JPH109147A - 往復型圧縮機の制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単な構造を用いて動力損をそれほど伴う
ことなく大型の往復型圧縮機の流量を連続的に調節す
る。 【解決手段】 吸込圧を所定範囲に設定し、上流側の
ガスの供給量が増大し、吸込圧が前記所定範囲の上限に
達したときに、圧縮機のアンローダ等の調節機構のステ
ップを１段上げて流量を増大させ、逆に、上流側の供給
量が減少し、吸込圧が前記所定範囲の下限に達したとき
に、前記調節機構のステップを１段下げて流量を減少さ
せ、上流側のガスの供給量に応じて流量を連続的に制御
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、流体の需要供給量
の変化に応じて流量を連続的に調節し得るような往復型
圧縮機の制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】種々の化学プラントに於て流体を圧縮す
る際に、流体の需要供給量の変化に応じて圧縮機の流量
を連続的に制御する必要が生じる場合がある。流量制御
の一般的な方法としては、アンローダを用いる方法が知
られている。例えば、ダブルアクティングシリンダを用
いた場合、各シリンダのトップサイドの吸込弁をアンロ
ードさせることにより、圧縮行程を半分にすることがで
き、それによって圧縮機の容量を５０％にすることがで
きる。しかしながら、この方法では、５０％のステップ
で段階的に容量を調節し得るのみで、容量を連続的に調
節することはできない。

【０００３】シリンダにクリアランスポケットを設け、
このポケットをシリンダ室と選択的に連通させることに
より、シリンダの容積効率を変化させ、それによって圧
縮機の容量を変化させることも知られている。この場合
も、容量を連続的に調節することはできない。更に、こ
のポケット部の容積を連続的に変化させ得るようにして
おけば、連続的に流量を制御することが可能であるが、
構造が複雑となり、一般的には行われていない。

【０００４】更に、圧縮した流体を最終段から再び吸込
側に戻すスピルバックと呼ばれる方法も知られており、
これによればガスの流量を連続的に調節することがで
き、その制御も比較的容易である。しかしながら、一度
圧縮した流体を無駄に吸込側に戻すため、動力の損失が
大きく、比較的大型の圧縮機に於ては、その動力損が許
容できないような大きなものとなる。更に、駆動源の回
転数を変化させれば容量を調節することができるが、特
に大型の圧縮機に於ては、電動機の制御装置などが極め
て高価かつ複雑なものとなり、しかも回転速度を広範囲
に亘って制御することが困難であり、やはり一般的には
行われていない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このような従来技術の
問題に鑑み、本発明の主な目的は、簡単な構造を用いて
動力損をそれほど伴うことなく流量を連続的に調節し得
るような往復型圧縮機の制御方法を提供することにあ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記した目的は本発明に
よれば、所定の吐出圧を発生するための、アンローダ或
いはクリアランスポケット等の容量調節手段を備えた往
復型圧縮機の制御方法であって、吸込圧を所定範囲に設
定し、上流側のガスの供給量が増大し、吸込圧が前記所
定範囲の上限に達したときに、前記圧縮機の容量調節手
段のステップを１段上げて流量を増大させ、逆に、上流
側の供給量が減少し、吸込圧が前記所定範囲の下限に達
したときに、前記容量調節手段のステップを１段下げて
流量を減少させ、上流側のガスの供給量に応じて流量を
連続的に制御することを特徴とする方法を提供すること
により達成される。

【０００７】

【発明の実施の形態】このように吸込側の圧力に応じて
アンローダ等の容量調節手段のステップを一段ずつ上げ
または下げることにより、圧縮機の容量が増減し、それ
によって、吸込側の圧力が、上流側の供給量によって定
まる、或る値にバランスし、圧縮機の容量を実質的に連
続的に調節することができる。ここで言う容量調節手段
とは、通常のアンローダばかりでなく、クリアランスポ
ケット等、圧縮機の容量を最大容量に対する所定の割合
に調節し、それに応じて動力消費を軽減し得るようなあ
らゆる容量調節手段を含むものとする。また、通常の作
動条件下に於いては、流量調節が全てアンローダ等によ
って行われ、スピルバックを用いる必要がないことか
ら、動力損を招くことがない。また、各段に於ける吐出
圧と吸込圧との差を監視し、圧縮機のピストン棒を保護
したり、アンローダの作動時の直前及び又は直後に、圧
縮機の吐出側から吸込側に戻るスピルバックラインを所
定時間開き、吸込圧及び吐出圧の急激な変動を防止する
ことにより、圧縮機を安定した状態で制御することがで
き、圧縮機の稼働信頼性を容易に高めることができる。

【０００８】また、上流側の供給量が極端に減少した際
には、圧縮機の吐出側から吸込側に戻るスピルバックラ
インを所定の度合をもって開くようにして、極めて低い
流量の設定も可能となる。更に、吸込側に調節弁を設
け、前記吸込圧の変動の影響が上流側に及ぶのを回避す
るようにすることもできる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の好適実施例を添付の図面につ
いて詳しく説明する。

【００１０】本実施例に於いては、３シリンダ式３段往
復圧縮機が用いられ、各シリンダがダブルアクティング
シリンダとされている。また各段には、トップサイドの
吸込弁をアンロードし得るようにしてあり、それによっ
て容量を半減することができる。更に、各シリンダには
クリアランスポケットが設けられ、該ポケット部をシリ
ンダ室と選択的に連通させることにより容積効率を変化
させ、容量を２５％減じることができる。また、この圧
縮機を駆動するために誘導電動機が用いられている。

【００１１】図１は、本発明が適用されたシステムを示
している。図示外のプロセスのガス供給源から得られた
ガスは、バッファタンクＴに一旦貯容され、ＰＩＣ−１
Ｖバルブを介して第１のノックアウトドラムＤ１に送ら
れた後、圧縮機の第１段Ｃ１によって圧縮される。圧縮
されたガスは、第１の熱交換器Ｈ１によって冷却され
る。このガスは更にそれぞれ圧縮機の第２段及び第３段
Ｃ２、Ｃ３によって圧縮され、各々熱交換器Ｈ２、Ｈ３
により冷却され、凝縮成分については、各熱交換器の下
流側に設けられた各ノックアウトドラムＤ２、Ｄ３から
除去される。圧縮機の第３段の熱交換器Ｈ３の出口は、
圧縮ガスのユーザに接続されていると共に、スピルバッ
ク弁ＰＩＣ−２Ｖを介して第１のノックアウトドラムＤ
１の入口に接続されている。

【００１２】各ノックアウトドラムには圧力計の検出端
が設けられているが、特に、第１のノックアウトドラム
には圧力計ＰＩ１を設け、圧縮機の吸込圧力を監視して
いる。また、各圧縮段の吸込側と吐出側の圧力差を差圧
計ＰＤ１〜３により監視している。これら圧力計の出力
は、コントロールパネル２を備えたコントローラ１に送
られ、下記するような方法に基づき各圧縮段に於けるア
ンローダ及びクリアランスポケットを制御するための電
磁弁に必要な信号を供給するようにしている。

【００１３】図２に示されたグラフを参照して本実施例
の作動要領を説明する。圧縮機の起動は手動によって行
う。即ち、先ず圧縮機を無負荷で起動した後、手動にて
５０％容量の運転状態とする。プラントの状態にも依る
が、起動に引き続き、吸込圧Ｐ１が設定値Ｐａ（５６０
ＫＰａＧ）を越えた場合には、クリアランスポケットは
開いた状態で、アンローダを解除する。即ち、７５％容
量の運転状態とする。この状態で、上流側からのガスの
供給が多く、更に、吸込圧Ｐ１が設定値Ｐｂ（５８０Ｋ
ＰａＧ）を越えた場合には、クリアランスポケットも閉
じて、圧縮機の１００％運転状態を選択する。定常状態
に於いては、吸込圧が高くなれば、圧縮機の負荷が軽減
され、同一容量の運転状態のままでも流量が増大し、そ
の結果吸込圧が低下し、最終的には、吸込側のガスの供
給量に応じて、流量及び吸込圧が或る値でバランスす
る。尚、５０％容量の運転状態以降の操作は全てコント
ローラ内で自動的に行われ、運転状態の監視、切替の操
作のための人員を必要としない。

【００１４】このようにして圧縮機の大容量の運転状態
を行っているときに、ガスの供給が減少し、吸込圧Ｐ１
が設定値Ｐｃ（３６０ＫＰａＧ）を下回った場合には、
クリアランスポケットを開き、７５％容量状態を選択す
る。Ｐ１が更に設定値Ｐｄ（３４０ＫＰａＧ）を下回っ
た場合には、アンローダも作動させ、５０％容量状態を
選択する。更にＰ１がＰｅ（３３０ＫＰａＧ）を下回っ
た場合には、更にスピルバック弁を開き、吸込圧がそれ
以上に低下するのを防止する。

【００１５】その結果、図２のグラフに示されるよう
に、流量を０〜１００％の全範囲にわたり連続的に調節
することができ、更に、流量の低下に応じて必要となる
軸馬力も低下し、動力損を回避することができる。これ
は、吸込側の圧力の上下限を設け、その範囲内での吸込
圧の変化を許容し、それによって圧縮機本体の送り出す
ガスの量の実流量を連続的に調節し得るようにしたこと
によるものである。従来のスピルバックにより流量を調
節する方法では、圧縮機本体の送り出すガスの量の実流
量は、段階的にしか変化させることができず、従って、
軸馬力も段階的にしか変化しないため、動力損が大き
い。スピルバックにより流量を調節した場合の流量−動
力の関係を図２中に於いて、想像線ＳＢにより示した。
しかも、本実施例に於いては、容量の切替の動作が頻繁
に引き起こされるようなハンチング現象を回避するため
に、容量の切替を行う吸込圧Ｐ１の閾値を、吸込圧Ｐ１
の上昇時の場合よりも吸込圧Ｐ１の下降時の場合の方が
低くなるように、いわゆるヒステリシスを伴う設定を採
用している。

【００１６】アンローダを解除したり、或いはクリアラ
ンスポケットを閉じることによってロードアップを行う
際には、スピルバック弁を一時的に開くことにより、ロ
ードアップに伴う吐出圧及び吸込圧の急激な変動回避す
るようにしている。また各圧縮機に於いては、吸込側と
吐出側との差圧を監視し、その差圧がピストン棒に許容
される軸力を越えるようなものとなったときには、アン
ローダ、クリアランスポケットあるいはスピルバック弁
を作動させることにより、また、場合によっては誘導電
動機を停止させ、圧縮機の安全性を確保するようにして
いる。通常、圧縮機の吐出側に安全弁が設置されてお
り、吐出圧の異常上昇に伴い圧縮機に過大な負担が加わ
るのを防止している。特に、本実施例では、吸込圧Ｐ１
及び中間段圧Ｐ２、Ｐ３が変動するため、吸込圧が異常
に低下した場合の保護策として差圧による監視を導入し
た。

【００１７】更に、バッファタンクと第１段のノックア
ウトドラムの間には調節弁ＰＩＣ−１Ｖが設けられてお
り、これを適宜調節することにより、上流側のプロセス
の一部としてのガス供給源側の出口圧が過小とならない
ように調節し、或いはバッファタンクＴ側の圧力の変動
が圧縮機側に達しないようにして、システム全体の安定
した運転が可能となるようにしてある。

【００１８】

【発明の効果】上記した説明により明らかなように、本
発明による往復型圧縮機の運転方法によれば、簡単な構
造を用いて動力損をそれほど伴うことなく流量を連続的
に調節することができる。即ち、比較的簡単な機械部部
品を用い、またきわめて簡単な制御ロジックにより、大
型の往復型圧縮機を安定にかつ経済的に運転することが
でき、往復型圧縮機のランニングコストを大幅に節約す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に基づく方法が適用されたシステムを示
すダイヤグラム図。

【図２】本発明の作動要領を説明するグラフ。

【符号の説明】

Ｔ バッファタンク ＰＩ１ 圧力計 ＰＤＩ１〜３ 差圧計 Ｃ１〜３ 圧縮段 Ｈ１〜３ 熱交換器 Ｄ１〜３ ノックアウトドラム ＰＩＣ−１Ｖ、ＰＩＣ−２Ｖ コントロールバルブ １ コントローラ ２ コントロールパネル

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定の吐出圧を発生するための、容量
   調節手段を備えた往復型圧縮機の制御方法であって、 吸込圧を所定範囲に設定し、上流側のガスの供給量が増
   大し、吸込圧が前記所定範囲の上限に達したときに、前
   記圧縮機の容量調節手段のステップを１段上げて流量を
   増大させ、逆に、上流側の供給量が減少し、吸込圧が前
   記所定範囲の下限に達したときに、前記容量調節手段の
   ステップを１段下げて流量を減少させ、上流側のガスの
   供給量に応じて流量を連続的に制御することを特徴とす
   る方法。
2. 【請求項２】 前記容量調節手段の作動時の直前及び
   又は直後に、圧縮機の吐出側から吸込側に戻るスピルバ
   ックラインを所定時間開き、吸込圧及び吐出圧の急激な
   変動を防止するようにしたことを特徴とする請求項１に
   記載の方法。
3. 【請求項３】 前記容量調節手段による制御可能範囲
   を下回るまで上流側の供給量が減少した際には、圧縮機
   の吐出側から吸込側に戻るスピルバックラインを所定の
   度合をもって開くようにしたことを特徴とする請求項１
   若しくは２に記載の方法。
4. 【請求項４】 複数段の圧縮機を用い、各段に於ける
   吐出圧と吸込圧との差が所定値以上となったときに、前
   記容量調節手段を作動させ及び又は動力源を断つことに
   より圧縮機のピストン棒を保護するようにしたことを特
   徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の方法。
5. 【請求項５】 前記容量調節手段が、アンローダ及び
   又はクリアランスポケットからなることを特徴とする請
   求項１乃至４のいずれかに記載の方法。
6. 【請求項６】 吸込側に調節弁を設け、前記吸込圧の
   変動の影響が上流側に及ぶのを回避するようにしたこと
   を特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の方法。