JPH0739840B2 - 多段遠心圧縮機の制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、複数段の圧縮機を有し、インレットガイドベ
ーン及び可変ディフューザベーンにより容量制御を行う
多段遠心圧縮機の制御方法に関するものである。

〔従来技術〕

遠心圧縮機には、通常、サージング現象があり、そのた
めに容量調整範囲が限られている。従って、より幅の広
い容量調整範囲を有することが望まれている。一方、部
分負荷における効率は少しでも向上するように工夫する
必要がある。

従来の多段遠心圧縮機の制御方法には、インレットガイ
ドベーンまたは可変ディフューザベーンを各々単独に制
御することにより容量制御を行う方法がある。しかし、
定圧制御において、一方のインレットガイドベーンによ
る制御方法では、第４図に示すように、部分負荷運転の
効率は良好であるが、運転可能範囲は約70％止まりと狭
くなるという欠点がある。他方の可変ディフューザベー
ンは、従来、設計点の効率向上を目的として使用されて
いたディフューザーベーンにおける容量制御範囲が著し
く狭くなるという欠点を解消したものである。しかし、
この可変ディフューザベーンは、同図に示すように、運
動可能範囲は、単段の場合では約30％まで可能というよ
うに広範囲であるが、部分負荷運転の効率は、インレッ
トガイドベーンに比べて劣るという欠点を有している。

このような問題を解決したものには、例えば、特開昭55
−60692〜60695号公報に示すように、インレットガイド
ベーン及び可変ディフューザベーンの両者間に所定の関
係づけを行い、これらを同時に制御する方法がある。

ところが、上記従来の構造では、インレットガイドベー
ン及び可変ディフューザの各要素の測定、これら各要素
の演算、及び演算後の各部への指示等の制御系が複雑に
なり、構成が複雑化され、かつコストアップを招来する
等の欠点を有していた。

〔発明の目的〕

本発明は、上記従来の問題点を考慮して成されたもので
あって、簡単かつ効率よく、しかも広範囲の制御を行う
ことができる多段遠心圧縮機の制御方法の提供を目的と
するものである。

〔発明の構成〕

本発明の多段遠心圧縮機の制御方法は、上記の目的を達
成するために、初段圧縮機の上流側に設けられたインレ
ットガイドベーンと、２段目以降の任意の段の圧縮機に
設けられた可変ディフューザベーンの角度を制御するこ
とにより、容量制御を行う多段遠心圧縮機の制御方法に
おいて、先ず、上記可変ディフューザベーンを全開させ
た状態に固定して、上記インレットガイドベーンの角度
を変化させて各圧縮機の容量を可能な範囲まで制御し、
このときの角度に上記インレットガイドベーンを固定し
た後、上記可変ディフューザベーンの角度を変化させて
上記可変ディフューザベーンが設けられた圧縮機を制御
することにより、簡単に良好な制御を行うことができる
ように構成したことを特徴とするものである。

〔実施例〕

本発明の一実施例を第１図乃至第３図に基づいて以下に
説明する。

多段遠心圧縮機である３段遠心圧縮機は、第１図に示す
ように、第１圧縮機１、第２圧縮機２及び第３圧縮機３
が直列に接続されている。第１圧縮機１の前段にはイン
レットガイドベーン４が設けられ、第１圧縮機１と第２
圧縮機２及び第３圧縮機の各吐出し口側にはそれぞれ、
固定ディフューザベーン５と角度が可変である可変ディ
フューザベーン６が設けられている。上記第１圧縮機１
と第２圧縮機２との間、及び第２圧縮機２と第３圧縮機
３との間にはそれぞれ、圧縮機１・２から吐出された気
体を冷却する第１冷却機７と第２冷却機８が介装されて
いる。また、上記インレットガイドベーン４と第２圧縮
機２及び第３圧縮機の可変ディフューザベーン６には各
々、これらの駆動手段９・10が接続され、両駆動手段９
・10には、電空変換器11・12を介して、両ベーン４・６
を制御する制御部13が接続されている。

一方、上記３段遠心圧縮機には、第２図に示すように、
外部からの駆動力を受ける主駆動軸14と、この主駆動軸
14によって駆動され、第１圧縮機１及び第２圧縮機２を
回転させる駆動軸15と、第３圧縮機３を回転させる駆動
軸16とが設けられている。駆動軸15の両端部にはそれぞ
れ第１圧縮機１及び第２圧縮機２が設けられ、駆動軸16
の一端部には第３圧縮機３が設けられている。各圧縮機
１〜３には、４〜６枚のインペラ17…が配設され、この
インペラ17…の前方には吸込み管路18が接続されてい
る。また、インペラ17…の外周側方には、吐出し流路19
と連通するディフューザ20が形成されている。そして、
前述の如く、第１圧縮機１と第２圧縮機２及び第３圧縮
機の各ディフューザ20には各々、固定ディフューザベー
ン５と可変ディフューザベーン６が配設されている。

上記の構造において、本３段遠心圧縮機の定圧容量制御
状態は第３図に示す如くとなる。同図において、曲線Ａ
はサージングラインを表し、Ｂは設計点を表している。
制御を行う際には、制御部13の制御動作により、先ず、
第２圧縮機２及び第３圧縮機の可変ディフューザベーン
６を、ディフューザ20が全開となるような状態に固定し
て、第１圧縮機１の前段に設けられたインレットガイド
ベーン４を可能な範囲まで絞り込んで気体流量を減少さ
せていく。この状態は、曲線ａ〜ｃの如くとなる。上記
インレットガイドベーン４及び後の可変ディフューザベ
ーン６を絞り込む範囲は、対応する圧縮機のサージング
ラインと定吐出圧力ラインの交点より決定される範囲で
あり、予測可能である。次に、曲線ｃの時点にて、イン
レットガイドベーン４をそのときの開度で固定し、それ
まで固定していた第２圧縮機２及び第３圧縮機の可変デ
ィフューザベーン６を絞り込んでいくと、曲線ｄ〜ｇに
示す動作状態となる。

即ち、インレットガイドベーン４のみによる容量制御で
は、曲線ｃより少し絞り込めばサージング状態に陥って
運転不可能になるが、曲線ｃの時点にてインレットガイ
ドベーン４を固定し、可変ディフューザベーン６を絞り
込んでいくことにより、運転可能範囲が更に広がってい
くのである。

尚、第３図において、サージング直前である曲線ｃの状
態から可変ディフューザベーン６を絞り込んだ場合、サ
ージング発生の吐出圧力が上昇するのは、以下の理由に
よる。

即ち、設計点（100％流量）からインレットガイドベー
ン４を絞り込んだ場合、絞り開度に応じて流量が減少し
ていく。この際、圧縮機におけるインペラ17の後流側に
吐出されるガスの流れ方向も、100％流量時の角度から
容量減少に従って変化していく。一方、可変ディフュー
ザベーン６は、設計点（100％流量）でのガス流れ角度
に一致するように、角度をセットしている。これは、可
変ディフューザベーン６の角度がガス流れ角度に一致す
る場合に、最高効率が得られるからである。このため、
インレットガイドベーン４で流量を絞っていくと、効率
が次第に低下していき、効率低下に従ってサージング圧
力も低下することになる。この時点で、ディフューザベ
ーンの角度をガス流れに合わせるように調整すると、効
率が上がり、結果としてサージング圧力も上昇する。

尚、上記サージング圧力とは、インレットガイドベーン
４および可変ディフューザベーン６を任意の開度にセッ
トした場合に、圧縮機にサージング現象が発生する吐出
圧力（固有値）のことである。

また、可変ディフューザベーン６は第１圧縮機１から最
終段の圧縮機にかけて、必要に応じて任意に設置可能で
ある。例えば、４段遠心圧縮機において、第１圧縮機の
前段にインレットガイドベーン４を配設し、第２、第３
圧縮機に可変ディフューザーベーン６を設置してもよ
い。

〔発明の効果〕

本発明の多段遠心圧縮機の制御方法は、以上のように、
初段圧縮機の上流側に設けられたインレットガイドベー
ンと、２段目以降の任意の段の圧縮機に設けられた可変
ディフューザベーンの角度を制御することにより、容量
制御を行う多段遠心圧縮機の制御方法において、先ず、
上記可変ディフューザベーンを全開させた状態に固定し
て、上記インレットガイドベーンの角度を変化させて各
圧縮機の容量を可能な範囲まで制御し、このときの角度
に上記インレットガイドベーンを固定した後、上記可変
ディフューザベーンの角度を変化させて上記可変ディフ
ューザベーンが設けられた圧縮機を制御する構成であ
る。

それ故、任意の段の圧縮機にディフューザーベーンを採
用することができ、圧縮機１段当たりの効率を向上する
ことができる。尚、本願出願人の測定では最大５％向上
できた。従って、設計点の効率を犠牲にすることなく、
容量制御範囲を広げることができると共に、可変ディフ
ューザーベーンのみの制御に比べて部分負荷効率を向上
することができる。また、各段の圧縮機の圧力、温度等
の多数の要素を検知し、これら各要素の演算結果に基づ
いて各部へ指示信号を送出する等の複雑な制御を行う必
要がなく、制御系の構成が簡素化され、コストダウンを
行うことができる。さらに、制御系の簡素化に伴い、動
作の信頼性を向上することができる等の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す概略構成図、第２図は
第１図に示した３段遠心圧縮機の断面図、第３図は第１
図に示した３段遠心圧縮機における容量と吐出圧力との
関係を示すグラフ、第４図は従来例における容量と吐出
圧力及び軸動力との関係を示すグラフである。 １は第１圧縮機、２は第２圧縮機、３は第３圧縮機、４
はインレットガイドベーン、５は固定ディフューザベー
ン、６は可変ディフューザベーン、13は制御部、17はイ
ンペラ、20はディフューザである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】初段圧縮機の上流側に設けられたインレッ
   トガイドベーンと、２段目以降の任意の段の圧縮機に設
   けられた可変ディフューザベーンの角度を制御すること
   により、容量制御を行う多段遠心圧縮機の制御方法にお
   いて、 先ず、上記可変ディフューザベーンを全開させた状態に
   固定して、上記インレットガイドベーンの角度を変化さ
   せて各圧縮機の容量を可能な範囲まで制御し、このとき
   の角度に上記インレットガイドベーンを固定した後、上
   記可変ディフューザベーンの角度を変化させて上記可変
   ディフューザベーンが設けられた圧縮機を制御すること
   を特徴とする多段遠心圧縮機の制御方法。