JP5379421B2 - Compression device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、圧縮装置、特にスライド弁によって吐出圧力を制御するスクリュ式の圧縮装置に関する。 The present invention relates to a compression device, and more particularly to a screw-type compression device that controls discharge pressure by a slide valve.
従来、スクリュ圧縮機の吐出位置を定め、吐出圧力を変化させられるスライド弁は、特許文献1にあるように、その位置が検出可能な油圧シリンダによって駆動されている。従来は、油圧シリンダの位置が設定位置になるように、油圧シリンダの作動油の供給(ロード)/排出(アンロード)/保持(中立)の状態を選択するスプール弁(3位置切換弁)の動作を制御し、さらに、吐出圧力の目標圧力に対する偏差に応じて、油圧シリンダの設定位置を調整している。 Conventionally, as disclosed in Patent Document 1, a slide valve that determines the discharge position of a screw compressor and changes the discharge pressure is driven by a hydraulic cylinder whose position can be detected. Conventionally, a spool valve (three-position switching valve) for selecting a state of supply (load) / discharge (unload) / hold (neutral) of hydraulic oil in the hydraulic cylinder so that the position of the hydraulic cylinder becomes a set position. The operation is controlled and the set position of the hydraulic cylinder is adjusted according to the deviation of the discharge pressure from the target pressure.
スライド弁によるスクリュ圧縮機の容量調節では、スライド弁の開度を変更する際、スプール弁をロードまたはアンロード状態にし、スライド弁が設定位置に達したことを確認してから、スプール弁を中立状態にしていた。このとき、スライド弁の開度の検出およびスプール弁の駆動の遅れにより、スライド弁の開度に誤差が生じる。作動油の供給経路にニードルバルブなどを配設して作動油の流速を制限して、遅れ時間中の移動量を低減しても、スライド弁の開度には1.5%程度の誤差を許容せざるを得なかった。 When adjusting the screw compressor capacity with a slide valve, when changing the opening of the slide valve, the spool valve is loaded or unloaded, and after confirming that the slide valve has reached the set position, the spool valve is neutral. I was in a state. At this time, an error occurs in the opening of the slide valve due to the detection of the opening of the slide valve and the delay in driving the spool valve. Even if a needle valve or the like is provided in the hydraulic oil supply path to limit the hydraulic oil flow rate and reduce the amount of movement during the delay time, the slide valve opening will have an error of about 1.5%. I had to accept it.
特許文献1では、微小な吐出圧力の誤差を解消するため、吐出流路からバイパス弁を介して吸込流路に圧縮ガスを貫流させるバイパス流路を設け、バイパス弁の開度調節によって吐出流路の圧力を微調節している。 In Patent Document 1, in order to eliminate a slight error in the discharge pressure, a bypass flow path is provided for allowing compressed gas to flow from the discharge flow path to the suction flow path via the bypass valve, and the discharge flow path is adjusted by adjusting the opening of the bypass valve. The pressure of is fine-tuned.
特許文献2には、空気圧シリンダによってスライド弁を駆動するスクリュ圧縮装置が記載されているが、細かな吐出圧力の制御は、やはり、バイパス弁によって行われるようになっている。 Patent Document 2 describes a screw compression device that drives a slide valve by a pneumatic cylinder, but fine discharge pressure control is also performed by a bypass valve.
例えば、LNG発電の燃料ガス昇圧用スクリュ圧縮装置などでは、許容誤差が例えば±0.1%以下の厳密な圧力制御が要求される。このため、従来のスクリュ式圧縮装置では、吐出流路の圧力を精密に制御するために、バイパス弁を介して10%程度の圧縮ガスを吐出側から吸込側に環流する必要があり、スクリュ圧縮機の軸動力を大きく無駄にしていた。
前記問題点に鑑みて、本発明は、定常運転時にはスクリュ圧縮機のスライド弁のみで精密な吐出圧力の制御が可能な圧縮装置を提供することを課題とする。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a compression device capable of precise discharge pressure control only by a slide valve of a screw compressor during steady operation.
前記課題を解決するために、本発明による圧縮装置は、ロータ室内に互いに咬合して回転し、気体を圧縮する雌雄一対のスクリュロータを収容し、前記ロータ室の吐出位置を変化させるスライド弁を有するスクリュ圧縮機と、前記スライド弁を駆動し、その位置を検出する流体圧シリンダと、前記流体圧シリンダの主室に作動流体を供給するロード位置と、前記主室から前記作動流体を排出するアンロード位置とを有するスプール弁と、前記スプール弁を周期的に前記ロード位置と前記アンロード位置との間で変化させ、前記スプール弁の前記ロード位置にある時間の比率であって前記流体圧シリンダの伸縮速度に対応付けられたスプール値を制御可能なスプール弁駆動手段と、前記スクリュ圧縮機の吐出圧力と目標圧力との偏差に応じて、前記スライド弁の目標開度を設定するスライド弁開度設定手段と、前記流体圧シリンダが検出した前記スライド弁の開度と前記スライド弁開度設定手段が決定した前記目標開度との偏差に応じて、前記スプール弁駆動手段における前記スプール値の目標値を設定するスプール値設定手段とを有し、前記スプール値設定手段は、前記スプール値の目標値を連続的に変化させることにより、前記スプール値に応じて定められる前記作動流体の流量を連続的に変化させて、前記流体圧シリンダの伸縮速度を連続的に変化させ、前記スクリュ圧縮機の吐出圧力が前記目標圧力に近付くと、前記スライド弁開度設定手段は、前記スライド弁の前記目標開度の変化を小さくし、前記スプール値設定手段は、前記スプール値の目標値を、前記流体圧シリンダの伸縮速度を小さくして前記スライド弁の開度変化の速度を遅くするように変化させるものとする。 In order to solve the above-described problems, a compression device according to the present invention includes a slide valve that accommodates a pair of male and female screw rotors that rotate while meshing with each other in a rotor chamber, and changes a discharge position of the rotor chamber. A screw compressor having a fluid pressure cylinder that drives and detects the position of the slide valve, a load position that supplies a working fluid to a main chamber of the fluid pressure cylinder, and the working fluid is discharged from the main chamber. A spool valve having an unloading position; and periodically changing the spool valve between the loading position and the unloading position, and a ratio of time at which the spool valve is at the loading position, the fluid pressure a controllable spool valve driving means spools value corresponding to the expansion and contraction speed of the cylinder, in accordance with a deviation between the discharge pressure and the target pressure of the screw compressor, The slide valve opening setting means for setting the target opening of the slide valve, and the deviation between the opening of the slide valve detected by the fluid pressure cylinder and the target opening determined by the slide valve opening setting means. And a spool value setting means for setting a target value of the spool value in the spool valve driving means, wherein the spool value setting means continuously changes the target value of the spool value, When the flow rate of the working fluid determined according to the spool value is continuously changed, the expansion / contraction speed of the fluid pressure cylinder is continuously changed, and the discharge pressure of the screw compressor approaches the target pressure, The slide valve opening setting means reduces the change in the target opening of the slide valve, and the spool value setting means sets the target value of the spool value to the fluid pressure cylinder. The stretch speed was reduced to one that changes to slow the opening change of the slide valve.
この構成によれば、ロード位置における流体圧シリンダの伸張量とアンロード位置における流体圧シリンダの収縮量がバランスしていれば、実質的に流体圧シリンダが伸縮していないものとみなし得る程度に高速に行うことで、スプール値に対応する速度で流体圧シリンダを伸縮させることができる。このように、連続値であるスプール値によって流体圧シリンダの伸縮速度を連続的に変化させることで、流体圧シリンダの停止の遅れによるスライド弁の開度の誤差を小さくでき、圧縮装置の吐出圧を正確に制御できる。 According to this configuration, if the extension amount of the fluid pressure cylinder at the load position and the contraction amount of the fluid pressure cylinder at the unload position are balanced, the fluid pressure cylinder can be regarded as substantially not expanding and contracting. By performing at high speed, the fluid pressure cylinder can be expanded and contracted at a speed corresponding to the spool value. In this way, by continuously changing the expansion / contraction speed of the fluid pressure cylinder according to the spool value, which is a continuous value, the error in the opening of the slide valve due to the delay in stopping the fluid pressure cylinder can be reduced, and the discharge pressure of the compressor Can be controlled accurately.
また、本発明による圧縮装置において、前記スプール値の実際の値を検出するスプール値検出手段をさらに有し、前記スプール値の実際の値と、前記スプール値の目標値との偏差が所定の値以上となったとき、警報信号を発してもよい。 The compression device according to the present invention further includes spool value detection means for detecting an actual value of the spool value, and a deviation between the actual value of the spool value and a target value of the spool value is a predetermined value. When this happens, an alarm signal may be issued.
スプール弁の駆動には大きなトルクを要しないので、スプール値が目標値と乖離している場合、何らかの異常が発生していると考えられる。このため、警報信号によって、オペレータに異常の可能性を通知したり、装置の非常停止をしたりして、重大事故を回避できる。 Since a large torque is not required for driving the spool valve, it is considered that some abnormality has occurred when the spool value deviates from the target value. For this reason, it is possible to avoid a serious accident by notifying the operator of the possibility of abnormality by an alarm signal or by making an emergency stop of the apparatus.
また、本発明による圧縮装置において、前記スクリュ圧縮機の吐出側と吸込側とがバイパス弁を介して接続され、前記気体の需要の急激な減少を示す外部信号を受信したとき、前記バイパス弁を開放してもよい。 Further, in the compression device according to the present invention, when the discharge side and the suction side of the screw compressor are connected via a bypass valve, and the external signal indicating a sudden decrease in the gas demand is received, the bypass valve is You may open it.
この構成によれば、需要の急激な減少にはバイパス弁で対応して圧力上昇を防止することにより、定常運転時の制御を最適化することができ、定常運転時の吐出圧力の誤差を小さくできる。 According to this configuration, the control during steady operation can be optimized by responding to a sudden decrease in demand with a bypass valve to prevent a pressure rise, and the error in discharge pressure during steady operation can be reduced. it can.
また、本発明による圧縮装置において、前記スクリュ圧縮機の吐出側と吸込側がバイパス弁を介して接続され、前記スクリュ圧縮機の吐出圧力が予め設定した上限圧力に達したとき、前記バイパス弁を開放してもよい。 Further, in the compression device according to the present invention, when the discharge side and the suction side of the screw compressor are connected via a bypass valve, the bypass valve is opened when the discharge pressure of the screw compressor reaches a preset upper limit pressure. May be.
この構成によれば、何らかの要因で、スライド弁による吐出圧力の制御が適切に行えなくなったときに、バイパス弁により吐出圧力の上昇を解消できるので、安全である。 According to this configuration, when the discharge pressure cannot be appropriately controlled by the slide valve for some reason, the increase in the discharge pressure can be eliminated by the bypass valve, which is safe.
本発明によれば、スクリュ圧縮機の吐出圧力に応じてスプール値を制御するため、スライド弁の開度を適切に調節できるので、スクリュ圧縮機の吐出圧力を高精度に制御できる。 According to the present invention, since the spool value is controlled in accordance with the discharge pressure of the screw compressor, the opening of the slide valve can be adjusted appropriately, so that the discharge pressure of the screw compressor can be controlled with high accuracy.
これより、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図1に、本発明に1つの実施形態である圧縮装置1を示す。圧縮装置1は、ロータ室内に雌雄一対のスクリュロータを収容したスクリュ圧縮機2によって気体を圧縮するためのものである。
Embodiments of the present invention will now be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a compression apparatus 1 according to one embodiment of the present invention. The compression device 1 is for compressing gas by a screw compressor 2 that houses a pair of male and female screw rotors in a rotor chamber.
スクリュ圧縮機2は、ロータ室の吐出位置を変化させられるスライド弁3を有する。スライド弁3は、油圧シリンダ(流体圧シリンダ)4によって駆動される。油圧シリンダ4は、スライド弁3の反力を受ける主室5と、主室5と補完関係にある副室6とを有し、主室5および副室6が、スプール比例制御弁7を介して、油圧ポンプ8およびオイルレシーバ9に接続されている。油圧シリンダ4は、スライド弁3の開度を示す自身のピストン位置を示す例えば0〜5Vの位置信号を出力する。
The screw compressor 2 has a slide valve 3 that can change the discharge position of the rotor chamber. The slide valve 3 is driven by a hydraulic cylinder (fluid pressure cylinder) 4. The hydraulic cylinder 4 has a
スプール比例制御弁7は、主室5および副室6と油圧ポンプ8およびオイルレシーバ9との接続状態を切り換えるスプール弁10と、スプール弁10を駆動するアクチュエータ11と、アクチュエータ11を制御するスプール弁制御装置12とを有する。
The spool proportional control valve 7 includes a
スプール弁10は、主室5を油圧ポンプ8に接続し、且つ、副室6をオイルレシーバ9への流路に接続して、主室5に作動油(作動流体)が供給されるようにするロード位置と、主室5をオイルレシーバ9への流路に接続し、副室6を油圧ポンプ8に接続して、主室5から作動油を排出させるアンロード位置と、ロード位置とアンロード位置との間にあって主室5および副室6を、ともに油圧ポンプ8およびオイルレシーバ9から隔離して作動油の増減を禁止する中立位置との3つの状態を有する。
The
アクチュエータ11は、例えば、スプール弁制御装置12から電圧が入力されるとスプール弁10をロード位置に保持し、スプール弁制御装置12から電圧の入力がなければスプール弁10をアンロード位置に保持する。
For example, the
スプール弁制御装置12は、アクチュエータ11に所定周波数の矩形波状の駆動電圧を入力する。スプール弁制御装置12は、例えば、駆動電圧のパルスの幅を変化(PWM)させることによって、スプール弁10がロード位置にある時間の比を制御できるようになっている(スプール弁駆動手段)。また、アクチュエータ11は、実際のスプール弁10がロード位置にある時間の比であるスプール値を、例えば4〜20mAの電流信号として出力できる(スプール値検出手段)。
The spool
スプール比例制御弁7の駆動電圧の周波数は十分に高いので、油圧シリンダ4は、実質的に、実際のスプール弁10がロード位置にある時間とアンロード位置にある時間との差分に比例した速度で伸縮する。スプール値が50%のとき、スプール弁10がロード位置にあって油圧シリンダ4の主室5に作動油を供給する時間と、スプール弁10がアンロード位置にあって、油圧シリンダ4の主室5から作動油を排出する時間とが等しく、油圧シリンダ4のピストンの位置は実質的に不変である。
Since the frequency of the drive voltage of the spool proportional control valve 7 is sufficiently high, the hydraulic cylinder 4 has a speed substantially proportional to the difference between the time when the
また、圧縮装置1は、スクリュ圧縮機2の吐出流路と吸込流路とがバイパス弁13を介して接続されている。さらに、圧縮装置1は、スクリュ圧縮機2の吐出流路の圧力を検出する吐出圧力検出器14と、コンピュータからなる制御装置15とを備える。
In the compression device 1, the discharge flow path and the suction flow path of the screw compressor 2 are connected via a
制御装置15は、それぞれプログラムとして実現される、スライド弁開度制御部(スライド弁開度設定手段)16と、スプール値制御部17(スプール値設定手段)と、警報制御部18と、バイパス弁制御部19とを有する。
The
スライド弁開度制御部16は、コンソール20を介して入力された圧縮装置1の目標吐出圧力と吐出圧力検出器14が検出した圧力との偏差が小さくなるように、フィードバック制御(例えばPID制御)によりスライド弁3の目標開度を設定し、スプール値制御部17に入力する。
The slide valve
スプール値制御部17は、スライド弁開度制御部16が設定したスライド弁3の目標開度と油圧シリンダ4のピストン位置信号との偏差が小さくなるように、フィードバック制御(例えばPID制御)によりスプール比例制御弁7のスプール値の目標値を設定し、スプール弁制御装置12に入力する。
The spool
警報制御部18は、スプール値制御部17が設定したスプール値の目標値とアクチュエータ11から出力されたスプール値との偏差が所定の値以上となったとき、外部に警報信号を出力する。
The
バイパス弁制御部19は、吐出圧力検出器14が検出した圧力が予め設定した上限圧力に達したとき、および、外部から所定の信号が入力されたとき、スライド弁3の開度から現在の流量を算出し、算出した流量において吐出圧力を目標吐出圧力に維持できるような開度で、バイパス弁13を開放する。
When the pressure detected by the
スプール比例制御弁7において、スプール弁10のスプール値は0〜100%の連続量であり、このスプール値は油圧シリンダ4への供給(または排出)される作動油の流量に略比例する。つまり、スクリュ圧縮機2の吐出圧力が目標吐出圧力に近付くと、作動油の流量が少なくなり、油圧シリンダ4の伸縮速度が小さくなるので、スライド弁3の開度変化の速度が遅くなる。このため、制御装置15の制御に多少の遅れがあっても、遅れ時間の間のスライド弁3の開度変化が殆どなく、スライド弁3を最適な開度に調節できる。
In the spool proportional control valve 7, the spool value of the
これにより、制御装置1では、負荷の急な変動等がない定常運転時には、スプール比例制御弁7によるスライド弁3の開度制御のみで、スクリュ圧縮機2の吐出圧力を目標吐出圧力±0.1以内に厳密に制御できる。また、定常運転時には、バイパス弁13を閉鎖しているので、吐出した気体の圧力エネルギーの損失、つまり、スクリュ圧縮機2の軸動力の損失をなくすことができる。
As a result, in the control device 1, during steady operation where there is no sudden load fluctuation or the like, only the opening control of the slide valve 3 by the spool proportional control valve 7 is used to control the discharge pressure of the screw compressor 2 to the target discharge pressure ± 0. It can be strictly controlled within one. Further, since the
また、スプール比例制御弁7によって、作動油の流量が調節されるので、油圧シリンダ4への作動油の供給/排出流路に、ニードルバルブと逆止弁とのセットのような流量調節手段を設ける必要がない。 Further, since the flow rate of the hydraulic oil is adjusted by the spool proportional control valve 7, a flow rate adjusting means such as a set of a needle valve and a check valve is provided in the hydraulic oil supply / discharge flow path to the hydraulic cylinder 4. There is no need to provide it.
また、スライド弁開度制御部16およびスプール値制御部17の制御パラメータ(例えばPID制御の微分時間や積分時間)を、定常運転において最適となるように設定すると、需要設備が突然停止したときのような急激な需要の減少に対応できず、圧縮装置1の吐出圧力が高くなってしまう。そこで、制御装置15は、運転条件の急な変動を検知してバイパス弁13を開放するバイパス弁制御部19を備える。これにより、圧縮装置1の吐出圧力の上昇を防止できるので、スライド弁3の開度の制御を定常運転時にあわせて最適化できる。
Further, when the control parameters of the slide valve
また、スプール弁10の駆動には大きなトルクを必要とせず、スプール弁10のスプール値が目標値と乖離した場合、スプール比例制御弁7の異常であると考えられる。このため、警報制御部18が警報信号を出力したとき、警告灯を点灯させるなどしてオペレータに異常の可能性を通知、或いは、圧縮装置1またはプラント全体を非常停止してもよい。
Further, it is considered that the spool proportional control valve 7 is abnormal when the
1…圧縮装置
2…スクリュ圧縮機
3…スライド弁
4…油圧シリンダ(流体圧シリンダ)
5…主室
6…副室
7…スプール比例制御弁
8…油圧ポンプ
9…オイルレシーバ
10…スプール弁
11…アクチュエータ
12…スプール制御装置
13…バイパス弁
14…吐出圧力検出器
15…制御装置
16…スライド弁開度制御部(スライド弁開度設定手段)
17…スプール値制御部(スプール値設定手段)
18…警報制御部
19…バイパス弁制御部
20…コンソール
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Compression apparatus 2 ... Screw compressor 3 ... Slide valve 4 ... Hydraulic cylinder (fluid pressure cylinder)
DESCRIPTION OF
17 ... Spool value control section (spool value setting means)
18 ...
Claims (4)
前記スライド弁を駆動し、その位置を検出する流体圧シリンダと、
前記流体圧シリンダの主室に作動流体を供給するロード位置と、前記主室から前記作動流体を排出するアンロード位置とを有するスプール弁と、
前記スプール弁を周期的に前記ロード位置と前記アンロード位置との間で変化させ、前記スプール弁の前記ロード位置にある時間の比率であって前記流体圧シリンダの伸縮速度に対応付けられたスプール値を制御可能なスプール弁駆動手段と、
前記スクリュ圧縮機の吐出圧力と目標圧力との偏差に応じて、前記スライド弁の目標開度を設定するスライド弁開度設定手段と、
前記流体圧シリンダが検出した前記スライド弁の開度と前記スライド弁開度設定手段が決定した前記目標開度との偏差に応じて、前記スプール弁駆動手段における前記スプール値の目標値を設定するスプール値設定手段とを有し、
前記スプール値設定手段は、前記スプール値の目標値を連続的に変化させることにより、前記スプール値に応じて定められる前記作動流体の流量を連続的に変化させて、前記流体圧シリンダの伸縮速度を連続的に変化させ、
前記スクリュ圧縮機の吐出圧力が前記目標圧力に近付くと、前記スライド弁開度設定手段は、前記スライド弁の前記目標開度の変化を小さくし、前記スプール値設定手段は、前記スプール値の目標値を、前記流体圧シリンダの伸縮速度を小さくして前記スライド弁の開度変化の速度を遅くするように変化させることを特徴とする圧縮装置。 A screw compressor having a slide valve that rotates by meshing with each other in the rotor chamber, accommodates a pair of male and female screw rotors that compress gas, and changes the discharge position of the rotor chamber;
A fluid pressure cylinder for driving the slide valve and detecting its position;
A spool valve having a load position for supplying the working fluid to the main chamber of the fluid pressure cylinder, and an unloading position for discharging the working fluid from the main chamber;
The spool valve is periodically changed between the load position and the unload position, and the spool is a ratio of the time at which the spool valve is at the load position and is associated with the expansion / contraction speed of the fluid pressure cylinder. Spool valve drive means capable of controlling the value;
A slide valve opening setting means for setting a target opening of the slide valve according to a deviation between a discharge pressure of the screw compressor and a target pressure;
A target value of the spool value in the spool valve driving means is set according to a deviation between the opening degree of the slide valve detected by the fluid pressure cylinder and the target opening degree determined by the slide valve opening degree setting means. Spool value setting means,
The spool value setting means continuously changes the flow rate of the working fluid, which is determined according to the spool value, by continuously changing the target value of the spool value. Continuously changing
When the discharge pressure of the screw compressor approaches the target pressure, the slide valve opening setting means reduces the change in the target opening of the slide valve, and the spool value setting means sets the spool value target. The value is changed so that the expansion / contraction speed of the fluid pressure cylinder is decreased to decrease the speed of change of the opening degree of the slide valve.
前記スプール値の実際の値と、前記スプール値の目標値との偏差が所定の値以上となったとき、警報信号を発することを特徴とする請求項1に記載の圧縮装置。 A spool value detecting means for detecting an actual value of the spool value;
2. The compression apparatus according to claim 1, wherein an alarm signal is generated when a deviation between an actual value of the spool value and a target value of the spool value becomes a predetermined value or more.
前記気体の需要の急激な減少を示す外部信号を受信したとき、前記バイパス弁を開放することを特徴とする請求項1または2のいずれかに記載の圧縮装置。 The discharge side and suction side of the screw compressor are connected via a bypass valve,
3. The compression device according to claim 1, wherein the bypass valve is opened when an external signal indicating a rapid decrease in the gas demand is received.
前記スクリュ圧縮機の吐出圧力が予め設定した上限圧力に達したとき、前記バイパス弁を開放することを特徴とする請求項1または2のいずれかに記載の圧縮装置。 The discharge side and suction side of the screw compressor are connected via a bypass valve,
3. The compression device according to claim 1, wherein when the discharge pressure of the screw compressor reaches a preset upper limit pressure, the bypass valve is opened.
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