JPH01300093A - 吹出し調整によるターボ圧縮機のサージ回避方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、吸入流量及び圧縮機吐出圧力を連続的に求め
、サージ限界流量より大きくて圧縮機吐出圧力に関係し
まだ許容される最小吸入流層又はそれ以下に吸入流量が
減少した時、吹出し弁の開放により、圧縮機を通る吸入
流量をサージ限界流量より大きく保持する、プロセスに
気体状圧力媒体を供給するターボ圧縮機のサージを吹出
し調整により回避する方法に関する。

〔従来の技術〕

このような方法はドイツ連邦共和国特許出願公告第２６
２３８９９号明細書から公知である。圧縮機をできるだ
けそのサージ限界近くで運転するのを可能にするため、
吸入流量及び圧縮機吐出圧力に関係する吹出し調整の調
整差の特別な種類の増幅が考慮され、増幅の麺類は圧１
Ｍ機の動作点のそのつどの位置に関係している。

圧縮機の動作点の位置は、通常は吸入流量及び圧ａ１機
吐出圧力により形成される特性曲線図における吸入流量
と圧１７ｔＩ４機吐出圧力の座標によって規定される。

圧１Ｍ機のサージ限界は、特性曲線図において線即ちサ
ージ限界線として示され、圧縮機の運転中動作点がこの
サージ限界線を越えないようにする。例えば吸入流量の
減少のため動作点がサージ限界の方へ動くと、サージ限
界に対して平行でこの前にある吹出し線を越えた時０、
吹出し弁が開かれて、吸入流量を再び増大し、動作点が
サージ限界から再び充分離れるようにする。

動作点の動く原因を考察すると、これらの肺因が、圧縮
機の回転数及び案内羽根位置の要化のほかに、しばしば
圧縮機に接続されるプロセスにおける変化又は外乱であ
ることがわかる。

後者の場合まずプロセスに流１１液化がおこり、そこか
ら有限な速度で圧縮機まで伝わり、圧縮機を通ってその
後入側へ伝わる。公知の方法における欠点は、圧ｍｈを
通る流量が既に減少している時初めて、動作点の移動が
認められることである。従って吹出し調整は遅れてしか
行なわれず、不利な条件下では圧縮機のサージを防止す
るには遅すぎることになる。

〔発明が解決しようとする！ｉｌ！題〕本発明の課珈は
、吸入ｆｌｒ６量の変化の原因が圧縮機に接続されるプ
ロセスにある時にも、圧縮機のサージを確実に回避する
方法を提示することである。

〔課頭を解決するための手段〕

この課迦を解決するため本発明によれば、圧縮機に接続
されるプロセスへの供給流量をプロセスの入口近くで付
加的に求め、供給流量がまだ許容される最小供給流量以
下に減少すると、吹出し弁を開放する。

〔発明の効果〕

本発明による方法によって、プロセスにおける変化又は
外乱による流量灰化を早期にＷ認して、圧縮機にとって
危険な供給流量減少の際吹出し調整を適時に行なうこと
ができる。これにより圧縮機のサージをおこす圧１１１
ｉ１機流量の減少が確実に回避される。従って圧縮機は
サージに対する安全性を失うことなくサージｌｉｌ！外
の近くで運転でき、それにより８：１Ｍ機の経済的な部
分負荷運転と、サージによる損傷の危険の減少が可能と
なる。

〔実ｋｗＭ様とその効果〕

プロセスへ至る圧力媒体用圧力導管にある測定装置によ
り供給流量をＩ！接測測定るか、又はフロセスの１つ又
は複数の４’ａＰｋにおける弁の位置又は圧力のような
プロセスのパラメータから、シミュレーションで供給流
量を計算することができる。前者の方法は、別の理由か
ら既に流量測定装置が適当な個所に存在し、その測定結
果を利用できる場合、特に有利である。本発明による方
法のため待に流量測定装置を設けねばならない場合、流
量の計算が有利である。これにより不必要に高い設備費
が回避される。供給流量を求めるやり方に関係なく、測
定又は計算によって、方法にとって充分な精度で供給流
量が得られる。吸入流量として体積流量の代りに質量流
量即ち単位時間当り流れる質量を測定する場合、同じ単
位とするため換算を行なわねばならない。質量流量は、
圧縮される気体の密度を介して体積流量と一定の関係に
あり、密度も圧力の関数である。従ってこの場合供給流
量を体積流量として計算するため、質量流量の測定のほ
かに、プロセスの入口における圧力測定とそれに続く換
算が必要である。

最初に示したように、まだ許容される蛤小供給流量は圧
縮機吐出圧力の関数である。圧力媒体の圧力がプロセス
に至るまでほぼ一定であると仮定して、同じことが最小
供給流量についても成立する。従って簡単化された方法
では、最小吸入流量及び最小供給流層に対して、共通な
関数発生器から圧ＩＩａ機吐出圧力に関係して供給され
る同じ最小流量値を使用する。これより少し費用のかか
る方法では、高いＭＥＩｔと大きい影響を可能にするた
め、亀小吸入流量及び最小供給流量に対して、互いに無
関係に計算されてそれぞれ固有の関数発生器から供給さ
れる最小流量値を使用し、ｋか吸入流量を圧縮機吐出圧
力の関数として求め、また最小供給流量をプロセスの入
口近くの供給流量測定個所における圧力の関数として求
める。

吹出し調整に安全制御を東畳し、圧縮機吐出圧力に関係
して最小吸入流量とサージ限界流量との間にある安全限
界流量以下になると、吹出し調整を迦け℃安全制御によ
り吹出し弁の急速開放を開始する場合、供給流量が安全
限界流量以下に減少する時、安全制御を開始する。

しかし蝕ｔＪｚ供給流量に対して、そのつどの安全限昇
流債に対応する＃／ＪＸ流蛍値を使用し、供給流量が最
小供給流量又は安全限界流量以下に減少すると、吹出し
調整を避けて安全制御により吹出し弁の急速開放を行な
うこともできる。

それにより供給流域における外乱は安全制御にのみ作用
し、常用吹出し調整には作用しない。

方法のこの変形は実際上圧縮機のサージ安全性に対して
制限とならない。なぜならば、供給流量における比較的
小さいか又はゆっくりした変化では、吸入流量により制
御される常用吹出し調整はまだ充分急速に反応できるか
らである。

吹出し弁の開いている圧ａｍの運転状態でも本発明の方
法を充分な精度で使用できるようにするため、吹出し弁
を通る吹出し流量を求めて、供給流量に加算する。吹出
し弁の前及び後に次続される吹出し導管における測定、
又は固有の測定装置を節約する計算によって、吹出し流
量が求められる。ｔｔｍを可能にするために、吹出し弁
の位置及び吹出し弁の前の圧力からのシミュレーション
ｔｉｓによって、吹出し流量を計算する。このため吹出
し弁に位置測定器が必要になるが、これは実際士別の理
由から存在していることが多い。このような位ｍ測定器
を節約しようとすれば、吹出し調整において発生される
吹出し弁操作用操作量及び吹出し弁の前の圧力からも、
吹出し弁の動的応答のシミュレーショな電子データ処理
で開端なく行なわれる。

吹出し流量を求める際高いＨＩ度を得るため、吹出し弁
を通る媒体の温度又は吹出し弁の後の圧力を測定して、
吹出し流量のｆ′を算に含める。

温度又は圧力のほかに、吹出し弁を通る流量に影−する
別の量を求めて計算に含めることもできる。

供給流量及び場合によっては吹出し流量の測定又は計算
の際残っている不精確さのため、求められる流量が実際
の流量より小さいことがある。この場合吹出し弁は、吹
出し流量又はこれと供給流量との和の変化によりまず制
御されることになる。それによりサージｒｊＭ外から不
必要に大きく解れた所で圧縮機が運転されることになる
。これを回避するため、供給流量又はこれと吹出し流量
との和へ、調整又は安全制御へ入る前に、ｌより大きい
所定の係数を掛は算することができる。その代りに、供
給流量又はこれと吹出し流量との和へ、調整又は安全制
御へ入る前に、所定の定数を加算することもできる。そ
の結果供給流量を求める際の誤差が例えば１．１である
所定の係数より大きい場合にしか、サージ限界に対する
安全間隔の望ましくない増大はおこらない。

更に本発明の方法では、大きい時定数を持つ付加装置に
おいて、供給流量又はこれと吹出し流量との和へ、供給
流量と吹出し流量との和が吸入流量に精確に等しくなる
まで変化する補正量を加算する。例えば積分器により実
現可能な付加装置の時定数の適当な選択によって、補正
作用が・徐々に行なわれて、吸入流量と供給流量又はこ
れと吹出し流量との和と調整差との間の一時的な動的不
平衡を支障なく通過するようにできる。更に積分を特定
の匍特に負の＋＋ｆに限定して、サージ限界からの大き
すぎる安全間隔の設定を防止できる。

本発明の別の実２Ｉ！ｌＩ態様として、供給流量又はこ
れと吹出し流量との和の値を、入力信号として積分動作
基準素子へ与え、設定可能な時定数を持つ積分器から基
準素子を構成して、その出力信号をこの時定数で入力信
号に追従させ、入力信号の急激な変化後−時的に生ずる
入力信号と出力信号との差を、吸入流量と細小吸入流量
とから形成されて常用吹出し調整へ入り込む調整蓋用補
正量として使用する。その際調整差は、直接それ自体を
変化するか、又は調整差を計算するための目標値又は実
際値へ補正量を正しい符号で加えることにより父化でき
る。このような早い反応は、供給流量を増大する方向の
外乱では不必要なので、積分基準素子により減少方向に
のみ作用するようにこの調整を行なうのがよい。

最後に、圧１１機に接続されるプロセスの可能な外乱個
所に隣接する神々の点における複数の個々の部分供給流
量の形で供給流量を求め、各部分供給流量に対して、存
在する圧縮機吐出圧力に関係してそれぞれ固有の関数発
生器により、互いに無関係に固有の最小流！１に値を計
算することもできる。この場合高くなる費用を甘受せね
ばならないが、接続されるプロセスからの外乱に吹出し
調整又は安全制御ができるだけ早く反応できる。

〔実施例〕

本発明による方法の実施例を図面により以下に説明する
。

図の上部にはターボ圧縮機ｌが示され、吸入側を吸入導
管ｌＯに接続され、吐出側を供給導管１１に接続されて
いる。供給導管１１から分岐する吹出し導管２０には吹
出し弁２が挿入されている。吹出し弁２か開かれると、
吹出し導管２０により、圧縮機ｌから供給導管１１へ送
り出される媒体の一部を大気へ吹出すことができる。

このため吹出し弁２は弁操作装＠２１により操作可能で
ある。供給導管ｌ！は更に延びて、通常のように逆止弁
３を挿入されている。この逆止弁３に続いて供給導管１
１は、圧縮機１に接続されて圧縮された気体状媒体を供
給されるプロセスへ通じている。

圧縮機１の前で吸入導管１０に測定装ｆｌ！ｔ４が挿入
されて、吸入導管ｌＯを通って圧縮Ｊｍｌへ流れる吸入
流量ｌ■Ａを測定する。流れの方向において圧縮機ｌの
後で供給導管１１に別の測定装置１ｔ５が設けられて、
圧縮機吐出圧力ＰＥを測定する。圧ｍ機１に接続される
プロセスの前で供給導管１１に別の測定装置６が挿入さ
れて、プロセスへの供給流量らを測定し、供給流量が質
量流量即ち単位時間当りの質量として測定される場合、
場合によっては更に媒体の密度を介して、測定個所で単
位時間当り体積への換算が行なわれる。

図かられかるように、圧縮機吐出圧力ＰＥの測定された
値は、そのつどの圧力ＰＥにおいてまだ許容される吸入
流量■Ａｍｉｎの計算に使用される。これに続いて第１
のｍ整差Ｘｄｌの計算が行なわれ、ここでＸｄｌは最小
流量（この場合最小吸入流量■Ａ＋ａｉｎ）と吸入流！
Ｉｋ■Ａとの差と定義されている。

供給流＊Ｏ，の測定された値は第２の調整差Ｘｄ２に使
用され、ここでＸｄ２は最小流量（この場合最小供給流
量※Ｐ＋ｅｉｎ）と測定された供給流量※、との差とし
て定義されている。両方の調整差を形成するため、実施
例ではそれぞれ同じ最小流量が使用され、即ち最小吸入
流量■Ａｍｉｎは最小供給流”ＰＩｌｉｎに等しい。そ
の代りに別の最小供給流量も計算できる。

両方の調整差Ｘｄｌ及びＸｄ２は最大値選択回路へ供給
される。この最大値選択回路において、両力の調整差値
のうち大きい方が選択されて、調整差として吹出し調整
器へ供給される。吹出し調整器はこれへ供給される調整
差Ｘｄから操作ｍｙを計算して、吹出し弁２を操作する
弁操作装９ｇ２１へ与え、それにより吹出し弁２の操作
を行なう。

本発明による方法の簡単な実施例を示す図かられかるよ
うに、圧縮機１に接続されるプロセスに原因がある流量
変化の際、吸入流量■Ａが変化する前に、まず供給流量
らの変化が行なわれる。この変化は、吸入流量■Ａ用測
測定装置がまだ流量の変化を検出していなくても、測定
装置１１６により早期に求められ、調整差形成回路、最
大値選択回路及び吹出し調整器を介して、吹出し弁２を
早く従って適時に反応させる。こうして圧縮機のサージ
が確実に回避される。

【図面の簡単な説明】

図は本発明による方法を実施する装置の接続図である。 １・・・圧に４機、２・・・吹出し弁、４・・・吸入流
量測定装置、５・・・圧Ｗ６機吐出圧力測定装置、６・
・・供給ｔＭ量測定装置。 特許出願人　　エムアーエン・グーテホツフヌングスヒ
ュッテ・アクチェンゲゼルシャフト

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　吸入流量（■＿Ａ）及び圧縮機吐出圧力（Ｐ＿Ｅ）
   を連続的に求め、サージ限界流量より大きくて圧縮機吐
   出圧力（Ｐ＿Ｅ）に関係しまだ許容される最小吸入流量
   （■＿Ａ＿ｍ＿ｉ＿ｎ）又はそれ以下に吸入流量（■＿
   Ａ）が減少した時、吹出し弁の開放により、圧縮機を通
   る吸入流量（■＿Ａ）をサージ限界流量より大きく保持
   する方法において、圧縮機（１）に接続されるプロセス
   への供給流量（■＿ｐ）をプロセスの入口近くで付加的
   に求め、供給流量（■＿ｐ）がまだ許容される最小供給
   流量（■＿Ｐ＿ｍ＿ｉ＿ｎ）以下に減少すると、吹出し
   弁（２）を開放することを特徴とする、プロセスに気体
   状圧力媒体を供給するターボ圧縮機のサージを吹出し調
   整により回避する方法。 ２　供給流量（■＿ｐ）を測定することを特徴とする、
   請求項１に記載の方法。 ３　プロセスの１つ又は複数の個所における弁の位置又
   は圧力のようなプロセスのパラメータから、シミュレー
   ションで供給流量（■＿ｐ）を計算することを特徴とす
   る、請求項１に記載の方法。 ４　最小吸入流量（■＿Ａ＿ｍ＿ｉ＿ｎ）及び最小供給
   流量（■＿Ｐ＿ｍ＿ｉ＿ｎ）に対して、共通な関数発生
   器から圧縮機吐出圧力（Ｐ＿Ｅ）に関係して供給される
   同じ最小流量値を使用することを特徴とする、請求項１
   ないし３に記載の方法。 ５　最小吸入流量（■＿Ａ＿ｍ＿ｉ＿ｎ）及び最小供給
   流量（■＿Ｐ＿ｍ＿ｉ＿ｎ）に対して、互いに無関係に
   計算されてそれぞれ固有の関数発生器から供給される最
   小流量値を使用し、最小吸入流量（■＿Ａ＿ｍ＿ｉ＿ｎ
   ）を圧縮機吐出圧力（Ｐ＿Ｅ）の関数として求め、また
   最小供給流量（■＿Ｐ＿ｍ＿ｉ＿ｎ）をプロセスの入口
   近くの供給流量測定個所における圧力の関数として求め
   ることを特徴とする、請求項１ないし３に記載の方法。 ６　吹出し調整に安全制御を重畳し、圧縮機吐出圧力（
   Ｐ＿Ｅ）に関係して最小吸入流量（■＿Ａ＿ｍ＿ｉ＿ｎ
   ）とサージ限界流量（■＿Ｇ）との間にある安全限界流
   量（■＿ｓ）以下になると、吹出し調整を避けて安全制
   御により吹出し弁の急速開放を開始する方法において、
   供給流量（■＿ｐ）が安全限界流量（■＿ｓ）以下に減
   少する時、安全制御を開始することを特徴とする、請求
   項１ないし５に記載の方法。 ７　最小供給流量（■＿Ｐ＿ｍ＿ｉ＿ｎ）に対して、そ
   のつどの安全限界流量（■＿ｓ）に対応する最小流量値
   を使用し、供給流量（■＿ｐ）が最小供給流量（■＿Ｐ
   ＿ｍ＿ｉ＿ｎ）又は安全限界流量（■＿ｓ）以下に減少
   すると、吹出し調整を避けて安全制御により吹出し弁の
   急速開放を行なうことを特徴とする、請求項５及び６に
   記載の方法。 ８　吹出し弁（２）を通る吹出し流量（■＿Ｂ）を求め
   て、供給流量（■＿ｐ）に加算することを特徴とする、
   請求項１ないし７に記載の方法。 ９　吹出し流量（■＿Ｂ）を測定することを特徴とする
   、請求項８に記載の方法。 １０　吹出し弁（２）の位置及び吹出し弁（２）の前の
   圧力からシミュレーション計算によつて供給流量（■＿
   Ｂ）を計算することを特徴とする、請求項８に記載の方
   法。 １１　吹出し調整において発生される吹出し弁操作用操
   作量（ｙ）及び吹出し弁（２）の前の圧力から、吹出し
   弁（２）の動的応答のシミュレーションにより吹出し流
   量（■＿Ｂ）を計算することを特徴とする、請求項８に
   記載の方法。 １２　吹出し弁（２）を通る媒体の温度又は吹出し弁（
   ２）の後の圧力を測定して、吹出し流量（■＿Ｂ）の計
   算に含めることを特徴とする、請求項１０及び１１に記
   載の方法。 １３　供給流量（■＿ｐ）又はこれと吹出し流量（■＿
   Ｂ）との和へ、調整又は安全制御へ入る前に、１より大
   きい所定の係数を掛け算することを特徴とする、請求項
   １ないし１２に記載の方法。 １４　供給流量（■＿ｐ）又はこれと吹出し流量（■＿
   Ｂ）との和へ、調整又は安全制御へ入る前に、所定の定
   数を加算することを特徴とする、請求項１ないし１２に
   記載の方法。 １５　大きい時定数を持つ付加装置において、供給流量
   （■＿ｐ）又はこれと吹出し流量（■＿Ｂ）との和へ、
   供給流量（■＿ｐ）と吹出し流量（■＿Ｂ）との和が吸
   入流量（■＿Ａ）に精確に等しくなるまで変化する補正
   量を加算することを特徴とする、請求項１ないし１２に
   記載の方法。 １６　供給流量（■＿ｐ）又はこれと吹出し流量（■＿
   Ｂ）との和の値を、入力信号として積分動作基準素子へ
   与え、設定可能な時定数を持つ積分器から基準素子を構
   成して、その出力信号をこの時定数で入力信号に追従さ
   せ、入力信号の急激な変化後一時的に生ずる入力信号と
   出力信号との差を、吸入流量（■＿Ａ）と最小吸入流量
   （■＿Ａ＿ｍ＿ｉ＿ｎ）とから形成されて常用吹出し調
   整へ入り込む調整差（ｘ＿ｄ＿ｌ）用補正量として使用
   することを特徴とする、請求項１ないし１２に記載の方
   法。 １７　圧縮機（１）に接続されるプロセスの可能な外乱
   個所に隣接する種々の点における複数の個々の部分供給
   流量の形で供給流量（■＿ｐ）を求め、各部分供給流量
   に対して、存在する圧縮機吐出圧力（Ｐ＿Ｅ）に関係し
   てそれぞれ固有の関数発生器により、互いに無関係に固
   有の最小流量値を計算することを特徴とする、請求項１
   ないし１５に記載の方法。