JPS61201900A - 圧縮機の容量制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は圧縮機の容量制御装置に係シ、特にユーテリテ
イ用ガスを圧縮して送り出す複数台のターボ形圧縮機と
多数の負荷とを結合する配管およびアキュムレータ等の
系よりなるガス圧送設置において、負荷の変動および系
の容ｔ−６！大きいプロセスに好適な圧縮機の容量制御
装置に関する。

〔発明の背景〕

圧縮機を容量制御する方法としては、従来よシｇｉ制御
方法と圧力制御方法とが提案されている。

ところで、流量制御の方法を採用して圧縮機の容量制御
する場合、気体の圧縮性の交め系の容量が大きいプロセ
ス（以下、容量系プロセスという）においては、負荷変
動時、流入量と流出量の差が発生し、かつ圧力が両者の
量に影響してしまうことになる不都合があつ友。これを
なくする交め、圧縮機の容量制御のような気体収支の制
御には、通常、圧力制御が採用されているのが一般的で
ある。

すなわち、このような圧縮機の容量制御に圧力制御を採
用した容量系プロセスにおいて、気体の流入量と流出量
間の差の積分は圧力に相当し、しかも流量か零の場合を
除いて、圧力と流量との間には、自己平衡性があること
から、プロセスの圧力を一定にしてやれば負荷側（流出
ｔ）の変動に対応した供給量（流入量）Ｋ平衡させるこ
とができることにかる。

し次がって、従来から複数台の圧縮機の風量を負荷側の
需要量に応じて制御する容量制御方法としては、各圧縮
機の吐出側共通母管の圧力を一定とすべく、圧力調節に
よシ、各圧縮機の吸入側に設けられたべ一／コントロー
ルを制御する吐出圧力制御が採用されている。

この従来の制御方法では、各圧縮機の吐出圧力を一定と
する制御の九め、負荷のいずれかの需要量が増加した場
合、末端の圧力降下現象は遅れて圧縮機の吐出側に現れ
る。これはプロセスの容量に起因するものである。また
、流量の増加によシ管路の抵抗が増加し、末端の圧力は
さらに低下することになる。末端の圧力降下か大きい場
合には、圧力調節計の設定値（目標値）の修正を８豊と
するが、プロセス特性を把握し、事前に、この設定ｆｍ
　（目標値）を正確に修正することは、実際には困難で
ある。

したがって、通常、最大需要量をもって、負荷側の圧力
が所要値以下とならぬ圧縮機の吐出圧力を求め、これを
もって圧力調節計の設定値とするため、各圧縮機は効率
の悪い運転となってしまっていた。

また、このように圧力調節計の設定値を高く設定するこ
とは、第６図、′、・圧縮機Ｐ−Ｑ特性曲線に示される
ように、圧［１機のサージングラインＸに平行するサー
ジング防止制御ラインＹと圧力設定（ｋ（目標値）Ｐｇ
との交点のｆｉＪ！：Ｑｓ、すなわちサージング防止の
九めの各圧縮機の最小風量制御値Ｑ８が大きくなり、容
量制御中が小さくなシ制御性を悪くすることを意味して
いる。ここで、ＱＬは圧縮機吸入側ベーンコントロール
の機械的最小開度における流量を示す。なお、この種の
装置として関連するものには、例えば特開昭５９−６８
５８１号に記載のものがあげられる。

〔発明の目的〕

本発明は上述し交点に鑑みてなされ念ものであシ、その
目的は、負荷の変動および系の容量の大きいプロセスに
対し、負荷側の圧力変動を最小にし、しかも各圧縮機の
容量制御中を広く保持し効率の良い圧縮機の容量制御装
置を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明は、プロセス特性を把握し、負荷側の需要量に応
じて各圧縮機の吐出圧力（目標値）を変化させ、その目
標値に基づきサージング防止のための最小風量制御値を
整定すれば、負荷側の圧力変動金小さくすることができ
、しかも各圧縮機の容量制御中を広くすることができる
ことに着目し、前者の各圧縮機の吐出圧力の目標値整定
および制御を共通のマスター制御系でおこなうとともに
、後者の各圧縮機の最小風制御値の整定および容量制御
中の調整を各圧ｉ機毎のマイナー制御系でおこなうこと
により、上記目的を達成しようとするものである。

さらに詳説すると、本発明は、次のように制御するもの
である。すなわち、マスター制御系は各負荷の流量を一
定のサンプリング周期で測定し、各流量変化分の総和と
各負荷に対応する管路およびアキュムレータの容量の総
和との比率を求め、その求めた比率が一定比率（規定値
）ｔ−越えた場合に、マスター制御系の圧縮機吐出圧力
目標値をその求めた比率に応じてプログラム制御するこ
とによシ一時的に変化させる。

しかして、上述の如き目標値を変化させて制御したる後
、流量（流速）と管路における圧力降下との関係式（下
記第（１）式）により、各負荷毎の圧力降下（抵抗）Δ
Ｐを求める。

さらに、負荷のネットワークに基づいて全圧力降下値を
求め、全圧力降下の変化分が一定巾（規定値］を越えた
場合、マスター制御系の前記目標値に対して変化分に対
応し九補正値を加算することにより、新目標値金得て、
その新目標値を基に各圧縮機の吐出圧力を制御しようと
するものである。

また、同時にマスター制御系では、複数台数の圧縮機の
総合運転効率を向上させるため、負荷の総流量から制御
すべき圧縮機台数を自動選択し、かつ優先順位を決めて
制御する。

ただし、ΔＰ：管路における圧力降下（抵抗）Ｋ　：定
数 μ　：摩擦係数 ｒ　：流体の比重 Ｖ　：流体の速度 ｇ　：重力の加速匿 ｄ　：管の内径 ｔ　：管の長さ 一方、マイナー制御系は、各圧縮機毎に独立して設けら
れ、第７図の圧縮機制御限界曲線に示すように、あらか
じめサージングラインＸ１サージング防止制御ラインＹ
に平行する制御ラインＺを設定しておき、マスター制御
系の目標値Ｐａの変化に対応した最小風制御値Ｑ８を求
め、各圧縮機の風量がＱｓ以下となった場合、マスター
制御系からの出力信号を遮断し、最小風量制御値Ｑ、に
相当する操作信号にロックする。

また、制御ロック状態で各圧縮機の吐出圧力がマイナー
制御系の目標値以下になり、その偏差が規定値以上とな
った場合、制御ロックを解除するように制御するもので
ある。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明するＯ 第１図は本発明に係る圧縮機の容量制御装置の一実施例
を示す制御系統図である。

第１図において、ユーテリテイガスはターボ圧縮機ＩＡ
、ＩＢ、ＩＣで所定の圧力まで圧縮され、管路６の分岐
点７，８，９．１０で分岐され負荷１００．２００，３
００に供給される。

負荷１００，２００，３００の需要量に応じて圧縮機Ｉ
Ａ、ＩＢ、ＩＣの処理風量を制御する容量制御装置は、
マスター制御系４と、マイナー制御系５Ａ、５Ｂ、５Ｃ
とから構成されている。

マスター制御系４には圧縮機ＩＡ、ＩＢ、ＩＣの吐出側
共通母管６ＢＵＳの圧力が伝送器３を介し、また、負荷
１００，２００，３００へのガス流量か伝送器１４．１
５．１６を介して取シ込まれ、またマスター制御系４か
らはマイナー制御系５Ａ、５Ｂ、５Ｃに操作信号が伝送
されている。

マイナー制御系５Ａ、５Ｂ、５Ｃには、圧縮機吐出側の
流量が伝送器１１Ａ、ＩＩＢ、１１０ｔ”介し、圧力が
伝送器１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃを介し、さらに温度が伝
送器１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃを介して取り込まれ、また
、マイナー制御系５Ａ。

５Ｂ、５Ｃからは圧縮機吸入側のべ一ノコントロール２
Ａ、２Ｂ、２Ｃに操作信号が伝送されている。

第３図は、マスター制御系４の構成を示すブロック図で
ある。

第３図において、マスター制御系４は、入出力端２１な
いし３０と、加算器３１，３３，３６゜４１および４４
と、比例演算器３２と、積分演算器３４と、目標値信号
出力設定器３５と、サンプリング回路３７と、加算器３
８Ａおよび演算器３８Ｂと、演算器３９Ａと、負荷配分
器３９Ａと、許容比率信号出力設定器４１と、プログラ
ム設定器４２と、記憶演算器４３と、許容圧力降下値信
号出力設定器４５と、設定器４６と、信号切換器４７な
いし５０とを含んで構成されている。

第４図はマイナー制御系５Ａ、５Ｂ、５Ｃの構成を示す
ブロック図である。

第４図において、マイナー制御系５Ａ、５Ｂ。

５Ｃは同一構成となしているので、マイナー制御系５と
して説明する。

図示のマイナー制御系５は、端子５１ないし５７と、出
力保持回路６１と、手動操作信号出力装置６２と、信号
切換器６３と、偏差警報器６４６４Ａおよび６４Ｂと、
演算器６４Ｃと、自己保持回路６５と、温度圧力補正演
算器６６と、偏差警報器６７Ａないし６７Ｃと、ＡＮＤ
回路６８および６９と、ＯＲ回路７０とを含んで構成さ
れている。

上述し九実施例の作用を説明する。

まず、マスター制御系４の動作を第１図ないし第４図を
参照しながら説明する。

圧縮機ＩＡ、ＩＢ、　ＩＣの吐出側共通母管６ＢＵＳの
圧力は、伝送器３によシ検出され実測値信号として端子
２１を通して加算器３１に与えられる。加算器３１で圧
力の目標値信号出力設定器３５からの信号と前記実測値
信号とを比較後、その偏差信号は比例演算器３２に送ら
れ演算後、加算器３３に与えられる。加算器Ｊ３で積分
演算器３４からの演算信号と前記演算信号とを加算後、
端子２５，２７．２９からマイナー制御系５Ａ。

５Ｂ、５Ｃへ出力する。

ま九、同時に圧力の目標値信号出力設定器３５からの信
号は端子２６，２８．３０からマイナー制御系５Ａ、５
Ｂ、５Ｃに与えられる。

一方、負荷１００，２００，３００の流量は、流量検出
器１４Ａ、１５Ａ、１６Ａによυ検出され、伝送器１４
，１５．１６にて信号変換後、実測値信号として端子２
２，２３．２４を通してサンプリング回路３７に与えら
れ、突発的な異常実測値信号の入力を防止するため、平
均値化される。

平均値化された信号は、加算器３８Ａおよび演算器３８
Ｂに与えられる。

加算器３８Ａで加算された実測値相当信号、すなわち負
荷１００，２００，３００の流量の総和信号は、演算器
３９Ａおよび負荷配分器３９Ｂに前記のサンプリング回
路３７のサンプリング周期に同期して送られ、演算器３
９Ａであらかじめ設定された管路およびアキュムレータ
の容量（プロセス容量）の総和値に対する負荷１００，
２００゜３００の流量の総和信号の比率を求め次後、加
算器４０に与えられる。加算器４０で許容比率信号出力
設定器４１からの出力信号と前記比率信号とを比較後、
その偏差信号はプログラム設定器４２に送られ、偏差信
号の値に応じて調整されたプログラム信号を加算器３６
に出力する（第５図参照）。

加算器３６で圧力目標値信号３５と前記プログラム信号
または設定器４５からの信号とを加算後、補正された目
標値信号、すなわち圧縮機ＩＡ。

ＩＢ、ＩＣの吐出圧力制御用の目標匝となる。

また、演算器３８Ｂに与えられた負荷１００゜２００．
３００の流量信号（サンプリング−平均電化信号）は、
第２図の如く、アらかじめ設定された管路抵抗曲線ａ、
ｂ、ｃにつき合わせ、管路における圧力降下（抵抗）Δ
Ｐム、ΔＰ３゜ΔＰｃを前記第（１）式から求め、さら
に加算し全圧力降下を求めに後、記憶演算器４３に与え
られる。

記憶演算器４３で新旧の全圧力降下値の変化分を求め次
後、加算器４４に与えられる。

加算器４４で許容圧力降下値信号出力設定器４５からの
信号と前記変化分信号とを比較したる後、その偏差信号
は設定器４６に送られ偏差信号の値に応じて調整され火
桶正信号を加算器３６に出力する。

ただし、プログラム設定器４２が動作中は、信号切換器
５０によシ前記補正信号は遮断されている。

また、負荷配分器３９Ｂでは、加算器３８Ａからの負荷
１００，２００，３００の流量の総和信号により圧縮機
ＩＡ、　ＩＢ、　ＩＣの台数を選択するとともにあらか
じめ設定され比制御の優先順位に従って信号切換器４７
，４８．４９を操作する。

すなわち、制御待ち圧縮機に対して負荷配分器３９Ｂか
ら一定の操作信号を該当するマイナー制御系５Ａ、５Ｂ
、５Ｃに出力すべく信号切換器４７．４８．４９を操作
する。

以上の如くマスター制御系４はプロセス特性を需要量の
変動に応じて目標値を変化させ、負荷側の圧力変動を最
小にすべく圧縮機の吐出圧力を制御している。

次にマイナー制御系５Ａ、５Ｂ、５Ｃの動作について、
第１図ないし第４図に従って説明する。

マスター制御系４からの出力操作信号はマイナー制御系
５Ａ、５Ｂ、５Ｃの端子５４を通して出力保持回路６１
に与えられ、その出力は信号切換器６３ｔ−経て端子５
６から圧縮機ＩＡ、ＩＢ。

ＩＣの吸入側ベーンコントロール２Ａ、２Ｂ。

２ＧＫ出力し、風量を調整する。

信号切換器６３をＭ側に切換えると、手動操作信号出力
装置６２からの手動操作信号をベーンコントロール２Ａ
、２Ｂ、２Ｃに出力する。

−万、圧縮機ＩＡ、ＩＢ、ＩＣの吐出側から検出された
流量信号は伝送器１１Ａ、ｌＩＢ、１１ｃにて信号変換
後、実測値信号として、端子５１ｔ−通して温度圧力補
正演算器６６に与えられる。同様に圧力信号は伝送器１
２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃおよび端子５２を通して、温度信
号は伝送器１３人。

１３Ｂ、１３Ｃおよび端子５３を通して温度圧力６７Ｂ
、６７Ｃに与えられる。

ま九、マスター制御系４からの圧縮機吐出圧力制御用目
標値信号は、端子５５を通して演算、１６４Ｃに与えら
れ、第７図の如くあらかじめ設定された制御ラインＺに
つき合わせ、目標値信号Ｐｇの変化に対応した最小風量
制御値信号ＱＢを求めた後、信号比較器６７Ｃに送られ
る。

偏差警報器６７Ｃで流量信号Ｑ、と前記最小風量制御値
信号Ｑ８とを比較し、Ｑ、、＜Ｑ、′ＣあればＡＮＤ回
路６８にＯＮ信号を発信し、ＯＲ回路７０を経て出力保
持回路６１に与えられ、マスター制御系４からの出力操
作信号を遮断し、最小風量制御値信号Ｑａに相当する信
号にロックする。

この制御ロックの解除は、圧力目標値信号Ｐｇと、圧力
実測値信号Ｐｖとの比較によるものとし、偏差警報器６
４Ａ、６４Ｂにて比較し、Ｐ＋＋　　Ｐｖ〉ｂであれば
、自己保持回路６５をリセットし、リセット信号’ｋＡ
ＮＤ回路６８に発信することで、出力保持回路６１の制
御ロックを解除する。一方、Ｐｇ　　Ｐｖ（ａであれば
制御ロックの状態を保持する。ただし、ａ、ｂは正の定
数とする。

ま九、玉軸機ＩＡ、ＩＢ、ＩＣの吸入側ベーンコントロ
ールの機械的最小開度にリミットスイッチを取付け、こ
のリミットスイッチ動作信号を端子５７を通して、ＡＮ
Ｄ回路６９に与え、同様に制御ロックをおこなう。これ
は前述の制御ロック信号のバックアップの目的とする。

以上の如くマイナー制御系５Ａ、５Ｂ、５Ｃは圧縮機Ｉ
Ａ、ＩＢ、ＩＣの吐出圧力制御において、圧縮機側々の
特性とマスター制御系４から与えられた目標値によシ、
最小風量制御値を整定することによシ容量制御巾を広く
調整することができる。

ここで、ＱＬは圧縮機吸入側ベーンコントロールの機械
的最小開度における流量を示す。

本実施例によれば、管路およびアキュムレータ等のプロ
セス容量を全てガス容積とみなし、ガス需要量の変化分
との比率を系統の圧力降下分として、またガス需要量の
変化による管路抵抗の変化分を負荷側の圧力変化分とし
て、マスター制御系４の吐出圧力制御用目標値を補正す
ることによシ、プロセス容量に起因する制御動作遅れを
排除し、負荷側の圧力変動を最小限にすることができる
。

また、前述の各圧縮機毎のマイナー制御系５Ａ。

５Ｂ、５Ｃによる各圧縮機の容量制御中を広く調整する
機能を付加することによシ、余裕を見込んだ操作をおこ
なう必要がなくなシ、各圧縮機上効率的に運用すること
ができ運転コストヲ低減させる効果がある。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明によれば、複数台の圧縮機の
吐出圧力をマスター制御系で制御し、マスター制御系か
らガスの需要量に応じて可変する吐出圧力制御の操作信
号および目標値を各圧縮機毎のマイナー制御系に与え容
量制御中を調整する制御構成としてなるので、管路およ
びアキュムレータ等のプロセス容量に起因する制御動作
の遅れ、２よび管路抵抗に起因する負荷側圧力の降下を
排除することができ、ガスの需要量の変動に対して負荷
の圧力変動を最小限に、かつ各圧縮機の容量制御中を広
く保持することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の制御系統図、第２図は管路
抵抗曲線、第３図は第１図のマスター制御系の制御構成
例を示すブロック図、第４図は第１図のマイナー制御系
の制御構成例を示すブロック図、第５図は第３図の動作
説明を補足するタイムチャート、第６図はターボ圧縮機
のＰ　−Ｑ％性曲線、第７図は第４図の動作説明を補足
する圧縮機制御限界曲線である。 ＩＡ、ＩＢ、ＩＣ・・・ターボ圧縮機、２Ａ、２Ｂ。 ２Ｃ・・・ベーンコントロール、３・・・圧力伝送器、
４・・・マスター制御系、５Ａ、５Ｂ、５Ｃ・・・マイ
ナー制御系、ＩＩＡ、ＩＩＢ、ＩＩＣ・・・差圧伝送器
、１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ・・・圧力伝送器、１３Ａ。 １３Ｂ、１３Ｃ・・・温度伝送器、１４Ａ、１５Ａ。 １６Ａ・・・流量検出器、１４，１５．１６・・・差圧
伝送器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、ユーテリテイ用ガスを圧縮して送り出す複数台の圧
   縮機と多数の負荷とを結合する配管およびアキュムレー
   タ等の容量系よりなるガス圧送設備において、各負荷の
   流量を一定周期で検出するとともにそれらの変化分の総
   和とそれらと対応する管路等の容量系の容量の総和との
   比率に応じて圧縮機の吐出圧力制御部の目標値を一時的
   にプログラム制御し変化させた後、さらに各負荷の流量
   と対応する各管路の抵抗曲率とにより求めた全圧力降下
   値により前記目標値を修正して、各圧縮機の吸入側ベー
   ンコントロールを可変し風量を調整できるマスター制御
   系と、各圧縮機毎に、サージングラインに平行した制御
   ラインを設定し、各圧縮機の吐出圧力目標値との交点を
   最小風量制御値とし、風量調整範囲可変するとともに最
   小風量制御値以下の制御を拘束するマイナー制御系とを
   備えてなることを特徴とする圧縮機の容量制御装置。