JPS63198795A - ターボ圧縮機の圧力サージ検出方法及び装置 - 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】 〔産業上の利用分路〕 本発明はターボ圧縮機の圧力サージ方法及び装置に関す
る。

〔従来の技術〕

圧縮機サージを検出する多くの方法が公知である。最も
広範に使用される方法は圧縮機の吸入流量の監視を含ん
でいる。後入流量が所定の最小値以下に低下すると、正
常な流通が行なわれなくなって、サージが発生しようと
しているものと仮定される。

この従来の方法では、入口流量が圧縮機の入口導管に・
あるオリフィス又はノズルにより測定される。入口の絞
り手段（オリフィス又はノズル）が永久圧力損失を生じ
て全溝ＩＨ１ｔｌｌ力を増大することが、この従来、の
方法の欠点である。別の欠点は、この方法が全く精確な
動作には不適当なことである。極端に微細又は高感度の
調整が行なわれると、事情によっては従来の方法は、サ
ージが発生しなくてもサージを表示することがある。一
方調整が粗すぎると、事情によっては圧縮機サージが全
く検出されなくなる。

圧縮ガス系の調整の際、サージの始まる流ｆｊｔが圧縮
機の負荷と共に変ることを考慮せねばならない。低負荷
では、サージは小さい流量で始まる。負荷が増大すると
、もつと大きい流量でサージが始まる。

更に圧縮すべきガスの流速を圧縮機入口で監視する方法
も公知である。この場合流量の２乗に比例するガス流速
は、入口導管に既に存在する興なる流通断面の２つの位
置における静圧の比較によって簡単に測定される。

このような方法の利点は、検出オリフィスが流れに付加
的な抵抗を生じないことである。しかしガス流速を測定
する検出装置は、サージの作用で流れ方向が反転しても
、常に正の信号を与えるという欠点を持っている。この
目的に使用される差圧変換器の負の脚辺は、実際に圧縮
機入口の最も小さい絞り断面に接続されている。

正の脚辺は圧縮機入口フランジの近く即ち広い流れ断面
の範囲の圧力を検出する。

この場合圧縮機サージは、所定の最低差圧以下への圧力
低下について差圧変換器の出力信号を監視することによ
り検出される。この方法を実施する際、差圧が所定の値
以下に低下する時信号を発生する差圧スイッチを差圧変
換器の代りに使用することができる。

しかしこの方法も、ｇｌｌＩＩＩが微細すぎると、サー
ジが発生しなくても圧力サージが表示され、一方調整が
粗すぎると、サージが全く検出不可能であるという欠点
を持っている。

！＆後に注意すべきことは、両流量信号及び流速信号が
圧力取出し点における渦による雑音信号に重畳されるこ
とである。これにより、定常流の状態でも測定される信
号が変動することになる。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明の目的は、上述の欠点を除去して、表示の誤りを
避けていかなるサージも精確に表示する方法及びこの方
法を実施する回路を提供することである。

本発明の別の目的は、比較的簡単な手段により実現でき
かつ回路、ｓＷＲ又は圧縮ガス系全体の雑音レベルが高
くなっても干渉又は故障なしに動作することができるサ
ージ検出回路を提供することである。

〔課刈を解決するための手段〕

差圧変換器からの信号Ｘを微分すること、により有利に
実施されるこの方法では、信号Ｘの変化割合が信号Ｙと
して検出される。この信号Ｙの値は、サージの発生と共
に所定の値を超過する。

更に本発明によるこの方法は、信号Ｘの変化割合に加え
てこの信号の変化の大きさを求めることにより改善する
ことができる。サージが発生する時、この変化も所定の
（＋ｉを超過する。

系に存在する雑音信号に関係なく動作することができる
ようにするため、信号Ｙを形成するための信号Ｘの変化
割合は直接にまた遅延素子を経て信号Ｘを加算点へ入力
することによって求められる。

その代りに、指数関数に従って出方信号Ｙｌを与えるよ
うに遅延素子を設計することも可能である。信号Ｙを形
成する信号Ｘの変化割合を、この信号Ｘを直接にまた不
感時間素子を経て遅れをもって加算点へ印加するように
も、方法を実施することができる。

本発明による方法は、雑音信号により生ずる最小の干渉
で圧縮機サージを確実に表示する。

回路は簡単で市販の部品のみ使用しているので、安価に
製造することができる。

〔実施例〕

本発明の好ましい実施例を図面の第１図及び第２図に関
して説明する。２つの図において一致する素子には同じ
符号をつけである。

第１図に示すように、ガス圧縮機８の入口又は出口にお
ける流血又は流速が検出されて、信号変換ｎ７において
信号Ｘに変換される。このような変換は公知であり、こ
れ以上説明しない。

測定値Ｘは加算点ｌへ直接にまた遅延素子２により生ず
る遅れをもって供給される。この加算点ｌは遅延されな
い値と遅延される値との差をとる。遅延素子２として一
次遅延素子を使用するのがよいが、他の形式の遅延も可
能である。

ここで−次遅延素子という用語は、入方信号の急な変化
により、出力信号が指数関数に従って時間遅れをもって
この入力値に上昇することを意味する。この上昇の時定
数Ｔｌは可変で、系のこの実廊例における重要な設定可
能なパラメータを構成する。

本発明による系は二次又はそれより高次の遅延素子でも
動作可能である。第２図による単なる不感時間素子３を
使用しても動作可能である。

不感時間素子３は、入力信号に一致するが遅延時間ＴＩ
２だけ遅れる出力信号を発生する。

本発明による系は次のように動作する。定常状態におい
て雑音が存在しないものと考えると、測定値Ｘは変化し
ない。遅延素子２又は３の出力は既にその定常最終値に
達しているので、値ＹｌとＸは一致する。従ってＹ＝Ｘ
−ｙｌは零である。

さて測定値Ｘが増大すると、値Ｙｌは時間遅れをもって
追従する。差Ｙ、＝４−ｙ１は零でない。

Ｘが速く変化するほど、値Ｙは大きくなる。

Ｘの小さい変化では、Ｙも小さい。同じことが遅い変化
にも当てはまる。即ちＸの変化が遅いほど、Ｙの値が小
さくなる。従って出力信号Ｙの大きさはＸの値と変化割
合とに関係する。

変化割合の加重は遅延素子２の時定数ＴＩの設定により
行なわれる。時定数Ｔｌが大きすぎると、入力信号Ｘの
変化の遅さには関係なく、系はこの入力信号のいかなる
変化にも応答する。

ホさい丁１が選ばれると、遅い変化の効果は少なくなる
。

換言すれば、時定数Ｔｌが与えられると、Ｔｌより著し
く遅くおこる変化は信号Ｙに影響を及ぼさない。しかし
Ｔｌより著しく速くおこる変化は、入力信号変化の全部
の大きさまで信号Ｙに影獅を及ばす。

不感時間又は差時間素子３が一次遅延素子２の代りに使
用されると、不感時間Ｔ２が決定変数を構成する。この
場合出力信号Ｙは、入力信号Ｘが期間Ｔ２に変化した値
又は大きさを持っている。小さいＴ２が選ばれると、入
力信号Ｘの遅い変化が出力信号Ｙに及ぼす影響が小さく
なる。

信号Ｙは閾値段４へ印加される。所定の第１の閾値が超
過されると、閾値段４が出力信号２を発生する。この閾
値を変化することにより、入力信号変化の振幅加重を制
御することが可能である。閾値の設定が大きくなると、
閾値段４を応答させる入力値の変化が大きくならねばな
らない。

微分ｄＸ／ｄｔに比べてこの系の利点は、信号Ｘの変化
の大きさも、変化割合に加えて、影響を及ぼすことであ
る。／ＪＸさい変化は、それが速くおこる限り、閾値段
４の出力に、その変化の大きさが閾値段４の切換え閾値
以下である限り、影響を及ぼさない。従ってこの回路は
最も簡単に測定雑音に対して不感となる。

これに反し微分素子ｄｘ／ｄｔの出力信号は、変化の大
きさに関係なく、常に変化割合に比例する。

第３図に示すように、微分素子５に信号Ｘを通すことが
できる。この場合側の付加的な閾値段６を設けて、信号
Ｘが所定の第２の閾値を超過すると、サージを示す出力
信号を発生するのが望ましい。

閾値段４又は閾値段６が応答して、サージの存在を検出
すると、圧縮ガス系１０全体の圧縮機を保護する普通の
安全方策をとることができる。これらの方策は、例えば
圧縮ガス系又は第１図に示すような圧縮機の動作の異な
る変化を行なう吹出し弁９を直ちに開くことである。

こうしてすべての目的及び求められる利点を果たすター
ボ圧縮機の新規なサージ検出系を示して説明した。しか
し本発明の多くの変形、変更や他の使用及び応用が、そ
の好ましい実廊例を開示する明細書及び添付図面を考慮
した後、当業者にとって容易である。本発明の精神及び
範囲から燕れないすべてのこのような変形、変更や他の
使用及び応用は、特許請求の範囲によってのみ制限され
る本発明に含まれる。

【図面の簡単な説明】

第】図は指数関数に従う遅れをもって動作するサージ保
護回路の実施例を持つ本発明による系のブロック線図、
第２図は不感時間遅延素子で動作する回路の別の実施例
のブロック線図、第３図は微分素子を持つ本発明による
系のブロック線図である。 ｌ・・・加算点、２．３・・・遅延素子、４，６・・・
閾値段、７・・・流量信号変換器、８・・・ターボ圧縮
機、９・・・吹出し弁、ｌＯ・・・圧縮ガス系。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １（ａ）ターボ圧縮機の入口又は出口におけるガスの流
   量又は流速を測定して、信号 Ｘを形成し、 （ｂ）この信号Ｘの変化割合を求めて信号Ｙを形成し、 （ｃ）信号Ｙが所定の第１の閾値を超過する時点を求め
   、それにより信号Ｙが第１ の閾値を超過する時、サージの発生を 表示する ことを特徴とする、ターボ圧縮の圧力サー ジ検出方法。 ２　ガスの流量又は流速を差圧変換器により測定するこ
   とを特徴とする、請求項１に記載の方法。 ３　信号Ｘ（１）変化割合を微分素子により求め、この
   微分素子の出力を信号Ｙで表わすことを特徴とする、請
   求項１に記載の方法。 ４　信号Ｘが所定の第２の閾値を超過する時点を求め、
   両閾値が超過される時サージの発生を表示することを特
   徴とする、請求項１に記載の方法。 ５　信号Ｘの変化割合を求める際この信号Ｘを遅延して
   信号Ｙ＿１を発生し、信号Ｘと信号Ｙ＿１との差を求め
   て信号Ｙで表わすことを特徴とする、請求項１に記載の
   方法。 ６　遅延の際所定の値へ漸近的に近づく指数関数を信号
   Ｘに掛け算することを特徴とする、請求項５に記載の方
   法。 ７　遅延の際所定の不感時間だけ信号Ｘを遅延すること
   を特徴とする、請求項５に記載の方法。 ８　信号Ｙが第１の閾値を超過する時、圧縮機の出口に
   ある吹出し弁を直ちに開くことを特徴とする、請求項１
   に記載の方法。 ９　吹出し弁が開かれてから所定の時間後吹出し弁を閉
   じることを特徴とする、請求項８に記載の方法。 １０　信号Ｙが第１の閾値を超過する時、圧縮されるガ
   スが供給される圧縮ガス系の動作条件を変化することを
   特徴とする、請求項１に記載の方法。 １１　信号Ｙが第１の閾値を超過する時、圧縮機の動作
   条件を変化することを特徴とする、請求項１に記載の方
   法。 １２（ａ）ターボ圧縮機（８）の入口又は出口における
   ガスの流量又は流量を測定して 信号Ｘを発生する手段（７）と、 （ｂ）測定手段に接続されてその出力信号Ｘの変化割合
   を求めて変化割合信号Ｙを 発生する手段（２）と、 （ｃ）この変化割合を求める手段に接続されて、変化割
   合信号Ｙが所定の閾値を超 過する時出力信号Ｚを発生する手段 （４）とを有し、この出力信号Ｚの存 在によりサージの発生を表示する ことを特徴とする、ターボ圧縮機の圧力サージ検出装置
   。 １３　測定手段（７）が差圧変換器であることを特徴と
   する、請求項１２に記載の装置。 １４　変化割合を求める手段（２）が微分素子であるこ
   とを特徴とする、請求項１２に記載の装置。 １５　測定信号Ｘが所定の第２の閾値を超過する時を求
   め、両閾値が超過される時サージの発生を表示する出力
   信号を発生する手段を更に有することを特徴とする、請
   求項１２に記載の装置。 １６　変化割合を求める手段が、測定信号Ｘを遅延して
   遅延信号Ｙ＿１を発生する手段と、これら両信号ＸとＹ
   ＿１との差を表わす出力信号Ｙを発生する手段とを含ん
   でいることを特徴とする、請求項１２に記載の装置。 １７　遅延手段が所定の値へ漸次的に近づく指数関数を
   測定信号Ｘに掛け算することを特徴とする、請求項１６
   に記載の装置。 １８　遅延手段が測定信号Ｘを所定の時間だけ遅延する
   手段を含んでいることを特徴とする、請求項１６に記載
   の装置。 １９　圧縮機の出口に接続される吹出し弁と、出力信号
   Ｚの発生の際吹出し弁を直ちに開く手段とを更に含んで
   いることを特徴とする、請求項１２に記載の装置。 ２０　吹出し弁が開かれて所定の時間後吹出し弁を自動
   的に閉じる手段を更に含んでいることを特徴とする、請
   求項１９に記載の装置。 ２１　圧縮機の出口に接続される圧縮ガス系と、出力信
   号Ｚの発生の際この圧縮ガス系の動作条件を変化する手
   段とを更に含んでいることを特徴とする、請求項１２に
   記載の装置。 ２２　出力信号Ｚの発生の際圧縮機の動作条件を変化す
   る手段を更に含んでいることを特徴とする、請求項１２
   に記載の装置。