JPH04136498A - 遠心圧縮機の容量制御装置 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、遠心圧縮機の容量制御装置に係り、特に、消
費電力の低減を図るのに好適な遠心圧縮機の容量制御装
置に関するものである。

［従来の技術］ まず、従来の遠心圧縮機の容量制御について、第２図を
参照して説明する。

第２図は、一般的な遠心圧縮機の性能特性図であり、横
軸に風量Ｑ、縦軸に圧力Ｐおよび動力Ｗをとって、遠心
圧縮機の特性曲線、サージラインおよび動力曲線を示し
ている。

第２図において、需要側プラント設備（以下プラントと
いう）における通常の運転時の必要圧力をＰｏ、必要風
量をＱａとする。このときの圧力Ｐｏ、風量Ｑａの点Ａ
を通る遠心圧縮機の特性曲線をａに示す。

一般に遠心圧縮機は、風量を絞るとサージング現象を引
き起し、内部の羽根車を破損するような事故の怖れがあ
る。このため、遠心圧縮機ごとに必要圧力ｐｏを満足し
サージング現象を生じない最／ＩＸ風量が決まり、その
点が第２図のＢ点であり、この場合の特性曲線はｂとな
り、最小風量はＱｂである。

遠心圧縮機では、プラントの必要圧力ＰＯを一定とした
場合に、必要風量がＱａからＱｂへ下る間は、遠心圧縮
機の吸込側にある入口ガイドベーンを制御することによ
って吸込風量を調整し、圧力および風量制御を行うに こで、プラントの必要風量が少なくなり、例えば第２図
に示すＱｃとなった場合は、サージング発生の関係から
、Ｂ点以下には入口ガイドベーンを閉じることができな
い。したがって、通常、入口ガイドベーンの圧力点はＢ
点とし、Ｑｂ−ＱＣの風量を放風弁を介して放風するこ
とにより、遠心圧縮機の最小風量Ｑｂを確保し、かつプ
ラント必要量の流量Ｑｃを得るものである。

このため、圧縮機駆動用モータの動力は、第２図の動力
曲線に示されるように、プラント必要風量がＱｂ以下で
は動力ＷＯとなり動力が低下しない特性となっている。

なお、遠心圧縮機のベーンコントロール装置として関連
するものには、例えば特公昭５７−４９７５９号公報が
挙げられる。

［発明が解決しようとする課題］ 上記従来技術は、プラント必要風量が遠心圧縮機最小風
量Ｑｂまでの間は入口ガイドベーンを制御し、遠心圧縮
機吸込風量を調整するため、プラント必要風量の減少に
ともない圧縮機動力を低減できるので問題はない。

しかし、プラント必要風量が遠心圧縮機最ＩＪ％風量以
下の場合には、サージング回避のため圧縮機動力を低減
することができないという問題がある。

一般に、圧縮機には、遠心形の他に、螺旋状の陵部と溝
部とをそれぞれ有する一対の雄ロータおよび雌ロータが
互いにケーシング内を噛み合いながら回転し、吸込口か
ら吸込んだ気体を圧縮する形式の容積形がある。容積圧
縮機では、サージング現象がないため、必要風量減少に
ともない動力を低減することが可能であ。一方、遠心圧
縮機では容積圧縮機にくらべ消費電力低減を行うことが
できない問題点がある。

本発明は、上記従来技術の問題点を解決するためになさ
れたもので、需要側のプラントが必要とする風量が、遠
心圧縮機の最小風量以下となったときには圧縮機動力を
低減させ、消費電力を低減することを可能とする遠心圧
縮機の容量制御装置を提供すること、第１の目的とする
ものである。

また、本発明の第２の目的は、入口ガイドベーンの頻繁
な動作によるハンチングを防止しうる遠心圧縮機の容量
制御装置を提供することにある。

さらに、本発明の第３の目的は、サージングを防止し、
圧縮機を高効率で使用しつる遠心圧縮機の容量制御装置
を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 上記第１の目的を達成するために、本発明の遠心圧縮機
の容量制御装置に係る第１の発明の構成は、吸込風量を
制御する入口ガイドベーンと、放風量を制御する放風弁
と、圧縮気体を溜めるレシーバタンクとを有する遠心圧
縮機において、前記入口ガイドベーンおよび前記放風弁
を制御するベーン制御装置を設け、需要側の必要風量が
遠心圧縮機の最小風量以下のときは、前記放風弁を全開
にし前記入口ガイドベーンを全閉にして当該遠心圧縮機
を無負荷運転し、前記レシーバタンク内部圧力が低下し
て設定下限に達したときは、前記入口ガイドベーンを全
開にし前記放風弁を全開にして負荷運転を行うように、
前記ベーン制御装置に負荷・無負荷制御回路を設けたも
のである。

また、上記第２の目的を達成するために、本発明の遠心
圧縮機の容量制御装置に係る第２の発明の構成は、吸込
風量を制御する入口ガイドベーンと、放風量を制御する
放風弁と、圧縮気体を溜めるレシーバタンクとを有する
遠心圧縮機において、前記入口ガイドベーンおよび前記
放風弁を制御するベーン制御装置を設け、このベーン制
御装置に、前記レシーバタンクの圧力変動に対応して圧
力上限値および下限値を設定する回路を設け、前記レシ
ーバタンクの圧力変動の周期が短いときは圧力上限値を
大きくして前記入口ガイドベーンの動作を少なくし、前
記圧力変動の周期が長いときは圧力上限値を小さくして
前記レシーバタンクの圧力変動を小さくするように制御
回路を構成したものである。

さらに、上記第３の目的を達成するために１本発明の遠
心圧縮機の容量制御装置に係る第３の発明の構成は、ベ
ーン制御装置に、遠心圧縮機の風圧からサージ点を設定
して最小風量を求める回路を設けたものである。

［作用コ 上記第１の発明の技術的手段によれば、ベーン制御装置
内部に設けた負荷・無負荷運転制御回路は、レシーバタ
ンクを介して吐出される需要側プラント必要風量が、遠
心圧縮機最小風量以下となった場合は、放風弁を全開に
し、入口ガイドベーンを全開にするように作動する。こ
れによって、遠心圧縮機は無負荷運転されるため圧縮機
動力が小さくなる。

また、レシーバタンク圧力が、プラントにおける圧縮気
体の使用により低下した場合には、入口ガイドベーンを
遠心圧縮機最小風量時の開度とし、放風弁を全閉するこ
とにより、レシーバタンクへ圧縮気体を供給し、レシー
バタンク圧力を一定に保つことができる。

また、上記第２の発明の技術的手段による働きは次のと
おりである。

一般に、レシーバタンク圧力を一定範囲内に保つ場合に
、プラント必要風量の変動が大きいと、レシーバタンク
圧力が短時間で変動する。そこで、上記動作が頻繁に行
なわれて、入口ガイドベーンがハン、チングする。

このため、ベーン制御装置における圧力上限値設定回路
では、レシーバタンク圧力変動の周期が短い場合には圧
力上限値を大きくし、入口ガイドベーンの動作を少なく
してハンチングを防止するよう動作する。また、レシー
バタンク圧力変動の周期が長い場合には、逆に圧力上限
値を小さくし、レシーバタンク圧力変動を小さくするよ
う動作する。

さらに、上記第３の発明の技術的手段によれば。

サージング点設定回路は、各圧力に対する遠心圧縮機最
小流量を、圧縮機の特性に合わせて設定するようにした
ため、プラント必要圧力が変化する場合には、遠心圧縮
機の入口ガイドベーン制御による風量調整を各圧力に対
し効率よく行い、また遠心圧縮機のサージングを確実に
回避するように動作する。

［実施例］ 以下、本発明の一実施例を第１図ないし第６図を参照し
て説明する。

第１図は、本発明の一実施例に係る遠心圧縮機の容量制
御装置の略示系統図、第３図は、第１図のベーン制御装
置における負荷・無負荷運転制御回路図、第４図は、第
１図のレシーバタンクの圧力変化特性図、第５図は、第
１図のベーン制御装置におけるサージ点設定回路図、第
６図は、サージ特性図である。

第１図に示す遠心圧縮機の容量制御装置では、遠心圧縮
機１は、吸込風量を制御する入口ガイドベーン２、放風
量を制御する放風弁３、および圧縮気体を溜めるレシー
バタンク４を備えている。

ベーン制御装置５は、前記入口ガイドベーン２および放
風弁３を制御する。逆止弁６は、前記レシ−バタンク４
側から前記遠心圧縮機１側への逆流を防止する。

ベーン制御装置５には、負荷・無負荷運転制御回路が設
けられており、以下その回路の一例を第３図を参照して
説明する。

第３図において、５ａは、レシーバタンク４の内部圧力
の上限値を設定する圧力上限判定回路、５ｂは、レシー
バタンク４の内部圧力の下限値を設定する圧力下限判定
回路、５ｃは、ベーン開度制御部である。

圧力上限判定回路５ａは、レシーバタンクの圧力上限を
検出し、圧力下限判定回路５ｂは、圧力下限を検出する
。そして、ベーン開度制御部５ｃにより、プラント必要
風量が遠心圧縮機１の最小風量Ｑｂ以下になったとを検
出する。

需要側のプラント必要風量が遠心圧縮機１の最小風量Ｑ
ｂ以下（第２図参照）の場合には、まず、放風弁開度指
令を全開とし、次に入口ガイドベーン開度指令を全閉と
する。すなわち、放風弁３が全開、入ロガイトベーンが
全開となり、遠心圧縮機１は無負荷運転となる。

ここで、入口ガイドベーン２を全閉、放射弁３を全開に
すると、遠心圧縮機１の吸込側が低圧力となり、吐出側
の方が圧力が高いため、遠心圧縮機１はサージングを引
きおこす。このため通常。

入口ガイドベーン２は、無負荷運転中でも全開にしない
で、サージングにならない開度を止める。

ここでは便宜上このような状態を全閉と呼ぶことにする
。

また、遠心圧縮機１の無負荷運転中は、レシーバタンク
４の圧力が高いため、逆止弁６により。

レシーバタンク４から遠心圧縮機１への気体の逆流を防
止する。

そこで、レシーバタンク４の内部圧力は、時間経過によ
って低下し、圧力下限判定回路５ｂにより下限時の判定
が行われる。すなわちレシーバタンク４の内部圧力が低
下して設定下限に達したときは、ベーン開度指令を全開
とし、次に放風弁開度指令を全閉とする。すなわち、入
口ガイドベーン２が全開、放風弁３が全閉となり、遠心
圧縮機１は負荷運転となる。

そして、レシーバタンク圧力の上限を圧力上限判定回路
５ａにより検出し、放風弁開度指令を全開、入口ガイド
ベーン開度指令を全閉とし、遠心圧縮機１を無負荷運転
する。

以後、負荷・無負荷運転を繰り返すことにより。

レシーバタンク圧力を一定範囲内に保つ。また、負荷・
無負荷運転を繰り返すことにより平均動力を低減するこ
とができるため、最小風量Ｑｂ以下で消費電力を低減す
ることができる。第２図に、動力Ｗの低下の状態を破線
で示している。

また、第４図において、レシーバタンク４の圧力下限値
がＰｏｔ圧力上限値がＰ□の場合に、レシーバタンク内
部圧力が負荷運転によりＰｏからＰｌに達し、さらに無
負荷運転によりＰ工からＰｏになるまでの圧力変動周期
Ｔ、−Ｔ１が短い場合、入口ガイドベーン２および放風
弁３の動作が頻繁となり、これらの寿命を縮めることに
なる。

このため、圧力変動周期Ｔ２−Ｔ１が、入口ガイドベー
ン２および放風弁３の動作寿命より決まる圧力変動周期
Ｔｓ以下である場合には、圧力上限判定回路５ａの判定
値をＰ、→Ｐ２と変化させる。この場合の圧力変動周期
Ｔ、−Ｔ、が前記Ｔｓよりまだ短い場合は、さらに圧力
上限判定回路５ａの判定値をＰ２→Ｐ、と変化させ、圧
力変動周期Ｔ４−　Ｔ。

を前記Ｔｓより長くさせる。

このように、レシーバタンク４の圧力変動周期が、入口
ガイドベーン２および放風弁３の動作寿命により決まる
圧力変動周期Ｔｓより長くなるように圧力上限判定回路
５ａの判定値をＰ工→Ｐ２→Ｐ。

と変化させることにより、入口ガイドベーン２および放
風弁３の頻繁な動作を防止し、長゛寿命化を図ることが
できる。

さらに１図示しないが、圧力変動の周期が前記Ｔｓより
長いときは逆に圧力上限値を小さくして前記レシーバタ
ンク４の圧力変動を小さくするものである。

次に、第５図にサージング点設定回路を示す。

前記の負荷・無負荷運転を行わない遠心圧縮機１の制御
においては、第２図に示したサージングライン以上の風
量で使用するのが効率がよい。このため、できるだけ圧
縮機の特性に合わせたサージラインとする必要がある。

第５図において、サージング点設定回路５ｅは、圧力（
風圧）Ｐからサージング点を関数ｆ　（Ｐ）により設定
する回路である。比較器５ｄは、サージング点設定回路
５ｅにより設定したサージング点と風量を比較し、サー
ジング点に到達することを判定する。これにより、第６
図中のサージラインＣのように関数ｆ　（Ｐ）を設定す
ることにより。

サージラインを圧縮機の特性に合わせて設定できるため
、第２図に示したサージラインに相当する２点鎖線のサ
ージラインＳのような直線の場合とくらべ、斜線部の分
、遠心圧縮機１をサージライン以上の風量で使用するこ
とができる。

また、サージラインは、ｆ　（Ｐ）の設定により曲線に
することも可能であり、遠心圧縮機の各圧力に対するサ
ージング点の軌跡と一致させれば、最高効率で使用でき
る。

［発明の効果コ 以上詳細に説明したように１本発明によれば、次の効果
がある。

（１）需要側のプラントが必要とする風量が、遠心圧縮
機の最小風量以下となったときにも圧縮機動力を低減さ
せ、消費電力を低減することを可能にする遠心圧縮機の
容量制御装置を提供することができる。

（２）レシーバタンクの圧力変動周期に応じて圧力上限
値を可変にしたので、圧力ガイドベーンの頻繁な動作に
よるハンチングを防止しうる遠心圧縮機の容量制御装置
を提供することができる。

（３）サージラインを必要圧力により設定できるので、
サージングを防止し、圧縮機を高効率で使用しうる遠心
圧縮機の容量制御装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例に係る遠心圧縮機の容量制
御装置の略示系統図、第２図は、一般的な遠心圧縮機の
性能特性図、第３図は、第１図のベーン制御装置におけ
る負荷・無負荷運転制御回路図、第４図は、第１図のレ
シーバタンクの圧力変化特性図、第５図は、第１図のベ
ーン制御装置におけるサージ点設定回路図、第６図は、
サージ特性図である。 １・・・遠心圧縮機、２・・・入口ガイドベーン、３・
・・放風弁、４・・・レシーバタンク、５・・・ベーン
制御装置、５ａ・・・圧力上限判定回路、５ｂ・・・圧
力下限判定回路、５ｃ・・・ベーン開度制御部、５ｅ・
・・サージング点設定回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、吸込風量を制御する入口ガイドベーンと、放風量を
   制御する放風弁と、圧縮気体を溜めるレシーバタンクと
   を有する遠心圧縮機において、前記入口ガイドベーンお
   よび前記放風弁を制御するベーン制御装置を設け、 需要側の必要風量が遠心圧縮機の最小風量以下のときは
   、前記放風弁を全開にし前記入口ガイドベーンを全閉に
   して当該遠心圧縮機を無負荷運転し、前記レシーバタン
   ク内部圧力が低下して設定下限に達したときは、前記入
   口ガイドベーンを全開にし前記放風弁を全閉にして負荷
   運転を行うように、前記ベーン制御装置に負荷・無負荷
   制御回路を設けた ことを特徴とする遠心圧縮機の容量制御装置。 ２、吸込風量を制御する入口ガイドベーンと、放風量を
   制御する放風弁と、圧縮気体を溜めるレシーバタンクと
   を有する遠心圧縮機において、前記入口ガイドベーンお
   よび前記放風弁を制御するベーン制御装置を設け、 このベーン制御装置に、前記レシーバタンクの圧力変動
   に対応して圧力上限値および下限値を設定する回路を設
   け、 前記レシーバタンクの圧力変動の周期が短いときは圧力
   上限値を大きくして前記入口ガイドベーンの動作を少な
   くし、前記圧力変動の周期が長いときは圧力上限値を小
   さくして前記レシーバタンクの圧力変動を小さくするよ
   うに制御回路を構成した ことを特徴とする遠心圧縮機の容量制御装置。 ３、ベーン制御装置に、遠心圧縮機の風圧からサージ点
   を設定して最小風量を求める回路を設けたことを特徴と
   する請求項１または２記載のいずれかの遠心圧縮機の容
   量制御装置。