JPH0158353B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は使用空気量に応じてスクリユー圧縮機
の吐出空気の流量および圧力を調整する制御装置
に関する。

従来、スクリユー圧縮機の流量および圧力を調
整する方法としてはオンオフ制御と吸気絞り制御
との２つの方法が代表的に使用されている。

前者のオンオフ制御を実現するための制御装置
は、スクリユー圧縮機の吸込側に設けた吸込調整
弁と、スクリユー圧縮機の吐出側に設けた吐出空
気を大気に開放し吸込調整弁の開および閉動作と
連動して閉および開動作をする放風弁と、吐出空
気の圧力を検出する圧力検出器と、吐出圧力が上
限値以上になつた時に吸気調整弁を全閉とする信
号を出力し、吐出圧力が下限値以下になつた時に
吸気調整弁を全開とする信号を出力する調節器
と、この調節器からの出力信号によつて吸気調整
弁と放風弁とを開閉する駆動器とからなつてい
る。

後者の吸気絞り制御を実現するための制御装置
としてはスクリユー圧縮機の吸込側に設けた吸気
調整弁と、吐出空気の圧力を検出する圧力検出器
と、吐出圧力と吐出圧力下限値との差に応じて吸
気調整弁を閉じる方向の信号を出力する調節器
と、この調節器からの出力信号によつて吸気調整
弁を開閉する駆動器とからなつている。

ただし、上述の制御装置は機能部な構成要素に
よつて説明しているのであり、その具体化につい
ては種々のものが考えられる。

上述の制御方法を採用するに際しては吐出空気
の最大流量に対する使用空気量の比を表わす空気
量比Ｒと、最大流量を流すに必要な最大動力に対
する使用空気量を流すに必要な動力の比を表わす
動力比Ｌとの特性関係からオンオフ制御と吸気絞
り制御とを単独で用いるよりも、設定したある空
気流量比を切換点として、これより空気量比が多
い使用条件では吸気絞り制御を行ない、またこれ
より空気量比が少ない使用条件では、オンオフ制
御を行なえば、使用空気量によらず消費動力を低
く保つことができる。

しかし、このような動力の大小だけによつて、
オンオフ制御と吸気絞り制御との切換点を決める
と次のような問題が生ずる。すなわち、性能の劣
化や設置変更をした場合に、空気量比に対する動
力比の特性が変化化して吸気絞り制御よりもオン
オフ制御の方が動力が低くなることがある。この
ような場合には、オンオフ制御を採用した方が動
力が少ないので得策ということになる。実際には
空気量比が大きいような条件で長く使うことが多
いので、このような運転条件において吸気調整弁
や放風弁がひんぱんに開閉すると機械に過大な負
荷がかかり、また、吐出空気の圧力や流量が周期
的に変動する。また、吸気絞り制御によつて吸込
側を絞ると、低流量側になるほど吸込側の圧力と
吐出側の圧力の圧力比が大きくなり、吐出空気の
温度が上昇して機械に過大な負荷がかかる。この
ような問題は従来認識されておらず、オンオフ制
御と吸気絞り制御とを切り換える切換点を決める
に当つて単に動力の大小によつたり、あるいは動
力の大小にもよらずに当事者の判定で決定してい
た。このため、省エネルギーの観点から不満足で
あるのみならず、機械の寿命という点からも不都
合であつた。

本発明は上記のような従来の問題点に鑑みてな
されたものであり、オンオフ制御と吸気絞り制御
とを切り換える切換点の決定を最適に行なうこと
ができるスクリユー圧縮機の吐出圧流量制御装置
を提供することを目的とする。

本発明の特徴とするところは、スクリユー圧縮
機の吸込側に設けた吸気調整弁による吸気絞り制
御と、前記圧縮機の吐出側に設けた放風弁と前記
吸気調整弁とによるオンオフ制御とを行うスクリ
ユー圧縮機において、吐出圧力と吐出圧力下限値
との差に応じて、吸気調整弁を閉じる方向の信号
を出力する第１の機能部と、吐出圧力が吐出圧力
下限値以上になつた時に、吸気調整弁を全閉とし
放風弁を全開とする信号を出力し、吐出圧力が吐
出圧力下限値以下になつた時に、吸気調整弁を全
開とし放風弁を全閉とする信号を出力する第２の
機能部と、前記第１の機能部から第２の機能部へ
もしくは第２の機能部から第１の機能部へ切り換
える第３の機能部と、使用空気量を最大吐出空気
量で除して得られる空気量比が、少なくとも前記
吸気絞り制御と前記オンオフ制御の前記空気量比
に対する動力比が等しくなる第１の設定値以上
で、かつ前記空気量比が吸入圧力を吐出圧力で除
して得られる圧力比について予め定められた上限
値に対応する第２の設定値以上であるとき、前記
第１の機能部側を選択する切り換え信号を前記第
３の機能部に出力する第４の機能部とを備えてな
る制御装置としたことにある。

以下本発明を１段のスクリユー圧縮機に適用し
た場合の実施例を添付図面にもとづいて説明す
る。

第１図は本発明の装置の一例を備えたスクリユ
ー圧縮機の構成を示すもので、図において１はス
クリユー圧縮機、２は逆止弁、３はアフタークー
ラーである。スクリユー圧縮機１の吸込側に吸込
口を開閉する吸気調整弁４が設けられている。ま
たスクリユー圧縮機の吐出側には吐出空気を大気
に放出する放風口を開閉する放風弁５が設けられ
ている。吸込口から吸込まれた空気はスクリユー
圧縮機１で圧縮され、次にアフタークーラー３で
冷却された後、吐出口から使用機器に送出され
る。この吐出空気の圧力を検出するための圧力検
出器６および流量を検出するための流量検出器７
が吐出側に設けられている。またスクリユー圧縮
機１の原動機８で消費される動力を検出するため
の動力検出器９が設けられている。１０は主たる
制御機能を行なう調節器、１１は調節器１０から
出力信号により吸込調整弁４と放風弁５とを駆動
する駆動器、１２は吐出空気の圧力の上限値およ
び下限値を与える設定器である。

次に上述した調節器１０の構成を第２図につい
て説明する。この図において第１図とも同符号の
ものは同一部分である。減算回路１３と比例回路
１４は第１の機能を行なう部分である。すなわ
ち、減算回路１３では圧力検出器６からの吐出圧
力値から設定値１２からの吐出圧力下限値を減算
する。比例回路１４では減算回路１３からの値に
比例乗数を乗算し吸気調整弁４の開度に対応する
信号を出力する。比較回路１５とオンオフ回路１
６は第２の機能を行なう部分である。すなわち、
比較回路１５では設定値１２からの吐出圧力上限
値もしくは吐出圧力下限値と圧力検出器６からの
吐出圧力とを比較し、吐出圧力が吐出圧力上限値
以上になつたか否かと、吐出圧力が吐出圧力下限
値以下になつたか否かとを判定する。オンオフ回
路１６では、吐出圧力が吐出圧力上限値以上にな
つた時に吸気調整弁４を全閉とし放風弁５を全開
とする信号を出力し、吐出圧力が吐出圧力下限値
以下になつた時に吸気調整弁４を全開とし放風弁
５を全閉とする信号を出力する。切換回路１７は
第１の機能部から第２の機能部への切り換え、も
しくは第２の機能部から第１の機能部への切り換
えを行ない、それぞれの信号を駆動器１１に出力
する第３の機能部である。決定回路１８は第１の
機能部と第２の機能部との切換点を決定して第３
の機能部に出力す第４の機能部である。

具体的には、流量検出器７の検出信号に基づい
て、検出される空気量比が吸気絞り制御とオンオ
フ制御の動力比が等しくなる第１の設定値以上
で、かつその検出された空気量比が圧力比につい
て定められた上限値に対応する第２の設定値以上
であるときに、第１の機能部側を選択し、第３の
機能部に切換信号を出力する。なお、第２の機能
部による吸気調整弁４と放風弁５の動作頻度を加
味し、その動作頻度が設定頻度以上に達する場合
には、第１の機能部による吸気絞り制御に切換え
るようにすることが望ましい。

ここで、第４の機能部である決定回路１８の機
能の詳細および応用例を含めて説明する。

第３図はスクリユー圧縮機における空気量比Ｒ
と第１の機能部による吸込圧力と吐出圧力の圧力
比πとの関係を示すものである。空気量比Ｒの減
少に伴つて、第１の機能部の指令により吸気調整
弁４を絞ると吸気圧力は低下する。このため、圧
力比πは上昇し、吐出空気温度が上昇し、吐出圧
力と吸込圧力との差から生ずる力が大きくなる。
これはスクリユー圧縮機本体にとつて過大な負荷
となり望ましくない。この状態は低流量側になる
ほど顕著になる。したがつて、スクリユー圧縮機
本体が安全に運転できる圧力比の上限値として、
π₂を設定することができる。このときの空気量比
はR₂となる。

次に第４図はスクリユー圧縮機における空気量
比Ｒと第２の機能部による吸気調整弁４と放風弁
５との開閉動作頻度Ｎとの関係を示すものであ
る。空気量比50％付近が最大値であり、空気量比
100％および０％付近が最小値である。このため、
空気量比が50％付近になると、弁の開閉がひんぱ
んになる。これは可動部分に過大な負荷がかかる
とともに、吐出空気の圧力や流量が周期的に変動
するので望ましくない。したがつて、スクリユー
圧縮機の可動部分の寿命が十分確保される動作頻
度の上限値としてN₃を設定することができる。
このときの空気量比R₃となる。

第５図はスクリユー圧縮機における空気量比Ｒ
と動力比Ｌとの関係を示すものである。図中、ａ
がオンオフ制御即ち第２の機能部によつて得られ
る特性であり、ｂが吸気絞り制御即ち第１の機能
部によつて得られる特性である。動力L₁に対応
する空気量比R₁よりも大流量側では、第１の機
能部の方が第２の機能部より動力が少なくてすむ
ので有利であり、空気量比R₁よりも少流量側で
は、第２の機能部の方が第１の機能部より動力が
少なくてすむので、有利である。

以上のことを考慮して、第１の機能部と第２の
機能部との切換点を決定する。この場合切換点の
空気量比Ｒを次式に示すように、それぞれの空気
量比の関数から求めるようにすることができる。

Ｒ＝ｆ（R₁、R₂、R₃） ………(1) ここで、ｆ：関数 R₁：動力比L₁に対応する空気量比 R₂：圧力比の上限値π₂に対応する空気量比 R₃：弁開閉動作頻度N₃に対応する空気量比 このような具体的な関数形ｆとして表わす必要
はなく、前述のことを考慮してこれらの関数とし
て切換点を求めることができる方法であれば何で
あつてもよい。前記のようにして求められる各空
気量比R₁、R₂、R₃などは、いずれも一義的に決
定されるものではない。また、各空気量比の重要
度は運転条件の変化によつて変わるものであり、
(1)式のような関係も一義的に決定することが難し
い場合がある。このような場合には、当事者の判
断で１式に相当する方法で決定しなければならな
い。

第６図は上述の手順で決定される切換点の第１
の例である。上記のような方法によつて、切換点
は次の切換点Ｂ、B′、B″のいずれかに決定され
る。このときの空気量比ＲはR₄、R₅、R₆となる。

第７図は上述の手順で決定される切換点の第２
の例である。図から明らかなように、空気量比Ｒ
によらず第１の機能部よりも第２の機能部の方が
動力が低いので、動力に関しては第１の機能部と
第２の機能部とを切り換える必要はなく常に第２
の機能部を行なうのが有利である。一方、上記の
ように他の要因も考慮する必要があるので、これ
らを考慮すると切換点を設けた方がよい場合があ
る。これは、切換点Ｃであり、空気量比R₇の
ように決定される。

第８図は上述の手順で決定される切換点の第３
の例である。第６図、第７図において示した例で
は、第１の機能部から第２の機能部への切換点と
第２の機能部から第１の機能部への切換点は一点
である。この例では第８図に示すように、切換点
に幅を設けたものである。同様に、第１の機能部
から第２の機能部への切換点と第２の機能部から
第１の機能部への切換点を別々の点にしてもよ
い。

上述の実施例では１つのパラメータとして空気
量比を用いたが、図の関係から動力比で表わすこ
ともできる。いずれにしても流量検出器７もしく
は動力検出器９によつて検出された現在の流量も
しくは動力と、上記のようにして決定した切換点
の流量もしくは動力とを比較することによつて、
第１の機能部と第２の機能部とを切り換えるもの
である。

以上示したように、上述の実施例では、主たる
制御機能を有する調節器の構成を電気的に機能を
処理するものとして説明したが、これに限定され
るものではない。例えば、圧力検出器や流量検出
器からの検出信号は空気圧による信号であつても
よい。また、前述した調節器の各機能は、空気圧
回路によつても実現できる。

以上詳述したように、本発明によれば、空気量
比が少なくとも吸気絞り制御とオンオフ制御の動
力比が等しくなる第１の設定値R₁以上で、かつ
前記空気量比が圧力比について予め定められた上
限値π₂に対応する第２の設定値R₂以上であると
き、前記第１の機能部側を選択して吸気絞り制御
を行なわせ、それ以外のときは原側としてオンオ
フ制御を行なわせるようにしたことから、動力の
低減をはかるとともに、圧縮機本体の安全性を確
保できる。この結果、省エネルギ運転のみなら
ず、機械に無理な負荷をかけることなく長時間に
わたつて安全な運転が可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の制御装置の一例を備えたスク
リユー圧縮機の系統図、第２図は本発明の装置の
一例の構成を示すブロツクダイヤグラム、第３図
〜第８図はスクリユー圧縮機の特性と制御の関係
を説明するための特性図である。 １……スクリユー圧縮機、４……吸気調整弁、
５……放風弁、６……圧力検出器、７……流量検
出器、９……動力検出器、１０……調節器、１１
……駆動器、１２……設定器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ スクリユー圧縮機の吸込側に設けた吸気調整
   弁による吸気絞り制御と、前記圧縮機の吐出側に
   設けた放風弁と前記吸気調整弁とによるオンオフ
   制御とを行うスクリユー圧縮機において、吐出圧
   力と吐出圧力下限値との差に応じて前記吸気調整
   弁を閉じる方向の信号を出力する第１の機能部
   と、吐出圧力が吐出圧力上限値以上になつた時に
   前記吸気調整弁を全閉とし放風弁を全開とする信
   号を出力し、吐出圧力が吐出圧力下限値以下にな
   つた時に前記吸気調整弁を全開とし放風弁を全閉
   とする信号を出力する第２の機能部と、前記第１
   の機能部から第２の機能部へ、もしくは第２の機
   能部から第１の機能部へ切り換える第３の機能部
   と、 使用空気量を最大吐出空気量で除して得られる
   空気量比が、少なくとも前記吸気絞り制御と前記
   オンオフ制御の前記空気量比に対する動力比が等
   しくなる第１の設定値以上で、かつ前記空気量比
   が吸入圧力を吐出圧力で除して得られる圧力比に
   ついて予め定められた上限値に対応する第２の設
   定値以上であるとき、前記第１の機能部側を選択
   する切り換え信号を前記第３の機能部に出力する
   第４の機能部とを備えたことを特徴とするスクリ
   ユー圧縮機の吐出圧流量制御装置。