JPH09268995A - 圧縮機システム - Google Patents
圧縮機システムInfo
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- JPH09268995A JPH09268995A JP8121496A JP8121496A JPH09268995A JP H09268995 A JPH09268995 A JP H09268995A JP 8121496 A JP8121496 A JP 8121496A JP 8121496 A JP8121496 A JP 8121496A JP H09268995 A JPH09268995 A JP H09268995A
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- Control Of Positive-Displacement Air Blowers (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】システムの効率低下を最小限に抑えつつ小さい
エネルギでサージングを抑制する。 【解決手段】流量と開閉周波数の制御が独立に行える調
整弁３により、サージングの基本周波数に同期して全
開，全閉を繰り返し、サージングによる圧力変動の大き
さにより全開時の弁開度を加減する。
エネルギでサージングを抑制する。 【解決手段】流量と開閉周波数の制御が独立に行える調
整弁３により、サージングの基本周波数に同期して全
開，全閉を繰り返し、サージングによる圧力変動の大き
さにより全開時の弁開度を加減する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は圧縮機システムに関
する。
する。
【０００２】
【従来の技術】従来より実施されているサージングの対
策は、圧縮機の出口側配管と入口側配管を調整弁を介し
て接続した還流配管を設け、流量，温度等を監視してサ
ージング状態へ遷移すると予測された場合、調整弁を開
きサージングを回避する。また、実際にサージング状態
に遷移したケースの制御については、入口側，出口側配
管内に設けた容量要素若しくは流量制御弁等をサージン
グによる圧力変動を相殺するように動的に容量，弁開度
を制御しサージングの圧力変動を低減する。前者につい
ては、特開平2−119698 号公報に示されたコンプレッサ
の流量制御装置等が代表的なものである。また、後者に
関する論文は、アクティブ スタビライゼーション オ
ブ セントリフューガル コンプレッサ サージ（エイ
・エス・エム・イー ガスタービン アンドエアロエン
ジン コングレス アンド エクスポジッション)(Pins
let,J.E.et al.,1990，“Active Stabilization of
Centrifugal Compressor Surge,"ASME Gas Turbine
and Aeroengine Congressand Exposition 90-GT-123
に示すものなどが挙げられる。
策は、圧縮機の出口側配管と入口側配管を調整弁を介し
て接続した還流配管を設け、流量，温度等を監視してサ
ージング状態へ遷移すると予測された場合、調整弁を開
きサージングを回避する。また、実際にサージング状態
に遷移したケースの制御については、入口側，出口側配
管内に設けた容量要素若しくは流量制御弁等をサージン
グによる圧力変動を相殺するように動的に容量，弁開度
を制御しサージングの圧力変動を低減する。前者につい
ては、特開平2−119698 号公報に示されたコンプレッサ
の流量制御装置等が代表的なものである。また、後者に
関する論文は、アクティブ スタビライゼーション オ
ブ セントリフューガル コンプレッサ サージ（エイ
・エス・エム・イー ガスタービン アンドエアロエン
ジン コングレス アンド エクスポジッション)(Pins
let,J.E.et al.,1990，“Active Stabilization of
Centrifugal Compressor Surge,"ASME Gas Turbine
and Aeroengine Congressand Exposition 90-GT-123
に示すものなどが挙げられる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】前者に関しては、還流
配管に設けた調整弁を開くことにより、サージングの回
避は可能となるが、流体が還流配管を経由して出口側か
ら入口側へと流れるため、流量の増大により圧縮機の消
費動力が増大し、効率が大きく低下する問題がある。
配管に設けた調整弁を開くことにより、サージングの回
避は可能となるが、流体が還流配管を経由して出口側か
ら入口側へと流れるため、流量の増大により圧縮機の消
費動力が増大し、効率が大きく低下する問題がある。
【０００４】また、後者に関する課題は、システムの主
流の制御を行うとプラント全体の制御系に影響を与える
こと、また、実際のプラントで容量の制御や、主流の流
量制御をサージングの周波数に同期して行うためには大
規模なアクチュエータ及びそれを駆動するために大きい
エネルギが必要となる問題がある。
流の制御を行うとプラント全体の制御系に影響を与える
こと、また、実際のプラントで容量の制御や、主流の流
量制御をサージングの周波数に同期して行うためには大
規模なアクチュエータ及びそれを駆動するために大きい
エネルギが必要となる問題がある。
【０００５】本発明の目的は、サージ抑制による効率の
低下を抑えつつ、小規模なアクチュエータ，小さいエネ
ルギでサージングの抑制を行うことにある。
低下を抑えつつ、小規模なアクチュエータ，小さいエネ
ルギでサージングの抑制を行うことにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、圧縮機の出口
側配管と入口側配管を接続する環流配管と、前記環流配
管に設置された調整弁と、配管内部もしくは負荷内部の
圧力を検出する圧力検出手段と、前記圧力検出手段の検
出値により前記調整弁の開閉を制御する制御装置とを備
えた圧縮機システムにおいて、前記調整弁は、流量と開
閉周波数の制御が独立に行え、サージングの基本周波数
に同期して前開，全閉を繰り返し、サージングによる圧
力変動の大きさにより全開時の流量を加減することを特
徴とする。
側配管と入口側配管を接続する環流配管と、前記環流配
管に設置された調整弁と、配管内部もしくは負荷内部の
圧力を検出する圧力検出手段と、前記圧力検出手段の検
出値により前記調整弁の開閉を制御する制御装置とを備
えた圧縮機システムにおいて、前記調整弁は、流量と開
閉周波数の制御が独立に行え、サージングの基本周波数
に同期して前開，全閉を繰り返し、サージングによる圧
力変動の大きさにより全開時の流量を加減することを特
徴とする。
【０００７】更に望ましくは、前記圧縮機システムで、
前記調整弁は一定周波数で全閉，全開動作を繰り返す弁
１と任意開度に設定，保持可能な弁２とを直列に配管接
続した構造であることを特徴とする。
前記調整弁は一定周波数で全閉，全開動作を繰り返す弁
１と任意開度に設定，保持可能な弁２とを直列に配管接
続した構造であることを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の圧縮機システムの
一実施例を図１ないし図５により説明する。
一実施例を図１ないし図５により説明する。
【０００９】図１は本発明の圧縮機システムを備えたプ
ラントの説明図である。１は圧縮機であり、例えばプラ
ントの空気源として動作する。２は圧縮機の流入側，流
出側の配管であり、圧縮機により加圧された空気を負荷
６に導く。３は圧縮機の流入，流出側を還流する形で取
り付けられた弁（リサイクル弁）であり、サージングの
周波数に同期して開閉動作可能なものである。４は圧力
検出器で例えば半導体圧力センサであり、配管２もしく
は負荷６内の圧力値を電気信号に変換する。５はリサイ
クル弁の開閉制御を行う制御装置であり、圧力検出器の
出力を監視し例えばサージングの発生時、サージングに
よる圧力変動の大きさや周期に従いリサイクル弁の開閉
制御を行う。
ラントの説明図である。１は圧縮機であり、例えばプラ
ントの空気源として動作する。２は圧縮機の流入側，流
出側の配管であり、圧縮機により加圧された空気を負荷
６に導く。３は圧縮機の流入，流出側を還流する形で取
り付けられた弁（リサイクル弁）であり、サージングの
周波数に同期して開閉動作可能なものである。４は圧力
検出器で例えば半導体圧力センサであり、配管２もしく
は負荷６内の圧力値を電気信号に変換する。５はリサイ
クル弁の開閉制御を行う制御装置であり、圧力検出器の
出力を監視し例えばサージングの発生時、サージングに
よる圧力変動の大きさや周期に従いリサイクル弁の開閉
制御を行う。
【００１０】図２は制御装置５のブロック図である。圧
力検出器の出力電圧には、平均的な圧力に比例した電圧
が直流成分として、また、乱流の持つ高周波の圧力変動
信号や圧縮器駆動用のモータの発生する電気的なノイズ
による電圧が高周波成分として重畳してくる。これらの
情報は本実施例ではノイズ成分となるため、電気的なフ
ィルタ若しくはディジタル信号処理により除去する。７
は圧力検出器の出力信号が含む直流成分を除去するフィ
ルタである。８は更に高周波成分を除去するフィルタで
ある。
力検出器の出力電圧には、平均的な圧力に比例した電圧
が直流成分として、また、乱流の持つ高周波の圧力変動
信号や圧縮器駆動用のモータの発生する電気的なノイズ
による電圧が高周波成分として重畳してくる。これらの
情報は本実施例ではノイズ成分となるため、電気的なフ
ィルタ若しくはディジタル信号処理により除去する。７
は圧力検出器の出力信号が含む直流成分を除去するフィ
ルタである。８は更に高周波成分を除去するフィルタで
ある。
【００１１】以上の信号処理により、サージの大きさ及
び周波数に関する情報を抽出し、リサイクル弁３の制御
信号を作成する。リサイクル弁３は流量制御及び周波数
制御が独立に行えるものであり、例えば２個の弁を直列
に接続したような構造で実現可能である。本実施例では
流量制御用リサイクル弁１７と周波数制御用リサイクル
弁１８という様に２個の独立した弁として説明する。
び周波数に関する情報を抽出し、リサイクル弁３の制御
信号を作成する。リサイクル弁３は流量制御及び周波数
制御が独立に行えるものであり、例えば２個の弁を直列
に接続したような構造で実現可能である。本実施例では
流量制御用リサイクル弁１７と周波数制御用リサイクル
弁１８という様に２個の独立した弁として説明する。
【００１２】流量制御用リサイクル弁１７に関する信号
に関しては、９は高周波成分除去フィルタ８の出力した
信号を整流し、圧力変動の振幅に比例した信号（電圧）
を発生する整流装置である。１０は圧力変動の振幅に比
例した電圧を入力しリサイクル弁の開度目標値を出力す
る信号レベル変換装置である。この出力が流量制御用リ
サイクル弁駆動装置１１に入力され流量制御用リサイク
ル弁１７が、圧力変動の振幅に比例するように開閉制御
される。
に関しては、９は高周波成分除去フィルタ８の出力した
信号を整流し、圧力変動の振幅に比例した信号（電圧）
を発生する整流装置である。１０は圧力変動の振幅に比
例した電圧を入力しリサイクル弁の開度目標値を出力す
る信号レベル変換装置である。この出力が流量制御用リ
サイクル弁駆動装置１１に入力され流量制御用リサイク
ル弁１７が、圧力変動の振幅に比例するように開閉制御
される。
【００１３】一方、周波数制御用リサイクル弁１８に関
しては、１２ないし１６の要素により駆動信号が作られ
る。１２は増幅装置であり、高周波成分除去フィルタ８
の出力した信号を入力し、増幅して出力する。１３は比
較装置である。増幅器１２より出力された信号と、整流
装置９より出力された信号とを比較し、前者が後者より
大きい場合にハイレベルの信号（５Ｖ）を、小さい場合
にはローレベルの信号（０Ｖ）を出力する。１４はエッ
ジ検出装置である。例えば、比較装置より出力された信
号がローレベル→ハイレベルへ立ち上がるエッジを検出
し、エッジから次のエッジまでの周期を出力する。この
周期が圧力変動の周期と等しくなる。
しては、１２ないし１６の要素により駆動信号が作られ
る。１２は増幅装置であり、高周波成分除去フィルタ８
の出力した信号を入力し、増幅して出力する。１３は比
較装置である。増幅器１２より出力された信号と、整流
装置９より出力された信号とを比較し、前者が後者より
大きい場合にハイレベルの信号（５Ｖ）を、小さい場合
にはローレベルの信号（０Ｖ）を出力する。１４はエッ
ジ検出装置である。例えば、比較装置より出力された信
号がローレベル→ハイレベルへ立ち上がるエッジを検出
し、エッジから次のエッジまでの周期を出力する。この
周期が圧力変動の周期と等しくなる。
【００１４】周波数制御用リサイクル弁の開閉制御を実
施する場合、圧縮器下流側の圧力（変動成分）が最大の
時に、リサイクル弁の開度が最大となるように制御する
のが最も効果的である。本実施例のようにフィードバッ
クにより駆動信号を作成する場合、様々な電気的，機械
的な時間遅れが存在する。１５は時間遅れを補正するた
めの位相補正装置である。エッジ検出装置１４の出力信
号は位相補正装置１５により、圧縮器下流側の圧力（変
動成分）が最大の時に、リサイクル弁の開度が最大とな
るよう補正され、周波数制御用リサイクル弁駆動装置１
６に入力される、信号処理により、周波数制御用リサイ
クル弁１８は、圧力変動の変動に同期するように開閉制
御される。
施する場合、圧縮器下流側の圧力（変動成分）が最大の
時に、リサイクル弁の開度が最大となるように制御する
のが最も効果的である。本実施例のようにフィードバッ
クにより駆動信号を作成する場合、様々な電気的，機械
的な時間遅れが存在する。１５は時間遅れを補正するた
めの位相補正装置である。エッジ検出装置１４の出力信
号は位相補正装置１５により、圧縮器下流側の圧力（変
動成分）が最大の時に、リサイクル弁の開度が最大とな
るよう補正され、周波数制御用リサイクル弁駆動装置１
６に入力される、信号処理により、周波数制御用リサイ
クル弁１８は、圧力変動の変動に同期するように開閉制
御される。
【００１５】図３は代表的な信号を示した物であり、流
量を絞っていきサージング状態に遷移する直前から実際
にサージング状態になるまでの変動を示している。な
お、図３はリサイクル弁の開閉は行わず、流量制御用リ
サイクル弁１７，周波数制御用リサイクル弁１８双方と
も閉じた状態での信号を示した物である。１９は検出器
の出力信号を示したものである。圧力変動成分に加えて
直流成分と高周波成分が重畳した信号となっている。２
０は高周波成分除去フィルタの出力信号であり、サージ
ングの圧力変動に比例した出力となる。２１は整流装置
９の出力信号であり、高周波成分除去フィルタの出力信
号２０の振幅に比例した大きさの直流信号となる。２２
は比較装置１３の出力信号である。比較装置１３の出力
信号はサージングの圧力変動と同一の周期を持つパルス
信号となり、例えばこの信号の立ち上がりエッジの周期
を計測することにより、サージングの周波数が求められ
る。
量を絞っていきサージング状態に遷移する直前から実際
にサージング状態になるまでの変動を示している。な
お、図３はリサイクル弁の開閉は行わず、流量制御用リ
サイクル弁１７，周波数制御用リサイクル弁１８双方と
も閉じた状態での信号を示した物である。１９は検出器
の出力信号を示したものである。圧力変動成分に加えて
直流成分と高周波成分が重畳した信号となっている。２
０は高周波成分除去フィルタの出力信号であり、サージ
ングの圧力変動に比例した出力となる。２１は整流装置
９の出力信号であり、高周波成分除去フィルタの出力信
号２０の振幅に比例した大きさの直流信号となる。２２
は比較装置１３の出力信号である。比較装置１３の出力
信号はサージングの圧力変動と同一の周期を持つパルス
信号となり、例えばこの信号の立ち上がりエッジの周期
を計測することにより、サージングの周波数が求められ
る。
【００１６】図４は制御信号を用いてリサイクル弁の制
御を実施した例を示したものである。２３及び２４は検
出器の出力信号であり２３は制御を行わない場合、２４
は制御を行った場合の信号である。リサイクル弁駆動の
効果により、サージング状態での圧力変動は図２４に示
すように減少する。２５は流量制御用リサイクル弁の弁
開度、２６は周波数制御用リサイクル弁の弁開度を示し
た物である。
御を実施した例を示したものである。２３及び２４は検
出器の出力信号であり２３は制御を行わない場合、２４
は制御を行った場合の信号である。リサイクル弁駆動の
効果により、サージング状態での圧力変動は図２４に示
すように減少する。２５は流量制御用リサイクル弁の弁
開度、２６は周波数制御用リサイクル弁の弁開度を示し
た物である。
【００１７】サージングの変動周波数は圧縮器システム
の規模等によりほぼ一定の値となり、規模が小さくなる
に従い高い周波数になる。流量制御用リサイクル弁１７
についてはさほど高速性は要求されないため、一般的な
電動バルブを利用可能であるが周波数制御用リサイクル
弁は高速性を要求される場合もある。しかし、サージン
グ周波数が極端に変化することはないので、一定周期で
開閉動作を行えればよい。図５は弁の構造の１例を示し
た物であり、一定周期で開閉動作するバタフライ弁構造
となっている。２７は弁体であり、これが一定周波数で
回転することにより、弁はその２倍の周波数で開閉す
る。２８は弁筐体であり、例えばフランジ形状となって
いてリサイクル弁用の配管に取り付く構造である。２９
はモータであり、弁体２７を回転させる。３０はエンコ
ーダであり、モータシャフトの回転角度，回転角速度を
検出しモータ駆動装置に信号をフィードバックする。３
１はモータ駆動装置であり、周波数制御用リサイクル弁
駆動装置１６より出力された信号とエンコーダ３０の出
力信号とを比較し、リサイクル弁駆動装置１６より出力
された信号に追従するようにモータを駆動して弁体の開
閉周期と開閉位置（位相）を制御する。ほぼ一定角速度
で回転させるため、モータの所要トルクは小さい。
の規模等によりほぼ一定の値となり、規模が小さくなる
に従い高い周波数になる。流量制御用リサイクル弁１７
についてはさほど高速性は要求されないため、一般的な
電動バルブを利用可能であるが周波数制御用リサイクル
弁は高速性を要求される場合もある。しかし、サージン
グ周波数が極端に変化することはないので、一定周期で
開閉動作を行えればよい。図５は弁の構造の１例を示し
た物であり、一定周期で開閉動作するバタフライ弁構造
となっている。２７は弁体であり、これが一定周波数で
回転することにより、弁はその２倍の周波数で開閉す
る。２８は弁筐体であり、例えばフランジ形状となって
いてリサイクル弁用の配管に取り付く構造である。２９
はモータであり、弁体２７を回転させる。３０はエンコ
ーダであり、モータシャフトの回転角度，回転角速度を
検出しモータ駆動装置に信号をフィードバックする。３
１はモータ駆動装置であり、周波数制御用リサイクル弁
駆動装置１６より出力された信号とエンコーダ３０の出
力信号とを比較し、リサイクル弁駆動装置１６より出力
された信号に追従するようにモータを駆動して弁体の開
閉周期と開閉位置（位相）を制御する。ほぼ一定角速度
で回転させるため、モータの所要トルクは小さい。
【００１８】
【発明の効果】本発明によれば、サージングによる圧力
変動成分のみを効果的に減衰させることができ、リサイ
クル弁を開くことによる圧縮器の効率低下を最小限に抑
えつつ、少ないエネルギでサージングの抑制が可能とな
る。
変動成分のみを効果的に減衰させることができ、リサイ
クル弁を開くことによる圧縮器の効率低下を最小限に抑
えつつ、少ないエネルギでサージングの抑制が可能とな
る。
【図１】本発明の圧縮機システムを備えたプラントの説
明図。
明図。
【図２】制御装置のブロック図。
【図３】代表的な信号の説明図。
【図４】制御を行った場合の圧力信号の説明図。
【図５】弁の構造の説明図。
１…圧縮機、２…配管、３…リサイクル弁、４…圧力検
出器、５…制御装置、６…負荷。
出器、５…制御装置、６…負荷。
Claims (1)
- 【請求項１】圧縮機の出口側配管と入口側配管を接続す
る環流配管と、前記環流配管に設置された調整弁と、配
管内部もしくは負荷内部の圧力を検出する圧力検出手段
と、前記圧力検出手段の検出値により前記調整弁の開閉
を制御する制御装置とを備えた圧縮機システムにおい
て、 前記調整弁は、流量と開閉周波数の制御が独立に行え、
サージングの基本周波数に同期して前開，全閉を繰り返
し、サージングによる圧力変動の大きさにより全開時の
流量を加減することを特徴とする圧縮機システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8121496A JPH09268995A (ja) | 1996-04-03 | 1996-04-03 | 圧縮機システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8121496A JPH09268995A (ja) | 1996-04-03 | 1996-04-03 | 圧縮機システム |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09268995A true JPH09268995A (ja) | 1997-10-14 |
Family
ID=13740241
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8121496A Pending JPH09268995A (ja) | 1996-04-03 | 1996-04-03 | 圧縮機システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09268995A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100812011B1 (ko) * | 2001-12-26 | 2008-03-10 | 주식회사 포스코 | 고로 송풍기 서지방지 제어장치와 방법 |
| JP2012092840A (ja) * | 2010-10-27 | 2012-05-17 | Nuovo Pignone Spa | モデルベースアンチサージデッドタイム補償を実行する方法及び装置 |
-
1996
- 1996-04-03 JP JP8121496A patent/JPH09268995A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100812011B1 (ko) * | 2001-12-26 | 2008-03-10 | 주식회사 포스코 | 고로 송풍기 서지방지 제어장치와 방법 |
| JP2012092840A (ja) * | 2010-10-27 | 2012-05-17 | Nuovo Pignone Spa | モデルベースアンチサージデッドタイム補償を実行する方法及び装置 |
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