JPH10122184A - 多段遠心圧縮機 - Google Patents
多段遠心圧縮機Info
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- JPH10122184A JPH10122184A JP28922296A JP28922296A JPH10122184A JP H10122184 A JPH10122184 A JP H10122184A JP 28922296 A JP28922296 A JP 28922296A JP 28922296 A JP28922296 A JP 28922296A JP H10122184 A JPH10122184 A JP H10122184A
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- angle
- centrifugal compressor
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- Control Of Positive-Displacement Air Blowers (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 圧縮機の駆動動力を無駄にすることなく運転
することができる省エネルギー効果の高い多段遠心圧縮
機を提供する。 【解決手段】 角度可変な入口案内羽根を備えた１段目
の遠心圧縮機と、第１段の遠心圧縮機の下流に直列に配
された少なくとも１段以上の遠心圧縮機と、これらの運
転を制御する制御装置とを備えた多段遠心圧縮機におい
て、制御装置は、Ａ．供給流量（Ｗ）において、需要端
に一定圧力（Ｐｓ）の気体を送るに必要な吐出口でのヘ
ッド（Ｈｃ）を求め、Ｂ．供給流量（Ｗ）において、２
段目以降の圧縮機が受け持つヘッド（Ｈ2）を求め、
Ｃ．１段目圧縮機の分担するヘッド（Ｈ1）を上記Ｈｃ
−Ｈ2 から求め、Ｄ．Ｈ1 を実現する１段目入口案内羽
根の角度を求め、Ｅ．上記に基づいて入口案内羽根の角
度を操作制御する。
することができる省エネルギー効果の高い多段遠心圧縮
機を提供する。 【解決手段】 角度可変な入口案内羽根を備えた１段目
の遠心圧縮機と、第１段の遠心圧縮機の下流に直列に配
された少なくとも１段以上の遠心圧縮機と、これらの運
転を制御する制御装置とを備えた多段遠心圧縮機におい
て、制御装置は、Ａ．供給流量（Ｗ）において、需要端
に一定圧力（Ｐｓ）の気体を送るに必要な吐出口でのヘ
ッド（Ｈｃ）を求め、Ｂ．供給流量（Ｗ）において、２
段目以降の圧縮機が受け持つヘッド（Ｈ2）を求め、
Ｃ．１段目圧縮機の分担するヘッド（Ｈ1）を上記Ｈｃ
−Ｈ2 から求め、Ｄ．Ｈ1 を実現する１段目入口案内羽
根の角度を求め、Ｅ．上記に基づいて入口案内羽根の角
度を操作制御する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、空気等の気体を圧
送する多段遠心圧縮機に関し、特に、気体を一定圧力で
需要端に提供することができるような多段遠心圧縮機に
関する。
送する多段遠心圧縮機に関し、特に、気体を一定圧力で
需要端に提供することができるような多段遠心圧縮機に
関する。
【０００２】
【従来の技術】所定の圧力と供給流量を得るための送風
機として、遠心羽根車で流体に運動エネルギーを与え、
これを下流側のディフューザにおいて圧縮するようにし
たいわゆる遠心羽根車を２段以上重ねた多段遠心圧縮機
が用いられる。
機として、遠心羽根車で流体に運動エネルギーを与え、
これを下流側のディフューザにおいて圧縮するようにし
たいわゆる遠心羽根車を２段以上重ねた多段遠心圧縮機
が用いられる。
【０００３】この種の従来技術として、例えば、特開昭
５６−６６４９０号に記載されたものがある。これは２
段目以降の遠心圧縮機（以下、圧縮機と略す）の各段の
入口側の入口案内羽根と羽根車出口のディフューザ羽根
の角度を、全体として最高効率が得られるように組み合
わせるように演算を繰り返し行い、その結果に基づいて
圧縮機を自動運転制御するものである。
５６−６６４９０号に記載されたものがある。これは２
段目以降の遠心圧縮機（以下、圧縮機と略す）の各段の
入口側の入口案内羽根と羽根車出口のディフューザ羽根
の角度を、全体として最高効率が得られるように組み合
わせるように演算を繰り返し行い、その結果に基づいて
圧縮機を自動運転制御するものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、前記のよう
な技術においては、各段毎に入口案内羽根を設けてお
り、構造やその制御が複雑になっていた。従って、多段
の圧縮機の第１段のみに入口案内羽根を設け、後段の圧
縮機には羽根車とディフューザ羽根のみを設けて構造と
制御を簡単にすることが考えられる。
な技術においては、各段毎に入口案内羽根を設けてお
り、構造やその制御が複雑になっていた。従って、多段
の圧縮機の第１段のみに入口案内羽根を設け、後段の圧
縮機には羽根車とディフューザ羽根のみを設けて構造と
制御を簡単にすることが考えられる。
【０００５】このような送風機において、負荷の変動に
追随して所定のヘッド及び風量を得ようとする従来の方
法を、図３を参照して説明する。図３において（ａ）
は、２段の圧縮機を備えた送風機の流量と圧力ヘッドと
の関係を示すもので、曲線ａは、２段の圧縮機の合計の
出力を示すもの、曲線ｂは需要端において必要とされる
ヘッドＨｓと配管ロスΔＨを加えたものであって、実際
の送風機の吐出端において要求される圧力ヘッドであ
る。
追随して所定のヘッド及び風量を得ようとする従来の方
法を、図３を参照して説明する。図３において（ａ）
は、２段の圧縮機を備えた送風機の流量と圧力ヘッドと
の関係を示すもので、曲線ａは、２段の圧縮機の合計の
出力を示すもの、曲線ｂは需要端において必要とされる
ヘッドＨｓと配管ロスΔＨを加えたものであって、実際
の送風機の吐出端において要求される圧力ヘッドであ
る。
【０００６】ここで、例えばＷ1の風量を必要とする場
合、曲線ａに沿ってＷ1を与える点（Ａ）で送風機を運
転し、吐出側の風量制御弁で曲線ｅで示す抵抗を与えて
必要ヘッド（Ｂ）を得るようにしている。しかしなが
ら、このような方法においては、Ｈｓを得るための必要
ヘッド（Ｂ）に対して（Ａ）−（Ｂ）の分だけ余分にヘ
ッドが出るような運転を行わざるを得ず、動力を無駄に
する欠点があった。
合、曲線ａに沿ってＷ1を与える点（Ａ）で送風機を運
転し、吐出側の風量制御弁で曲線ｅで示す抵抗を与えて
必要ヘッド（Ｂ）を得るようにしている。しかしなが
ら、このような方法においては、Ｈｓを得るための必要
ヘッド（Ｂ）に対して（Ａ）−（Ｂ）の分だけ余分にヘ
ッドが出るような運転を行わざるを得ず、動力を無駄に
する欠点があった。
【０００７】吸込バルブ、入口案内羽根で吸込圧力を下
げてこれを解決する手段があったが、多段圧縮機の１段
目だけの入口案内羽根で最適に制御する方法が考案され
ていなかった。
げてこれを解決する手段があったが、多段圧縮機の１段
目だけの入口案内羽根で最適に制御する方法が考案され
ていなかった。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記のような
課題に鑑みてなされたもので、請求項１に記載の発明
は、角度可変な入口案内羽根を備えた１段目の遠心圧縮
機と、該第１段の遠心圧縮機の下流に直列に配された少
なくとも１段以上の遠心圧縮機と、これらの運転を制御
する制御装置とを備えた多段遠心圧縮機において、前記
制御装置は、供給流量（Ｗ）において、需要端に一定圧
力（Ｐｓ）の気体を送るに必要な吐出口でのヘッド（Ｈ
ｃ）を求め、供給流量（Ｗ）において、２段目以降の圧
縮機が受け持つヘッド（Ｈ2）を求め、１段目圧縮機の
分担するヘッド（Ｈ1）を上記Ｈｃ−Ｈ2 から求め、Ｈ1
を実現する１段目入口案内羽根の角度を求め、上記に
基づいて入口案内羽根の角度を操作制御することを特徴
とする多段遠心圧縮機である。
課題に鑑みてなされたもので、請求項１に記載の発明
は、角度可変な入口案内羽根を備えた１段目の遠心圧縮
機と、該第１段の遠心圧縮機の下流に直列に配された少
なくとも１段以上の遠心圧縮機と、これらの運転を制御
する制御装置とを備えた多段遠心圧縮機において、前記
制御装置は、供給流量（Ｗ）において、需要端に一定圧
力（Ｐｓ）の気体を送るに必要な吐出口でのヘッド（Ｈ
ｃ）を求め、供給流量（Ｗ）において、２段目以降の圧
縮機が受け持つヘッド（Ｈ2）を求め、１段目圧縮機の
分担するヘッド（Ｈ1）を上記Ｈｃ−Ｈ2 から求め、Ｈ1
を実現する１段目入口案内羽根の角度を求め、上記に
基づいて入口案内羽根の角度を操作制御することを特徴
とする多段遠心圧縮機である。
【０００９】請求項２に記載の発明は、さらに、各段の
遠心圧縮機がそれぞれ角度可変なディフューザ羽根を備
え、前記制御装置は供給流量に応じてディフューザ羽根
角度を最適な角度に調整することを特徴とする請求項１
に記載の多段遠心圧縮機である。請求項３に記載の発明
は、前記供給流量を測定するために、前記入口案内羽根
の前後に圧力センサを設けたことを特徴とする請求項１
に記載の多段遠心圧縮機である。請求項４に記載の発明
は、さらに、必要なヘッドが達成されているかどうかを
確認して、そのヘッド値に応じて入口案内羽根を微調整
することを特徴とする請求項１に記載の多段遠心圧縮機
である。
遠心圧縮機がそれぞれ角度可変なディフューザ羽根を備
え、前記制御装置は供給流量に応じてディフューザ羽根
角度を最適な角度に調整することを特徴とする請求項１
に記載の多段遠心圧縮機である。請求項３に記載の発明
は、前記供給流量を測定するために、前記入口案内羽根
の前後に圧力センサを設けたことを特徴とする請求項１
に記載の多段遠心圧縮機である。請求項４に記載の発明
は、さらに、必要なヘッドが達成されているかどうかを
確認して、そのヘッド値に応じて入口案内羽根を微調整
することを特徴とする請求項１に記載の多段遠心圧縮機
である。
【００１０】
【実施例】図１及び図２は、本発明の多段遠心圧縮機の
一例の２段圧縮機を示すもので、同軸に並列配置された
２つのポンプケーシング１中に、共通のシャフト２に取
り付けられた第１段及び第２段の羽根車３，４がそれぞ
れ収容されており、第１段の吐出口５が第２段の吸込口
６に連絡されている。シャフト２は電動機Ｍによって回
転駆動される。第１段の吐出口５と第２段の吸込口６を
連絡する流路７には、気体の圧縮に伴う発熱を吸収する
ための冷却器が設けられている。このように直列に配置
した第１段の遠心圧縮機Ａ及び第２段の遠心圧縮機Ｂに
より、多段遠心圧縮機が構成されている。
一例の２段圧縮機を示すもので、同軸に並列配置された
２つのポンプケーシング１中に、共通のシャフト２に取
り付けられた第１段及び第２段の羽根車３，４がそれぞ
れ収容されており、第１段の吐出口５が第２段の吸込口
６に連絡されている。シャフト２は電動機Ｍによって回
転駆動される。第１段の吐出口５と第２段の吸込口６を
連絡する流路７には、気体の圧縮に伴う発熱を吸収する
ための冷却器が設けられている。このように直列に配置
した第１段の遠心圧縮機Ａ及び第２段の遠心圧縮機Ｂに
より、多段遠心圧縮機が構成されている。
【００１１】吸込配管８、すなわち、第１段の吸込口に
は入口案内羽根９が設けられ、これには減速機構を介し
てモータなどの回転駆動装置１０が取り付けられて角度
可変になっている。また、各圧縮機のディフューザ１
１，１２には回転可能なディフューザ羽根１３，１４が
取り付けられ、これらも、減速機１５ａ、モータ１５ｂ
を備えた独立の回転駆動装置１５，１６により回転駆動
されて、角度可変になっている。これらの回転駆動装置
１０，１５，１６は制御駆動装置１７によって制御され
る。
は入口案内羽根９が設けられ、これには減速機構を介し
てモータなどの回転駆動装置１０が取り付けられて角度
可変になっている。また、各圧縮機のディフューザ１
１，１２には回転可能なディフューザ羽根１３，１４が
取り付けられ、これらも、減速機１５ａ、モータ１５ｂ
を備えた独立の回転駆動装置１５，１６により回転駆動
されて、角度可変になっている。これらの回転駆動装置
１０，１５，１６は制御駆動装置１７によって制御され
る。
【００１２】吸込配管８には温度センサＳ1が設けら
れ、さらに、入口案内羽根９の下流側のくびれ部には前
後して２つの圧力センサＳ2，Ｓ3が配置されている。こ
れらは多段遠心圧縮機への供給流量（質量流量相当量）
を測定する流量センサを構成している。また、第２段圧
縮機Ｂの吐出口１８には吐出圧を測定する圧力センサＳ
4が設けられ、シャフト２の近傍には回転数を検出する
回転センサＳ5が設けられている。これらのセンサＳ1〜
Ｓ5の出力は、検出装置インターフェース１９を経由し
てＣＰＵ２０に入力される。ＣＰＵ２０では、これらの
センサの検出値に基づき、後述するようなフローに従っ
て制御駆動信号を生成し、これを制御駆動装置１７に出
力する。
れ、さらに、入口案内羽根９の下流側のくびれ部には前
後して２つの圧力センサＳ2，Ｓ3が配置されている。こ
れらは多段遠心圧縮機への供給流量（質量流量相当量）
を測定する流量センサを構成している。また、第２段圧
縮機Ｂの吐出口１８には吐出圧を測定する圧力センサＳ
4が設けられ、シャフト２の近傍には回転数を検出する
回転センサＳ5が設けられている。これらのセンサＳ1〜
Ｓ5の出力は、検出装置インターフェース１９を経由し
てＣＰＵ２０に入力される。ＣＰＵ２０では、これらの
センサの検出値に基づき、後述するようなフローに従っ
て制御駆動信号を生成し、これを制御駆動装置１７に出
力する。
【００１３】次に、上述の多段遠心圧縮機（送風機）の
動作特性を、図３を参照して説明する。図３は、圧縮機
の動作特性曲線であり、ヘッドＨ（縦軸）と質量流量相
当量Ｗ（横軸）の関係を表している。２段圧縮機の場
合、圧縮機全体の質量流量は不変であるが、２段目の圧
縮機の吸い込み体積流量は、１段目の圧縮機の性能によ
って変化してしまう。これを補正するために、センサＳ
1〜Ｓ5により、１段目入口の温度Ｔ1と、羽根車上流の
圧力Ｐ1、下流の圧力Ｐ2を測定して、差圧△Ｐを算出
し、 Ｗeq＝（△Ｐ・ＰA／Ｔ1）1/2 を計算すれば、質量流量相当量となる。
動作特性を、図３を参照して説明する。図３は、圧縮機
の動作特性曲線であり、ヘッドＨ（縦軸）と質量流量相
当量Ｗ（横軸）の関係を表している。２段圧縮機の場
合、圧縮機全体の質量流量は不変であるが、２段目の圧
縮機の吸い込み体積流量は、１段目の圧縮機の性能によ
って変化してしまう。これを補正するために、センサＳ
1〜Ｓ5により、１段目入口の温度Ｔ1と、羽根車上流の
圧力Ｐ1、下流の圧力Ｐ2を測定して、差圧△Ｐを算出
し、 Ｗeq＝（△Ｐ・ＰA／Ｔ1）1/2 を計算すれば、質量流量相当量となる。
【００１４】図３（ａ）に記した曲線ａは、特性の異な
る１段目と２段目の圧縮機を直列につないだときの特性
を示している。また、曲線ｂは需要端において必要とさ
れるヘッドＨｓと配管損失ΔＨを加えたものであって、
実際の送風機の吐出端において要求される圧力ヘッドで
ある。圧縮機の吐出口から需要端（例、曝気ノズル）ま
での配管損失は、一般に、 ΔＨ＝λ・ｖ2/２ｇ と表され、流量の変化により増減する。
る１段目と２段目の圧縮機を直列につないだときの特性
を示している。また、曲線ｂは需要端において必要とさ
れるヘッドＨｓと配管損失ΔＨを加えたものであって、
実際の送風機の吐出端において要求される圧力ヘッドで
ある。圧縮機の吐出口から需要端（例、曝気ノズル）ま
での配管損失は、一般に、 ΔＨ＝λ・ｖ2/２ｇ と表され、流量の変化により増減する。
【００１５】図３（ｂ）は１段目の圧縮機のみの流量−
圧力特性を示し、入口案内羽根の開度を０°から８０゜
まで変更したときの特性の変化を記している。また、図
３（ｃ）は２段目の圧縮機の流量−圧力特性を示し、流
量Ｗが変わったとき、その流量に達したディフューザ羽
根の角度をセットすると曲線ｄのように特性が変わる。
圧力特性を示し、入口案内羽根の開度を０°から８０゜
まで変更したときの特性の変化を記している。また、図
３（ｃ）は２段目の圧縮機の流量−圧力特性を示し、流
量Ｗが変わったとき、その流量に達したディフューザ羽
根の角度をセットすると曲線ｄのように特性が変わる。
【００１６】これらの各特性は、配管構成を含めた装置
について事前に測定可能であり、これらを全て測定して
ＣＰＵに付属する入力装置から入力することもできる。
しかし、その全てを測定して入力するのは作業負荷が過
大となるので、以下の実施例では第１段圧縮機Ａの入口
案内羽根角度０度（つまり開放時）と第２段圧縮機Ｂの
特性を測定してＣＰＵ２０のメモリに記憶させておき、
入口案内羽根９の角度を変えたときの特性は後述するよ
うに計算によって求める。
について事前に測定可能であり、これらを全て測定して
ＣＰＵに付属する入力装置から入力することもできる。
しかし、その全てを測定して入力するのは作業負荷が過
大となるので、以下の実施例では第１段圧縮機Ａの入口
案内羽根角度０度（つまり開放時）と第２段圧縮機Ｂの
特性を測定してＣＰＵ２０のメモリに記憶させておき、
入口案内羽根９の角度を変えたときの特性は後述するよ
うに計算によって求める。
【００１７】次に、この送風機の制御方法を図４のフロ
ー図を参照して説明する。ここでは、羽根車３，４の回
転数が可変であるような例を示しているが、そうでない
場合にもこの発明の実施は可能である。また、この例で
は、入口案内羽根９の角度を設定した後に、所定ヘッド
が達成されたかどうかを確認し、達成されていない場合
にはヘッド値をパラメータとしてフィードバック制御を
して微調整を行っているが、データの信頼性が高い場合
にはこのような制御を行なう必要はない。
ー図を参照して説明する。ここでは、羽根車３，４の回
転数が可変であるような例を示しているが、そうでない
場合にもこの発明の実施は可能である。また、この例で
は、入口案内羽根９の角度を設定した後に、所定ヘッド
が達成されたかどうかを確認し、達成されていない場合
にはヘッド値をパラメータとしてフィードバック制御を
して微調整を行っているが、データの信頼性が高い場合
にはこのような制御を行なう必要はない。
【００１８】この例は、需要端が、下水処理場の曝気槽
に空気を供給する送風機のような場合で、ここでは常時
一定圧力の空気を曝気ノズルに供給する必要があるが、
下水処理量の変化に応じて空気の供給量は増減する。
に空気を供給する送風機のような場合で、ここでは常時
一定圧力の空気を曝気ノズルに供給する必要があるが、
下水処理量の変化に応じて空気の供給量は増減する。
【００１９】まず、ステップ１において、駆動モータＭ
の回転数を適当な値に設定する。なお、これは、需要端
ヘッドＨｓと回転数の適当な対応関係を予め設定してお
き、これに基づいてＣＰＵで適当な値を決定する。次に
ステップ２において、需要端で必要なヘッドＨｓをＣＰ
Ｕ２０に付属する入力装置を介して入力する。
の回転数を適当な値に設定する。なお、これは、需要端
ヘッドＨｓと回転数の適当な対応関係を予め設定してお
き、これに基づいてＣＰＵで適当な値を決定する。次に
ステップ２において、需要端で必要なヘッドＨｓをＣＰ
Ｕ２０に付属する入力装置を介して入力する。
【００２０】次に、ステップ３において、状態量、つま
り、圧力Ｐ1，Ｐ2、温度Ｔ1及び回転数Ｎを測定する。
そして、ステップ４において、測定された状態量からそ
の流量において必要とされる１段目圧縮機のヘッドを算
出し、ステップ５においてさらにこれと対応する入口案
内羽根の角度を算出し、ステップ６においてその角度に
なるように制御駆動装置１７、回転駆動装置１０を駆動
して入口案内羽根９を回転させる。
り、圧力Ｐ1，Ｐ2、温度Ｔ1及び回転数Ｎを測定する。
そして、ステップ４において、測定された状態量からそ
の流量において必要とされる１段目圧縮機のヘッドを算
出し、ステップ５においてさらにこれと対応する入口案
内羽根の角度を算出し、ステップ６においてその角度に
なるように制御駆動装置１７、回転駆動装置１０を駆動
して入口案内羽根９を回転させる。
【００２１】次に、このような入口案内羽根の角度の算
出の過程を説明する。２段合計のヘッドＨtotal は回転
数Ｎ、質量流量Ｗを測定することにより、既知（前もっ
て測定）の性能から求めることができる。２段目のヘッ
ドＨ2 も同様に既知の性能から求めることができる。従
って１段目のヘッドは Ｈ1 ＝Ｈtotal −Ｈ2 から求められる。需要端でのヘッドＨs は与えられてい
るので、不必要なヘッドＨIOS は ＨIOS Ｉ＝Ｈtotal −Ｈ2 −ΔＨ となる。従って１段目の必要ヘッドは Ｈ＝Ｈ1 −ＨIOS から求められる。
出の過程を説明する。２段合計のヘッドＨtotal は回転
数Ｎ、質量流量Ｗを測定することにより、既知（前もっ
て測定）の性能から求めることができる。２段目のヘッ
ドＨ2 も同様に既知の性能から求めることができる。従
って１段目のヘッドは Ｈ1 ＝Ｈtotal −Ｈ2 から求められる。需要端でのヘッドＨs は与えられてい
るので、不必要なヘッドＨIOS は ＨIOS Ｉ＝Ｈtotal −Ｈ2 −ΔＨ となる。従って１段目の必要ヘッドは Ｈ＝Ｈ1 −ＨIOS から求められる。
【００２２】入口で予旋回がある場合の１段目圧縮機で
発生する理論ヘッドは、次式で示される。 Ｈt＝（Ｕ2Ｃｕ2−Ｕ1Ｃｕ1）／ｇ （１） ｇ ：重力加速度 Ｕ2 ：羽根車出口周速度（回転数Ｎから求める） Ｕ1 ：羽根車入口周速度（回転数Ｎから求める） Ｃｕ2 ：羽根車出口絶対速度周方向成分 Ｃｕ1 ：羽根車入口絶対速度周方向成分 圧縮機の効率をηと仮定すると、１段目圧縮機出口での
ヘッドは、 Ｈ＝ηＨt となる。 （２）
発生する理論ヘッドは、次式で示される。 Ｈt＝（Ｕ2Ｃｕ2−Ｕ1Ｃｕ1）／ｇ （１） ｇ ：重力加速度 Ｕ2 ：羽根車出口周速度（回転数Ｎから求める） Ｕ1 ：羽根車入口周速度（回転数Ｎから求める） Ｃｕ2 ：羽根車出口絶対速度周方向成分 Ｃｕ1 ：羽根車入口絶対速度周方向成分 圧縮機の効率をηと仮定すると、１段目圧縮機出口での
ヘッドは、 Ｈ＝ηＨt となる。 （２）
【００２３】一方、羽根車出口の絶対速度周方向成分Ｃ
ｕ2 は、次式で示される。 Ｃｕ2 ＝Ｕ2 −Ｃｍ2・cotβ2 −ΔＣｕ2 （３） Ｃｍ2 ：羽根車出口絶対速度半径方向成分 β2 ：羽根車出口角度（周方向） ΔＣｕ2 ：すべりによる絶対速度周方向成分の低下量 ここで、ΔＣｕ2 は、次式で示される。 ΔＣｕ2 ＝（１−σ）Ｕ2 （４） σ ：羽根車のすべり係数（下の式で与えられる）
ｕ2 は、次式で示される。 Ｃｕ2 ＝Ｕ2 −Ｃｍ2・cotβ2 −ΔＣｕ2 （３） Ｃｍ2 ：羽根車出口絶対速度半径方向成分 β2 ：羽根車出口角度（周方向） ΔＣｕ2 ：すべりによる絶対速度周方向成分の低下量 ここで、ΔＣｕ2 は、次式で示される。 ΔＣｕ2 ＝（１−σ）Ｕ2 （４） σ ：羽根車のすべり係数（下の式で与えられる）
【００２４】（４）式を（３）式に代入すると Ｃｕ2 ＝Ｕ2 −Ｃｍ2 cotβ2 −（１−σ）Ｕ2 ＝σＵ2 −Ｃｍ2cotβ2 （５） 羽根車出口のヘッドＨｉは、次式で示される。 Ｈｉ＝ΛＨ （６） Λ ：羽根車の反動度 Λは次式で示され、Ｃｕ2 に（５）式を用いて φ：羽根車出口流量係数 （通常の設計では、φ＝０.３程度でΛは流量によって
変わらないと仮定する）
変わらないと仮定する）
【００２５】羽根車出口の圧力比 Ｐ2 ／Ｐ1 は次式で
示される。 Ｐ2 ：羽根車出口圧力 Ｐ1 ：羽根車入口圧力 κ ：比熱比 Ｒ ：ガス定数 Ｔ ：温度
示される。 Ｐ2 ：羽根車出口圧力 Ｐ1 ：羽根車入口圧力 κ ：比熱比 Ｒ ：ガス定数 Ｔ ：温度
【００２６】羽根車入口出口の比容積比は、次式で示さ
れる。 Ｖ2 ：羽根車出口比容積 Ｖ1 ：羽根車入口比容積 よって、羽根車出口流量 Ｑ2 は Ｑ1：羽根車入口流量 Ｑ1＝Ｋ（ΔＰ）-1 Ｋ：係数 からＫの値を決めておくことに求めることができる。ポ
ンプの場合はＱ1＝Ｑ2であるので、（８），（９），
（１０）式は必要ない。
れる。 Ｖ2 ：羽根車出口比容積 Ｖ1 ：羽根車入口比容積 よって、羽根車出口流量 Ｑ2 は Ｑ1：羽根車入口流量 Ｑ1＝Ｋ（ΔＰ）-1 Ｋ：係数 からＫの値を決めておくことに求めることができる。ポ
ンプの場合はＱ1＝Ｑ2であるので、（８），（９），
（１０）式は必要ない。
【００２７】羽根車出口絶対速度は、次式で求まる。 Ｄ2 ：羽根車出口径 ｂ2 ：羽根車出口幅 Ｂ ：羽根車出口ブロッケージ （１１）式を（５）式へ代入すると、羽根車出口絶対速
度の周方向成分Ｃｕ2 が求まる。（１），（２）式から から入口絶対速度の周方向速度成分Ｃｕ1 は
度の周方向成分Ｃｕ2 が求まる。（１），（２）式から から入口絶対速度の周方向速度成分Ｃｕ1 は
【００２８】羽根車入口での絶対速度の軸方向成分Ｃｍ
1 は、次式で示される。 Ａ：羽根車入口面積 Ｂ：羽根車入口ブロッケージ 従って、羽根車入口での流れ角度αは、次式で示され
る。 （１３）式、（１４）式を（１５）式に代入することに
よって、羽根車入口流れ角度を求めることができる。
1 は、次式で示される。 Ａ：羽根車入口面積 Ｂ：羽根車入口ブロッケージ 従って、羽根車入口での流れ角度αは、次式で示され
る。 （１３）式、（１４）式を（１５）式に代入することに
よって、羽根車入口流れ角度を求めることができる。
【００２９】以上から、入口案内羽根角度の概略値が圧
縮機の流量Ｑ1 、ヘッドＨ、効率ηを与えることによっ
て求められることがわかる。ηは流量、入口案内羽根角
度によって変わるが、１段目の運転点の軌跡は各案内羽
根角度の最高効率点近くであることが予想され、ηの値
を一定の値としても入口案内羽根角度の初期設定には充
分である。
縮機の流量Ｑ1 、ヘッドＨ、効率ηを与えることによっ
て求められることがわかる。ηは流量、入口案内羽根角
度によって変わるが、１段目の運転点の軌跡は各案内羽
根角度の最高効率点近くであることが予想され、ηの値
を一定の値としても入口案内羽根角度の初期設定には充
分である。
【００３０】従来の方法では、需要端において、Ｗ1の
流量が欲しい場合（Ｂ）で示すヘッドが圧縮機吐出口で
得られればよいが、１段目圧縮機のヘッドＨ1は（Ｅ）
点を示し、２段目のそれ（Ｈ2）は（Ｄ）点を示し合計
すると（Ａ）点となる。従って、（Ａ）−（Ｂ）の分だ
け余分になり、それだけ駆動機に無駄に負荷をかけるこ
とになる。上記の入口案内羽根９の角度とすることによ
り、１段目の入口案内羽根を変えて（Ｃ）点に運転点を
変える。前記の計算では、運転点が（Ｃ）点になるよう
な入口案内羽根の角度を算出したものである。
流量が欲しい場合（Ｂ）で示すヘッドが圧縮機吐出口で
得られればよいが、１段目圧縮機のヘッドＨ1は（Ｅ）
点を示し、２段目のそれ（Ｈ2）は（Ｄ）点を示し合計
すると（Ａ）点となる。従って、（Ａ）−（Ｂ）の分だ
け余分になり、それだけ駆動機に無駄に負荷をかけるこ
とになる。上記の入口案内羽根９の角度とすることによ
り、１段目の入口案内羽根を変えて（Ｃ）点に運転点を
変える。前記の計算では、運転点が（Ｃ）点になるよう
な入口案内羽根の角度を算出したものである。
【００３１】このようにして、この発明の方法により、
エネルギーの無駄の無い運転点での稼働が可能となる
が、この実施例ではさらに以下の制御を行っている。す
なわち、図４に戻って、ステップ７において、測定され
た流量Ｗeqに対応するディフューザ羽根角度を算出し、
ステップ８において制御駆動装置を介して回転駆動装置
を駆動してディフューザ羽根角度を制御する。発明者等
は、最も配管等の振動が少ないディフューザ羽根角度が
流量に対応して一義的に求まることを知見した結果、こ
のような制御に至ったものである。この関係は、例え
ば、図５に示すように流量に対してほぼ直線的な関係と
して得られる。
エネルギーの無駄の無い運転点での稼働が可能となる
が、この実施例ではさらに以下の制御を行っている。す
なわち、図４に戻って、ステップ７において、測定され
た流量Ｗeqに対応するディフューザ羽根角度を算出し、
ステップ８において制御駆動装置を介して回転駆動装置
を駆動してディフューザ羽根角度を制御する。発明者等
は、最も配管等の振動が少ないディフューザ羽根角度が
流量に対応して一義的に求まることを知見した結果、こ
のような制御に至ったものである。この関係は、例え
ば、図５に示すように流量に対してほぼ直線的な関係と
して得られる。
【００３２】以上のような制御に加えて、この実施例で
はさらに、負荷側の条件変動にある程度対応できるよう
な微調整過程を設けた。すなわち、ステップ９において
再度状態量を測定し、全ヘッドを算出する。そして、ス
テップ１０において、これが所定値に達しているかどう
かを判断し、ある許容範囲内に入っている場合はそこで
運転を継続する。そうでないときは、ステップ１１で大
小関係を判断し、所定値より小さいと判断される場合
は、入口案内羽根の角度を微小角度減少する。
はさらに、負荷側の条件変動にある程度対応できるよう
な微調整過程を設けた。すなわち、ステップ９において
再度状態量を測定し、全ヘッドを算出する。そして、ス
テップ１０において、これが所定値に達しているかどう
かを判断し、ある許容範囲内に入っている場合はそこで
運転を継続する。そうでないときは、ステップ１１で大
小関係を判断し、所定値より小さいと判断される場合
は、入口案内羽根の角度を微小角度減少する。
【００３３】次に、ステップ１２で入口案内羽根角度が
その下限値であるかを判断し、下限値でない場合は、ス
テップ９に戻って再度それ以降のステップを繰り返す。
入口案内羽根角度が下限値である場合は、それ以上角度
調整できないので、ステップ１４で回転数Ｎが限界値で
あるかどうかを判断し、限界値出ない場合は回転数を増
加させる。そして、ステップ９に戻り、再度の微調整過
程を行なう。ステップ１１において全ヘッドが所定値よ
り大きいと判断されるときは、ステップ１６〜１８にお
いて、入口案内羽根角度を増加させ、あるいは回転数を
減少させる方向での調整を行なう。
その下限値であるかを判断し、下限値でない場合は、ス
テップ９に戻って再度それ以降のステップを繰り返す。
入口案内羽根角度が下限値である場合は、それ以上角度
調整できないので、ステップ１４で回転数Ｎが限界値で
あるかどうかを判断し、限界値出ない場合は回転数を増
加させる。そして、ステップ９に戻り、再度の微調整過
程を行なう。ステップ１１において全ヘッドが所定値よ
り大きいと判断されるときは、ステップ１６〜１８にお
いて、入口案内羽根角度を増加させ、あるいは回転数を
減少させる方向での調整を行なう。
【００３４】なお、この発明は上記の実施例に限定され
るものではなく、例えば、ディフューザ羽根角度の調整
過程や微調整過程は省いても良い。また、上記において
は、ステップ９以降の微調整過程において入口案内羽根
角度を調整するようにしたが、これを吐出側の流量調整
弁で調整するようにしても良い。
るものではなく、例えば、ディフューザ羽根角度の調整
過程や微調整過程は省いても良い。また、上記において
は、ステップ９以降の微調整過程において入口案内羽根
角度を調整するようにしたが、これを吐出側の流量調整
弁で調整するようにしても良い。
【００３５】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、圧縮機の駆動動力を無駄にすることなく運転するこ
とができ、また、吐出側での流量調整弁の設置を省くこ
とができるので、イニシャルコスト及びランニングコス
トを低減することができる。
ば、圧縮機の駆動動力を無駄にすることなく運転するこ
とができ、また、吐出側での流量調整弁の設置を省くこ
とができるので、イニシャルコスト及びランニングコス
トを低減することができる。
【図１】この発明の一実施例の多段遠心圧縮機の全体構
成を示す図である。
成を示す図である。
【図２】この発明の一実施例の多段遠心圧縮機の第１段
圧縮機の構成を示す断面図である。
圧縮機の構成を示す断面図である。
【図３】この発明の一実施例の多段遠心圧縮機の動作特
性を示すグラフである。
性を示すグラフである。
【図４】この発明の一実施例の多段遠心圧縮機の制御フ
ローを示す図である。
ローを示す図である。
【図５】この発明の一実施例の多段遠心圧縮機のディフ
ューザの特性を示すグラフである。
ューザの特性を示すグラフである。
３，４ 羽根車 ９ 入口案内羽根 １３，１４ ディフューザ羽根 １７ 制御駆動装置 ２０ ＣＰＵ Ａ １段目遠心圧縮機 Ｂ ２段目遠心圧縮機と、 Ｓ1〜Ｓ5 センサ
フロントページの続き (72)発明者 丸井 英史 東京都大田区羽田旭町11番１号 株式会社 荏原製作所内
Claims (4)
- 【請求項１】 角度可変な入口案内羽根を備えた１段目
の遠心圧縮機と、 該第１段の遠心圧縮機の下流に直列に配された少なくと
も１段以上の遠心圧縮機と、 これらの運転を制御する制御装置とを備えた多段遠心圧
縮機において、 前記制御装置は、 Ａ．供給流量（Ｗ）において、需要端に一定圧力（Ｐ
ｓ）の気体を送るに必要な吐出口でのヘッド（Ｈｃ）を
求め、 Ｂ．供給流量（Ｗ）において、２段目以降の圧縮機が受
け持つヘッド（Ｈ2）を求め、 Ｃ．１段目圧縮機の分担するヘッド（Ｈ1）を上記Ｈｃ
−Ｈ2 から求め、 Ｄ．Ｈ1 を実現する１段目入口案内羽根の角度を求め、 Ｅ．上記に基づいて入口案内羽根の角度を操作制御する ことを特徴とする多段遠心圧縮機。 - 【請求項２】 さらに、各段の遠心圧縮機がそれぞれ角
度可変なディフューザ羽根を備え、前記制御装置は供給
流量に応じてディフューザ羽根角度を最適な角度に調整
することを特徴とする請求項１に記載の多段遠心圧縮
機。 - 【請求項３】 前記供給流量を測定するために、前記入
口案内羽根の後に圧力センサを設けたことを特徴とする
請求項１に記載の多段遠心圧縮機。 - 【請求項４】 さらに、必要なヘッドが達成されている
かどうかを確認して、そのヘッド値に応じて入口案内羽
根を微調整することを特徴とする請求項１に記載の多段
遠心圧縮機。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28922296A JPH10122184A (ja) | 1996-10-11 | 1996-10-11 | 多段遠心圧縮機 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28922296A JPH10122184A (ja) | 1996-10-11 | 1996-10-11 | 多段遠心圧縮機 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10122184A true JPH10122184A (ja) | 1998-05-12 |
Family
ID=17740377
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28922296A Pending JPH10122184A (ja) | 1996-10-11 | 1996-10-11 | 多段遠心圧縮機 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10122184A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110159583A (zh) * | 2019-07-05 | 2019-08-23 | 马鞍山纽盟知识产权管理服务有限公司 | 一种离心式压缩机 |
-
1996
- 1996-10-11 JP JP28922296A patent/JPH10122184A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110159583A (zh) * | 2019-07-05 | 2019-08-23 | 马鞍山纽盟知识产权管理服务有限公司 | 一种离心式压缩机 |
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