JPS6118239Y2 - - Google Patents

Description

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の原理を説明するための旋回失
速限界を示すグラフ、第２図は軸流圧縮機の軸
線と同心の円筒面で切断してその円筒面を展開し
た翼列を示す図、第３図は遠心圧縮機の横切断面
線に沿う翼列を示す図、第４図は本考案の一実施
例の系統図、第５図は本考案の他の実施例の系統
図、第６図〜第９図は第４図および第５図に示さ
れた旋回失速検出装置１の具体例を示し、そのう
ち第６図は軸流圧縮機４の縦断面図、第７図は第
６図の−線視断面図、第８図は旋回失速検出
装置１の系統図、第９図は動作を説明するための
波形図である。 １……旋回失速検出装置、２……静翼角度制御
装置、３……静翼駆動装置、４……軸流圧縮機、
５……駆動機、６……回転数制御装置、１４，１
４ａ……動翼、１５，１５ａ……静翼、２３……
翼車。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 本考案は圧縮機の旋回失速を検出するための装
   置に関する。 本件明細書中、用語「静翼」は軸流圧縮機の静
   翼だけでなく、遠心圧縮機および斜流圧縮機のガ
   イドベーンをも含む。また、用語「動翼」は軸流
   圧縮機の動翼だけでなく、遠心圧縮機および斜流
   圧縮機のインペラをも含む。 たとえば軸流圧縮機では、流量を減じたとき、
   翼列内の流れに異常が生じ、流れの一部分が翼面
   に沿つて流れなくなり、いわゆる剥離を生じ、速
   度レベルが激減する失速領域が生じる。この失速
   領域は、圧縮機の圧縮ガス通路の中で翼車の回転
   方向に翼車の回転数とは異なる速度で回転する。
   この現象を旋回失速と称する。この旋回失速状態
   では、圧縮機が一定の条件で運転されていると
   き、すなわち翼車回転数および吐出圧力が一定の
   条件で運転されているとき、旋回失速の旋回速
   度、失速の大きさ、大きその個数は、時間的に変
   化しない。これが旋回失速の特徴である。 圧縮機における旋回失速現象は、設計点から遠
   く離れた低流量、低風圧の領域で生じる。このよ
   うな旋回失速領域内で圧縮機が運転されると、翼
   には高い振動数で大きな応力が生じ、そのため翼
   が疲労して折損する。 先行技術では、旋回失速領域における不安定な
   運転を避けるために、圧縮機の特性曲線上におい
   て旋回失速領域の内側近傍に放風開始点が設けら
   れる。運転中の圧縮機の作動点がこの放風開始線
   上にきたとき、それ以上は旋回失速領域に近寄ら
   ないように、圧縮機の吐出管の途中に設けられた
   放風弁が開かれ、圧縮ガスの一部が大気に放風さ
   れる。圧縮機の旋回失速領域は、翼ヘダストが付
   着して翼形状が実質的に変化するなどの経年変化
   によつて、変わる。それにも拘わらず放風開始線
   は圧縮機の試運転時の測定データに基づいた予測
   によつて設定されたままであり、そのため圧縮機
   の経年変化によつて不適当となつてしまい、放風
   開始線の内側すなわち安定運転領域で旋回失速を
   生じるおそれがある。このような不都合を解決す
   るため、試運転時の実測に基づく旋回失速領域に
   対して、相当の余裕をおいて放風開始線を設定せ
   ざるをえなかつた。したがつて圧縮機を使用しう
   る有効作動領域が狭くなつた。 この問題を解決する他の先行技術は、実開昭51
   −87709に示されている。この先行技術では、軸
   流圧縮機のケーシング内の圧力を変換器で検出
   し、その検出出力を、フイルタを介して比較回路
   に与え、記憶装置の内容と比較している。この記
   憶装置には、旋回失速時の信号の周波数、波形、
   振幅などが記憶されている。 この先行技術の新たな問題は、記憶装置には、
   各圧縮機毎に実験によつて得られた旋回失速時の
   信号の周波数、波形、振幅などをストアしておく
   必要があることである。このため各圧縮機毎に旋
   回失速の実験を行う必要がある。したがつて実験
   を行なわなければならないという面倒さがあり、
   しかも、信号の周波数、波形、振幅などをストア
   するには、構造が複雑化するという問題がある。 本考案は、圧縮機の上述の問題を克服する改良
   された旋回失速検出装置を提供することを目的と
   している。 本考案による制御装置は第１図に示された圧縮
   機の旋回失速限界を示すラインに基づいて、静
   翼角度または翼車回転数を制御する。第１図にお
   いて、縦軸は翼車の回転数をあらわし横軸は静翼
   の設計取付角度からの偏差をあらわす。静翼角度
   は設計取付角度から流量の増大する方向への偏差
   を正として示されている。このグフを参照する
   と、旋回失速が生じた場合、(1)回転数が一定のと
   き静翼の流量増大方向への角変位は、圧縮機の作
   動点を旋回失速領域外へもたらし、また(2)静翼の
   角度が固定的であるとき回転数の増大は、圧縮機
   の作動点を旋回失速領域外へもたらすことが理解
   される。 第２図は、軸流圧縮機の軸線に直角な断面を展
   開した翼列を示す。動翼１４が矢符２４の方向に
   動くとき、気体は矢符２５，２６の方向に進む。
   一点鎖線２７は静翼１５の翼弦の設計取付角度を
   示す。図中、流量の増大する方向への静翼１５の
   角変位は、矢符２８で示される。 第３図は、遠心圧縮機の軸線に直角な断面を示
   す。翼車のインペラすなわち動翼１４ａは矢符２
   ９の方向に回転する。ガイドベーンすなわち静翼
   １５ａの設計取付角度は、一点鎖線３０で示され
   る。静翼１５ａの流量増大方向への角変位は、矢
   符３１で示される。斜流圧縮機についてもまた、
   第２図または第３図と同様に考察するとができ
   る。 第４図は、本考案の一実施例の系統図である。
   軸流圧縮機に関連して装置された旋回失速検出装
   置１は、後述の構成を有し、旋回失速の発生を検
   出する。この実施例における軸流圧縮機は、静翼
   の角度が変位されうるように実現されている。静
   翼角度制御装置２は、旋回失速検出装置１からの
   出力に応答し、旋回失速が発生しているとき在来
   の静翼駆動装置３を制御して静翼角度を流量増大
   方向に予め定めた微少角度づつ段階的に変位させ
   る。静翼角度のこのような変位は、第１図に関連
   して前述されたごとく、軸流圧縮機の旋回失速を
   抑えて安定運転に至らせる。静翼がある角度まで
   変位されたとき旋回失速が消失し、それによつて
   前記旋回失速検出出力がなくなつた時点で、静翼
   角度制御装置２は静翼駆動装置３を不能動化し、
   それによつて静翼は旋回失速現象が消えた時点に
   おける角度に保持される。 第５図は、本考案の他の実施例の系統図であ
   る。軸流圧縮機４の翼車は、電動機、ガスタービ
   ン、蒸気タービン、その他の駆動機５によつて回
   転駆動される。軸流圧縮機４に関連して装置され
   た旋回失速検出装置１からの旋回失速検出出力
   は、回転数制御装置６に与えられる。回転数制御
   装置６は、第１図に関連して説明された本考案の
   考え方に従つて、旋回失速が生じているとき駆動
   機５したがつて翼車の角度が徐々に増大するよう
   に、駆動機５を制御する。それによつて旋回失速
   がなくなり、その時点における回転数は、回転数
   制御装置６によつて保持される。このようにして
   安定運転が維持される。 本考案のさらに他の実施例として、単一の軸流
   圧縮機に関して静翼角度と翼車回転数との制御が
   同時に行なわれて旋回失速が防止されるように構
   成されてもよい。 次に、旋回失速検出装置１について詳述する。 第６図を参照して、軸流圧縮機４は、円筒状ケ
   ーシング１１とハブ１２との間に形成された円環
   状圧縮ガス通路１３を有する。ハブ１２に動翼１
   ４が植設されて成る翼車２３は図外の電動機によ
   つて回転駆動される。 第７図を参照すると、第６図の切断面線−
   から見た断面が示される。これら第６図および第
   ７図において、軸流圧縮機４の比較的前方の段落
   の動翼１４とその後方に位置する静翼１５との
   間、すなわち翼が位置する圧縮ガス通路の入り口
   寄りには、円環状通路１３に面してケーシング１
   １の壁面に複数（図中、４個）の圧力発信器１
   ６，１７，１８，１９が装置される。これらの圧
   力発信器１６〜１９は、ケーシング１１の軸線と
   同心の同一円周上に、円周方向に相互に、第７図
   に明らかなように等しい間隔をあけて配設され
   る。通常、旋回失速は、軸流圧縮機４の入口寄り
   で発生する。 第８図には旋回失速検出装置１の系統図が示さ
   れる。圧力発信器１６〜１９の圧力検出出力は、
   加算器２０に個別的に入力されて、加算される。
   加算器２０からの加算出力は、平滑回路２１にお
   いて、リプルを減殺されて平滑される。平滑回路
   ２１からの出力は、レベル弁別回路２２に与えら
   れ、次に述べるように、旋回失速に対応した基準
   レベル１で弁別される。 第９図は、第６図〜第８図に示された旋回失速
   検出装置１の動作を説明するための波形図であ
   る。軸流圧縮機４において旋回失速が生じた場
   合、その動翼１４の失速領域が圧力発信器１６を
   通過するたびに、第９図１に示されるような相対
   的に短いパルス幅Ｔ１，Ｔ２，…を有するパルス
   が圧力発信器１６から出力される。隣接するパル
   ス間の時間差Ｔ１２は、失速が生じていない領域
   が圧力発信器１６を通過した時間である。 旋回失速時には、運転条件が一定であれば、こ
   の時間差Ｔ１２が、一定である。この圧力変化の
   パルスが、圧縮機の周方向に、一定の速度で回
   る。これが旋回失速時の現象である。 したがつて複数の圧力発信器１６〜１９からの
   各出力は、一定の時間差を有して順次的に発生さ
   れることになる。他の圧力発信器１７〜１９から
   の圧力検出出力の波形は、第９図２〜第９図４に
   それぞれ示される。これらの波形は、第９図１の
   波形よりも各圧力発信器１７〜１９の圧力発信器
   １６に対する回転方向の各変位に対応する時間だ
   けそれぞれ遅延されている。しかして第９図１〜
   第９図４に示されたパルスは、円環状圧縮ガス通
   路１３の圧力発信器１６〜１９の装着位置におい
   て、正常運転時の圧力よりも旋回失速によつて異
   常に高いまたは低い圧力の変動が生じたときに得
   られる。加算器２０からの出力は、第９図５に示
   される波形を有する。この加算出力が有するリプ
   ルは、平滑回路２１によつて減殺される。レベル
   弁別器２２は、第９図５に示されるように基準レ
   ベル１を有し、旋回失速の発生によつて加算出
   力がこの基準レベル１を超えたとき、旋回失速
   が検出される。 旋回失速によつて生じる異常な圧力変動に依存
   する圧力発信器１６〜１９からの出力は、第９図
   １〜第９図４に示されたパルスの極性とは逆の極
   性であり得る。そのような場合でも旋回失速が検
   出され得るように、レベル弁別器２２は第９図５
   の基準レベルとは逆極性のもう１つの基準レベル
   を有してもよい。このような２つの基準レベルを
   有するレベル弁別器２２は、たとえばいわゆるメ
   ータリレーによつて容易に実現することができ
   る。 加算器２１は、圧力発信器１６〜１９からの単
   一の出力が有する旋回失速に起因する比較的短時
   間のパルス幅Ｔ１，Ｔ２，…（第４図１参照）よ
   り長いパルス幅を有するパルスに、圧力発信器１
   ６〜１９からの出力を合成する働きをする。この
   ような相対的に長いパルス幅を有する合成パルス
   は、それ自身のレベル弁別器２２によるレベル弁
   別を容易にする。そのため失速領域が小さく、し
   たがつて圧力発信器１６からの出力のパルス幅Ｔ
   １，Ｔ２，…がより狭い場合であつても、確実な
   レベル弁別が達成されることができる。 圧力発信器１６〜１９は、軸流圧縮機４におけ
   る旋回失速の発生の可能性の大きい個所に設けら
   れることが望ましく、たとえば前述のように入口
   寄りであり、また比較的前方の段落の動翼１４の
   出口付近であつてもよく、その他の個所であつて
   もよい。 本考案は、主として軸流圧縮機に関連して説明
   されたけれども、これは実施例の説明と図解の便
   宜のためだけであつて、本考案は軸流圧縮機だけ
   でなく、遠心圧縮機および斜流圧縮機に関連して
   もまた実施され得ることを指摘する。 以上のように本考案によれば、旋回失速の検出
   によつてその旋回失速が生じない静翼角度およ
   び／または翼車回転数が設定されるので、圧縮機
   は経年変化に拘わらず旋回失速を生じることがな
   く、そのため安定な運転が維持され、しかも圧縮
   機の使用範囲が圧縮機の能力限度まですなわち特
   性曲線上のいわゆる失速ラインのごく近傍まで拡
   がる。 特に本考案によれば、旋回失速検出装置では、
   圧縮機の圧縮ガス通路の円周方向に相互に等しい
   間隔をあけて隔置された複数の圧力発信器からの
   旋回失速に起因する出力が、加算器によつて加算
   される。圧力発信器は等間隔をあけてあるので、
   加算器の出力を後続の平滑回路によつて平滑した
   とき、その平滑出力のレベルは、失速領域の圧力
   に対応した値となる。そのため、レベル弁別回路
   によつて、旋回失速現象の発生を正確に検出する
   ことができる。またこのような構成は簡単に実現
   されることができるのはもちろん、外乱による誤
   検出はなくなり、安価に実現されることができ、
   既存の圧縮機に関連して広く実施され得、特に操
   作員の目視評価によることなく、自動的に旋回失
   速を検出して旋回失速を防止することが可能にな
   るという優れた効果が奏される。 また本考案によれば、前述の先行技術に関連し
   て述べたように実験を行つて旋回失速を行なう必
   要が本考案では、なくなり、簡便である。しかも
   前述の先行技術のように周波数、波形、振幅など
   をストアする必要が本考案では生ぜず、そのため
   構成が簡略化される。