JPS62195492A - タ−ボ圧縮機のサ−ジング防止装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明はターボ圧縮機に係り、特にサージングなと圧
縮機の不安定作動域での運転を避ける必要がある場合に
好適なターボ圧縮機のサージング防止装置に関するもの
である。

〔従来の技術〕

軸流形や遠心形などのターボ圧縮機では、その運転条件
により、サージングと呼ばれる不安定作動運転に突入す
ることがある。サージング現象は大きな圧力変動や流速
変動を伴うので、翼振動や軸振動を増大させ、はなはだ
しい時には翼の破損事故に至ることがある。サージング
防止のために用いられている従来技術の一例を牛丼によ
る文献゛′送風機と圧縮機”Ｐ３５６〜３５８に述べら
れている方法を参考に説明する。第２図は通常のターボ
圧縮機の一般的特性を示す。第２図において曲線１，２
・・・４は圧縮機回転数一定の場合の流量と吐出圧力の
特性を示し、点線５はサージングラインを示す。ターボ
圧縮機では点線の右側が安定作動域であるが、左側領域
ではサージング、旋回失速などを生ずるため圧縮機の安
定作動が出来ない。それ故、このような不安定作動域へ
入らぬよう監視制御する圧縮機のサージング防止制御装
置が必要となる。従来用いられているサージング防止装
置をそなえたターボ圧縮機の構成を第３図に示す。圧縮
機６の上流には吸込配管７が、下流には吐出配管８が接
続されている。吐出配管は放風弁１０を有す分岐管９に
接続されている。第３図の構成において、予め予備試験
で求めた圧縮機の特性マツプが記憶装置１４に記憶され
ている。圧縮機の吐出圧検出器１１および流量検出器１
２からの出力は演算装置１３に導かれる。演算装置１３
からの出力は放風弁制御装置１５に導かれ、圧縮機の作
動点が前記記憶装置１４に記憶されている圧縮機特性マ
ツプ上、安定域にあるか不安定域にあるかを比較判定す
る。圧縮機の作動点を変化させて使用する時、圧縮機作
動点が圧縮機の安定域から不安定域に到達すると放風弁
１０を開き、安定作動域内に留まるように制御する。こ
のようにしてサージング域への突入を阻止することが出
来る。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上述の方法は、圧縮機の特性マツプが一定不変の時には
有効であるが、特性マツプは経年と共に変化する場合が
多い。すなわち、第４図に示すごとく、翼面にダクトな
どの付着物が堆持すると、圧縮機の性能低下に伴ない、
安定作動域が狭ばまってくる。したがって、圧縮機据付
当初の特性マツプを判定基準に使用する場合には、図に
示すような余裕域Ａを広く取る必要がある。このため、
従来の方法では、安定作動域がせばめられる上、サージ
点予測精度が落ちるという問題があった。

この発明は、上述の事柄に基づき成されたもので、経年
による圧縮機の性能劣化に無関係に確度の高いサージ予
測制御を行うことを目的としている。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題点は軸流形や遠心形などの吐出配管に放風弁を
有するターボ圧縮機において、圧縮機の入口圧力検出器
と、入口温度を検出する入口温度検出器と、圧縮機吐出
圧力を検出する吐出圧力検出器と、圧縮機流量を検出す
る流量検出器と、圧縮機ロータの回転数を検出する回転
数検出器と、入力圧力検出器、入口温度検出器、吐出圧
力検出器、流量検出器からの出力を用いて一定修正回転
数における修正流量に対する圧力比変化率を算出する演
算装置と、前記圧縮機の圧力比変化率の限界値を記憶さ
せた記憶装置とを具備し、前記演算装置で算出した圧力
比変化率が前記限界値より大の時に前記放風弁の開度を
増し、圧縮機の圧力比変化率が前記限界値内に留まるよ
う制御する放風弁制御装置を設けることによって解決さ
れる。

〔作用〕

通常のターボ圧縮機の特性図を第５図に示す。

第５図では前述の第２図とは異なり、たて軸には圧縮機
の圧力比π、横軸には修正流量τ、パラメータの回転数
には修正回転数ｎを用いている。

圧力比π、命止成竺６．９止凹軌数ｎの星霜式は以下の
通りである。

π＝Ｐ　ａ　／　Ｐ　ｓ　　　　　　　　　　　・・・
（１）ｓ ここに、 Ｐ、：圧縮機吐出圧力（ｋｇ／ｙｒｒ　ａｂｓ）Ｐ　ｓ
　：　　　’　　入口圧力（′）Ｔ３：　　１　人口温
度（°ｋ　） Ｇ：　　′　流量 ｎ：　　′　回転数 一般に、圧縮機の特性は圧縮機の入口圧力、入口温度に
より影響を受けるが、上述のように圧力比、修正流量、
修正回転数をパラメータにして特性を整理すれば圧縮機
入口状態の影響は補正される。すなわち、第５図のよう
なマツプで整理すれば、圧縮機特性は入口状態の影響を
受けない。この特性曲線上のサージ点は修正流量（τ）
に対することは良く知られた事実である。すなわち、段
数の少ない軸流圧縮機や低圧の遠心圧縮機では、文献″
気体機械ハンドブック（朝食書店）°′Ｐ１１６〜１１
７に述べられているように流量に対する圧力比の変化率
（ｄπ／ｄＧ）がゼロとなる点がサージ点となる（第６
図参照）。また、犬山による文献″圧縮機のサージに関
する研究、機械学会論文集４４巻３８７号”Ｐ３８１０
〜３８１７によると多段軸流圧縮機や高圧力比の圧縮機
の場合。

（ａπ／ａＧ−）丁が（π−１）ＸＧ＝＝一定のライン
の勾配と等しくなる点がサージラインとなる（第７図参
照）。このように修正流量による圧力比変化率をサージ
ングの判定基準に用いれば、′Ｒ列性能劣化に無関係に
確度の高いサージ予測が可能となる。

次に（ａπ／ａ丁）Ｗの値の算出法を具体的に説明する
１通常のターボ圧縮機では、一定回転数で運転されるこ
とが多い。この場合には、あらかじめ記憶装置に記憶さ
れた変化量（Δπ）だけ圧力比が変化する度に、圧縮機
の圧力比、修正流量を計測し、これらの計ｄｌす値から
圧力変化率を求める。即ち、Δπだけ圧力比の変化する
前後の圧力比、修正流量をそれぞれ、πＯ，π＝π０＋
Δア。

められる。

次に、第８図に示すごとく、圧力比△π変化する間に、
修正回転数が変わる場合には、以下に示修正回転数ｎｏ
上の点Ｐを速度三角形相似の条件の元に−Ｈ−回転数に
比例換算した点をＲとすると、と、ＧｏとＧ’　、ｔｃ
ｏとπ０′の間には以下の関係が成立する。

πＯｋ　−１ ここに、ｋは作動気体の定圧比熱と定容比熱の比を示す
０式（５）、（６）よりＧｏ′、π０′を〔実施例〕 以下、本発明の一実施例を第１図に従い、更にくわしく
説明する。ターボ圧縮機の入口部には圧縮機入口圧力検
出器１６．入口温度検出器１７゜圧縮機出口部には、吐
出圧力検出器１１．流量検出器１２が設置されている。

また、ロータ上には、圧縮機ロータの回転数を検出する
回転数検出器１８が設けられている。また、入口圧力検
出器１６、入口温度検出器１７．吐出圧力検出器１１゜
流量検出器１２２回転数検出器１８の出力は、演算装置
１３に導かれ、一定修正回転数における圧には予め、圧
力比変化率の限界値が記憶されている。この限界値は一
般的には修正回転数の関係である。演算装置１３から出
力される圧縮機の圧力装置１５により放風弁１０が開放
し、サージング領域への突入を阻止することが出来る。

〔発明の効果〕

以上述べたごとく、この発明では、従来のサージング防
止装置と異なり、一定修正回転数における修正流量に対
する圧力比変化率によりサージングの判定を行う。この
ため、経年による圧縮機の性能劣化があっても、精度良
く、サージ予測を行うことが出来る効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を示す説明図、第２図。 第３図は従来法の説明図を示す、第４図〜第８図は圧縮
機の特性を示す説明図である。 ６・・・圧縮機、１０・・・放風弁、１１・・・吐出圧
力検出器、１２・・・流量検出器、１３・・・演算装置
、１４・・・記憶装置、１５・・・放風弁制御装置、１
６・・・入口圧力検出器、１７・・・入口温度検出器、
１８・・・回転数検出器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、軸流形や遠心形などの吐出配管に放風弁を有するタ
   ーボ圧縮機において、圧縮機の入口圧力を検出する入口
   圧力検出器と、入口温度を検出する入口温度検出器と、
   圧縮機吐出圧力を検出する吐出圧力検出器と、圧縮機流
   量を検出する流量検出器と、圧縮機ロータの回転数を検
   出する回転数検出器と、前記入口圧力検出器、入口温度
   検出器、吐出圧力検出器、流量検出器、回転数検出器か
   らの出力を用いて一定修正回転数における修正流量に対
   する圧力比変化率を算出する演算装置と、前記圧縮機の
   圧力比変化率の限界値を記憶させた記憶装置とを具備し
   前記演算装置で算出した圧力比変化率が前記限界値より
   大の時に前記放風弁の開度を増し、圧縮機の圧力比変化
   率が前記限界値内に留まるよう制御する放風弁制御装置
   を設けたことを特徴とするターボ圧縮機のサージング防
   止装置。