JP5891115B2

JP5891115B2 - 圧縮装置の制御方法、及び圧縮装置

Info

Publication number: JP5891115B2
Application number: JP2012134711A
Authority: JP
Inventors: 松本　泰治; 泰治松本
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2012-06-14
Filing date: 2012-06-14
Publication date: 2016-03-22
Anticipated expiration: 2032-06-14
Also published as: JP2013256925A

Description

本発明は、スクリュ圧縮機を備えた圧縮装置の制御方法、及びスクリュ圧縮機を備えた圧縮装置に関する。

従来から、特許文献１に記載の圧縮装置が知られている。この圧縮装置は、流入口から流入したガスを圧縮して吐出するスクリュ圧縮機と、流路調整弁を有し、スクリュ圧縮機から吐出されたガスを流入口側に戻すバイパス流路部と、スクリュ圧縮機から吐出されたガスの圧力（吐出圧力）を測定する圧力計と、スクリュ圧縮機の吐出圧力を調整する制御部と、を備える。

前記スクリュ圧縮機はスライド弁を有し、このスライド弁は、その開度を変更することにより当該圧縮機の圧縮容量を調整する。前記制御部は、前記圧力計によって測定されたスクリュ圧縮機の吐出圧力（吐出されたガスの圧力）に基づいて前記流量調整弁の開度と前記スライド弁の開度とを調整することにより、前記圧縮装置がその下流側に接続された利用プロセスに供給するガスの圧力を、当該利用プロセスの要求する圧力（目標圧力）に制御する。

具体的に、前記制御部は、スクリュ圧縮機の吐出圧力が目標圧力より大きくなったときに、前記流量調整弁の開度を大きくしてバイパス流路部によってスクリュ圧縮機の流入口側に戻されるガスの流量を大きくすることによりスクリュ圧縮機の吐出圧力を下げる。一方、前記制御部は、スクリュ圧縮機の吐出圧力が目標圧力より小さくなったときに、前記流量調整弁の開度を小さくしてバイパス流路部によってスクリュ圧縮機の流入口側に戻されるガスの流量を小さくすることにより吐出圧力を上げる。

そして、前記吐出圧力を下げる際に前記流量調整弁の開度が所定の範囲よりも大きくなったときに、前記制御部は、前記スライド弁の開度を小さくして前記スクリュ圧縮機の圧縮容量を小さくすることによって当該スクリュ圧縮機からのガスの吐出流量を減らし、これにより、吐出圧力を下げつつ前記流量調整弁の開度を前記所定の範囲内に戻す。一方、前記吐出圧力を上げる際に前記流量調整弁の開度が所定の範囲よりも小さくなったときに、前記制御部は、前記スライド弁の開度を大きくして前記スクリュ圧縮機の圧縮容量を大きくすることによって当該スクリュ圧縮機からのガスの吐出流量を増やし、これにより、吐出圧力を上げつつ前記流量調整弁の開度を前記所定の範囲内に戻す。

特公平３−３０７８号公報

前記圧縮装置において、スライド弁の開度が調整されると、スクリュ圧縮機からのガスの吐出流量が目標としていた流量よりも大きく減少（又は増加）する場合がある。この場合、前記圧縮装置のように、前記吐出流量の大きな減少（又は増加）を圧力計により吐出圧力の大きな低下（又は上昇）として検出した後に、流量調整弁の開度を小さくし若しくは閉じる（又は、大きくし若しくは全開にする）ことにより、スクリュ圧縮機の吐出圧力を目標圧力まで戻す方法では、圧縮装置から利用プロセスに供給されるガスの圧力が一時的に大きく変動する。

そこで、本発明は、上記問題に鑑み、スクリュ圧縮機を備えた圧縮装置であって、下流側の利用プロセスに供給されるガスの圧力変動を抑えることができる圧縮装置の制御方法及び圧縮装置を提供することを課題とする。

上記課題を解消すべく、本発明は、流入口から内部に流入したガスをスクリュロータによって圧縮して吐出口から吐出させるスクリュ圧縮機と、流量調整弁を有し且つ前記吐出口から吐出されたガスを前記流入口に戻すバイパス流路部とを備えた圧縮装置を制御する方法であって、前記スクリュ圧縮機からのガスの吐出圧力が、当該圧縮装置の下流側に接続された利用プロセスが要求する圧力である目標圧力となるように前記流量調整弁の開度を調整する圧力調整工程と、前記スクリュ圧縮機の内部でスライドしてその位置を変えることによりその開度を変更すると共に当該圧縮機の圧縮容量を変更するスライド弁を、所定の目標位置を目指してスライドさせるスライド工程と、前記目標位置と前記スライド工程におけるスライド後のスライド弁の位置との差分を求める差分検出工程と、前記差分に応じて前記流量調整弁の開度を調整する変動抑制工程と、を備える。そして、前記圧力調整工程において前記流量調整弁の開度が予め定められた所定の範囲から外れたときに、前記スライド工程、前記差分検出工程、及び前記変動抑制工程、が行われる。

また、本発明は、圧縮したガスを下流側に接続された利用プロセスに供給可能な圧縮装置であって、流入口から内部に流入した前記ガスをスクリュロータによって圧縮して吐出口から吐出させるスクリュ圧縮機と、流量調整弁を有し、且つ前記吐出口から吐出されたガスを前記流入口に戻すバイパス流路部と、前記吐出口から吐出されたガスの圧力である吐出圧力を測定する圧力測定部と、前記利用プロセスに供給されるガスの圧力を制御する制御部と、を備える。そして、前記スクリュ圧縮機は、当該スクリュ圧縮機の内部でスライドしてその位置を変えることによりその開度を変更すると共に当該圧縮機の圧縮容量を変更するスライド弁を有し、前記制御部は、前記吐出圧力が前記利用プロセスが要求する圧力である目標圧力となるように、前記圧力測定部による測定結果に基づいて前記流量調整弁の開度を調整する圧力調整部と、前記スライド弁を、所定の目標位置を目指してスライドさせるスライド弁制御部と、前記スライド弁制御部によるスライド後のスライド弁の位置と前記目標位置との差分を求める差分検出部と、前記差分検出部によって求められた差分に応じて前記流量調整弁の開度を調整する変動抑制制御部と、を有し、前記圧力調整部による調整によって前記流量調整弁の開度が予め定められた所定の範囲から外れたときに、前記スライド弁制御部、前記差分検出部、及び前記変動抑制部、を作動させる。

これらの発明によれば、流量調整弁によって吐出圧力が所定の範囲内から外れたときにスライド弁を用いた吐出圧力の制御が行われることにより、ハンチング（流量調整弁の開度動作の遅れに起因して吐出圧力が上下に波打つ現象）を防止することができる。

しかも、スライド弁をスライドさせたときに目標位置からずれても、目標位置と実際のスライド弁の位置との差分を求めてこの差分に応じた流量調整弁の開度調整が行われるため、前記スライド弁の目標位置からのずれに起因するスクリュ圧縮機の吐出圧力（吐出流量）の変動幅を効果的に抑えることができる。即ち、スライド弁の目標位置からのずれを検出してこのずれに起因するスクリュ圧縮機の吐出圧力（又は吐出流量）の変動を抑制するように流量調整弁の開度が調整されることによって前記吐出圧力（吐出流量）が大きく変動する前に目標とする吐出圧力（利用プロセスが要求する圧力等）まで戻され、これにより、従来のような吐出圧力（吐出流量）の大きな変動が生じた後にこの圧力（流量）変動を検出して当該圧力（流量）変動を抑制するように流量調整弁の開度が調整される場合に比べ、吐出圧力（吐出流量）の変動幅を効果的に抑えることができる。

尚、前記圧縮装置の下流側に接続された利用プロセスは、例えば、ガスタービンであってもよい。

また、前記圧縮装置の制御方法において、前記圧力調整工程において前記流量調整弁の開度が予め定められた所定の範囲から外れ且つ前記スライド弁の開度が８０％以上且つ１００％未満のときに、前記スライド工程、前記差分工程、及び前記変動抑制工程が行われてもよい。

スライド弁の開度が８０％以上且つ１００％未満のときに当該スライド弁の開度の変更に伴うスクリュ圧縮機の吐出流量（吐出圧力）の変動が大きいため、スライド弁の開度が前記８０％以上且つ１００％未満のときに、スライド工程、差分工程、及び変動抑制工程が行われることにより、スクリュ圧縮機の吐出圧力（吐出流量）の変動がより効果的に抑えられる。

具体的には、前記スライド工程において、前記スライド弁を閉じる方向にスライドさせた後、前記吐出圧力が前記目標圧力未満で且つ前記吐出圧力の低下時に、時間の経過に伴って吐出圧力が低下し続けて目標圧力からより離れる（図３（Ａ）参照）ため、このような場合に、前記差分検出工程及び前記変動抑制工程を行い、これにより、前記差分に起因する吐出圧力（吐出流量）の大きな低下を抑えて吐出圧力（吐出流量）の低下の幅を抑える。

一方、前記スライド工程において、前記スライド弁を開く方向にスライドさせた後、前記吐出圧力が前記目標圧力より大きく且つ前記吐出圧力の上昇時に、時間の経過に伴って吐出圧力が上昇し続けて目標圧力からより離れる（図３（Ｂ）参照）ため、このような場合に、前記差分検出工程及び前記変動抑制工程を行い、これにより、前記差分に起因する吐出圧力（吐出流量）の大きな上昇を抑えて吐出圧力（吐出流量）の上昇の幅を抑える。

以上より、スクリュ圧縮機の吐出圧力（吐出流量）における変動の幅が効果的に抑えられる。

本発明によれば、下流側の利用プロセスに供給されるガスの圧力変動を抑えることができる圧縮装置の制御方法及び圧縮装置を提供することができる。

利用プロセスに接続された状態の本実施形態に係る圧縮装置の全体構成を示す図である。前記圧縮装置の制御部の機能ブロック図である。吐出圧力の変動を説明するための図である。スライド弁をスライドさせる場合の、スライド弁制御部及び変動抑制制御部における判断開始位置と目標位置との関係を説明するための図である。前記圧縮装置においてスクリュ圧縮機の吐出圧力が目標圧力よりも大きくなった場合の圧力制御のフローチャートを示す図である。前記圧縮装置においてスクリュ圧縮機の吐出圧力が目標圧力よりも小さくなった場合の圧力制御のフローチャートを示す図である。スライド弁の開度とスクリュ圧縮機の吐出流量との関係を示す図である。（Ａ）は、前記圧縮装置における、時間の経過に伴うスライド弁及びスピルバック弁の開度の変化の一例を示す図であり、（Ｂ）は、図８（Ａ）に示されるスライド弁及びスピルバック弁の開度調整が行われたときの吐出圧力の変化を示す図である。（Ａ）は、従来の圧縮装置における、時間の経過に伴うスライド弁及びスピルバック弁の開度の変化の一例を示す図であり、（Ｂ）は、図９（Ａ）に示されるスライド弁及びスピルバック弁の開度調整が行われたときの吐出圧力の変化を示す図である。

以下、本発明の一実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。図１は、利用プロセスに接続された状態の本実施形態に係る圧縮装置の全体構成を示す図であり、図２は、圧縮装置の制御部の機能ブロック図である。

本実施形態の圧縮装置１０は、供給されたガスを圧縮し、当該圧縮装置１０の下流側に接続された利用プロセス１００に所定の圧力（目標圧力）のガスを供給する。本実施形態の圧縮装置１０には、利用プロセス１００として、例えば、ガスタービンが接続されている。そして、圧縮装置１０は、ガスタービン１００が要求する圧力（目標圧力）のガスを供給する。

圧縮装置１０は、スクリュ圧縮機２０と、バイパス流路部１１と、圧力センサ（圧力測定部）１４と、制御部３０と、を備える。

スクリュ圧縮機２０は、ロータ室２１と、スクリュロータ（図示省略）と、ロータ駆動部（図示省略）と、スライド弁２２と、スライド弁駆動部２３と、を有する。本実施形態のスクリュ圧縮機２０は、流入管１５を通じてガスが供給され、所定の圧力まで圧縮したガスを、排出管１６を通じてガスタービン１００に供給する。

ロータ室２１は、その内部にガスが流入する流入口２１ａと、内部のガスを吐出させる吐出口２１ｂとを有し、内部にスクリュロータが配置される。流入口２１ａには流入管１５が接続され、吐出口２１ｂには排出管１６が接続されている。

図略のスクリュロータは、ロータ室２１内に配置された状態で図略のロータ駆動部によって回転駆動されることにより、ロータ室２１内に流入口２１ａから流入したガスを圧縮して吐出口２１ｂから吐出させる。

スライド弁２２は、ロータ室２１に設けられ、スライドしてその位置を変えることにより吐出口２１ｂの開度を変更すると共にスクリュ圧縮機２０の圧縮容量を変更する。

スライド弁駆動部２３は、スライド弁２２をスライドさせる駆動部２４と、スライド弁２２の位置を検出する位置検出器２５と、を有する。駆動部２４は、制御部３０に接続され、制御部３０からの指示信号に従ってスライド弁２２をスライド（移動）させる。この駆動部２４は、例えば、油圧シリンダを有し、この油圧シリンダによってスライド弁２２をスライドさせる。また、位置検出器２５は、制御部３０に接続され、検出したスライド弁２２の位置に応じた位置信号を制御部３０に出力する。この位置検出器２５は、油圧シリンダに取り付けられている。

バイパス流路部１１は、バイパス管１２と、スピルバック弁（流量調整弁）１３と、を有し、吐出口２１ｂから吐出されたガスを流入口２１ａに戻す。

バイパス管１２は、一方の端部１２ａが流入管１５に接続されると共に他方の端部１２ｂが排出管１６に接続され、排出管１６を流れるガス（スクリュ圧縮機２０によって圧縮された後のガス）の一部を流入管１５に戻すバイパス流路を形成する。

スピルバック弁１３は、バイパス管１２に設けられ、その開度を変更することによりバイパス管１２を流れるガスの流量を調整する。このスピルバック弁１３は、制御部３０に接続され、制御部３０からの開度信号に応じてその開度を変更する。

圧力センサ１４は、スクリュ圧縮機２０から吐出されるガスの圧力（吐出圧力）を測定して測定結果に応じた圧力信号を制御部３０に出力する。本実施形態の圧力センサ１４は、吐出口２１ｂより下流側で且つ排出管１６におけるバイパス管１２の他方の端部１２ｂが接続された部位よりも上流側の部位に設けられている。尚、本実施形態の吐出圧力は、例えば、吐出口２１ｂの位置のガスの圧力でもよい。

制御部３０は、圧縮装置１０の全体制御を行い、例えば、マイクロプロセッサやメモリ等を備えるマイクロコンピュータを有する。そして、制御部３０は、メモリ等に格納されている、例えば、圧縮装置１０の下流側に接続された利用プロセス（本実施形態ではガスタービン）１００に供給されるガスの圧力変動を抑えるための圧力変動抑制プログラムを実行することにより、機能的に、圧力調整部３２と、スライド弁制御部３４と、差分検出部３６と、変動抑制制御部３８と、を備える。

圧力調整部３２は、スクリュ圧縮機２０の吐出圧力が設定された目標圧力となるようにスピルバック弁１３の開度調整を行なう。本実施形態の目標圧力は、ガスタービン（圧縮装置１０の下流側に接続された利用プロセス）１００で必要な圧力である。

詳しくは、圧力調整部３２は、圧力センサ１４からの圧力信号に基づいてスピルバック弁１３に開度信号を出力することにより吐出圧力を調整する。具体的に、圧力調整部３２は、圧力センサ１４によって測定された吐出圧力が目標圧力よりも低いときに、スピルバック弁１３の開度を小さくする。これにより、スクリュ圧縮機２０の排出管１６（吐出口２１ｂ側）からバイパス管１２を通じて流入管１５（流入口２１ａ側）に戻されるガスの流量が減少して排出管１６を流れるガスの流量が増加し、その結果、圧力が上昇する。一方、圧力調整部３２は、圧力センサ１４によって測定された吐出圧力が目標圧力よりも高いときに、スピルバック弁１３の開度を大きくする。これにより、スクリュ圧縮機２０の排出管１６（吐出口２１ｂ側）からバイパス管１２を通じて流入管１５（流入口２１ａ側）に戻されるガスの流量が増加して排出管１６を流れるガスの流量が減少し、その結果、圧力が低下する。

また、圧力調整部３２は、変更後のスピルバック弁１３の開度が予め定められた所定の範囲（ＧＡＰ幅）から外れると、スライド弁制御部３４に信号を出力する。本実施形態において、ＧＡＰ幅（所定の範囲）は、スピルバック弁１３の開度が８５％以上且つ９５％以下の範囲である。尚、このＧＡＰ幅は、スピルバック弁１３の開度が８５％以上且つ９５％以下の範囲に限定されず、圧縮装置１０の仕様等によって適宜変更される。

スライド弁制御部３４は、スピルバック弁１３の開度がＧＡＰ幅から外れたとき（即ち、圧力調整部３２からの信号を受信したとき）、スライド弁２２をスライドさせてスクリュ圧縮機２０からのガスの吐出流量を調整する。

具体的に、スライド弁制御部３４は、スピルバック弁１３の開度がＧＡＰ幅の上限（本実施形態では９５％）を上回ると、スライド弁駆動部２３（詳しくは、駆動部２４）に指示信号を出力し、スライド弁２２をアンロード側（吐出口２１ｂを閉じる方向、又は開度を小さくする方向）にスライド（移動）させてスクリュ圧縮機２０の圧縮容量を小さくし、これにより、スクリュ圧縮機２０の吐出流量を減少させる。このとき、スライド弁制御部３４は、アンロード側に目標位置を設定し、スライド弁２２を目標位置を目指してスライドさせる。尚、このときのスライド弁２２をスライドさせる幅（距離）を、以下では、アンロード幅と称することもある。

スライド弁２２をアンロード側にスライドさせるときの目標位置は、スピルバック弁１３の開度がＧＡＰ幅の上限を上回った時点でのスライド弁２２の開度から所定の開度（本実施形態では１％以上且つ３％以下の範囲内における予め定められた所定の開度）だけ小さくなる位置である。尚、移動（スライド）前の位置から目標位置までの距離（アンロード幅）は、前記１％以上且つ３％以下に限定されず、圧縮装置１０の仕様等によって適宜設定される。

一方、スライド弁制御部３４は、スピルバック弁１３の開度がＧＡＰ幅の下限（本実施形態では８５％）を下回ると、スライド弁駆動部２３（詳しくは、駆動部２４）に指示信号を出力し、スライド弁２２をロード側（吐出口２１ｂを開く方向、又は開度を大きくする方向）にスライド（移動）させてスクリュ圧縮機２０の圧縮容量を大きくし、これにより、スクリュ圧縮機２０の吐出流量を増加させる。このとき、スライド弁制御部３４は、スライド弁２２をロード側の目標位置を目指してスライドさせる。尚、このときのスライド弁２２をスライドさせる幅（距離）を、以下では、ロード幅と称することもある。

スライド弁２２をロード側にスライドさせるときの目標位置は、スピルバック弁１３の開度がＧＡＰ幅の上限を下回った時点でのスライド弁２２の開度から所定の開度（本実施形態では１％以上且つ３％以下の範囲内の所定の開度）だけ大きくなる位置である。尚、移動（スライド）前の位置から目標位置までの距離（ロード幅）は、前記１％以上且つ３％以下に限定されず、圧縮装置１０の仕様等によって適宜設定される。

スライド弁制御部３４は、上記のようにスライド弁２２をスライドさせるときに、位置検出器２５からの位置信号によってスライド弁２２の位置を適宜確認しつつスライド弁２２をスライドさせる。詳しくは、スライド弁制御部３４は、スライド弁２２をスライドさせるときに、スライドさせた後のスライド弁２２が目標位置に達していない場合には、さらに、スライド弁駆動部２３に指示信号を出力し、スライド弁２２を目標位置側にスライドさせる。これを繰り返すことにより、スライド弁制御部３４は、スライド弁２２が目標位置に到達、又は目標位置を越える（アンロード側にスライドさせる場合には目標位置を下回る／ロード側にスライドさせる場合には目標位置を上回る）までスライド弁２２をスライドさせる。尚、このスライド弁２２が目標位置を越える原因は、スライド弁駆動部２３の機械誤差による。

差分検出部３６は、位置検出器２５からの位置信号とスライド弁制御部３４が設定した目標位置とに基づいて、スライド後のスライド弁２２の位置と目標位置との差分を求める。具体的には、スライド弁２２がアンロード側にスライドする場合は、差分検出部３６は、スライド弁２２が目標位置を下回った（目標位置より開度が小さくなった）ときに、スライド弁２２の位置と目標位置との差分を求める。また、スライド弁２２がロード側にスライドする場合は、差分検出部３６は、スライド弁２２が目標位置を上回った（目標位置より開度が大きくなった）ときに、スライド弁２２の位置と目標位置との差分を求める。

変動抑制制御部３８は、スライド弁制御部３４によるスライド弁２２のスライド後に吐出圧力が目標圧力から離れていくと判断した場合に、圧力調整部３２に優先してスピルバック弁１３の開度を調整する一方、スライド弁制御部３４によるスライド弁２２のスライド後に吐出圧力が目標圧力から離れていかないと判断した場合は、スピルバック弁１３の開度調整を行なわない。この変動抑制制御部３８は、差分検出部３６によって求められた差分に応じてスピルバック弁１３の開度を調整する。本実施形態の変動抑制制御部３８は、スライド弁２２をロード側にスライドさせたときに差分が検出される（求められる）と、スピルバック弁１３の開度を３％小さくし、スライド弁２２をアンロード側にスライドさせたときに差分が検出される（求められる）と、スピルバック弁１３の開度を３％大きくする。尚、変動抑制制御部３８によって変更されるスピルバック弁１３の開度の幅は、３％（一定値）に限定されない。変動抑制制御部３８は、差分に起因するスクリュ圧縮機２０の吐出流量（吐出圧力）の変化と対応するようにスピルバック弁１３の開度を調整してもよい。

具体的には、スライド弁２２をアンロード側にスライドさせたときに、変動抑制制御部３８は、スライド弁２２のスライド後において、圧力センサ１４によって測定した吐出圧力が目標圧力を下回り且つ吐出圧力の低下時に、スピルバック弁１３に開度信号を出力しその開度を小さくする。

このように、スライド弁２２をアンロード側にスライドさせた後に、吐出圧力が目標圧力未満で且つ吐出圧力が低下している場合に、図３（Ａ）に示すように時間の経過に伴って吐出圧力が低下し続けて目標圧力から離れていくことが予測できる。このため、本実施形態の圧縮装置１０（変動抑制制御部３８）は、このような場合（吐出圧力が目標圧力未満で且つ吐出圧力の低下時）に、吐出圧力が大きく低下する前にスピルバック弁１３の開度を小さくして排出管１６を流れるガスの流量を増加させることによって前記差分に起因する吐出圧力（吐出流量）の大きな低下を抑制して吐出圧力の低下の幅を抑え、吐出圧力を目標圧力まで上昇させる。尚、変動抑制制御部３８における吐出圧力が低下しているか否かの判断は、例えば、時間の経過に伴う吐出圧力の変化又は変化率がマイナスか否かによって行なわれている。即ち、変動抑制制御部３８は、吐出圧力の変化又は変化率がマイナスのときに、吐出圧力が低下していると判断する。

本実施形態の変動抑制制御部３８は、スライド弁２２のスライド後、圧力センサ１４によって測定した吐出圧力が目標圧力を下回り且つ吐出圧力の低下時に、スピルバック弁１３の開度を３％小さくする。尚、この開度の変更幅は、限定されない。この開度の変更幅は、吐出圧力とスライド弁２２の位置とに基づいて適宜設定される。

一方、スライド弁２２をロード側にスライドさせたときに、変動抑制制御部３８は、スライド弁２２のスライド後に、圧力センサ１４によって測定した吐出圧力が目標圧力を上回り且つ吐出圧力の上昇時に、スピルバック弁１３に開度信号を出力してその開度を大きくする。

このように、スライド弁２２をロード側にスライドさせた後に、吐出圧力が目標圧力より大きく且つ吐出圧力が上昇している場合に、図３（Ｂ）に示すように時間の経過に伴って吐出圧力が上昇し続けて目標圧力から離れていくことが予測できる。このため、本実施形態の圧縮装置１０（変動抑制制御部３８）は、このような場合（吐出圧力が目標圧力より大きく且つ吐出圧力の上昇時）に、吐出圧力が大きく上昇する前にスピルバック弁１３の開度を大きくして排出管１６を流れるガスの流量を低下させることによって前記差分に起因する吐出圧力の大きな上昇を抑制して吐出圧力の上昇の幅を抑え、吐出圧力を目標圧力まで低下させる。尚、変動抑制制御部３８における吐出圧力が上昇しているか否かの判断は、例えば、時間の経過に伴う吐出圧力の変化又は変化率がプラスか否かによって行なわれている。即ち、変動抑制制御部３８は、吐出圧力の変化又は変化率がプラスのときに、吐出圧力が上昇していると判断する。

本実施形態の変動抑制制御部３８は、スライド弁２２のスライド後、圧力センサ１４によって測定した吐出圧力が目標圧力を上回り且つ吐出圧力の上昇時に、スピルバック弁１３の開度を３％大きくする。尚、この開度の変更幅は、限定されない。この開度の変更幅は、吐出圧力とスライド弁２２の位置とに基づいて適宜設定される。

上記のスライド弁制御部３４におけるスライド弁２２が目標位置を越えたか否かの判断、及び、変動抑制制御部３８における吐出圧力が目標圧力を下回り且つ吐出圧力の変化率がマイナスか否かの判断（又は、吐出圧力が目標圧力を上回り且つ吐出圧力の変化率がプラスか否かの判断）は、スライド弁２２が目標位置に到達してから開始されると判断が間に合わない。このため、スライド弁制御部３４及び変動抑制制御部３８は、スライド弁２２が目標位置よりも手前の位置（本実施例では開度で０．６％手前の位置：図４（Ａ）及び図４（Ｂ）の判断開始位置を参照）に到達したときに、上記の判断（上記の判断に必要な吐出圧力の測定やスライド弁の位置の検出等を含む）をそれぞれ開始する。この判断が開始される位置（判断開始位置）は、スライド方向において目標位置よりも開度で０．６％手前の位置に限定されない。本実施形態では、スライド弁２２のロード幅又はアンロード幅が１％以上且つ３％以下であるため、目標位置から前記判断開始位置までの距離がスライド弁２２の開度で０．５％以上且つ１．５％以下が好ましいが、これに限定されず、圧縮装置１０の仕様等によって適宜変更されてもよい。

以下では、上記の圧縮装置１０がその下流側に接続されたガスタービン１００に圧縮したガスを供給する際のガスの圧力制御を説明するが、先ず、スクリュ圧縮機２０の吐出圧力が目標圧力よりも大きくなった場合について、図５に示すフローチャートに基づいて説明する。

圧力調整部３２が、スピルバック弁１３の開度を大きくして排出管１６から流入管１５に戻るガスの流量を大きくする。このとき、圧力調整部３２は、スピルバック弁１３の開度がＧＡＰ幅の上限を上回ったと判断すると（ステップＳ１：Ｙｅｓ）、スライド弁制御部３４に信号を出力する。尚、スピルバック弁１３の開度がＧＰＡ幅内であれば（ステップＳ１：Ｎｏ）、圧力調整部３２は、圧力センサ１４の測定結果に基づいてスピルバック弁１３の開度を調整しつつこの開度がＧＡＰ幅の上限を上回るか否かの判断を繰り返す。

続いて、スライド弁制御部３４は、アンロード側に目標位置を設定し、この目標位置を目指してスライド弁２２をスライドさせる（即ち、スライド弁２２をアンロード側にスライドさせる）。スライド弁制御部３４は、スライド弁２２が目標位置に到達し又は目標位置を下回ったと判断すると（ステップＳ２：Ｙｅｓ）、差分検出部３６が目標位置とスライド弁２２の位置との差分を求める。変動抑制制御部３８は、前記差分が検出されると（ステップＳ３：Ｙｅｓ）、吐出圧力と目標圧力とを比較し、吐出圧力が目標圧力を下回ったと判断すると（ステップＳ４：Ｙｅｓ）、吐出圧力の変化率を求める。そして、吐出圧力の変化率がマイナス（０未満）であれば（ステップＳ５：Ｙｅｓ）、変動抑制制御部３８は、スピルバック弁１３の開度を３％小さくする（ステップＳ６）。これにより、当該圧縮装置１０では、スライド弁２２が目標位置を下回ることに起因するスクリュ圧縮機２０の吐出圧力（吐出流量）の大きな低下（目標とした圧力の低下よりも大きな低下）が生じる前にスピルバック弁１３の開度を小さくして排出管１６を流れるガスの流量を増加させることによって前記大きな吐出圧力の低下を抑制して吐出圧力の低下の幅を抑えることができる。

尚、スライド弁制御部３４は、ステップＳ２において、スライド弁２２が目標位置に到達していないと判断すると（ステップＳ２：Ｎｏ）、所定の時間をおいて、再度、ステップＳ２の判断を行ない、スライド弁２２が目標位置に到達し又は目標位置を下回るまでこの判断を繰り返す。また、ステップＳ４において吐出圧力が目標値以上であると判断した場合（ステップＳ４：Ｎｏ）、及び、ステップＳ５において吐出圧力の変化率が０以上であると判断した場合（ステップＳ５：Ｎｏ）は、ステップＳ１に戻る。また、ステップＳ４とステップＳ５とは、順序が逆に行なわれてもよく、また、並行して行なわれてもよい。

次に、スクリュ圧縮機２０の吐出圧力が目標圧力よりも小さくなった場合について、図６に示すフローチャートに基づいて説明する。

圧力調整部３２が、スピルバック弁１３の開度を小さくして排出管１６から流入管１５に戻るガスの流量を小さくする。このとき、圧力調整部３２は、スピルバック弁１３の開度がＧＡＰ幅の下限を下回ったと判断すると（ステップＳ１１：Ｙｅｓ）、スライド弁制御部３４に信号を出力する。尚、スピルバック弁１３の開度がＧＰＡ幅内であれば（ステップＳ１１：Ｎｏ）、圧力調整部３２は、圧力センサ１４の測定結果に基づいてスピルバック弁１３の開度を調整しつつこの開度がＧＡＰ幅の下限を下回るか否かの判断を繰り返す。

続いて、スライド弁制御部３４は、ロード側に目標位置を設定し、この目標位置を目指してスライド弁２２をスライドさせる（即ち、スライド弁２２をロード側にスライドさせる）。スライド弁制御部３４は、スライド弁２２が目標位置に到達し又は目標位置を上回ったと判断すると（ステップＳ１２：Ｙｅｓ）、差分検出部が目標位置とスライド弁２２の位置との差分を求める。変動抑制制御部３８は、前記差分が検出されると（ステップＳ１３：Ｙｅｓ）、吐出圧力と目標圧力とを比較し、吐出圧力が目標圧力を上回ったと判断すると（ステップＳ１４：Ｙｅｓ）、吐出圧力の変化率を求める。そして、吐出圧力の変化率がプラス（０より大きい）であれば（ステップＳ１５：Ｙｅｓ）、変動抑制制御部３８は、スピルバック弁１３の開度を３％大きくする（ステップＳ１６）。これにより、当該圧縮装置１０では、スライド弁２２が目標位置を上回ることに起因するスクリュ圧縮機２０の吐出圧力（吐出流量）の大きな上昇（目標とした圧力の上昇よりも大きな上昇）が生じる前にスピルバック弁１３の開度を大きくして排出管１６を流れるガスの流量を減少させることによって前記大きな吐出圧力の上昇を抑制して吐出圧力の上昇の幅を抑えることができる。

尚、スライド弁制御部３４は、ステップＳ１２において、スライド弁２２が目標位置に到達していないと判断すると（ステップＳ１２：Ｎｏ）、所定の時間をおいて、再度、ステップＳ１２の判断を行ない、スライド弁２２が目標位置に到達し又は目標位置を上回るまでこの判断を繰り返す。また、ステップＳ１４において吐出圧力が目標値以下であると判断した場合（ステップＳ１４：Ｎｏ）、及び、ステップＳ１５において吐出圧力の変化率が０以下であると判断した場合（ステップＳ１５：Ｎｏ）は、ステップＳ１１に戻る。また、ステップＳ１４とステップＳ１５とは、順序が逆に行なわれてもよく、また、並行して行なわれてもよい。

以上の圧縮装置１０によれば、スライド弁２２をスライドさせたときに目標位置からずれても、目標位置と実際のスライド弁２２の位置との差分を求めてこの差分に応じたスピルバック弁１３の開度調整が行われるため、スライド弁２２の目標位置からのずれに起因するスクリュ圧縮機２０の吐出圧力の圧力変動幅を効果的に抑えることができる。

即ち、スライド弁２２の目標位置からのずれを検出してこのずれに起因するスクリュ圧縮機２０の吐出圧力（吐出流量）の変動を抑制するようにスピルバック弁１３の開度が調整されることによって前記吐出圧力が大きく変動する前に元の吐出圧力（目標圧力）まで戻され、これにより、従来のような吐出圧力の大きな変動が検出された後に、当該圧力変動を抑えるように流量調整弁の開度が調整される場合に比べ、吐出圧力の変動幅を効果的に抑えることができる。

このため、ガスタービン１００等の負荷装置の圧縮ガスの供給源として本実施形態の圧縮装置１０を用いることにより、負荷装置（利用プロセス）の安定且つ最大効率での運転が可能になる。

また、本実施形態の圧縮装置１０では、通常（スピルバック弁１３の開度がＧＡＰ幅内の場合）、スピルバック弁１３によるスクリュ圧縮機２０の吐出圧力の制御が行われ、この制御においてスピルバック弁１３の開度がＧＡＰ幅から外れたときにスライド弁２２も用いた吐出圧力の制御が行われるように構成される。このため、当該圧縮装置１０では、スライド弁２２の開度調整の頻度を抑えることができる。これにより、圧縮容量を変更可能にスクリュ圧縮機２０に設けられているため、一般に、バイパス管１２に設けられたスピルバック弁１３に比べて交換等のメンテナンスが困難なスライド弁２２の磨耗等を抑え、スライド弁２２のメンテナンスの頻度を抑えることができる。

尚、本発明の圧縮装置の制御方法及び圧縮装置は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

上記実施形態の圧縮装置１０では、吐出圧力と排出管１６を流れるガスの流量とが比例関係にあるため、圧力センサ１４によってスクリュ圧縮機２０の吐出流量の変動を圧力変動として測定し、この圧力に基づくスライド弁２２及びスピルバック弁１３の制御が行われているが、この構成に限定されない。圧縮装置は、圧力センサ１４の代わりに流量センサが設けられ、スクリュ圧縮機２０から吐出されるガスの流量が直接測定され、この流量に基づいてスライド弁２２及びスピルバック弁１３の制御が行われてもよい。

上記実施形態の圧縮装置１０では、スライド弁の開度に関係なく、スピルバック弁の開度がＧＡＰ幅から外れたときにスライド弁の開度が調整されるが、この構成に限定されない。例えば、圧縮装置は、スピルバック弁１３の開度がＧＡＰ幅から外れ且つスライド弁２２の開度が８０％以上且つ１００％未満のときに、スライド弁２２の開度調整、及びスライド弁の位置と目標位置との差分に応じたスピルバック弁１３の開度調整が行われる構成でもよい。

これは、図７に示すように、スライド弁２２の開度とスクリュ圧縮機２０の吐出流量との関係が比例関係になく、スライド弁２２の開度が大きくなるほど吐出流量の変化が大きくなるため、この吐出流量の変化の大きな領域においてスライド弁２２の開度調整と、前記差分に応じたスピルバック弁１３の開度調整と、が行われることによって、吐出圧力の圧力変動幅を効果的に抑えることができる。

詳しくは、吐出流量の変化が小さい領域（スライド弁２２の開度が小さい領域（例えば、図７のグラフにおける左側のΔｘ周辺））においてスライド弁２２の開度調整が行われたときに、上記実施形態の圧縮装置１０のように前記差分に応じたスピルバック弁１３の開度制御が行われず従来の圧縮装置のように吐出圧力（吐出流量）の変化ΔＬ１が生じてからこの変化ΔＬ１が検出されてスピルバック弁１３が制御されても、吐出圧力の変化ΔＬ１が小さいため、利用プロセス１００に供給されるガスの圧力変動の幅が小さい。これに対し、吐出流量の変化が大きい領域（スライド弁２２の開度が大きい領域（例えば、図７のグラフにおける右側のΔｘ周辺））においてスライド弁２２の開度調整が行われたときに、上記実施形態の圧縮装置１０のように前記差分に応じたスピルバック弁１３の開度制御が行われずに従来の圧縮装置のように吐出圧力（吐出流量）の変化ΔＬ２が生じてからこの変化ΔＬ２が検出されてスピルバック弁１３が制御されると、吐出圧力の変化ΔＬ２が大きいため、利用プロセス１００に供給されるガスの圧力変動の幅が大きくなる。このため、スライド弁２２の開度が８０％以上且つ１００％未満の範囲のときに（即ち、スライド弁２２の開度変更に伴う吐出流量の変化の大きい領域において、）スライド弁２２の開度調整と共に前記差分に応じたスピルバック弁１３の制御が行われることにより、利用プロセス１００に供給されるガスの圧力変動の幅を好適に抑えることができる。スライド弁２２は、ロータ室２１の流入口２１ａの開度を調整してもよい。

ここで、上記実施形態の圧縮装置の効果を確認するために、以下のＡ１及びＡ２の圧縮装置を想定したシミュレーションにより、利用プロセスに供給されるガスの圧力変動を調べた。
Ａ１：上記実施形態の圧縮装置
Ａ２：制御部以外の構成が上記実施形態の圧縮装置と同じであり、且つ、スライド弁の開度が調整された後、スクリュ圧縮機の吐出圧力が変動してからこの変動を検出し、この検出された変動に基づいてスピルバック弁の開度を調整する制御が行われる圧縮装置（従来の圧縮装置）。

その結果を図８（Ａ）〜図９（Ｂ）に示す。図８（Ａ）は、上記の圧縮装置Ａ１における、時間の経過に伴うスライド弁及びスピルバック弁の開度の変化を示す図であり、図８（Ｂ）は、上記の圧縮装置Ａ１における、図８（Ａ）に示されるスライド弁及びスピルバック弁の開度調整が行われたときの吐出圧力の変化を示す図である。図９（Ａ）は、上記の圧縮装置Ａ２における、時間の経過に伴うスライド弁及びスピルバック弁の開度の変化を示す図であり、図９（Ｂ）は、上記の圧縮装置Ａ２における、図９（Ａ）に示されるスライド弁及びスピルバック弁の開度調整が行われたときの吐出圧力の変化を示す図である。

この結果から、上記の圧縮装置Ａ１では、スライド弁をアンロード側にスライドさせた後の吐出圧力の圧力変動幅（図８（Ｂ）では、０．０１９ＭＰａＧ）が、上記の圧縮装置Ａ２におけるスライド弁をアンロード側にスライドさせた後の吐出圧力の圧力変動幅（図９（Ｂ）では０．０４２ＭＰａＧ）よりも、小さくなることが確認できた。

また、上記の圧縮装置Ａ１では、スライド弁をアンロード側にスライドさせた後のスピルバック弁の開度の変化幅が、上記の圧縮装置Ａ２におけるスライド弁をアンロード側にスライドさせた後のスピルバック弁の開度の変化幅より小さくなることも確認できた。

１０圧縮装置
１１バイパス流路部
１２バイパス管
１３スピルバック弁（流量調整弁）
１４圧力センサ（圧力測定部）
２０スクリュ圧縮機
２１ロータ室
２１ａ流入口
２１ｂ吐出口
２２スライド弁
２５位置検出器
３０制御部
３２圧力調整部
３４スライド弁制御部
３６差分検出部
３８変動抑制制御部
１００ガスタービン（利用プロセス）

Claims

流入口から内部に流入したガスをスクリュロータによって圧縮して吐出口から吐出させるスクリュ圧縮機と、流量調整弁を有し且つ前記吐出口から吐出されたガスを前記流入口に戻すバイパス流路部とを備えた圧縮装置を制御する方法であって、
前記スクリュ圧縮機からのガスの吐出圧力が、当該圧縮装置の下流側に接続された利用プロセスが要求する圧力である目標圧力となるように前記流量調整弁の開度を調整する圧力調整工程と、
前記スクリュ圧縮機の内部でスライドしてその位置を変えることによりその開度を変更すると共に当該圧縮機の圧縮容量を変更するスライド弁を、所定の目標位置を目指してスライドさせるスライド工程と、
前記目標位置と前記スライド工程におけるスライド後のスライド弁の位置との差分を求める差分検出工程と、
前記差分に応じて前記流量調整弁の開度を調整する変動抑制工程と、を備え、
前記圧力調整工程において前記流量調整弁の開度が予め定められた所定の範囲から外れたときに、前記スライド工程、前記差分検出工程、及び前記変動抑制工程、が行われ、
前記変動抑制工程では、前記スライド弁が前記目標位置よりも手前の位置に到達したときに前記吐出圧力が前記目標圧力未満で且つ前記吐出圧力が低下したか否かの判断を開始し、前記スライド工程及び前記差分検出工程後において前記吐出圧力が前記目標圧力未満で且つ前記吐出圧力が低下したと判断したときに前記差分に応じて前記流量調整弁の開度を小さくする圧縮装置の制御方法。
前記変動抑制工程では、前記スライド弁が前記目標位置よりも手前の位置に到達したときに前記吐出圧力が前記目標圧力より大きく且つ前記吐出圧力が上昇したか否かの判断を開始し、前記スライド工程及び前記差分検出工程後において前記吐出圧力が前記目標圧力より大きく且つ前記吐出圧力が上昇したと判断したときに前記差分に応じて前記流量調整弁の開度を大きくする請求項１に記載の圧縮装置の制御方法。
前記圧力調整工程において前記流量調整弁の開度が予め定められた所定の範囲から外れ且つ前記スライド弁の開度が８０％以上且つ１００％未満のときに、前記スライド工程、前記差分工程、及び前記変動抑制工程が行われる請求項１又は２に記載の圧縮装置の制御方法。
圧縮したガスを下流側に接続された利用プロセスに供給可能な圧縮装置であって、
流入口から内部に流入した前記ガスをスクリュロータによって圧縮して吐出口から吐出させるスクリュ圧縮機と、
流量調整弁を有し、且つ前記吐出口から吐出されたガスを前記流入口に戻すバイパス流路部と、
前記吐出口から吐出されたガスの圧力である吐出圧力を測定する圧力測定部と、
前記利用プロセスに供給されるガスの圧力を制御する制御部と、を備え、
前記スクリュ圧縮機は、当該スクリュ圧縮機の内部でスライドしてその位置を変えることによりその開度を変更すると共に当該圧縮機の圧縮容量を変更するスライド弁を有し、
前記制御部は、
前記吐出圧力が前記利用プロセスが要求する圧力である目標圧力となるように、前記圧力測定部による測定結果に基づいて前記流量調整弁の開度を調整する圧力調整部と、
前記スライド弁を、所定の目標位置を目指してスライドさせるスライド弁制御部と、
前記スライド弁制御部によるスライド後のスライド弁の位置と前記目標位置との差分を求める差分検出部と、
前記差分検出部によって求められた差分に応じて前記流量調整弁の開度を調整する変動抑制制御部と、を有し、
前記圧力調整部による調整によって前記流量調整弁の開度が予め定められた所定の範囲から外れたときに、前記スライド弁制御部、前記差分検出部、及び前記変動抑制部、を作動させ、
前記変動抑制制御部は、前記スライド弁が前記目標位置よりも手前の位置に到達したときに前記吐出圧力が前記目標圧力未満で且つ前記吐出圧力が低下したか否かの判断を開始し、前記吐出圧力が前記目標圧力未満で且つ前記吐出圧力が低下したと判断したときに前記差分に応じて前記流量調整弁の開度を小さくする圧縮装置。
前記変動抑制制御部は、前記スライド弁が前記目標位置よりも手前の位置に到達したときに前記吐出圧力が前記目標圧力より大きく且つ前記吐出圧力が上昇したか否かの判断を開始し、前記吐出圧力が前記目標圧力より大きく且つ前記吐出圧力が上昇したと判断したときに前記差分に応じて前記流量調整弁の開度を小さくする請求項４に記載の圧縮装置。
前記下流側に接続された利用プロセスは、ガスタービンである請求項４又は５に記載の圧縮装置。