安価なシステムを構築できる。また既設のシステムへの対応も簡単である。

本発明のシステムは図１に示すようなターボ圧縮機のシステムにおいて適用できる。本図は２段のターボ空気圧縮機であるが複数段のターボ圧縮機であれば本発明の適用は可能である。空気圧縮機を例にとると吸込フィルタ１を通過したガスは吸込弁１により適当な流量に調整された後、１段圧縮機３により圧縮される。圧縮されたガスは高温となるため中間冷却器４により冷却された後に２段圧縮機５によって再び圧縮される。ここで中間冷却器４と２段圧縮機５の間の流路には温度検出装置９が設置されており制御装置１０に温度情報が送られる。２段圧縮機５を通過したガスは吐出冷却器６によって冷却された後に逆止弁７を通過して下流のプラントへと圧送される。圧送ガスの量が多すぎる場合には吸込弁２によって流量調整されるが、吸込弁の流量調整可能な範囲を超えた場合には放風弁８の開度を調整し余分なガスを放風してプラントへ供給するガスの流量を調整している。

温度検出装置９により検出された温度Ｔより制御装置１０にて温度上昇率ΔＴを計算する。サージング発生時の温度上昇率をΔＴ１、断水（冷媒不足）時の温度上昇率をΔＴ２、冷却器劣化時の温度上昇率をΔＴ３とするとΔＴ１＞ΔＴ２≫ΔＴ３となる。ここで冷却器劣化時の温度上昇率ΔＴ３は他の２つの温度上昇率と比較して無視できるほど小さい。

状態を判定するひとつの方法としては、ΔＴ１＞Ａ＞ΔＴ２＞Ｂ＞ΔＴ３となる規定値Ａ，Ｂを設けてそれぞれの状態を判定する方法がある。

この方法であると弱いサージング等が発生したときにサージングと断水を判定できない可能性がある。そこで本発明では規定値Ｂより大きな温度上昇率を検出した場合には無負荷運転に移行する。

無負荷運転では吸込弁１を全閉とし、放風弁８を全開としている。無負荷運転に移行するとサージング状態から速やかに抜けることができる。

実際にサージングが生じている場合には無負荷運転に移行するとともに、温度Ｔは減少に転じる。断水である場合には無負荷運転に移行した後も温度上昇が継続される。

したがって次のように圧縮機の状態を判断することができる。

まず、通常の運転値よりも高い温度規定値Ｃを予め定めておき、温度Ｔが規定値Ｃを超えたときすべての判断が行われるものとする。
・温度上昇率ΔＴがＢよりも小さい場合には、冷却器が劣化していると判断する。
・温度上昇率ΔＴがＢよりも大きい場合には、一度無負荷運転へと移行する。
・無負荷運転移行後、温度ＴがＣよりも大きい場合には断水（冷媒不足）と判断する。
・無負荷運転移行後、温度ＴがＣよりも小さい場合にはサージングが発生したと判断する。

以上のように簡単なシステムでサージングの検出と冷却器の保護が可能となる。ただし、温度上昇率ΔＴから圧縮機のサージングを判定する方法は上昇率を測定する必要があるためサージング発生からある程度の時間の経過が必要となる。したがって本発明は他にサージング検出装置を備えたシステムにおいてバックアップ的に利用されることが望ましいといえる。

ターボ圧縮機への本発明使用例概略図。 温度上昇率の概略図。

符号の説明

１…吸込フィルタ、２…吸込弁、３…１段圧縮室、４…中間冷却器、５…２段圧縮室、６…吐出冷却器、７…逆止弁、８…放風弁、９…温度検出装置、１０…制御装置。

Claims (1)

1. 複数の圧縮段と、この複数の圧縮段間に配置され前段で圧縮されたガスを冷却する中間冷却器と、吸込み流量を調節する吸込弁と、圧縮機の吐出側に設けられ圧縮空気を放風する放風弁とを備え、前記吸込弁を閉じ前記放風弁を全開にして無負荷運転するターボ圧縮機において、
   前記中間冷却器を通過し次段圧縮機に流入するガスの温度を検出する温度検出装置と、この温度検出装置が検出した温度の時間変化から温度上昇率ΔＴを演算しこの圧縮機を制御する制御装置とを設け、この制御装置は、前記温度検出装置が検出した温度が、通常の運転時の温度よりも高く定めた温度規定値Ｃよりも高いときに、断水時の温度上昇率ΔＴ２よりも小さく冷却器劣化時の温度上昇率ΔＴ３よりも大きいものとして予め定めた温度規定値Ｂと温度上昇率ΔＴとを比較し、温度上昇率ΔＴが規定値Ｂよりも大きいときは、圧縮機を無負荷運転させ、その後前記温度検出装置が検出した温度Ｔが規定値Ｃよりも大きいときには断水と判断し、規定値Ｃよりも小さいときにはサージングと判断することを特徴とするターボ圧縮機。

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