JPH09195982A - 遠心圧縮機の保護方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 遠心圧縮機をサージから保護する遠心圧縮機
の保護方法を提供する。 【解決手段】 圧力検出器９で検出される第２段圧縮機
５の吐出圧力の一定時間内における単位時間毎の変化率
を演算機部１０ａで演算し、これら変化率とサージが発
生する圧力変化率の上限許容値である基準値との大小を
判定器部１０ｂで絶対値で比較し、一定時間内に計数さ
れる基準値よりも大きな変化率が所定の回数以上になる
とサージが発生すると判定されて、制御器部１０ｃによ
りアンロード弁８がアンロードされ、アンロード後の一
定時間内に計数される基準値よりも大きな変化率が所定
の回数以上あるときは、アンロード弁８が故障していて
アンロードされていないと判定されて、制御器部１０ｃ
により第１，２段圧縮機の運転が停止されるので、例え
アンロード弁８が故障していたとしても、遠心圧縮機が
サージから保護される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、遠心圧縮機にサー
ジが発生したときにサージを解消させ、サージが解消さ
れないときには遠心圧縮機の運転を停止させて遠心圧縮
機を保護するようにした遠心圧縮機の保護方法の技術分
野に属する。

【０００２】

【従来の技術】周知のとおり、遠心圧縮機を通る流体の
流量が急激に減少するとサージが発生する。サージの過
程によってサージング過程の間、遠心圧縮機内の流体の
流れが一時的に不安定になる。普通、サージには大き
く、かつ不快な騒音が伴うだけでなく、サージによって
遠心圧縮機の寿命に損傷と疲労を生じさせることがあ
る。具体的には、遠心圧縮機の遠心羽根車の損傷、軸受
の破壊を生じる可能性、軸受の過熱と過負荷、遠心圧縮
機配管の疲労と過熱及び他の圧縮機構成要素の過熱等で
ある。現在、サージ過程に反応し、サージが発生した後
に遠心圧縮機を無負荷にするだけの遠心圧縮機制御装置
がある。しかしながら、このような圧縮機制御装置で
は、サージが発生して初めて対応し得るものである。な
お、この場合、遠心圧縮機を殆ど完全に無負荷にするこ
とによって遠心圧縮機の流体吐出量を少なくするもので
ある。

【０００３】上記従来例に係る圧縮機制御装置では、サ
ージを検出するために種々の方法が採用されている。例
えば、圧縮機排出導管の中に配設されたベンチュリーノ
ズル等の流量計により吐出量を計測し、計測値を適当な
信号と共に流体の流れが逆転したか否かを指示する制御
器に入力するようにしたものがある。この方法は、一般
的に、費用が嵩むばかりでなく、不正確であり、さらに
追加システムのための圧力損失がある。また、遠心圧縮
機への入口導管における作動流体の温度の上昇速度によ
るサージを検出する方法がある。しかし、この方法は応
答性が遅いという問題があった。

【０００４】ところで、上記問題の一つを解決したも
の、即ち圧縮機のサージの発生を防止し、サージが発生
したときにサージを解消させるようにしたものが、例え
ば特開平６−１０８８５号公報に開示されている。以
下、この従来例に係る「遠心圧縮機におけるサージの制
御及び回復」の概要を説明すると、これは、遠心圧縮機
からの吐出圧力の圧力下降状態におけるある時間に対す
る負の圧力傾斜を演算し、この圧力傾斜の数値が予め設
定した基準値よりも大であれば、遠心圧縮機のサージ回
復作用を開始する。続いて、所定時間内に吐出圧力の昇
圧状態におけるある時間に対する正の圧力傾斜を求め、
この圧力傾斜の数値が予め設定した基準値以上であれば
サージであると確定し、遠心圧縮機をアンロード状態に
して運転するようにしたものである。なお、サージ回復
作用とは、吐出圧力を入口圧力で割った値、即ち圧力比
により吹出し弁を制御してサージを防止することであ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記特開平６−１０８
８５号公報に開示されてなる遠心圧縮機のサージ制御及
び回復に係る技術は、吹出し弁（アンロード弁）の制御
によるサージの修正という点に関しては新しい。しかし
ながら、アンロード弁を制御できない場合、つまりアン
ロード弁が故障した場合には、遠心圧縮機をアンロード
状態にすることができず、サージを繰り返すことにな
り、遠心圧縮機を保護することができないという解決す
べき課題がある。

【０００６】従って、本発明は確実に遠心圧縮機を保護
することを可能ならしめる遠心圧縮機の保護方法及びそ
の保護装置の提供を目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は上記実情に鑑み
てなされたものであって、従って上記課題を解決するた
めに、本発明に係る遠心圧縮機の保護方法が採用した手
段は、圧力検出手段で検出される圧力検出値から、予め
設定された一定時間内における単位時間毎の吐出圧力の
負の変化率を演算し、これら変化率のそれぞれと予め設
定した基準値との大小を絶対値で比較して、変化率が基
準値よりも小さいか、或いは一定時間内で計数される基
準値よりも大きな変化率の数が所定数よりも少なく、サ
ージが発生しないと判定されたときには遠心圧縮機の運
転を継続し、一定時間内で計数される基準値よりも大き
な変化率の数が所定数以上でサージが発生すると判定さ
れたときにはアンロード弁を調整すると同時に、アンロ
ード弁調整後の予め設定した一定時間内における吐出圧
力の変化率を演算し、一定時間経過したにもかかわら
ず、一定時間内で計数される基準値よりも大きな変化率
の数が所定数以上のときには遠心圧縮機の運転を停止さ
せることを特徴とする。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態に係る
遠心圧縮機の保護方法を具現する遠心圧縮機の保護装置
を、遠心圧縮機の回路を含むその系統図の図１と、制御
フロー図の図２とを参照しながら説明する。

【０００９】先ず、遠心圧縮機（以下、圧縮機とい
う。）の回路系統を、図１を参照しながら説明すると、
図に示す符号３は、駆動装置Ｇで駆動される第１段圧縮
機であり、符号５は前記駆動装置Ｇで駆動される第２段
圧縮機である。フィルタ１から吸込まれた空気は開閉弁
２ａが介装されてなる入口管２を通して第１段圧縮機３
に吸込まれ、ここで１段圧縮された１次圧縮空気は、１
次冷却器４ａが介装されてなる連通管４を通して第２段
圧縮機５に送られ、ここで２段圧縮された２次圧縮空気
は逆止弁６ａ、２次冷却器６ｂが介装されてなる出口管
６を通して圧縮空気供給先に送られるように構成されて
いる。

【００１０】また、出口管６の第２段圧縮機５と逆止弁
６ａの間の途中から、先端に２次圧縮空気を大気中に放
出するアンロード弁８が接続されてなる放風管路７が分
岐している。なお、この場合における圧縮機の台数は２
台で２段構成であるが、圧縮機の台数は１台の単段構成
であっても良く、また３台以上がシリーズ状に配設され
てなる３段以上の構成であっても良い。

【００１１】次に、圧縮機の保護系統を、図１を参照し
ながら説明すると、出口管６の第２段圧縮機５と放風管
路７の分岐部との間に、吐出圧力検出手段である圧力検
出器９が設けられている。そして、この圧力検出器９で
検出された２次圧縮空気の吐出圧力が後述する保護装置
１０に入力されると、吐出圧力の入力値に基づいてアン
ロード弁８が制御されるように構成されている。

【００１２】前記保護装置１０は、圧力検出器９で検出
される圧力検出値から、予め設定された一定時間内、例
えば８秒間における吐出圧力の単位時間Δｔ（０．２
秒）毎の負の変化率を演算する演算器部１０ａを備えて
いる。そして、演算器部１０ａで演算されたこれら変化
率と予め設定された基準値（圧縮機にサージが発生しな
い圧力変化率の上限許容値である。）とが判定器部１０
ｂに入力される。この判定器部１０ｂは、入力された変
化率のそれぞれと基準値との大小を絶対値で比較して、
これら変化率が基準値よりも小さいか、或いは一定時間
内に計数される基準値よりも大きな変化率の数が所定数
より少ないときにはサージが発生しないと判定する一
方、基準値よりも大きい変化率があって、かつ一定時間
内に計数される基準値よりも大きな変化率の数が所定数
以上のときには圧縮機にサージが発生すると判定するも
のである。

【００１３】この判定器部１０ｂから発信されるサージ
発生判定信号は制御器部１０ｃに入力される。この制御
器部１０ｃは、判定器部１０ｂからのサージ発生判定信
号を受信して前記アンロード弁８を制御する一方、この
アンロード弁８が一定時間制御され続けているにもかか
わらず、前記判定器部１０ｂから、アンロード弁８調整
後の一定時間以内に検出された圧力検出値から演算され
る吐出圧力の変化率が基準値よりも大きく、かつ一定時
間内に計数される基準値よりも大きな変化率の数が所定
数以上であって、サージが発生するとのサージ発生判定
信号を受信したときには、運転装置である圧縮機操作盤
１１に対して第１段圧縮機３と第２段圧縮機５との運転
を停止させる運転停止信号を発信するものである。な
お、保護装置１０を構成する演算器部１０ａ、判定器部
１０ｂ及び制御器部１０ｃはそれぞれ独立した構成にす
ることができ、また一定時間は圧縮機の運転結果から決
定されるものであり、圧縮機の大きさや段数によって変
更される。

【００１４】以下、上記保護装置１０の作用態様の概要
を説明すると、圧力検出器９により２次圧縮空気の吐出
圧力が検出されて演算器部１０ａに入力されると、演算
器部１０ａでは検出圧力から一定時間（８秒間）におけ
る単位時間（０．２秒）毎の吐出圧力の変化率（負）が
演算され、その演算された変化率のそれぞれが予め設定
された基準値が入力されている判定器部１０ｂに入力さ
れる。

【００１５】この判定器部１０ｂでは、演算器部１０ａ
から入力された変化率のそれぞれと基準値との大小が絶
対値で比較され、変化率が基準値より小さいか、或いは
一定時間内に計数される基準値よりも大きな変化率の数
が所定数より少なければ、サージが発生しないと判定
し、そのまま第１，２段圧縮機３，５の運転が継続され
る。逆に、変化率が基準値よりも大きく、かつ一定時間
内に計数される基準値よりも大きな変化率の数が所定数
以上になるとサージが発生すると判定し、アンロード弁
８を制御するように制御器部１０ｃに対してサージ発生
判定信号を発信するので、制御器部１０ｃによりアンロ
ード弁８が制御される。

【００１６】次いで、アンロード弁８へのアンロード信
号発信後の一定時間の間、吐出圧力の変化率が演算さ
れ、変化率の絶対値が基準値の絶対値より大きくて、ア
ンロード弁８が一定時間制御されているにもかかわら
ず、サージが発生すると判定されたときには、アンロー
ド弁８が故障していることになるので、制御器部１０ｃ
にサージ発生判定信号が発信される。

【００１７】従って、制御器部１０ｃにより第１，２段
圧縮機３，５を作動・停止させる運転装置である圧縮機
操作盤１１が操作されて、第１，２段圧縮機３，５の運
転が停止されるので、サージに起因するこれら第１，２
段圧縮機３，５の遠心羽根車の損傷、軸受の破損、過熱
等のトラブルが防止される。

【００１８】次に、制御フロー図の図２を参照しなが
ら、第１，２段圧縮機３，５のサージ防止の仕方の詳細
を説明すると、先ず第１ステップにおいて、第１，２段
圧縮機３，５が運転中か否かが判定される。Ｎｏの場合
にはスタート位置にリターンされ、第１，２段圧縮機
３，５が運転される。そして、Ｙｅｓの場合には第２ス
テップに進む。

【００１９】第２ステップにおいて、後述する第５ステ
ップで設定される連続する圧力変動回数を計数してアン
ロードしたい回数Ｓｎに満たない場合に、一定時間毎、
例えば８秒毎にカウンタＳがリセットされる。そして、
カウンタＳのリセット後に第３ステップに進む。

【００２０】第３ステップにおいて、第２段圧縮機５か
ら吐出される２次圧縮空気の吐出圧力が圧力検出器９で
検出され、そしてサンプリング周期Δｔ（０．２秒）毎
に吐出圧力の負の変化率が演算されて第４ステップに進
む。なお、吐出圧力の変化率をｄＰＴ（負）、変動ｎ回
目の吐出圧力の圧力検出値をＰＴ_n 、変動（ｎ−１）回
目の吐出圧力の圧力検出値をＰＴ_n-1 、サンプリング周
期Δｔとしたとき、変化率ｄＰＴは（ＰＴ_n −Ｐ
Ｔ_n-1 ）／Δｔという式で表わされる。なお、サンプリ
ング周期Δｔ（０．２秒）は、実機試験の結果から導き
出したものである。

【００２１】第４ステップにおいて、第３ステップで演
算された吐出圧力のそれぞれの変化率ｄＰＴと予め設定
されている負の基準値Ｃ₀ （−２．５×１０⁵ Ｐａ／
ｓ）との大小が絶対値で比較される。そして、それぞれ
の変化率ｄＰＴが基準値Ｃ₀ よりも小さく圧縮機にサー
ジが発生しないと判定されるＮｏのときには、初期のス
タート位置にリターンされる。一方、基準値Ｃ₀ よりも
大きい変化率ｄＰＴがあって圧縮機にサージが発生し得
ると判定されるＹｅｓのときには、第５ステップに進
む。なお、基準値Ｃ₀ は圧縮機の過去の運転実績データ
から設定されるもので、圧縮機にサージが発生しない圧
力変化率の上限許容値である。

【００２２】第５ステップにおいて、カウンタＳにより
計数される基準値Ｃ₀ よりも大きな変化率ｄＰＴの回数
がアンロードしたいＳｎ回に達したか、否かが判定され
る。Ｎｏの場合には基準値Ｃ₀ よりも大きな変化率ｄＰ
Ｔがあったとしても圧縮機にサージが発生することがな
く、アンロード弁８をアンロードさせる必要がないので
第２ステップにリターンさせ、Ｙｅｓの場合にはサージ
が発生すると判定されたので第６ステップに進む。

【００２３】第６ステップにおいて、第７ステップでタ
イマーカウントを開始し、予め定めた一定時間、例えば
８秒以内であるか８秒経過したかということを、フラグ
Ｆ_TがＯＮ（タイマーの接点の入力）したか否かにより
判定する。フラグＦ_T がＯＮしないＮｏの場合には、第
５ステップにおいてサージが発生すると判定されたにも
かかわらず、制御器部１０ｃからアンロード弁８にアン
ロード信号が出力されていないので第７ステップに進
み、この第７ステップにおいて、アンロード弁８にアン
ロード信号を発信してアンロードさせる。

【００２４】一方、第６ステップにおいて、第７ステッ
プにおいてアンロード信号の発信と同時にタイマーカウ
ントを開始し、第２段圧縮機５から吐出される２次圧縮
空気の吐出圧力を一定時間、例えば８秒間測定し、その
圧力検出値に基づいて０．２秒毎に変化率ｄＰＴを演算
すると共に、これら変化率ｄＰＴと予め設定されている
基準値Ｃ₀ との大小を絶対値で比較して、一定時間以内
に基準値Ｃ₀ よりも大きな変化率ｄＰＴが所定数以上計
数され、サージが発生すると判定されて、フラグＦ_T が
ＯＮするＹｅｓの場合は、第８ステップに進む。

【００２５】第８ステップにおいて、圧縮機３，５を駆
動する運転装置を制御する制御器部１０ｃに運転停止信
号が発信され、圧縮機３，５の運転が停止される。そし
て、次の運転開始に際しては、再びスタートから同様の
制御フローが繰り返される。なお、第７ステップにおけ
るアンロード後の再ロード及び第６ステップにおけるフ
ラグＦ_T のリセットはマニュアル操作によって行われ
る。

【００２６】このように、変化率と基準値との大小の絶
対値比較により、サージが発生しないと判定されたとき
はアンロード弁が開弁され、アンロード弁が開弁されて
いる筈であるにもかかわらず、サージが発生すると判定
されたときには圧縮機が停止される。従って、従来例で
はアンロード弁が故障している場合にサージを繰り返す
ことがあったが、本発明によれば、例えアンロード弁が
故障していたとしても圧縮機がサージによりダメージを
受けるようなことがなく、圧縮機の寿命の延長や補修費
の削減が可能になるという優れた効果がある。なお、上
記一定時間（８秒）は適宜変更し得るものである。

【００２７】

【発明の効果】以上述べたように、本発明に係る請求項
１に係る圧縮機の保護方法によれば、吐出圧力の変化率
と予め設定されるサージが発生しない圧力変化率の上限
許容値である基準値との大小が絶対値で比較されること
により、サージが発生しないと判定されたときはアンロ
ード弁が制御されて圧縮機の運転が継続されるが、アン
ロード弁が制御されているにもかかわらず、サージが発
生すると判定されたときには圧縮機が停止される。従っ
て、従来例ではアンロード弁が故障している場合にサー
ジを繰り返すことがあったが、本発明によれば、例えア
ンロード弁が故障していたとしても圧縮機がサージの発
生によるダメージを受けるようなことがないので、圧縮
機の寿命の延長や補修費の削減に多大な効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る圧縮機の回路系統を
含む保護装置の系統図である。

【図２】本発明の実施の形態に係り、保護装置における
制御フロー図である。

【符号の説明】 １…フィルタ ２…入口管，２ａ…開閉弁 ３…第１段圧縮機 ４…連通管，４ａ…１次冷却器 ５…第２段圧縮機 ６…出口管，６ａ…逆止弁，６ｂ…２次冷却器 ７…放風管路 ８…アンロード弁 ９…圧力検出器 １０…保護装置，１０ａ…演算器部，１０ｂ…判定器
部，１０ｃ…制御器部 １１…圧縮機操作盤 Ｇ…駆動装置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧力検出手段で検出される圧力検出値か
   ら、予め設定された一定時間内における単位時間毎の吐
   出圧力の負の変化率を演算し、これら変化率のそれぞれ
   と予め設定した基準値との大小を絶対値で比較して、変
   化率が基準値よりも小さいか、或いは一定時間内で計数
   される基準値よりも大きな変化率の数が所定数よりも少
   なく、サージが発生しないと判定されたときには遠心圧
   縮機の運転を継続し、一定時間内で計数される基準値よ
   りも大きな変化率の数が所定数以上でサージが発生する
   と判定されたときにはアンロード弁を調整すると同時
   に、アンロード弁調整後の予め設定した一定時間内にお
   ける吐出圧力の変化率を演算し、一定時間経過したにも
   かかわらず、一定時間内で計数される基準値よりも大き
   な変化率の数が所定数以上のときには遠心圧縮機の運転
   を停止させることを特徴とする遠心圧縮機の保護方法。