JPH0418157B2 - - Google Patents

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JPH0418157B2
JPH0418157B2 JP6270487A JP6270487A JPH0418157B2 JP H0418157 B2 JPH0418157 B2 JP H0418157B2 JP 6270487 A JP6270487 A JP 6270487A JP 6270487 A JP6270487 A JP 6270487A JP H0418157 B2 JPH0418157 B2 JP H0418157B2
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JP
Japan
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control
flow rate
rotation speed
vane
compressor
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Application number
JP6270487A
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Japanese (ja)
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JPS63230997A (en
Inventor
Yoshiteru Fukao
Fumitada Kano
Junpei Ikeda
Hiroshi Terai
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Kobe Steel Ltd
Original Assignee
Kobe Steel Ltd
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Publication date
Application filed by Kobe Steel Ltd filed Critical Kobe Steel Ltd
Priority to JP6270487A priority Critical patent/JPS63230997A/en
Publication of JPS63230997A publication Critical patent/JPS63230997A/en
Publication of JPH0418157B2 publication Critical patent/JPH0418157B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、酸素製造プラントや各種プラントに
おいて用いられる原料空気圧縮機,工場空気源用
圧縮機,化学プラント用ガス圧縮機の遠心圧縮機
の容量,圧力を制御するための装置に関するもの
である。
[Detailed Description of the Invention] [Field of Industrial Application] The present invention relates to centrifugal compressors for raw air compressors, factory air source compressors, and gas compressors for chemical plants used in oxygen production plants and various other plants. This relates to devices for controlling volume and pressure.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

一般に、酸素製造プラントや各種プラントにお
ける遠心圧縮機としては多段構成のものが用いら
れている。このような多段遠心圧縮機において、
第9図に示すように、遠心圧縮機1は、駆動機2
からの回転を増速する動力伝達歯車3によつて駆
動される第1段目圧縮機4,第2段目圧縮機5,
第3段目圧縮機6および第4段目圧縮機7をそな
えるとともに、圧縮機4,5間に中間冷却器8
を、圧縮機5,6間に中間冷却器9を、また圧縮
機6,7間に中間冷却器10をそなえて構成され
ている。なお、圧縮機4と5および圧縮機6と7
はそれぞれ同一軸端にオーバハングされている。
Generally, centrifugal compressors in oxygen production plants and various other plants have a multi-stage configuration. In such a multistage centrifugal compressor,
As shown in FIG. 9, the centrifugal compressor 1 has a drive unit 2.
A first stage compressor 4, a second stage compressor 5, which are driven by a power transmission gear 3 that accelerates the rotation from
A third stage compressor 6 and a fourth stage compressor 7 are provided, and an intercooler 8 is provided between the compressors 4 and 5.
An intercooler 9 is provided between the compressors 5 and 6, and an intercooler 10 is provided between the compressors 6 and 7. In addition, compressors 4 and 5 and compressors 6 and 7
are overhanging the same axial end.

このような遠心圧縮機1においては、第1段目
の圧縮機4に吸い込まれた空気は、各圧縮機5〜
7および中間冷却器8〜10によつて順次圧縮お
よび冷却され、第4段目の圧縮機7からプロセス
に送出されるようになつている。
In such a centrifugal compressor 1, the air sucked into the first stage compressor 4 is transferred to each compressor 5 to
7 and intercoolers 8 to 10, and is sequentially compressed and cooled, and then sent to the process from the fourth stage compressor 7.

そして、各段の圧縮機4〜7の入口側には、角
度可変式の入口ガイドベーン(GV)11〜14
が設けられ、これらの入口ガイドベーン11〜1
4の角度を調整することにより、各圧縮機4〜7
に流入する空気容量を調整できるようになつてい
る。また、各段の圧縮機4〜7の出口側には、デ
イフユーザベーン(DV)15〜18が設けられ
ており、これらのデイフユーザベーン15〜18
の角度を調整することによつて、各圧縮機4〜7
から流出する空気容量を調整できるようになつて
いる。
On the inlet side of each stage of compressors 4 to 7, angle-variable inlet guide vanes (GV) 11 to 14 are installed.
are provided, and these inlet guide vanes 11-1
By adjusting the angle of 4, each compressor 4-7
It is possible to adjust the amount of air flowing into the tank. In addition, differential user vanes (DV) 15 to 18 are provided on the outlet side of the compressors 4 to 7 in each stage, and these differential user vanes 15 to 18
By adjusting the angle of each compressor 4-7
It is possible to adjust the amount of air flowing out of the

これらの入口ガイドベーン11〜14およびデ
イフユーザベーン15〜18の角度は、それぞれ
駆動装置19によつて任意の値に調整される。
The angles of these entrance guide vanes 11 to 14 and diffuser vanes 15 to 18 are each adjusted to arbitrary values by a drive device 19.

さらに、この遠心圧縮機1全体もしくは各段の
圧縮機4〜7の運転状態、例えば、空気流量,温
度,圧力等の運転状態量は、それぞれ、流量セン
サ20,温度センサ21,圧力センサ22などの
検出手段によつて検出される。そして、各センサ
20〜22と駆動装置19との間には、制御装置
23が設けられている。
Further, the operating state of the entire centrifugal compressor 1 or the compressors 4 to 7 in each stage, for example, operating state quantities such as air flow rate, temperature, and pressure, are determined by a flow rate sensor 20, a temperature sensor 21, a pressure sensor 22, etc., respectively. is detected by the detection means. A control device 23 is provided between each of the sensors 20 to 22 and the drive device 19.

上述のような多段遠心圧縮機を、各種の運転条
件に応じ常に所定の空気容量(流量)を最適運転
効率で得られるよう制御すべく、従来、第10図
に示すような制御手段が開示されている(特開昭
55−60692号公報)。この制御手段においては、遠
心圧縮機1全体もしくは各段の圧縮機4〜7にお
ける空気流量,温度,圧力等によつて表した各種
の運転状態に対して最適運転状態を実現するため
の操作量として、各段の入口ガイドベーン11〜
14およびデイフユーザベーン15〜18の角度
の最適な組合せ値を、予め制御装置23内の記憶
部にプログラムして記憶させておく(ステツプ
S0)。
Conventionally, a control means as shown in FIG. 10 has been disclosed in order to control the above-mentioned multistage centrifugal compressor so that a predetermined air capacity (flow rate) can always be obtained with optimum operating efficiency according to various operating conditions. (Tokukaisho
55-60692). In this control means, the operation amount is controlled to achieve the optimum operating state for various operating states expressed by air flow rate, temperature, pressure, etc. in the entire centrifugal compressor 1 or the compressors 4 to 7 in each stage. As, each stage inlet guide vane 11~
14 and the angles of the diffuser vanes 15 to 18 are programmed and stored in advance in the storage section of the control device 23 (step
S0).

そして、第10図に示すように、制御装置23
は、センサ20〜22から状態検出値を受ける
と、その検出値から現在の多段遠心圧縮機の運転
状態を演算して監視する(ステツプS1)ととも
に、その運転状態に対応し、予め決定しておいた
操作プログラム(ベーン角度の合せ値)照合し最
適運転効率実現できるような操作量求めて、この
操作量を駆動装置19に出力する(ステツプ
S2)。
Then, as shown in FIG. 10, the control device 23
When the system receives the state detection values from the sensors 20 to 22, it calculates and monitors the current operating state of the multistage centrifugal compressor from the detected values (step S1), and also performs predetermined operations corresponding to the operating state. The set operation program (combined value of vane angle) is compared to find the amount of operation that can achieve the optimum operating efficiency, and this amount of operation is output to the drive device 19 (step
S2).

この後、センサ20〜22からの状態検出値を
もとに演算される運転状態が予め求めれた最適運
転効率状態であるか否か判定される(ステツプ
S3)。最適運転効率状態であると判定されると、
その時点で制御を終了し選択された操作プログラ
ムでのベーン角度を維持する一方、その運転状態
が最適状態ではないと判定されると、選択された
操作プログラムによる制御出力(ベーン角度)を
修正して出力しなおし(ステツプS4)、状態検出
値から効率が向上したか否かを判定する(ステツ
プS5)。
Thereafter, it is determined whether the operating state calculated based on the state detection values from the sensors 20 to 22 is the optimal operating efficiency state determined in advance (step
S3). When it is determined that the optimum operating efficiency state is reached,
At that point, the control is terminated and the vane angle according to the selected operation program is maintained; however, if it is determined that the operating condition is not optimal, the control output (vane angle) according to the selected operation program is corrected. The output is re-outputted (step S4), and it is determined from the state detection value whether the efficiency has improved (step S5).

このようにして、各段の運転状態をフイードバ
ツクせしめ、予めプログラムされた各段の入口ガ
イドベーン11〜14およびデイフユーザベーン
15〜18の角度の組合せが最適が否かを監視
し、経年変化や性能変化等の運転状態の変化に対
応して常時最適運転効率が得られるように、操作
プログラムにおけるベーン角度の組合せを修正す
る制御が行なわれる(ステツプS6)。
In this way, the operating status of each stage is fed back, and the angle combination of the inlet guide vanes 11 to 14 and diffuser vanes 15 to 18 of each stage programmed in advance is monitored to see if it is optimal or not. Control is performed to correct the combination of vane angles in the operating program so that optimal operating efficiency can be obtained at all times in response to changes in operating conditions such as changes in performance and performance (step S6).

ところで、多段遠心圧縮機を、各種の運転条件
に応じ常に所定の空気容量を最適運転効率で得ら
れるように制御するために、上述のごとく入口ガ
イドベーン11〜14およびデイフユーザベーン
15〜18の角度を制御する手段のほかに、従
来、第11図に示すような制御手段も開示されて
いる(特開昭56−66490号公報)。この制御手段
は、入口ガイドベーン11〜14およびデイフユ
ーザベーン15〜18の角度を制御する代わり
に、入口ガイドベーン11(第9図参照)の角度
と駆動機2(第9図参照)の回転数とを制御する
もので、第11図に示すように、入口ガイドベー
ン11のみの角度を調整する駆動装置19Aと、
駆動機2の回転数を検出するための回転数センサ
24と、駆動機2の回転数を制御するための駆動
機制御装置25とがそなえられている。そして、
遠心圧縮機全体もしくは各段の圧縮機4〜7にお
ける空気流量,温度,圧力等によつて表した各種
の運転状態に対して最適運転状態を実現するため
の操作量として、入口ガイドベーン11の角度と
駆動機2の回転数との最適な組合せ値の操作表
(吸込流量に対応して、最適な運転効率を得るた
めの入口ガイドベーン11の角度と駆動機2の回
転数とを与えたもの)を、予め、制御装置23A
内の記憶部26にプログラムして記憶させてお
く。
By the way, in order to control the multistage centrifugal compressor so that a predetermined air capacity can always be obtained with optimum operating efficiency according to various operating conditions, the inlet guide vanes 11 to 14 and the diffuser vanes 15 to 18 are used as described above. In addition to the means for controlling the angle of , a control means as shown in FIG. 11 has also been disclosed (Japanese Patent Laid-Open No. 56-66490). This control means controls the angle of the inlet guide vane 11 (see FIG. 9) and the driving machine 2 (see FIG. 9) instead of controlling the angle of the inlet guide vanes 11 to 14 and the differential user vanes 15 to 18. A drive device 19A that controls the rotation speed and adjusts the angle of only the inlet guide vane 11, as shown in FIG.
A rotation speed sensor 24 for detecting the rotation speed of the drive machine 2 and a drive machine control device 25 for controlling the rotation speed of the drive machine 2 are provided. and,
The amount of operation of the inlet guide vane 11 is determined as a manipulated variable for realizing the optimum operating state for various operating states expressed by air flow rate, temperature, pressure, etc. in the entire centrifugal compressor or the compressors 4 to 7 of each stage. Operation table for optimal combination values of angle and rotation speed of drive machine 2 (corresponding to the suction flow rate, the angle of the inlet guide vane 11 and the rotation speed of the drive machine 2 are given to obtain the optimum operating efficiency) control device 23A in advance.
It is programmed and stored in the storage unit 26 inside.

そして、第11図に示すように、制御装置23
Aは、センサ20〜22,24から状態検出値を
受けると、その検出値から現在の多段遠心圧縮機
の運転状態(運転条件や吸込流量など)を演算し
て監視する(ステツプT1)とともに、その運転
状態に対応し、特に運転条件の変化によつて吸込
流量が変化した場合、記憶部26における操作表
に基づいて、最適運転効率を実現できるような操
作量が求められ、その操作量が駆動装置19Aお
よび駆動機制御装置25に出力される。
Then, as shown in FIG. 11, the control device 23
Upon receiving the state detection values from the sensors 20 to 22, 24, A calculates and monitors the current operating state (operating conditions, suction flow rate, etc.) of the multistage centrifugal compressor from the detected values (step T1). Corresponding to the operating state, especially when the suction flow rate changes due to a change in operating conditions, the operating amount that can realize the optimum operating efficiency is determined based on the operating table in the storage unit 26, and the operating amount is It is output to the drive device 19A and the drive machine control device 25.

即ち、現時点における駆動機2および入口ガイ
ドベーン11の操作状態が、記憶部26における
操作表と比較され(ステツプT2)、その比較結果
から最適運転効率状態であるか否かが判定される
(ステツプT3)。
That is, the operating states of the drive machine 2 and the inlet guide vane 11 at the present time are compared with the operating table in the storage section 26 (step T2), and it is determined from the comparison result whether or not the operating efficiency is optimal (step T2). T3).

このとき、最適運転効率状態であると判定され
れば、その時点で制御を終了し操作状態(ベーン
角度および回転数)を維持する一方、最適運転効
率状態ではないと判定されると、入口ガイドベー
ン11の角度および駆動機2の回転数が、操作表
に基づいて修正された後、得られた操作量が駆動
装置19Aおよび駆動機制御装置25に出力され
る(ステツプT4)。
At this time, if it is determined that the operating efficiency is optimal, the control is terminated at that point and the operating state (vane angle and rotation speed) is maintained; however, if it is determined that the operating efficiency is not optimal, the inlet guide After the angle of the vane 11 and the rotational speed of the drive machine 2 are corrected based on the operation table, the obtained operation amount is output to the drive device 19A and the drive machine control device 25 (step T4).

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

しかしながら、上述のような従来の遠心圧縮機
の制御手段では、入口ガイドベーン11〜14の
角度とデイフユーザベーン15〜18の角度との
組合せ、または、入口ガイドベーン11の角度と
駆動機2の回転数との組合せにより、予め設定さ
れた操作プログラムまたは操作表に基づいてデイ
スクリートな操作量による制御しか行なえないの
で、特に流量制御を行なうに際しては、流量制御
範囲が広く、且つ、運転効率の高い制御をするこ
とができない(第8図参照)という問題点があ
る。
However, in the conventional centrifugal compressor control means as described above, the combination of the angles of the inlet guide vanes 11 to 14 and the angles of the diffuser vanes 15 to 18, or the combination of the angle of the inlet guide vanes 11 and the driver 2 In combination with the rotational speed of There is a problem in that it is not possible to perform high-level control (see FIG. 8).

そこで、入口ガイドベーン11〜14の角度,
デイフユーザベーン15〜18の角度および駆動
機2の回転数を同時に制御することも考えられる
が、この場合、制御要素が多くなり過ぎ、実際に
制御を実現するのは困難である。
Therefore, the angle of the entrance guide vanes 11 to 14,
Although it is conceivable to simultaneously control the angles of the diffuser vanes 15 to 18 and the rotation speed of the drive machine 2, in this case, the number of control elements becomes too large and it is difficult to actually realize the control.

本発明は、このような問題点の解決をはかろう
とするもので、駆動機の回転数制御と入口ガイド
ベーンおよびデイフユーザベーンの角度制御とを
適宜選択して行なうことにより、広い流量範囲に
亘り極めて高い運転効率で流量制御を行なえるよ
うにした遠心圧縮機の制御装置を提供することを
目的とする。
The present invention aims to solve these problems, and by appropriately selecting and controlling the rotational speed of the drive machine and the angle control of the inlet guide vane and the diffuser vane, a wide flow range can be achieved. It is an object of the present invention to provide a control device for a centrifugal compressor that can control flow rate with extremely high operating efficiency over the entire range.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

このため、本発明の遠心圧縮機の制御装置は、
圧縮機回転数を検出する圧縮機検出手段と、上記
遠心圧縮機における流量,効率等の運転状態を検
出する運転状態検出手段と、上記遠心圧縮機の回
転数を制御する圧縮機制御手段と、上記の入口ガ
イドベーンおよびデイフユーザベーンの角度をそ
れぞれ制御するベーン角度制御手段とをそなえ、
流量制御において上記遠心圧縮機における流量お
よび効率をそれぞれ目標流量および最適効率点と
すべく、上記の回転数検出手段および運転状態検
出手段からの検出信号に基づいて上記の回転数制
御手段とベーン角度制御手段とを適宜選択する選
択制御手段を設けたものである。
Therefore, the centrifugal compressor control device of the present invention
Compressor detection means for detecting a compressor rotation speed; operating state detection means for detecting operating conditions such as flow rate and efficiency in the centrifugal compressor; and compressor control means for controlling the rotation speed of the centrifugal compressor; vane angle control means for controlling the angles of the inlet guide vane and the diffuser vane, respectively;
In order to set the flow rate and efficiency of the centrifugal compressor to the target flow rate and optimum efficiency point, respectively, in the flow rate control, the rotation speed control means and the vane angle are adjusted based on the detection signals from the rotation speed detection means and the operating state detection means. A selection control means for appropriately selecting the control means is provided.

〔作用〕[Effect]

上述の本発明の遠心圧縮機の制御装置では、回
転数検出手段および運転状態検出手段からの検出
信号に基づき選択制御手段により回転数制御手段
とベーン角度制御手段とを適宜選択して制御モー
ドを切り替えることによつて、流量制御におい
て、効率を最適なものとしながら遠心圧縮機にお
ける流量が目標流量となるように制御される。
In the centrifugal compressor control device of the present invention described above, the selection control means appropriately selects the rotation speed control means and the vane angle control means based on the detection signals from the rotation speed detection means and the operating state detection means to set the control mode. By switching, in flow rate control, the flow rate in the centrifugal compressor is controlled to be the target flow rate while optimizing efficiency.

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

以下、図面により本発明の一実施例としての遠
心圧縮機の制御装置について説明すると、第1図
はそのブロツク図であり、この第1図において、
第9,11図中の符号と同一のもはほぼ同様の部
分を示しているので、その説明は省略する。ただ
し、第1図における本実施例の制御装置が適用さ
れる多段遠心圧縮機では、圧縮機4〜7が全て同
一軸上に配列され動力伝達歯車3が省略されてい
る点が、第9図における多段遠心圧縮機と異なつ
ているが、第9図における多段遠心圧縮機にも本
装置を適用することができる。
Hereinafter, a control device for a centrifugal compressor as an embodiment of the present invention will be explained with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram thereof, and in this FIG.
The same reference numerals as in FIGS. 9 and 11 indicate substantially the same parts, so the explanation thereof will be omitted. However, in the multistage centrifugal compressor to which the control device of the present embodiment shown in FIG. 1 is applied, the compressors 4 to 7 are all arranged on the same axis and the power transmission gear 3 is omitted, as shown in FIG. Although it is different from the multistage centrifugal compressor shown in FIG. 9, the present device can also be applied to the multistage centrifugal compressor shown in FIG.

第1図に示すように、本実施例では、入口ガイ
ドベーン(GV)11〜14はそれぞれ入口ガイ
ドベーン駆動装置19a〜19dにより駆動され
るとともに、デイフユーザベーン(DV)15〜
18はそれぞれデイフユーザベーン駆動装置19
e〜19hにより駆動されるようになつている。
また、センサとしては、運転状態検出手段として
の流量センサ20,温度センサ21,圧力センサ
22のほかに、圧縮機回転数を検出する回転数検
出手段としての回転数センサ24と、湿度センサ
27とが設けられている。
As shown in FIG. 1, in this embodiment, inlet guide vanes (GV) 11 to 14 are driven by inlet guide vane drive devices 19a to 19d, respectively, and diffuser vanes (DV) 15 to
18 are respective differential user vane drive devices 19
e to 19h.
In addition to the flow rate sensor 20, temperature sensor 21, and pressure sensor 22 as operating state detection means, the sensors include a rotation speed sensor 24 as rotation speed detection means for detecting the compressor rotation speed, and a humidity sensor 27. is provided.

そして、センサ20〜22,24,27からの
検出信号は、すべて制御装置28へ入力されるよ
うになつている。この制御装置28は、遠心圧縮
機1の回転数を制御すべく駆動機2への制御信号
を演算して出力する回転数制御手段としての回転
数制御演算部29と、入口ガイドベーン11〜1
4およびデイフユーザベーン15〜18の角度を
それぞれ制御すべく各駆動装置19a〜19hへ
の制御信号を演算して出力するベーン角度制御手
段としてのベーン角度制御演算部30と、2段階
制御手段,流量減量時制御モード切替手段かつ流
量増量時制御モード切替手段としての機能を有す
る選択制御手段としての中央制御演算部31と、
同中央制御演算部31に制御指令信号を入力する
ための制御指令入力部32とから構成されてい
る。
All detection signals from the sensors 20 to 22, 24, and 27 are input to the control device 28. This control device 28 includes a rotation speed control calculation unit 29 as rotation speed control means that calculates and outputs a control signal to the drive machine 2 in order to control the rotation speed of the centrifugal compressor 1, and
a vane angle control calculation unit 30 as a vane angle control means for calculating and outputting control signals to each of the drive devices 19a to 19h to control the angles of the vanes 4 and the differential user vanes 15 to 18, respectively; and a two-stage control means , a central control calculation unit 31 as a selection control means having the functions of a control mode switching means for reducing the flow rate and a control mode switching means for increasing the flow rate;
It is comprised of a control command input section 32 for inputting control command signals to the central control calculation section 31.

ここで、中央制御演算部31は、センサ20〜
22,24,27からの検出信号を受けこれらの
検出信号から多段遠心圧縮機の運転状態を演算し
てこれらの検出信号および運転状態信号を回転数
制御演算部29およびベーン角度制御演算部30
へ出力する機能をもつとともに、後述する2段階
制御機能,流量減量時制御モード切替機能,流量
増量時制御モード切替機能および流量一定保持制
御機能をもつている。
Here, the central control calculation unit 31 controls the sensors 20 to
22, 24, and 27, calculates the operating state of the multistage centrifugal compressor from these detection signals, and sends these detection signals and operating state signals to a rotation speed control calculation unit 29 and a vane angle control calculation unit 30.
It also has a two-stage control function, a control mode switching function when the flow rate is reduced, a control mode switching function when the flow rate is increasing, and a constant flow rate maintenance control function, which will be described later.

即ち、中央制御演算部31に制御指令入力部3
2から流量の変更要求が入力されている場合に
は、中央制御演算部31の2段階制御機能によ
り、回転数センサ24からの圧縮機回転数が設定
値よりも大きいときは、回転数制御演算部29に
よる駆動機2の回転数制御(1次制御)を行つた
後、ベーン角度制御演算部30による入口ガイド
ベーン11〜14およびデイフユーザベーン15
〜18の角度制御(2次制御)が行なわれるよう
になつている。
That is, the control command input section 3 is input to the central control calculation section 31.
If a flow rate change request is input from 2, the two-step control function of the central control calculation unit 31 causes the rotation speed control calculation to be performed when the compressor rotation speed from the rotation speed sensor 24 is larger than the set value. After the rotation speed control (primary control) of the drive machine 2 is performed by the section 29, the vane angle control calculation section 30 controls the inlet guide vanes 11 to 14 and the differential user vane 15.
-18 angle controls (secondary controls) are performed.

そして、特に、上記流量の変更要求が減量要求
である場合には、1次制御の回転数制御により上
記圧縮機回転数が設定値になると、中央制御演算
部31の流量減量時制御モード切替機能により、
この圧縮機回転数を維持しながら、2段階制御機
能になる制御モードからベーン角度制御演算部3
0による入口ガイドベーン11〜14およびデイ
フユーザベーン15〜18の角度制御モードに切
り替えられるようになつている。ここで、上記圧
縮機回転数の設定値は、回転数制御によつてサー
ジングを生じることなく高効率を得ることのでき
る最小回転数として与えられる。
In particular, when the flow rate change request is a reduction request, when the compressor rotation speed reaches the set value by the rotation speed control of the primary control, the central control calculation unit 31 functions to switch the flow reduction control mode. According to
While maintaining this compressor rotation speed, the vane angle control calculation unit 3 changes from the control mode to the two-step control function.
The angle control mode of the inlet guide vanes 11 to 14 and the diffuser vanes 15 to 18 can be switched by 0. Here, the set value of the compressor rotation speed is given as the minimum rotation speed at which high efficiency can be obtained through rotation speed control without causing surging.

また、特に、上記流量の変更要求が増量要求で
ある場合には、中央制御演算部31の流量増量時
制御モード切替機能により、上記圧縮機回転数が
上記設定値であるときはこの圧縮機回転数を維持
しながらベーン角度制御演算部30によるベーン
角度制御モードとされ、このベーン角度制御モー
ドによつて増量された流量が所定の上限値となる
と、上記2段階制御機能による制御モードに切り
替えられ、回転数制御(1次制御)およびベーン
角度制御(2次制御)が行なわれるようになつて
いる。ここで、上記流量の上限値は、上記最小回
転数の状態でベーン角度制御モードにより得られ
る最大流量として与えられる。
In particular, when the flow rate change request is an increase request, the control mode switching function for flow rate increase of the central control calculation unit 31 causes the compressor rotation speed to change when the compressor rotation speed is at the set value. When the flow rate increased by the vane angle control mode reaches a predetermined upper limit value, the control mode is switched to the control mode using the two-step control function. , rotational speed control (primary control) and vane angle control (secondary control). Here, the upper limit value of the flow rate is given as the maximum flow rate obtained in the vane angle control mode at the minimum rotation speed.

なお、回転数制御演算部29は、中央制御演算
部31からの運転状態信号に基づき目標流量に近
づきうる最適の回転数制御量を演算する制御量演
算部29aと、この制御量演算部29aからの回
転数制御量に基づき実際に圧縮機回転数を制御す
べく駆動機2の操作量を演算する操作量演算部2
9bとから構成されている。同様に、ベーン角度
制御演算部30は、中央制御演算部31からの運
転状態信号に基づき最適効率状態を保ちながら目
標流量に近づきうる最適のベーン角度制御量を演
算する制御量演算部30aと、この制御量演算部
30aからのベーン角度制御量に基づき実際に各
ベーン角度を制御すべく駆動装置19a〜19h
の各操作量を演算する操作量演算部30bとから
構成されている。
Note that the rotational speed control calculation section 29 includes a control amount calculation section 29a that calculates an optimal rotational speed control amount that can approach the target flow rate based on the operating state signal from the central control calculation section 31, and a control amount calculation section 29a that calculates an optimal rotational speed control amount that can approach the target flow rate. A manipulated variable calculation unit 2 that calculates the manipulated variable of the drive machine 2 to actually control the compressor rotation speed based on the rotation speed control amount.
9b. Similarly, the vane angle control calculation section 30 includes a control amount calculation section 30a that calculates an optimal vane angle control amount that can approach the target flow rate while maintaining the optimum efficiency state based on the operating state signal from the central control calculation section 31; The drive devices 19a to 19h actually control each vane angle based on the vane angle control amount from the control amount calculating section 30a.
and a manipulated variable calculating section 30b that calculates each manipulated variable.

次に、本実施例による遠心圧縮機の制御装置の
動作について第2〜8図を用いて説明する。
Next, the operation of the centrifugal compressor control device according to this embodiment will be explained using FIGS. 2 to 8.

まず、本実施例の遠心圧縮機1において流量を
変更制御する場合には、制御装置28の制御指令
入力部32において目標流量QPが設定され、こ
の目標流量QPが制御信号として中央制御演算部
31へ入力される。この中央制御演算部31にお
いては、入力された目標流量QPが現在流量Qよ
りも小さければ流量減量要求信号が入力されたと
判断して2段階制御機能または流量減量時制御モ
ード切替機能が動作する一方、入力された目標流
量QPが現在流量Qよりも大きければ流量増量要
求信号が入力されたと判断して2段階制御機能ま
たは流量増量時制御モード切替機能が動作する。
First, when changing and controlling the flow rate in the centrifugal compressor 1 of this embodiment, a target flow rate QP is set in the control command input section 32 of the control device 28, and this target flow rate QP is used as a control signal for central control calculation. The information is input to the section 31. If the input target flow rate Q P is smaller than the current flow rate Q, the central control calculation unit 31 determines that a flow rate reduction request signal has been input, and operates the two-step control function or the flow rate reduction control mode switching function. On the other hand, if the input target flow rate Q P is larger than the current flow rate Q, it is determined that a flow rate increase request signal has been input, and the two-step control function or the control mode switching function when increasing the flow rate is operated.

流量を減量変更する際には、第2図aに示すよ
うに、中央制御演算部31において、上述のごと
く目標流量Qから流量減量要求であることを判断
してから(ステツプA1)、回転数センサ24によ
り検出された圧縮機回転数が予め設定された最小
回転数よりも大きいか否かが判定される(ステツ
プA2)。
When changing the flow rate to decrease, as shown in FIG. It is determined whether the compressor rotation speed detected by the sensor 24 is larger than a preset minimum rotation speed (step A2).

そして、上記圧縮機回転数が最小回転数よりも
大きい場合には、中央制御演算部31からの運転
状態信号をもとに回転数制御演算部29により駆
動機2の回転数を減少制御し(ステツプA3)、こ
の回転数制御により変更された流量Qと、目標流
量QPとの差が回転数制御での流量許容値ΔQRPM
りも小さいか否かを中央制御演算部31において
判定する(ステツプA4)。
When the compressor rotation speed is higher than the minimum rotation speed, the rotation speed of the drive machine 2 is controlled to decrease by the rotation speed control calculation section 29 based on the operating state signal from the central control calculation section 31 ( Step A3), the central control calculation unit 31 determines whether the difference between the flow rate Q changed by this rotation speed control and the target flow rate Q P is smaller than the flow rate tolerance ΔQ RPM under the rotation speed control ( Step A4).

上記の流量差が流量許容値ΔQRPM以上であれば
再びステツプA2における回転数判定に戻る一方、
流量許容値ΔQRPMよりも小さければ、その時点で
の駆動機2の回転数つまり圧縮機回転数を固定す
る(ステツプA5:2段階制御機能による1次制
御終了)。そして、制御モードを回転数制御から
入口ガイドベーン11〜14およびデイフユーザ
ベーン15〜18の角度制御(2段階制御機能に
よる2次制御)に切り替え、このベーン角度制御
により回転数制御よりも細かい流量の調整および
最適効率運転点の探索を行なう(ステツプA6)。
If the above flow rate difference is greater than or equal to the flow rate allowable value ΔQ RPM , the process returns to step A2 to determine the rotation speed.
If the flow rate is smaller than the allowable flow rate ΔQ RPM , the rotational speed of the drive machine 2 at that point, that is, the compressor rotational speed is fixed (Step A5: end of primary control by the two-step control function). Then, the control mode is switched from rotation speed control to angle control of the inlet guide vanes 11 to 14 and differential user vanes 15 to 18 (secondary control using a two-step control function), and this vane angle control is finer than rotation speed control. Adjust the flow rate and search for the optimum efficiency operating point (Step A6).

この後、ベーン角度制御により変更された流量
Qと、目標流量QPとの差がベーン角度制御での
流量許容値ΔQVよりも小さいか否か、また、その
運転状態が最適効率となつているかどうかが、中
央制御演算部31において判定される(ステツプ
A7)。
After this, it is determined whether the difference between the flow rate Q changed by the vane angle control and the target flow rate Q P is smaller than the allowable flow rate ΔQ V under the vane angle control, and whether the operating state has reached the optimum efficiency. The central control calculation unit 31 determines whether the
A7).

これらの条件が満たされない場合には、再びス
テツプA6におけるベーン角度制御に戻る一方、
上記条件が満たされた場合には、目標流量QP
到達したと判断して、中央制御演算部31におけ
る制御モードを、遠心圧縮機1における流量Qを
一定の目標流量QPに保持制御する制御モード
(第3図により後述する)の状態に切り替える
(ステツプA8)。
If these conditions are not met, the process returns to the vane angle control in step A6, while
When the above conditions are met, it is determined that the target flow rate Q P has been reached, and the control mode in the central control calculation unit 31 is controlled to maintain the flow rate Q in the centrifugal compressor 1 at a constant target flow rate Q P The state is switched to the control mode (described later with reference to FIG. 3) (step A8).

ところで、ステツプA2において圧縮機回転数
が予め設定された最小回転数であると判定された
場合(ステツプA3の回転数減少制御を行なうこ
とにより最小回転数状態となつた場合も含む)に
は、流量減量時制御モード切替機能により、その
後回転数制御を行なうことなく、圧縮機回転数を
最小回転数に維持したまま、ステツプA6のベー
ス角度制御によつて流量制御を行なう制御モード
に切り替える。そして、以下、上述と同様にして
ステツプA7,A8を実行する。
By the way, if it is determined in step A2 that the compressor rotational speed is the preset minimum rotational speed (including the case where the rotational speed becomes the minimum rotational speed state by performing the rotational speed reduction control in step A3), The control mode switching function at the time of flow reduction switches to a control mode in which the flow rate is controlled by base angle control in step A6 while maintaining the compressor rotation speed at the minimum rotation speed without performing rotation speed control. Thereafter, steps A7 and A8 are executed in the same manner as described above.

一方、流量を増量変更する際には、第2図bに
示すように、中央制御演算部31において、目標
流量Qから流量増量要求であることを判断し(ス
テツプB1)、回転数センサ24により検出された
圧縮機回転数が予め設定された最小回転数よりも
大きいか否かが判定される(ステツプB2)。
On the other hand, when changing the flow rate to increase, as shown in FIG. It is determined whether the detected compressor rotation speed is larger than a preset minimum rotation speed (step B2).

そして、上記圧縮機回転数が最小回転数よりも
大きい場合には、2段階制御機能によつて、中央
制御演算部31からの運転状態信号をもとに回転
数制御演算部29により駆動機2の回転数を増加
制御し(ステツプB3)、この回転数制御により変
更された流量Qと、目標流量QPとの差が回転数
制御での流量許容値ΔQRPMよりも小さいか否かを
中央制御演算部31において判定する(ステツプ
B4)。
When the compressor rotation speed is higher than the minimum rotation speed, the two-step control function causes the rotation speed control calculation section 29 to control the driving machine 2 based on the operating state signal from the central control calculation section 31. (step B3), and determine whether the difference between the flow rate Q changed by this rotation speed control and the target flow rate Q P is smaller than the allowable flow rate ΔQ RPM in the rotation speed control. Judgment is made in the control calculation unit 31 (step
B4).

上記の流量差が流量許容値ΔQRPM以上であれば
再びステツプB3における回転数増加制御に戻る
一方、流量許容値ΔQRPMよりも小さければ、その
時点での駆動機2の回転数つまり圧縮機回転数を
固定する(ステツプB5:2段階制御機能による
1次制御終了)。そして、制御モードを回転数制
御から入口ガイドベーン11〜14およびデイフ
ユーザベーン15〜18の角度制御に切り替え、
前述した流量減量要求時のフローにおけるステツ
プA6〜A8と全く同様のステツプB6〜B8を実行
する(2段階制御機能による2次制御)。
If the above flow rate difference is greater than or equal to the flow rate allowable value ΔQ RPM , the control returns to the rotation speed increase control in step B3 again, while if it is smaller than the flow rate allowable value ΔQ RPM , the rotation speed of the driver 2 at that point, that is, the compressor rotation. The number is fixed (Step B5: end of primary control by two-step control function). Then, the control mode is switched from rotation speed control to angle control of the inlet guide vanes 11 to 14 and the differential user vanes 15 to 18,
Steps B6 to B8, which are exactly the same as steps A6 to A8 in the flow rate reduction request flow described above, are executed (secondary control using the two-step control function).

ところで、ステツプB2において圧縮機回転数
が予め設定された最小回転数であると判定された
場合には、流量増量時制御モード切替機能によ
り、その圧縮機回転数を最小回転数に維持したま
ま、制御モードを入口ガイドベーン11〜14お
よびデイフユーザベーン15〜18の角度制御に
切り替え、このベーン角度制御により最適効率運
転点にて流量の増量制御を行なう(ステツプ
B9)。
By the way, if it is determined in step B2 that the compressor rotation speed is the preset minimum rotation speed, the flow increase control mode switching function maintains the compressor rotation speed at the minimum rotation speed. The control mode is switched to angle control of the inlet guide vanes 11 to 14 and the diffuser vanes 15 to 18, and the flow rate is increased at the optimum efficiency operating point by controlling the vane angles (step
B9).

この後、ベーン角度制御により変更された流量
Qと、目標流量QPとの差がベーン角度制御での
流量許容値ΔQVよりも小さいか否か、また、その
運転状態が最適効率となつているかどうかが、中
央制御演算部31において判定される(ステツプ
B10)。これらの条件が満たされない場合には、
その時点での流量Qが所定の上限値となつたか否
かを判定する(ステツプB11)。流量Qが所定の
上限値となつていない場合には、再びステツプ
B9によるベーン角度制御に戻る一方、流量Qが
所定の上限値となつた場合には、中央制御演算部
31における制御モードを、2段階制御機能によ
る制御モードに切り替え、ステツプB3の実行に
移る。
After this, it is determined whether the difference between the flow rate Q changed by the vane angle control and the target flow rate Q P is smaller than the allowable flow rate ΔQ V under the vane angle control, and whether the operating state has reached the optimal efficiency. The central control calculation unit 31 determines whether the
B10). If these conditions are not met,
It is determined whether the flow rate Q at that point has reached a predetermined upper limit value (step B11). If the flow rate Q is not at the predetermined upper limit, the step is repeated.
While returning to the vane angle control using B9, if the flow rate Q reaches a predetermined upper limit value, the control mode in the central control calculation unit 31 is switched to the control mode using the two-step control function, and the process moves to step B3.

また、ステツプB10における条件が満たされた
場合には、目標流量QPに到達したと判断して、
中央制御演算部31における制御モードを、遠心
圧縮機1における流量Qを一定の目標流量QP
つ最適効率運転状態に保持制御する制御モード
(第3図により後述する)の状態に切り替える
(ステツプB8)。
Furthermore, if the conditions in step B10 are met, it is determined that the target flow rate Q P has been reached, and
The control mode in the central control calculation unit 31 is switched to a control mode (described later with reference to FIG. 3) in which the flow rate Q in the centrifugal compressor 1 is maintained at a constant target flow rate QP and an optimum efficiency operating state (step B8). ).

上述のようにして、遠心圧縮機1における流量
Qが目標流量QPとなつた後は、前述の通り中央
制御演算部31における制御モードは流量一定保
持制御モードになる(ステツプA8,B8)。この
流量一定保持制御モードによる制御フローを第3
図により説明する。
After the flow rate Q in the centrifugal compressor 1 reaches the target flow rate QP as described above, the control mode in the central control calculation unit 31 becomes the constant flow rate control mode (steps A8 and B8). The control flow using this constant flow rate control mode is explained in the third section.
This will be explained using figures.

第3図に示すように、ステツプA8,B8によ
り、または、制御指令入力部32からの制御信号
により流量一定保持制御モードとすべく流量一定
保持制御要求を受けると(ステツプC11、中央
制御演算部31は、流量センサ20からの検出信
号を常時監視し、大気温度変化等の環境変化に対
して流量Qが目標流量QPから変動した場合に、
その流量変動分ΔQ(=QP−Q)を求め、同流量
変動分ΔQの大きさがベーン角度制御での流量許
容値ΔQVよりも小さいか否かを判定する(ステツ
プC2)。この流量変動分ΔQの大きさが流量許容
値ΔQVよりも小さければ再び流量変動監視状態に
戻る一方、流量許容値ΔQV以下であれば、入口ガ
イドベーン11〜14およびデイフユーザベーン
15〜18の角度制御を行なつて(ステツプ
C3)、流動変動分ΔQを修正し流量Qが一定の目
標流量QPかつ最適効率運転状態に保持する。
As shown in FIG. 3, when a constant flow rate control request is received in steps A8 and B8 or by a control signal from the control command input unit 32 to set the constant flow rate control mode (step C11, the central control calculation unit 31 constantly monitors the detection signal from the flow rate sensor 20, and when the flow rate Q fluctuates from the target flow rate QP due to environmental changes such as atmospheric temperature changes,
The flow rate variation ΔQ (=Q P -Q) is determined, and it is determined whether the magnitude of the flow rate variation ΔQ is smaller than the flow rate allowable value ΔQ V in vane angle control (step C2). If the magnitude of this flow rate variation ΔQ is smaller than the flow rate allowable value ΔQ V , the state returns to the flow rate fluctuation monitoring state again, while if it is less than the flow rate allowable value ΔQ V , the inlet guide vanes 11 to 14 and the diffuser vanes 15 to 18 angle control (step
C3), correct the flow fluctuation ΔQ to maintain the flow rate Q at a constant target flow rate Q P and the optimal efficient operating state.

このとき、中央制御演算部31は、常時、ベー
ン角度制御により修正した流量変動分ΔQを積算
して記憶しておき、その積算値ΣΔQの大きさが
回転数制御での流量許容値ΔQRPMよりも小さいか
否かを判定する(ステツプC4)。この積算値ΣΔQ
の大きさが流量許容値ΔQRPMよりも小さければ再
びステツプC2による流量変動監視状態に戻る一
方、流量許容値ΔQRPM以上であれば、回転数セン
サ24により検出された現時点での圧縮機回転数
が予め設定された最小回転数よりも大きいか否か
が判定される(ステツプC5)。
At this time, the central control calculation unit 31 constantly integrates and stores the flow rate fluctuation amount ΔQ corrected by vane angle control, and the magnitude of the integrated value ΣΔQ is larger than the flow rate allowable value ΔQ RPM by rotation speed control. It is determined whether or not is also small (step C4). This integrated value ΣΔQ
If the magnitude of is smaller than the allowable flow rate value ΔQ RPM , the state returns to the flow rate fluctuation monitoring state in step C2 again, while if it is greater than the allowable flow rate value ΔQ RPM , the current compressor rotation speed detected by the rotation speed sensor 24 It is determined whether or not the rotation speed is larger than a preset minimum rotation speed (step C5).

そして、上記圧縮機回転数が最小回転数よりも
大きい場合には、回転数制御演算部29により駆
動機2の回転数を制御し圧縮機回転数を流量許容
値ΔQRPMに対応する1ステツプ分制御する。これ
と同時に、入口ガイドベーン11〜14およびデ
イフユーザベーン15〜18の角度制御を行な
い、流量Qを目標流量QPかつ最適効率運転状態
にするとともに、積算値ΣΔQもゼロにリセツト
する(ステツプC6)。
If the compressor rotational speed is larger than the minimum rotational speed, the rotational speed of the drive unit 2 is controlled by the rotational speed control calculation unit 29, and the compressor rotational speed is increased by one step corresponding to the flow rate allowable value ΔQ RPM . Control. At the same time, the angles of the inlet guide vanes 11 to 14 and the diffuser vanes 15 to 18 are controlled to bring the flow rate Q to the target flow rate QP and the optimum efficiency operating state, and the integrated value ΣΔQ is also reset to zero (step C6).

一方、ステツプC5において上記圧縮機回転数
が予め設定された最小回転数であると判定された
場合には、積算値ΣΔQの正負を判定し(ステツ
プC7)、この積算値ΣΔQが正であれば、流量Qを
増加する方向つまり圧縮機回転数を増加する方向
への回転数制御を行なえばよく、圧縮機回転数を
最小回転数よりも大きくなるように制御すればよ
いので、ステツプC6による回転数制御を行なう。
また、積算値ΣΔQが負であれば、回転数制御を
行なうことなく、そのベーン角度を維持したま
ま、再びステツプC2による流量変動監視状態に
戻る。
On the other hand, if it is determined in step C5 that the compressor rotation speed is the preset minimum rotation speed, it is determined whether the integrated value ΣΔQ is positive or negative (step C7), and if the integrated value ΣΔQ is positive, then , it is sufficient to control the rotation speed in the direction of increasing the flow rate Q, that is, in the direction of increasing the compressor rotation speed, and it is sufficient to control the compressor rotation speed to be greater than the minimum rotation speed, so the rotation speed in step C6 Perform numerical control.
If the integrated value ΣΔQ is negative, the flow rate fluctuation monitoring state in step C2 is returned to again with the vane angle maintained without performing rotational speed control.

このようにして、遠心圧縮機1における流量Q
は、環境変化により変動しても常に一定の目標流
量QPかつ最適効率運転状態に保持されるが、第
3図に示すようなフローに基づく流量一定保持制
御は、特に駆動機2として微小な回転数制御がで
きないガスタービンやスチームタービンを用いる
場合に有効であり、ステツプ的な回転数制御によ
りステツプ的に得られる流量値をより細かなベー
ン角度制御により補間しかつ最適効率運転状態に
制御するものと考えられる。
In this way, the flow rate Q in the centrifugal compressor 1
is always maintained at a constant target flow rate QP and at an optimally efficient operating state even if it fluctuates due to environmental changes.However, constant flow rate maintenance control based on the flow shown in Fig. It is effective when using gas turbines or steam turbines that cannot control the rotation speed, and interpolates the flow rate value obtained stepwise by stepwise rotation speed control using finer vane angle control and controls the operating state to the optimum efficiency. considered to be a thing.

さて、ここまで、本実施例の遠心圧縮機の制御
装置による大きな3つの制御機能(流量減量変更
制御,流量増量変更制御,流量一定保持制御)に
ついて説明したが、以下に、こらの制御機能を実
現する際に用いられる詳細部分、特にベーン角度
の制御量の決定方法(ステツプA6,B6,B9,
C3)について、第4〜7図により説明する。
Up to this point, we have explained the three major control functions (flow rate reduction change control, flow rate increase change control, and constant flow rate maintenance control) by the centrifugal compressor control device of this embodiment. The detailed parts used in the realization, especially the method for determining the control amount of the vane angle (steps A6, B6, B9,
C3) will be explained using FIGS. 4 to 7.

本実施例では、4段の遠心圧縮機4〜7をそな
えた多段遠心圧縮機について制御するようにして
いるが、ベーン角度制御に際して各段における入
口ガイドベーン11〜14およびデイフユーザベ
ーン15〜18を別個独立に制御するとその制御
操作が極めて複雑かつ煩雑となり収束も不安定と
なるので、入口ガイドベーン11〜14およびデ
イフユーザベーン15〜18の角度を無次元化し
1組の無次元入口ガイドベーン角度αおよび無次
元デイフユーザベーンβで代表して、制御操作の
簡素化をはかつている。
In this embodiment, a multi-stage centrifugal compressor equipped with four stages of centrifugal compressors 4 to 7 is controlled. When controlling the vane angle, inlet guide vanes 11 to 14 and diffuser vanes 15 to 15 in each stage are controlled. 18 separately and independently, the control operation would be extremely complicated and complicated, and the convergence would also be unstable. Therefore, the angles of the inlet guide vanes 11 to 14 and the diffuser vanes 15 to 18 are made dimensionless, and a set of dimensionless inlets is created. The control operation is simplified by representing the guide vane angle α and the dimensionless diffuser vane β.

まず、第5図a,bにより無次元入口ガイドベ
ーン角度αおよび無次元デイフユーザベーンβの
定義および意味について簡単に説明する。一般に
遠心圧縮機の特性として、第5図aに示すような
流量−吐出圧(Q−P)曲線がある。遠心圧縮機
が単独であれば、当然、特性曲線は1つだけであ
るので、入口ガイドベーンおよびデイフユーザベ
ーンの角度を無次元化する必要はないが、多段遠
心圧縮機の場合、第5図bに示すように、各段の
遠心圧縮機ごとに特性曲線は異なる。
First, the definitions and meanings of the dimensionless inlet guide vane angle α and the dimensionless diffuser vane β will be briefly explained with reference to FIGS. 5a and 5b. Generally, as a characteristic of a centrifugal compressor, there is a flow rate-discharge pressure (Q-P) curve as shown in FIG. 5a. If the centrifugal compressor is single, there is naturally only one characteristic curve, so there is no need to make the angles of the inlet guide vane and the diffuser vane dimensionless, but in the case of a multi-stage centrifugal compressor, there is only one characteristic curve. As shown in Figure b, the characteristic curves are different for each stage of centrifugal compressor.

そこで、圧力(吐出圧P)が装置側抵抗により
ほぼ一定の場合に、各入口ガイドベーン11〜1
4の角度を、各段の遠心圧縮機4〜7の運転流量
Q1〜Q4が設計流量QD(=Q1)に対して同一
比の相似運転流量となるような1つの無次元入口
ガイドベーン角度αとして表すとともに、各デイ
フユーザベーン15〜18も、各段の遠心圧縮機
4〜7の運転流量Q1〜Q4が設計流量QD(=Q
1)に対して同一比の相似運転流量となるような
1つの無次元デイフユーザベーン角度αとして表
す。
Therefore, when the pressure (discharge pressure P) is almost constant due to the resistance on the device side, each inlet guide vane 11 to 1
4 is one dimensionless inlet guide vane angle such that the operating flow rates Q1 to Q4 of centrifugal compressors 4 to 7 in each stage have similar operating flow rates at the same ratio to the design flow rate Q D (=Q1). In addition to expressing it as α, each differential user vane 15 to 18 also has a design flow rate Q D (=Q
1) is expressed as one dimensionless diff user vane angle α that provides a similar operating flow rate with the same ratio.

即ち、第5図bにおいて、デイフユーザベーン
15〜18の角度を設計値一定とし各段の圧力比
配分を不変とし、ある段の設計吐出圧PDを一定
とすると、各入口ガイドベーン11〜14の角度
について流量Q1〜Q4が定まる。これらの設計
流量QD(=Q1)に対する比Q2/Q1(Q3/
Q1,Q4/Q1)が同一となるような各段の入
口ガイドベーン11〜14の角度(GV1〜GV4
を、次式(1)のような無次元入口ガイドベーン角度
αとして表す。
That is, in FIG. 5b, if the angles of the diffuser vanes 15 to 18 are constant at the design value, the pressure ratio distribution at each stage is unchanged, and the design discharge pressure P D at a certain stage is constant, each inlet guide vane 11 Flow rates Q1 to Q4 are determined for angles of ~14. The ratio Q2/ Q1 (Q3/
The angles (GV 1 to GV 4 ) of the inlet guide vanes 11 to 14 of each stage such that Q1, Q4 / Q1 ) are the same
is expressed as a dimensionless inlet guide vane angle α as shown in the following equation (1).

α=Koα・(αo/αop−1) …(1) ここでαoはn段目の入口ガイドベーンの角度、
αopはn段目の入口ガイドベーン基準角度、Koα
はn段目の運転流量が設計流量QDに対して各段
相似運転流量になるように決められるn段目の入
口ガイドベーン角度の係数である。
α=K o α・(α oop −1) …(1) Here, α o is the angle of the n-th stage inlet guide vane,
α op is the reference angle of the nth stage inlet guide vane, K o α
is the coefficient of the n-th stage inlet guide vane angle determined so that the n-th stage operating flow rate is similar to the design flow rate Q D for each stage.

また、この無次元入口ガイドベーン角度αと全
く同様にして、各段のデイフユーザベーン15〜
18の角度も、次式(2)のような無次元デイフユー
ザベーン角度βとして表す。
Also, in exactly the same way as this dimensionless entrance guide vane angle α, the differential user vanes 15 to 15 of each stage are
The angle of 18 is also expressed as a dimensionless diff user vane angle β as shown in the following equation (2).

β=Koβ・(βo/βop−1) …(2) ここで、βoはn段目のデイフユーザベーンの角
度、βopはn段目のデイフユーザベーン基準角度、
Koβはn段目の運転流量が設計流量QDに対して
各段相似運転流量になるように決められるn段目
のデイフユーザベーン角度の係数である。
β=K o β・(β oop −1) …(2) Here, β o is the angle of the n-th stage differential user vane, β op is the reference angle of the n-th stage differential user vane,
K o β is a coefficient of the diff user vane angle of the nth stage determined so that the operating flow rate of the nth stage is similar to the design flow rate Q D of each stage.

そして、ベーン制御演算部30の制御量演算部
30aにおいて、予め、入口ガイドベーン11〜
14およびデイフユーザベーン15〜18の角度
を上述のように定義される1組の無次元入口ガイ
ドベーン角度αおよび無次元デイフユーザベーン
βとしてそれぞれ表しておき、この後、第4図に
示すようなフローに従い、これら無次元ベーン角
度α,βにより決まる無次元ベーン角度平面αβ
上においてベーン角度の制御量を決定する(ここ
で説明するベーン角度制御量の決定方法は外挿法
と呼ばれる)。
Then, in the control amount calculation unit 30a of the vane control calculation unit 30, the inlet guide vanes 11 to
14 and the differential user vanes 15 to 18 are represented as a set of dimensionless entrance guide vane angle α and dimensionless differential user vane β, respectively, which are defined as described above. Following the flow shown below, the dimensionless vane angle plane αβ is determined by these dimensionless vane angles α and β.
The vane angle control amount is determined above (the method for determining the vane angle control amount described here is called an extrapolation method).

前述したようにステツプA6,B6,B9,C3に
おいてベーン角度制御モードになると、本実施例
では、ベーン角度制御演算部30の制御量演算部
30aで第4図に示すフローが開始され、まず、
無次元ベーン角度平面αβ上において、第6図a
に示すように、現在のベーン位置Aの近傍に同一
点を含む適当な3点A,B,Cを選択する(ステ
ツプD1)。そして、選択した3点A,B,Cにつ
いて、操作量演算部30bおよび駆動装置19a
〜19hにより、実際に入口ガイドベーン11〜
14およびデイフユーザベーン15〜18を駆動
し、各点A,B,Cにおける流量Qおよび効率η
を実測する(ステツプD2)。ここで、流量Qは、
流量センサ20により検出され中央制御演算部3
1を介して制御量演算部30aに入力される一
方、効率ηは、センサ20〜22からの検出信号
をもとに中央制御演算部31において演算されて
から制御量演算部30aに入力される。
As mentioned above, when the vane angle control mode is entered in steps A6, B6, B9, and C3, in this embodiment, the control amount calculation unit 30a of the vane angle control calculation unit 30 starts the flow shown in FIG.
On the dimensionless vane angle plane αβ, Fig. 6a
As shown in the figure, three points A, B, and C that include the same point in the vicinity of the current vane position A are selected (step D1). Then, for the selected three points A, B, and C, the operation amount calculating section 30b and the driving device 19a
By ~19h, the entrance guide vane 11~
14 and the diffuser vanes 15 to 18, and the flow rate Q and efficiency η at each point A, B, and C are
(Step D2). Here, the flow rate Q is
Detected by the flow rate sensor 20 and sent to the central control calculation unit 3
1 to the control amount calculation unit 30a, while the efficiency η is calculated in the central control calculation unit 31 based on the detection signals from the sensors 20 to 22 and then input to the control amount calculation unit 30a. .

ステツプD3においては、無次元ベーン角度平
面αβ上で、第1回目の実測点A〜Cを取り囲む
ように第1回目の複数(本実施例では9個)の外
挿点〜を展開して設定する。そして、各外挿
点〜における流量および効率を、実測点A〜
Cにおける実流量および実効率から予測する(ス
テツプD4)。
In step D3, a plurality of first extrapolation points (nine in this example) are expanded and set on the non-dimensional vane angle plane αβ so as to surround the first actual measurement points A to C. do. Then, the flow rate and efficiency at each extrapolation point ~ are calculated from the actual measurement point A ~
The prediction is made from the actual flow rate and actual efficiency at C (step D4).

つまり、前述したように、流量Qおよび効率η
には、回転数ごとに第7図に示すような特性曲面
(流量についてはQ0>Q1>Q2>Q3>、効率につ
いてはη0>η1>η2>η3)があり、3つの実測点A
〜Cにおける実流量および実効率から、それぞれ
第7図に示す特性曲面に対応する流量特性曲面お
よび効率特性曲面を、平面近似あるいは曲面近似
により推定する。ついで、この推定された特性曲
面をもとに、各外挿点〜における流量および
効率を予測するのである。
In other words, as mentioned above, the flow rate Q and the efficiency η
has a characteristic curved surface (Q 0 > Q 1 > Q 2 > Q 3 > for flow rate, η 0 > η 1 > η 2 > η 3 for efficiency) as shown in Figure 7 for each rotational speed. , three actual measurement points A
From the actual flow rate and actual efficiency at points C to C, a flow rate characteristic curved surface and an efficiency characteristic curved surface corresponding to the characteristic curved surface shown in FIG. 7, respectively, are estimated by plane approximation or curved surface approximation. Then, based on this estimated characteristic curved surface, the flow rate and efficiency at each extrapolation point are predicted.

ところで、無次元ベーン角度平面αβ上におい
て、一般に流量Qおよび効率ηは、圧縮機回転数
ごとに第7図に示すような傾向(特性曲面:Q0
Q1,Q2,Q3は等流量線、η0,η1,η2,η3は等効
率線)をもつている。特に、図中、流量について
はQ0>Q1>Q2>Q3の関係があり、ベーン角度
α,βが大きくれば必ず流量は増加するというベ
ーン角度と流量増減との関係があるので、この関
係を予め制御量演算部30に設定して記憶させて
おき、ステツプD2において実測された流量値の
信頼性の検証をステツプD5,D6により行なう。
By the way, on the dimensionless vane angle plane αβ, the flow rate Q and efficiency η generally have a tendency (characteristic surface: Q 0 ,
Q 1 , Q 2 , Q 3 have constant flow lines, and η 0 , η 1 , η 2 , η 3 have constant efficiency lines). In particular, in the figure, there is a relationship between Q 0 > Q 1 > Q 2 > Q 3 regarding the flow rate, and there is a relationship between the vane angle and the increase/decrease in flow rate such that the flow rate will necessarily increase if the vane angles α and β are large. , this relationship is set and stored in the control amount calculation unit 30 in advance, and the reliability of the flow rate value actually measured in step D2 is verified in steps D5 and D6.

即ち、第6図aに示す第1回目の実測点A〜C
については上記関係から実測点AとBとでは必ず
点Bにおける流量の方が点Aにおける流量よりも
大きくることが明かであるか、ステツプD2によ
る各実測点A〜Cの実計測流量のうち、実測点A
とBとを予め記憶されている流量増減関係と比較
し(ステツプD5)、その増減関係が逆転している
場合には、比較結果が論理予盾を起こすものであ
ると判定し(ステツプD6)、流量センサ20によ
る計測誤差が大きいと判断して、この実計測流量
に基づくデータ取り込みをキヤンセルし、再度実
計測流量を求めるべくステツプD2に戻る。また、
上記比較結果が論理予盾を起こすものでないと判
定された場合(ステツプD6)には、次のステツ
プD7へ移る。このようにして、実計測流量の信
頼性を検証することにより、制御実行中に計測さ
れた流量の変動や計測上の誤差等のために目標流
量の方向を見失うことなく、ベーン角度制御を行
えるようになる。
That is, the first actual measurement points A to C shown in FIG. 6a
Regarding actual measurement points A and B, it is clear from the above relationship that the flow rate at point B is always larger than the flow rate at point A. , actual measurement point A
and B are compared with a pre-stored flow rate increase/decrease relationship (step D5), and if the increase/decrease relationship is reversed, it is determined that the comparison result causes a logical pre-emption (step D6). , it is determined that the measurement error by the flow rate sensor 20 is large, the data acquisition based on this actual measured flow rate is canceled, and the process returns to step D2 to obtain the actual measured flow rate again. Also,
If it is determined that the above comparison result does not cause a logical safeguard (step D6), the process moves to the next step D7. In this way, by verifying the reliability of the actual measured flow rate, vane angle control can be performed without losing sight of the target flow rate due to fluctuations in the flow rate measured during control execution or measurement errors. It becomes like this.

そして、ステツプD6において上記比較結果が
論理予盾を起こすものでないと判定さた場合に
は、ステツプD7において、上記の第1回目の外
挿点〜の中から、予測された流量が目標流量
QPに近く且つ予測された効率が高い外挿点を選
択する。
If it is determined in step D6 that the above comparison result does not cause a logical pre-emption, then in step D7, the predicted flow rate is determined from the first extrapolation points ~ to the target flow rate.
Select an extrapolation point that is close to Q P and has a high predicted efficiency.

次に、ステツプD8において、ステツプD7によ
り選択された外挿点がサージング領域に入るもの
か否かの判定を行なう。サージング領域は、第7
図に示すように、圧縮機回転数ごとに無次元ベー
ン角度平面αβ上においてサージング防止ライン
SLにより規定することができる(サージング防
止ラインSLの斜線側部分)。従つて、制御量演算
部30aにおいて、サージング領域を規定するサ
ージング防止ラインSLを、圧縮機回転数ごとに
無次元ベーン角度α,βの関数として予め設定し
て記憶させておき、ステツプD7により外挿点が
選択されるたびに、その外挿点が、サージング防
止ラインSLを越えてサージング領域に入るか否
かをチエツクするのである。
Next, in step D8, it is determined whether the extrapolation point selected in step D7 falls within the surging region. The surging area is the seventh
As shown in the figure, the surging prevention line is placed on the dimensionless vane angle plane αβ at each compressor rotation speed.
It can be specified by SL (shaded side of surging prevention line SL). Therefore, in the control amount calculating section 30a, the surging prevention line SL that defines the surging area is set and stored in advance as a function of the dimensionless vane angles α and β for each compressor rotational speed, and the surging prevention line SL is set and stored in advance in step D7. Each time an extrapolation point is selected, it is checked whether the extrapolation point crosses the surging prevention line SL and enters the surging region.

選択された外挿点がサージング領域内のもので
ある場合には、今回選択した外挿点以外の外挿点
の中から、予測された流量が目標流量QPに近く
且つ予測された効率が高いものを選択してから
(ステツプD9)、再びステツプD8において、その
外挿点が、サージング領域に入るか否かをチエツ
クする。これを繰り返すことにより、サージング
領域内にある外挿点以外の外挿点の中から目標流
量QPに近く且つ高効率の外挿点を選択する。
If the selected extrapolation point is within the surging region, select from among the extrapolation points other than the currently selected extrapolation point that the predicted flow rate is close to the target flow rate Q P and the predicted efficiency is After selecting the higher value (step D9), it is checked again in step D8 whether or not the extrapolated point falls within the surging region. By repeating this, an extrapolation point that is close to the target flow rate Q P and has high efficiency is selected from extrapolation points other than the extrapolation points within the surging region.

このようにして、ベーン角度制御に伴つてサー
ジングが発生するのを確実に防止できる。
In this way, it is possible to reliably prevent surging from occurring due to vane angle control.

目標流量に近く且つ高効率の外挿点でサージン
グ領域に入らないものが選択されると[ここでは
第6図aにおける外挿点が選択されたものとす
る]、この外挿点の座標である1組の無次元入
口ガイドベーン角度αおよび無次元デイフユーザ
ベーン角度βを、各段における実際の入口ガイド
ベーン11〜14およびデイフユーザベーン15
〜18の角度に変換する(ステツプD10)。
When a highly efficient extrapolation point that is close to the target flow rate and does not fall into the surging region is selected [here, it is assumed that the extrapolation point in Fig. 6a has been selected], the coordinates of this extrapolation point are A certain set of dimensionless inlet guide vane angle α and dimensionless differential user vane angle β is defined as the actual inlet guide vanes 11 to 14 and differential user vane 15 at each stage.
Convert to an angle of ~18 (step D10).

つまり、前述した(1),(2)式から、実際に操作す
べきベーン角度αo,βo(本実施例ではn=1〜4)
を求めるのである。
In other words, from the above-mentioned equations (1) and (2), the vane angles α o and β o (in this example, n = 1 to 4) to be actually operated are determined.
We seek.

無次元ベーン角度α,βから実際のベーン角度
αo,βoを求めるステツプD10においては、遠心圧
縮機4〜7のいずれかにおいて運転点のバラツキ
を生じる外乱を検出した場合、次のようにして、
外乱を生じた段の遠心圧縮機における運転流量の
相似運転流量からの偏差を修正することができ
る。
In step D10, which calculates the actual vane angles α o and β o from the dimensionless vane angles α and β, if a disturbance causing variation in the operating point is detected in any of the centrifugal compressors 4 to 7, the following procedure is performed. hand,
The deviation of the operating flow rate from the similar operating flow rate in the centrifugal compressor of the stage in which the disturbance occurred can be corrected.

各段の運転特性(ヘツドH,次段の吸込流量
Q20)は、一般に次式のように表される。
Operating characteristics of each stage (head H, suction flow rate of the next stage)
Q 20 ) is generally expressed as the following equation.

H=x・R・T1・{(P2/P1)k-1/k−1}/(x-1)
…(3) Q20∝1/P2 …(4) ここで、xは比熱比、Rはガス定数、T1は吸
込温度、P1は吸込圧力、P2は吐出圧力である。
H=x・R・T 1・{(P 2 /P 1 ) k-1/k −1}/(x-1)
...(3) Q 20 ∝1/P 2 ...(4) Here, x is the specific heat ratio, R is the gas constant, T 1 is the suction temperature, P 1 is the suction pressure, and P 2 is the discharge pressure.

各段が設計流量に対して相似運転流量となるよ
うに、各段の入口ガイドベーン11〜14および
デイフユーザベーン15〜18の角度が、無次元
ベーン角度α,βから(1),(2)式により求められ操
作量として与えられていても、外乱により、例え
ばある段の吸込温度のみが相対的に低くなつたと
すると、外乱を生じた遠心圧縮機のヘツド(吸込
圧力)Hは変わらないので、(3)式より吐出圧力
P2が大きくなる。その結果、(4)式より次段の吸
込流量Q20は減少し、相似運転流量が変化するこ
とになる。
The angles of the inlet guide vanes 11 to 14 and the diffuser vanes 15 to 18 of each stage are set from the dimensionless vane angles α and β to (1), ( Even if it is determined by equation 2) and given as the manipulated variable, if only the suction temperature of a certain stage becomes relatively low due to a disturbance, the head (suction pressure) H of the centrifugal compressor that caused the disturbance will change. Therefore, from equation (3), the discharge pressure
P2 becomes larger. As a result, according to equation (4), the suction flow rate Q 20 of the next stage decreases, and the similar operation flow rate changes.

このように外乱が生じることにより、各段が設
計流量に対して相似運転流量であることが変化し
てしまい、運転点のマツチング不良から効率の低
下のある段のみが早くサージングを起こすといつ
た現象が生じて、運転範囲が狭くなつてしまう。
As a result of this disturbance, the operating flow rate at each stage is similar to the design flow rate, which causes surging to occur early in only the stage with a decrease in efficiency due to poor matching of operating points. As a result, the operating range becomes narrower.

そこで、(5),(6)式のように、検出された外乱に
基づきこの外乱を生じた段における入口ガイドベ
ーンおよびデイフユーザベーンの無次元補正量
[Koα・A1・(aot/αo0)等]を求め、各無次元
補正量を、無次元入口ガイドベーンαおよび無次
元デイフユーザベーンβに付加して得られる(5),
(6)式から、外乱を生じた段における入口ガイドベ
ーンおよびデイフユーザベーンの角度を求めるの
である。
Therefore, as shown in equations (5) and (6), based on the detected disturbance, the dimensionless correction amount [K o α・A 1・(a o t/α o0 ), etc.] and add each dimensionless correction amount to the dimensionless entrance guide vane α and the dimensionless differential user vane β (5),
From equation (6), the angles of the inlet guide vane and diffuser vane at the stage where the disturbance occurred are determined.

α=Koα・{αo/αo0+A1・(αot/αo0) +A2・(αoRH/αo0)+…−1}…(5) β=Koβ・{βo/βo0+B1・(βot/β0) +B2・(βoRH/βo0)+…−1}…(6) ここで、αotはn段目の吸込温度による外乱補
正量、αoRHはn段目の湿度による外乱補正量、βo
tはn段目の吸込温度による外乱補正量、βoRH
n段目の湿度による外乱補正量、A1,A2,B1
B2は係数である。
α=K o α・{α oo0 +A 1・(α o t/α o0 ) +A 2・(α oRHo0 )+…−1}…(5) β=K o β・{β oo0 +B 1・(β o t/β 0 ) +B 2・(β oRHo0 )+…−1}…(6) Here, α o t is the disturbance correction due to the suction temperature of the nth stage amount, α oRH is the disturbance correction amount due to the nth stage humidity, β o
t is the amount of disturbance correction due to the suction temperature of the nth stage, β oRH is the amount of disturbance correction due to the humidity of the nth stage, A 1 , A 2 , B 1 ,
B 2 is a coefficient.

このようにして、目標流量QPに近く且つ高効
率の外挿点を探索している際においても、外乱を
生じた遠心圧縮機における運転流量の相似運転流
量からの偏差を修正することができ、さらにこの
修正により、各段における流量を設計流量に対し
て常に相似運転流量とすることができる。
In this way, even when searching for a highly efficient extrapolation point that is close to the target flow rate Q P , it is possible to correct the deviation of the operating flow rate from the similar operating flow rate in the centrifugal compressor where disturbance has occurred. Furthermore, by this modification, the flow rate at each stage can always be made to be a similar operating flow rate to the design flow rate.

以上のようにして、外乱を生じた段がある場合
には(5),(6)式により、また、外乱を生じていない
段については(1),(2)式により、1組の無次元入口
ガイドベーン角度αおよび無次元デイフユーザベ
ーン角度βから実際の入口ガイドベーン11〜1
4およびデイフユーザベーン15〜18の角度が
求めれ、得れた角度に応じてベーン角度制御演算
部30の操作量演算部30bから駆動装置19a
〜19hへ制御信号を出力して、入口ガイドベー
ン11〜14およびデイフユーザベーン15〜1
8を駆動制御する(ステツプD11)。
As described above, if there is a stage that has caused a disturbance, then equations (5) and (6) are used, and for a stage that has not caused a disturbance, equations (1) and (2) are used to create a set of non-disturbances. The actual entrance guide vanes 11 to 1 are calculated from the dimensional entrance guide vane angle α and the dimensionless differential user vane angle β.
4 and the angles of the differential user vanes 15 to 18 are determined, and the operation amount calculation section 30b of the vane angle control calculation section 30 determines the driving device 19a according to the obtained angle.
-19h to output a control signal to the inlet guide vanes 11-14 and the differential user vanes 15-1.
8 (step D11).

この後、以上のベーン駆動制御により変更され
た流量Qと、目標流量Qとの差がベーン角度制御
での流量許容値ΔQVよりも小さいか否か判定して
(ステツプD12)、その流量差が流量許容値ΔQV
りも小さければ、その時点でベーン角度制御を終
了する一方、上記流量差が流量許容値ΔQV以上で
あれば、再びステツプD3に戻り新たな基本点を
3点選択して、これらの第2回目の基本点や同基
本点を取り囲むように展開される第2回目の外挿
点について、上述と同様にステツプD3〜D12を
実行する。
After this, it is determined whether the difference between the flow rate Q changed by the above vane drive control and the target flow rate Q is smaller than the flow rate allowable value ΔQ V in the vane angle control (step D12), and the flow rate difference is determined. If the flow rate difference is smaller than the flow rate tolerance ΔQ V , vane angle control is ended at that point, while if the above flow rate difference is greater than the flow rate tolerance ΔQ V , the process returns to step D3 and three new basic points are selected. Then, steps D3 to D12 are executed in the same manner as described above for these second base points and second extrapolation points expanded to surround the second base points.

ここで、第2回目に選択される基本点は、第6
図aに示すように、第1回目の実測点のうちの1
点Aと、第1回目に選択されステツプD12におい
て入口ガイドベーン11〜14およびデイフユー
ザベーン15〜18を操作し流量,効率を実測し
た外挿点と、第1回目の外挿点のうち残りの外
挿点から選ばれたものとの3点とし、これらの
基本点のまわりに、第回目の外挿点,,,
実測点B,Cおよび新たな外挿点P1〜P4の9点
に相当する位置での流量,効率を実測点A,外挿
点およびの値を基に予測する。
Here, the basic point selected for the second time is the 6th
As shown in Figure a, one of the first measurement points
Point A, the extrapolation point selected at the first time and where the flow rate and efficiency were actually measured by operating the inlet guide vanes 11 to 14 and the diffuser vanes 15 to 18 in step D12, and the first extrapolation point. Three points are selected from the remaining extrapolation points, and around these base points, the second extrapolation points,...
The flow rates and efficiencies at the nine points corresponding to the actual measurement points B and C and the new extrapolation points P 1 to P 4 are predicted based on the values of the actual measurement points A and the extrapolation points.

このようにして、ステツプD12における条件が
満たされるまで、操作点を選択し入口ガイドベー
ン11〜14およびデイフユーザベーン15〜1
8を操作し流量,効率を実測してから、外挿点を
展開して、目標流量QPに近く且つ高効率の外挿
点を求めてベーン角度制御を行なうのである。
In this way, until the conditions in step D12 are met, the operating points are selected and the inlet guide vanes 11-14 and the diffuser vanes 15-1
8 to actually measure the flow rate and efficiency, and then expand the extrapolation points to find an extrapolation point that is close to the target flow rate QP and has high efficiency, and then controls the vane angle.

なお、上記実施列では、基本点のまわりにおけ
る外挿点の展開を、第6図aに示すように、9個
の1次外挿点のみとしているが、第6図bに示す
ように、9個の1次外挿点のまわりにさらに15個
の2次外挿点を選択して、これらの外挿点につい
ても流量および効率を予測するようにしてもよ
い。ただし、実測点の個数を本実施例では3個と
しているが、これに限定されるものではなく、4
個以上であつてもよい。また、外挿点の展開の仕
方も第6図a,bに示すようなものに限定される
ものではなく、外挿点の範囲を任意に変化させて
もよい。
In the above implementation sequence, the expansion of extrapolation points around the basic point is limited to nine linear extrapolation points, as shown in Figure 6a, but as shown in Figure 6b, Fifteen additional secondary extrapolation points may be selected around the nine primary extrapolation points to predict flow rate and efficiency for these extrapolation points as well. However, although the number of actual measurement points is three in this example, it is not limited to this, and is four.
There may be more than one. Further, the method of developing the extrapolation points is not limited to that shown in FIGS. 6a and 6b, and the range of the extrapolation points may be changed arbitrarily.

以上のように、本実施例の装置によれば、例え
ば、最も単純な例として、圧縮機回転数RPM1
で、無次元ベーン角度平面上の(α,β)=(α1
β1)のa点において流量がQ0である運転状態か
ら、目標流量Q2へ減量する場合には、第2図a
のフローに従い、まず、回転数制御モード(2段
階制御機能における1次制御)により予め設定さ
れている最小回転数RPM2まで圧縮機回転数を
減少させて、流量を第7図に示すようなαβ平面
上の(α1,α1)とした後、ベーン角度制御モード
により(第4図のフローに従う)、a点から目標
流量Q2に近く且つ高効率η1のb点(a,β2)が
探索されて、流量の減量変更がなされるのであ
る。
As described above, according to the apparatus of this embodiment, for example, as the simplest example, the compressor rotation speed RPM1
Then, (α, β) = (α 1 ,
When reducing the flow rate from the operating state where the flow rate is Q 0 at point a of β 1 ) to the target flow rate Q 2 ,
According to the flow, first, the compressor rotation speed is decreased to the minimum rotation speed RPM2 preset by the rotation speed control mode (primary control in the two-step control function), and the flow rate is adjusted to αβ as shown in Fig. 7. After setting (α 1 , α 1 ) on the plane, the vane angle control mode (following the flow in Figure 4) moves from point a to point b (a, β 2 ) which is close to the target flow rate Q 2 and has high efficiency η 1 . ) is searched for and the flow rate is reduced.

また、第8図により、本発明の装置によつて行
なわれる制御モード選択、即ち、回転数制御を1
次制御として含む2段階制御機能による制御モー
ドとベーン角度制御モードとをる設定回転数また
は流量の上限値を基準として適宜選択する方式
と、従来の他の方式とを比較し、本発明の装置の
効率および流量範囲についての効果を説明する。
第8図は吐出圧力一定として各制御方式での流量
−効率特性を示すグラフであり、この第8図に示
すように、回転数制御のみでは、効率はよいが流
量範囲が小さい。入口ガイドベーンの角度制御の
みでは、曲線L1で示すように、流量範囲は回転
数制御のみの場合よりも増加するが小流量側で効
率が低下する。デイフユーザベーンの角度制御の
みでは、曲線L2で示すように、流量範囲は大き
いが効率の低下が著しい。
Further, FIG. 8 shows that the control mode selection performed by the device of the present invention, that is, the rotation speed control is
A method of appropriately selecting a control mode using a two-stage control function included as the next control and a vane angle control mode based on the upper limit value of the set rotation speed or flow rate was compared with other conventional methods. The effect on efficiency and flow range is explained.
FIG. 8 is a graph showing flow rate-efficiency characteristics under each control method assuming a constant discharge pressure. As shown in FIG. 8, only rotational speed control provides good efficiency, but the flow rate range is small. If only the angle of the inlet guide vane is controlled, as shown by curve L1 , the flow rate range increases compared to the case where only rotational speed control is used, but the efficiency decreases on the small flow rate side. If only the angle of the diffuser vane is controlled, the flow rate range is wide, but the efficiency is significantly reduced, as shown by curve L2 .

また、入口ガイドベーンおよびデイフユーザベ
ーンの角度制御を組合せたもの、あるいは、回転
数制御と入口ガイドベーンの角度制御とを組合せ
たものでは、それぞれ曲線L3,L4で示すように、
いずれも流量範囲は大きいがやはり小流量側での
効率低下を免れることはできない。
Furthermore, in cases where the angle control of the inlet guide vane and the differential user vane is combined, or where the rotation speed control and the angle control of the inlet guide vane are combined, as shown by curves L 3 and L 4 respectively,
Both have a wide flow rate range, but they still suffer from a drop in efficiency on the small flow rate side.

しかし、本発明の装置によれば、曲線L5で示
すように、流量範囲を大きくとりながら、小流量
側においても極めて高い効率を得ることができる
のである。
However, according to the device of the present invention, as shown by curve L5 , it is possible to obtain extremely high efficiency even on the small flow rate side while maintaining a wide flow rate range.

このように、本実施例の装置によれば、駆動機
2の回転数制御を1次制御として含む2段階流量
制御機能による制御と、入口ガイドベーン11〜
14およびデイフユーザベーン15〜18の角度
制御とを適宜選択して行なうことにより、前述の
通り広い流量範囲に亘り極めて高い運転状態で流
量制御を行なえるようになるのである。
As described above, according to the device of this embodiment, the control by the two-stage flow rate control function including the rotation speed control of the drive machine 2 as the primary control, and the control by the inlet guide vane 11 to
14 and the angle control of the diffuser vanes 15 to 18 as appropriate, it becomes possible to control the flow rate in extremely high operating conditions over a wide flow rate range as described above.

すなわち、本実施例の装置によれば、流量制御
を行なう場合、回転数の設定値よりも大きいとき
には、回転数制御により効率良く大きなステツプ
での流量制御(1次制御)が行なわれ、流量を目
標流量に近づけてから、ベーン角度制御(2次制
御)により目標流量かつ高効率点を探索すること
ができ、高効率を保ちながら流量制御を行なえる
利点がある。
That is, according to the device of this embodiment, when controlling the flow rate, when the rotation speed is larger than the set value, the flow rate control (primary control) is performed efficiently in large steps by controlling the rotation speed, and the flow rate is controlled. After approaching the target flow rate, vane angle control (secondary control) can search for the target flow rate and high efficiency point, which has the advantage of being able to control the flow rate while maintaining high efficiency.

さらに、本実施例によれば、入口ガイドベーン
11〜14およびデイフユーザベーン15〜18
の角度制御に際し、第4図に示すような外挿法に
より、適当な操作点を直接探索しながら求めるよ
うにしたので、従来手段のように予めベーン角度
等の組合せをプログラムする必要がなく、環境変
化や経年変化に即応しながら、常に高効率の制御
を最小操作回数で行なえる利点もある。
Further, according to this embodiment, the entrance guide vanes 11 to 14 and the differential user vanes 15 to 18
When controlling the angle of the vane, the appropriate operating point is directly searched and determined by the extrapolation method shown in Fig. 4, so there is no need to program combinations of vane angles, etc. in advance, unlike conventional means. Another advantage is that it can always perform highly efficient control with a minimum number of operations while responding quickly to environmental changes and changes over time.

また、本実施例では、多段遠心圧縮機につい
て、無次元入口ガイドベーン角度αおよび無次元
デイフユーザベーン角度βを用いることにより、
多数ある制御要素としての入口ガイドベーン11
〜14およびデイフユーザベーン15〜18の角
度を1組のものとして扱うことができるようにな
るので、制御の複雑化を招くことなく、極めて容
易に多段遠心圧縮機の制御を行なうことができ
る。
Furthermore, in this example, for the multi-stage centrifugal compressor, by using the dimensionless inlet guide vane angle α and the dimensionless differential user vane angle β,
Inlet guide vane 11 as a control element among many
14 and the angles of the differential vanes 15 to 18 can be handled as one set, so the multi-stage centrifugal compressor can be controlled extremely easily without complicating the control. .

なお、上記実施例では、多段遠心圧縮機に本発
明の装置を適用した場合について説明している
が、本発明の装置は単独の遠心圧縮機にも適用で
き、この場合、上述したような無次元ベーン角度
を用いることなく、上記実施例と同様の効果が得
られる。
Although the above embodiment describes the case where the device of the present invention is applied to a multi-stage centrifugal compressor, the device of the present invention can also be applied to a single centrifugal compressor, and in this case, the above-mentioned The same effect as the above embodiment can be obtained without using the dimensional vane angle.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上のように、この発明によれば、回転数検出
手段および運転状態検出手段からの検出信号に基
づき選択制御手段により回転数制御手段とベーン
角度制御手段とを適宜選択して制御モードを切り
替えるように構成したので、広い流量範囲に亘つ
て極めて高い運転効率で流量制御を行なえるよう
になるのである。
As described above, according to the present invention, the selection control means appropriately selects the rotation speed control means and the vane angle control means based on the detection signals from the rotation speed detection means and the operating state detection means to switch the control mode. With this configuration, flow rate control can be performed with extremely high operating efficiency over a wide flow rate range.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1〜8図は本発明の一実施例としての遠心圧
縮機の制御装置を示すもので、第1図はそのブロ
ツク図、第2図aはその流量減量要求時の制御手
順を説明するためのフローチヤート、第2図bは
その流量増量要求時の制御手順を説明するための
フローチヤート、第3図はその流量一定保持制御
モードにおける制御手順を説明するためのフロー
ヤート、第4図はその入口ガイドベーンおよびデ
イフユーザベーンの角度制御手順を詳細に説明す
るためのフローチヤート、第5図a,bはいずれ
も無次元入口ガイドベーン角度および無次元デイ
フユーザベーン角度を説明するための流量−吐出
圧特性を示すグラフ、第6図a,bはいずれも入
口ガイドベーンおよびデイフユーザベーンの角度
制御手順における外挿法を説明するための無次元
ベーン角度平面、第7図は無次元ベーン角度平面
上における流量特性曲面,効率特性曲面およびサ
ージング領域を示すグラフ、第8図は本発明の装
置の効果を説明するための流量−効率特性を示す
グラフであり、第9図は一般的な多段遠心圧縮機
を示すブロツク図、第10図は従来の遠心圧縮機
の制御手段を説明するためのフローチヤート、第
11図は他の従来の遠心圧縮機の制御手段を説明
するためのフローチヤートである。 図において、1…遠心圧縮機、11〜14…入
口ガイドベーン、15〜18…デイフユーザベー
ン、20…運転状態検出手段としての流量セン
サ、21…運転状態検出手段としての温度セン
サ、22…運転状態検出手段としての圧力セン
サ、24…回転数検出手段としての回転数セン
サ、29…回転数制御手段としての回転数制御演
算部、30…ベーン角度制御手段としてのベーン
角度制御演算部、31…2段階制御手段,流量減
量時制御モード切替手段かつ流量増量時制御モー
ド切替手段としての機能を有する選択制御手段と
しての中央制御演算部。
Figures 1 to 8 show a control device for a centrifugal compressor as an embodiment of the present invention. Figure 1 is a block diagram thereof, and Figure 2a is for explaining the control procedure when a flow rate reduction request is made. 2b is a flowchart for explaining the control procedure when the flow rate is increased. FIG. 3 is a flowchart for explaining the control procedure in the constant flow rate control mode. A flowchart for explaining in detail the angle control procedure of the entrance guide vane and the diffuser vane, FIGS. Graphs showing the flow rate-discharge pressure characteristics, Figures 6a and 6b are both dimensionless vane angle planes for explaining the extrapolation method in the angle control procedure of the inlet guide vane and diffuser vane, and Figure 7 is a graph showing the non-dimensional vane angle plane. A graph showing a flow rate characteristic curve, an efficiency characteristic curve, and a surging area on a dimensional vane angle plane, FIG. 8 is a graph showing a flow rate-efficiency characteristic for explaining the effect of the device of the present invention, and FIG. 9 is a graph showing a general FIG. 10 is a flowchart for explaining the control means of a conventional centrifugal compressor, and FIG. 11 is a flowchart for explaining the control means of another conventional centrifugal compressor. It is a flowchart. In the figure, 1... centrifugal compressor, 11-14... inlet guide vane, 15-18... diffuser vane, 20... flow rate sensor as operating state detection means, 21... temperature sensor as operating state detection means, 22... Pressure sensor as operating state detection means, 24... Rotation speed sensor as rotation speed detection means, 29... Rotation speed control calculation section as rotation speed control means, 30... Vane angle control calculation section as vane angle control means, 31 ...a central control calculation section serving as a selection control means having the functions of a two-stage control means, a control mode switching means for reducing the flow rate, and a control mode switching means for increasing the flow rate;

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 入口側および出口側にそれぞれ角度可変式の
入口ガイドベーンおよびデイフユーザベーンを有
する遠心圧縮機において、圧縮機回転数を検出す
る回転数検出手段と、上記遠心圧縮機における流
量,効率等の運転状態を検出する運転状態検出手
段とをそなえるとともに、上記遠心圧縮機の回転
数を制御する回転数制御手段と、上記の入口ガイ
ドベーンおよびデイフユーザベーンの角度をそれ
ぞれ制御するベーン角度制御手段とをそなえ、流
量制御において上記遠心圧縮機における流量およ
び効率をそれぞれ目標流量および最適効率点とす
べく、上記の回転数検出手段および運転状態検出
手段からの検出信号に基づいて上記の回転数制御
手段とベーン角度制御手段とを適宜選択する選択
制御手段が設けられたことを特徴とする遠心圧縮
機の制御装置。 2 上記選択制御手段が、上記回転数制御手段に
よる1次制御を行なつた後に上記ベーン角度制御
手段による2次制御を行なう2段階制御手段と、
同2段階制御手段の上記1次制御による流量減量
制御時において上記回転数検出手段により検出さ
れる上記圧縮機回転数が設定値になると同圧縮機
回転数を維持して上記2段階制御手段による制御
モードから上記ベーン角度制御手段による制御モ
ードに切り替える流量減量時制御モード切替手段
と、流量増量制御時において上記圧縮機回転数が
上記設定値のときは同圧縮機回転数を維持しなが
ら上記ベーン角度制御手段による制御モードにし
上記運転状態検出手段により検出される流量が所
定の上限値になると上記2段階制御手段による制
御モードに切り替える流量増量時制御モード切替
手段とをそなえて構成されたことを特徴とする特
許請求の範囲第1項に記載の遠心圧縮機の制御装
置。
[Scope of Claims] 1. A centrifugal compressor having angle-variable inlet guide vanes and diffuser vanes on the inlet side and the outlet side, respectively, comprising: rotational speed detection means for detecting the compressor rotational speed; an operating state detection means for detecting operating states such as flow rate and efficiency in the centrifugal compressor; and a vane angle control means for controlling the centrifugal compressor, and in order to control the flow rate and efficiency of the centrifugal compressor to a target flow rate and an optimum efficiency point, respectively, based on detection signals from the rotation speed detection means and the operating state detection means. A control device for a centrifugal compressor, characterized in that a selection control means is provided for appropriately selecting the rotation speed control means and the vane angle control means. 2. Two-stage control means, wherein the selection control means performs primary control by the rotation speed control means and then secondary control by the vane angle control means;
When the compressor rotational speed detected by the rotational speed detection means reaches a set value during the flow rate reduction control by the primary control of the two-stage control means, the compressor rotational speed is maintained and the two-stage control means control mode switching means for switching from a control mode to a control mode using the vane angle control means; and a flow rate increase control mode switching means for switching the control mode to the control mode using the angle control means and switching to the control mode using the two-step control means when the flow rate detected by the operating state detection means reaches a predetermined upper limit value. A control device for a centrifugal compressor according to claim 1.
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