JP6300624B2 - 圧縮装置 - Google Patents

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
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    • F04D15/0005Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or systems by using valves

Description

本発明は、空気等を所定の圧力まで圧縮する圧縮装置に関するものである。
特許文献1は、遠心圧縮機を開示している。遠心圧縮機の吐出側の配管には、放風弁が設けられている。放風弁は、吐出側の配管内の圧力が上昇したとき等に開放され、吐出側の配管内の空気を外部に放出して当該配管内の圧力を抑える若しくは圧力の上昇を抑える。
一般に、放風弁の開閉を行う駆動源としては、空気式アクチュエータが用いられている。空気式アクチュエータに(通常客先から)供給される計装空気は、乾燥度が悪い場合があり、空気式アクチュエータの特にポジショナの故障の原因となっている。これを回避する手段として、アクチュエータを電動(モータ)式にすることが考えられる。
特開2004−316462号公報
しかし、このように放風弁の駆動源としてモータを採用すると、放風弁を開く速度が遅く、放風弁を開放する必要があるときに吐出側の配管内の空気を素早く外部に放出できない。このため、前記配管内の圧力が遠心圧縮機の使用における上限値を超えることがある。
本発明の目的は、放風弁の開閉駆動をモータによって行いつつ圧縮部の吐出側配管内の空気を素早く外部に放出することができる圧縮装置を提供することである。
本発明の一つの面によれば、圧縮装置は、空気を圧縮する圧縮部と、モータによって開閉駆動され、前記圧縮部から吐出される前記空気を前記圧縮部の吐出側配管内から外部に放出可能な放風弁と、前記放風弁より開く速度が大きく、流体の圧力を利用して開閉を行って前記吐出側配管内の空気を外部に放出可能なパイロット弁である急速開放弁と、前記吐出側配管に設けられた逆止弁と、電磁弁が開くことにより、前記吐出側配管のうち前記逆止弁よりも下流側の部位に接続された案内配管によって案内された前記圧縮部から吐出された空気の一部が接続管を通じて前記急速開放弁に供給され、前記電磁弁が閉じることにより、前記急速開放弁内の空気が前記接続管を通じて外部に排気されるように構成されている供給排気切替部と、前記放風弁と前記電磁弁との開閉を制御する放風制御部と、を備え、検出された圧力が緊急開放圧力値に達すると、前記放風制御部は、前記電磁弁を開くことにより前記急速開放弁を開いて圧力の上昇速度を抑える間に前記放風弁を開放して前記吐出側配管内の空気を外部に放出する。
本発明によれば、放風弁の開閉駆動をモータによって行いつつ圧縮部の吐出側配管内の空気を素早く外部に放出することができる。
図1は、参考例に係る圧縮装置の概略図である。 図2は、前記圧縮装置において緊急開放を行う場合の制御を説明するための図である。 図3は、実施形態に係る圧縮装置の概略図である。
以下、参考例について、図1〜図2を参照しつつ説明する。
図1は、参考例に係る圧縮装置の概略構成図であり、図2は、前記圧縮装置において緊急開放が行われるときの制御を説明するための図である。
図1に示すように、参考例に係る圧縮装置10は、吸込フィルタ11と、吸入量調整部12と、圧縮部である圧縮機13と、熱交換器14と、放風部15と、急速開放弁16と、消音器17と、逆止弁18と、第1圧力計19Aと、第2圧力計19Bと、コントローラ20と、を備える。また、圧縮装置10は、吸引側配管30と、吐出側配管32と、放出用配管34と、を備える。吸引側配管30には、上流側から、吸込フィルタ11と、吸入量調整部12とが順に配置され、下流端が圧縮機13の吸引口131に接続されている。吐出側配管32には熱交換器14が配置される。吐出側配管32の上流端は圧縮機13の吐出口132に接続され、下流端は逆止弁18に接続されている。逆止弁18には、供給先に圧縮された空気を送る配管である母管50が接続される。
放出用配管34は、第1配管34Aと第2配管34Bとを含む。第1配管34Aの一端は、吐出側配管32において熱交換器14よりも下流側の部位に接続され、他端は、消音器17に接続されている。第1配管34Aの中間部位には、放風弁150が配置されている。第2配管34Bの一端は、吐出側配管32における熱交換器14と第1配管34Aの一端が接続された部位との間に接続され、他端は、第1配管34Aにおける消音器17と放風弁150との間に接続されている。第2配管34Bの中間部位には、放風弁150よりも小型の電磁弁である急速開放弁16が配置されている。尚、第1配管34Aの一端は、吐出側配管32における圧縮機13と熱交換器14との間の部位に接続されていてもよい。この場合、第2配管34Bの一端及び第1圧力計19Aも、前記圧縮機13と熱交換器14との間の部位に接続される。
吸込フィルタ11は、吸引側配管30を通じて圧縮機13に吸入される空気からゴミ等を除去する。
吸入量調整部12は、吸入弁120と、第1電動アクチュエータ121と、第1ポジショナ122と、を備え、圧縮機13に吸入される空気の流量を調整する。
吸入弁120は、インレットガイドベーンである。開度を調整可能な弁である。第1電動アクチュエータ121は、第1モータM1を動力源とする。第1ポジショナ122は、コントローラ20からの指示信号Sig.1に基づいて第1電動アクチュエータ121を制御することによって吸入弁120の開度を調整する。吸入弁120では、吸入弁120の開度を変更することにより、圧縮機13に吸引される空気の流量が変化する。
圧縮機13は、圧縮機本体130とメインモータ133とを有する。参考例の圧縮機13は、いわゆるターボ圧縮機である。圧縮機本体130は、図略の羽根車を有し、前記羽根車が回転することによって吸引した空気を圧縮して吐出する。メインモータ133は、一定回転速度で圧縮機本体130の前記羽根車を回転させる。メインモータ133に供給される電力は、コントローラ20によって吸入弁120を制御して圧縮機13に吸引される空気量を変化させることにより制御される。圧縮機本体130には、図略の流量計が設けられており、圧縮機13から吐出される空気の流量を検出し、前記流量に応じた流量信号をコントローラ20に出力する。尚、コントローラ20が、メインモータ133に供給される電力の値に基づいて、圧縮機13から吐出される空気の流量を求める構成であってもよい。
熱交換器14は、圧縮機13から吐出された空気と、低温の冷却流体(水等)とを熱交換させ、圧縮機13から吐出された空気を冷却する。
放風部15は、放風弁150と、第2電動アクチュエータ151と、第2ポジショナ152と、を備える。
第2電動アクチュエータ151は、第2モータM2を動力源とする。放風弁150は、開度調整可能な弁である。第2ポジショナ152は、コントローラ20からの指示信号Sig.2に基づいて第2電動アクチュエータ151を制御することによって放風弁150の開度を調整する。放風部15では、放風弁150が開くことにより、吐出側配管32内の空気が第1配管34Aを通じて外部に放出される。本参考例では、放風弁150が全閉状態から全開状態に移行するまでの時間は30秒から1分程度である。
急速開放弁16は、コントローラ20からの指示信号Sig.3に基づいて開閉動作を行う。急速開放弁16が開くことにより、吐出側配管32内の空気が第2配管34Bを通じて外部に放出される。第2配管34Bの径は、第1配管34Aの径よりも小さく、第2配管34Bから排出される空気の流量は、第1配管34Aよりも小さい。また、急速開放弁16は、放風弁150よりも小型であり、急速開放弁16の開く速度は放風弁150の開く速度より大きい。即ち、急速開放弁16では、全閉状態から全開状態に移行するまでの時間が、開閉駆動される放風弁150に比べて短く、本参考例では、全閉状態から全開状態に移行するまでの時間は1秒から2秒程度である。
消音器17は、空気が放出用配管34から外部に放出されるときの排気音を消音する。
逆止弁18は、供給先に向けて吐出した空気が圧縮装置10内に逆流するのを防ぐ。
第1圧力計19Aは、吐出側配管32における熱交換器14と逆止弁18との間に配置され、吐出側配管32内の圧力を検出し、圧力信号をコントローラ20に出力する。第2圧力計19Bは、母管50に配置され、母管50内の圧力を検出し、圧力信号をコントローラ20に出力する。
コントローラ20では、プログラムを実行することによって、機能的に、運転制御部201と、放風制御部202と、が構成される。
運転制御部201は、吸入量調整部12と圧縮機13とを制御する。圧縮装置10の運転時には、運転制御部201は、圧縮機13のメインモータ133を駆動させた後、吸入量調整部12を制御して吸入弁120の開度を大きくする。吸込フィルタ11を通じて空気が圧縮機13に吸引されて圧縮され、圧縮機13の吐出口132から吐出される。この吐出された空気は、圧縮によって高温になっているが、熱交換器14を通過することによって冷却される。これにより、所望の圧力で且つ所望の温度の空気が圧縮装置10から吐出される。
放風制御部202は、放風弁150と急速開放弁16との開閉を制御する。また、放風制御部202は、緊急開放が必要と判断したときに、放風弁150と急速開放弁16とを開くことによって緊急開放を行う。この緊急開放とは、第1圧力計19A(又は第2圧力計19B)によって測定された圧力が上昇して予め設定された所定値(図2に示す例では緊急開放圧力値)に近づいたとき、又は、圧縮機13から吐出される空気の流量が減少して予め設定された所定値(図2に示す例では緊急開放流量値)に近づいたときに、放風弁150と急速開放弁16とを開いて吐出側配管32内の空気を外部に放出する動作である。尚、緊急開放圧力値は、通常運転時の吐出圧力目標値よりも大きい値であり、ターボ圧縮機の圧力上昇限界、または圧縮装置10及び圧縮した空気の供給先の各構成部品等の耐圧性能等によって決められる値である。また、緊急開放流量値は、サージングの生じる値(サージライン)よりも吐出流量が大きくなるように設定された値であり、放風弁150及び急速開放弁16を開いたときに放出される空気の流量等によって決められる。
具体的には、以下の通りである。
まず、供給先での空気の使用量が減る等によって、第1圧力計19A(又は第2圧力計19B)によって検出される圧力が上昇した場合の制御について説明する。尚、図2に示すように、緊急開放圧力値よりも放風開始圧力値が小さく、放風開始圧力値よりも吐出圧力目標値が小さい。
運転制御部201は、第1圧力計19A(又は第2圧力計19B)によって測定された圧力が吐出圧力目標値となるように圧縮機13を制御する。そして、供給先での空気の使用量が減る等により、検出された圧力が吐出圧力目標値から上昇して放風開始圧力値に達すると、放風制御部202は、第2ポジショナ152に指示信号Sig.2を出力し、第2電動アクチュエータ151を駆動して放風弁150を開き始める。ただし、本参考例の放風弁150は、開く速度が遅く、開き始めにおいては十分な量の空気を放出できず、吐出側配管32内の圧力の上昇速度が速いと吐出側配管32内の圧力上昇を十分に抑えられない。この場合、検出された圧力が緊急開放圧力値に達すると、放風制御部202は、急速開放弁16に指示信号Sig.3を出力して急速開放弁16を開く。急速開放弁16は、開く速度が速いため、吐出側配管32内の空気を素早く外部に放出できる。その結果、急速開放弁16の開放によって吐出側配管32内の圧力の上昇を抑えることができる。そして、圧力の上昇速度を抑えている間に、放風弁150が全開状態に近づくことで、吐出側配管32内の空気を十分な流量で外部に放出できるようになる。以上に説明した動作により、吐出側配管32内の圧力が圧縮装置10の耐圧性能等における上限値を超えるのを防ぐことができる。
緊急開放を終了するときには、放風制御部202が第2ポジショナ152と急速開放弁16とに指示信号Sig.2、Sig.3を出力して放風弁150と急速開放弁16とを閉じる。
続いて、運転制御部201は、圧縮機13のメインモータ133を駆動させた後、吸入量調整部12を制御して吸入弁120の開度を大きくする。このとき、圧縮装置10に接続しておいた冷却流体供給源(例えば、冷却流体が水の場合、クーリングタワーや水道等)から熱交換器14に冷却用流体を供給させる。
次に、故障等によって圧縮機13のメインモータ133が停止して圧縮機13から吐出される空気の吐出流量が減少した場合や、他の原因で圧縮機13の吐出流量が減少した場合の制御について説明する。尚、図2に示すように、放風開始流量値よりも緊急開放流量値が小さく、緊急開放流量値よりもサージラインが小さい。
検出された圧縮機13からの吐出流量が減って放風開始流量値に達すると、放風制御部202は、第2ポジショナ152に指示信号Sig.2を出力し、第2電動アクチュエータ151を駆動して放風弁150を開き始める。吐出流量が緊急開放流量値まで低下した場合には、放風制御部202は、急速開放弁16に指示信号Sig.3を出力して急速開放弁16を開く。これにより、吐出側配管32内の空気を素早く外部に放出できる。このように、急速開放弁16を開放して吐出側配管32内の圧力を急速に下げることで、吐出側配管32内の空気が圧縮機13内に逆流する現象、即ち、サージングの発生を防ぐことができる。緊急開放を終了するときは、既述のように、放風制御部202が、放風弁150と急速開放弁16とを閉じる。
以上、本参考例に係る圧縮装置10では、緊急開放時、即ち、放風弁150を開いて吐出側配管32内の空気を外部に放出する必要があるときに、急速開放弁16を開くことによって前記空気を素早く外部に放出させることができる。このため、第2モータM2での駆動によって放風弁150が十分に開くまでの間、急速開放弁16から吐出側配管32内の空気を外部に放出させることで、吐出側配管32内の圧力を抑える、又は圧力の上昇を抑えることができる。
尚、本参考例の圧縮装置10は、放風弁150と急速開放弁16とを同時に開き始めてもよい。
次に、本発明の実施形態について図3を参照しつつ説明するが、上記参考例と同様の構成には同一符号を用いると共に詳細な説明を省略し、異なる構成ついてのみ詳細に説明する。
本実施形態の圧縮装置10Aは、参考例の圧縮装置10における急速開放弁16の代わりに、急速開放用弁部160を有する点で構成が異なっている。
本実施形態の急速開放用弁部160は、供給排気切替部161と、パイロット弁(急速開放弁)162と、速度調整弁163と、を備える。急速開放用弁部160には、圧縮装置10Aから吐出された空気の一部を当該急速開放用弁部160に案内する案内配管165が接続されている。本実施形態の案内配管165において急速開放用弁部160に接続されているのと反対側の端部は、母管50に接続されている。これにより、熱交換器14で冷却されることによって湿度の低くなった空気を急速開放用弁部160に供給することができ、水分が入り込むことで生じる故障等を防ぐことができる。
供給排気切替部161は、コントローラ20によって開閉制御される電磁弁を備え、案内配管165の端部に接続されている。また、供給排気切替部161は、接続管164によってパイロット弁162と接続されている。そして、供給排気切替部161は、電磁弁が開くことにより、案内配管165によって案内された空気が接続管164を通じてパイロット弁162に供給され、電磁弁が閉じることにより、パイロット弁162内の空気が接続管164を通じて外部に排気されるように構成されている。本実施形態の供給排気切替部では、パイロット弁162から排気された空気が消音器17を通じて外部に放出されるように配管されている。
パイロット弁162は、開閉弁166とシリンダ部167とを有する。開閉弁166は、第2配管34Bに設けられ、第2配管34B内の流路を開閉する。シリンダ部167は、開閉弁166を駆動する。詳しくは、シリンダ部167は、所定の圧力の空気が供給されるとピストンロッド167Aが延びて開閉弁166を開き、前記空気が排気されるとピストンロッド167Aが縮んで開閉弁166を閉じる。
本実施形態のパイロット弁162は、シリンダ部167に所定の圧力の空気が供給されることにより、開閉弁を全閉状態から全開状態にするまで例えば1秒から2秒程度である。
速度調整弁163は、接続管164に設けられている。速度調整弁163は、絞り163Aとチェックバルブ163Bと、を備える。供給排気切替部161からシリンダ部167へと向かう空気は、主にチェックバルブ163Bを通る。また、シリンダ部167から供給排気切替部161に排気される空気は、絞り部163Aを通る。このため、供給排気切替部161に排気される空気の流量は、供給排気切替部161からシリンダ部167に流入する空気の流量より小さくなる。これにより、速度調整弁163は、開閉弁166の閉じるときの速度を、開くときの速度より小さくする。
本実施形態の圧縮装置10Aは、緊急開放のときにの動作を図2を参照しつつ説明する。供給先での空気の使用量が減る等によって、第1圧力計19A(又は第2圧力計19B)によって検出された圧力が放風開始圧力値に達すると、放風制御部202は、第2ポジショナ152に指示信号Sig.2を出力し、第2電動アクチュエータ151を駆動して放風弁150を開く。参考例同様、放風弁150は、開く速度が遅いため、開き始めにおいては吐出側配管32内の空気を外部に十分に放出できず、これにより、吐出側配管32内の圧力の上昇速度が速いと吐出側配管32内の圧力上昇を十分に抑えられない。この場合、検出された圧力が緊急開放圧力値に達すると、放風制御部202は、供給排気切替部161の電磁弁を開き、案内配管165を通じて母管50から案内された空気をパイロット弁162のシリンダ部167に供給する。これにより、シリンダ部167のピストンロッド167Aがバネを押す向きに延びて開閉弁166を素早く開く。これにより、吐出側配管32内の空気を素早く外部に放出できる。開閉弁166の開放によって吐出側配管32内の圧力の上昇を抑える、又は圧力の上昇速度を抑えている間に、放風弁150が全開状態に近づくことで、吐出側配管32内の空気を十分な流量で外部に放出できるようになる。その結果、吐出側配管32内の圧力が圧縮装置10Aの耐圧性能等における上限値を超えるのを防ぐことができる。
緊急開放を終了するときには、放風制御部202が第2ポジショナ152とパイロット弁162の供給排気切替部161の電磁弁に指示信号Sig.2、Sig.3を出力して放風弁150と開閉弁166とを閉じる。このとき、本実施形態の圧縮装置10Aでは、速度調整弁163によってシリンダ部167から排気される空気の流量を絞ることで開閉弁166をゆっくり閉じる。これにより、吐出側配管32内の圧力が急激に上昇するのを抑えることができる。
次に、故障等によって圧縮機13のメインモータ133が停止して圧縮機13から吐出される空気の吐出流量が減少した場合や、他の原因で圧縮機13の吐出流量が減少した場合の制御について説明する。
検出された圧縮機13からの吐出流量が減って放風開始流量値に達すると、放風制御部202は、第2ポジショナ152に指示信号Sig.2を出力し、第2電動アクチュエータ151を駆動して放風弁150を開く。そして、吐出流量が緊急開放流量値に達したときに、放風制御部202は、供給排気切替部161の電磁弁を開き、案内配管165を通じて母管50から案内された空気をパイロット弁162のシリンダ部167に供給する。これにより、開閉弁166が素早く開く。このため、吐出側配管32内の空気を素早く外部に放出できる。このように、開閉弁166の開放によって吐出側配管32内の圧力を急激に下げることで、サージングの発生を防ぐことができる。緊急開放を終了する動作は、吐出側配管32内の圧力が上昇時における放風制御部202の動作と同様である。
以上、本実施形態に係る圧縮装置10Aでは、緊急開放時に、パイロット弁162、詳しくは、開閉弁166を開くことによって吐出側配管32内の空気を素早く外部に放出させることができる。このため、第2モータM2での駆動によって放風弁150が十分に開くまでの間、パイロット弁162から吐出側配管32内の空気を外部に放出させることで、吐出側配管32内の圧力を抑える、又は圧力の上昇を抑えることができる。
尚、本発明の圧縮装置は、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。
記実施形態の圧縮機13は、いわゆるターボ圧縮機であるが、例えば、スクリュー圧縮機等の他の形式の圧縮機であってもよい。
また、実施形態の圧縮装置10Aでは、開閉弁166の開閉駆動を空気圧を利用したシリンダ部167によって行っているが、油や水等の他の流体の圧力を利用したシリンダ部によって行ってもよい。
案内配管165の急速開放用弁部160に接続される端部とは反対側の端部が、吐出側配管32に接続されてもよい。
[実施の形態の概要]
以上の実施形態をまとめると、以下の通りである。
即ち、上記の参考例及び実施形態に係る圧縮装置は、空気を圧縮する圧縮部と、モータによって開閉駆動され、前記圧縮部から吐出される前記空気を前記圧縮部の吐出側配管内から外部に放出可能な放風弁と、前記放風弁より開く速度が大きく、前記吐出側配管内の空気を外部に放出可能な急速開放弁と、を備える。
かかる構成によれば、放風弁を開いて吐出側配管内の空気を外部に放出する必要があるときに、急速開放弁を開くことによって前記空気を素早く外部に放出させることができる。このため、モータでの駆動によって放風弁が十分に開くまでの間、急速開放弁から吐出側配管内の空気を外部に放出させることで、吐出側配管内の圧力を抑える、又は圧力の上昇を抑えることができる。
前記圧縮装置では、前記急速開放弁は電磁弁によって構成されている。
電磁弁は、モータによって開閉駆動される弁よりも開閉速度が大きいため、放風弁を開いて吐出側配管内の空気を外部に放出する必要があるときに当該電磁弁を開くことによって、前記空気を素早く外部に放出することができる。
前記圧縮装置では、前記急速開放弁は、流体の圧力を利用して開閉を行うパイロット弁によって構成されている。
パイロット弁は、モータによって開閉駆動される弁よりも開閉速度が大きいため、放風弁を開いて吐出側配管内の空気を外部に放出する必要があるときに当該パイロット弁を開くことによって、前記空気を素早く外部に放出することができる。
前記圧縮装置は、前記圧縮部から吐出された空気の一部を前記パイロット弁に案内する案内配管をさらに備える。そして、前記パイロット弁は、前記圧縮部から吐出された空気の空気圧を利用して開閉を行う。
かかる構成によれば、パイロット弁の開閉駆動用の空気供給源等を別途設けなくても、パイロット弁を開閉させることができる。
前記圧縮装置は、前記パイロット弁に流入する空気の流量よりも排気される空気の流量を小さくする速度調整弁を備える。
かかる構成によれば、放風弁を閉じるときに、パイロット弁から排気される空気の流量を小さくして当該パイロット弁をゆっくり閉じることで、吐出側配管内の圧力が急上昇するのを防ぐことができる。
本発明は、圧縮装置を提供する。

Claims (2)

  1. 空気を圧縮する圧縮部と、
    モータによって開閉駆動され、前記圧縮部から吐出される前記空気を前記圧縮部の吐出側配管内から外部に放出可能な放風弁と、
    前記放風弁より開く速度が大きく、流体の圧力を利用して開閉を行って前記吐出側配管内の空気を外部に放出可能なパイロット弁である急速開放弁と、
    前記吐出側配管に設けられた逆止弁と、
    電磁弁が開くことにより、前記吐出側配管のうち前記逆止弁よりも下流側の部位に接続された案内配管によって案内された前記圧縮部から吐出された空気の一部が接続管を通じて前記急速開放弁に供給され、前記電磁弁が閉じることにより、前記急速開放弁内の空気が前記接続管を通じて外部に排気されるように構成されている供給排気切替部と、
    前記放風弁と前記電磁弁との開閉を制御する放風制御部と、
    を備え、
    検出された圧力が緊急開放圧力値に達すると、前記放風制御部は、前記電磁弁を開くことにより前記急速開放弁を開いて圧力の上昇速度を抑える間に前記放風弁を開放して前記吐出側配管内の空気を外部に放出する、
    圧縮装置。
  2. 請求項に記載の圧縮装置であって、
    前記パイロット弁に流入する空気の流量よりも排気される空気の流量を小さくする速度調整弁を備える、圧縮装置。
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