JPS63235696A - Control method for multistage centrifugal compressor - Google Patents

Control method for multistage centrifugal compressor

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JPS63235696A
JPS63235696A JP6803987A JP6803987A JPS63235696A JP S63235696 A JPS63235696 A JP S63235696A JP 6803987 A JP6803987 A JP 6803987A JP 6803987 A JP6803987 A JP 6803987A JP S63235696 A JPS63235696 A JP S63235696A
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flow rate
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inlet guide
stage
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深尾 吉照
Fumitada Kanou
加納 文質
Junpei Ikeda
池田 順平
Hiroshi Terai
博 寺井
Shiro Hirose
廣瀬 史郎
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Abstract

PURPOSE:To easily control a multistage centrifugal compressor by representing the angle of each vane in each stage as the dimensionless vane angle with which the operation flow rate of the centrifugal compressor in each stage becomes the symmetrical operation quantity in the equal ratio for a designed flow rate. CONSTITUTION:The detection signals supplied from a variety of sensors 20-22, 24, and 27 for detecting the operation states of a centrifugal compressor 1 are input into a controller 28. In the controller 28, the control signal supplied into a driving machine 2 so as to control the number of revolution of the centrifugal compressor 1 is calculated in a part 29 and outputted, and the control signals supplied into the driving devices 19a-19h used exclusively for controlling each angle of a plurality of inlet guide vanes 11-14 and diffuser guide vanes 15-18 are calculated in a part 30 and outputted. In this case, the angle of each guide vane 11-18 in each stage is represented as each dimensionless vane angle with which the operation flow rate of the centrifugal compressor 1 in each stage becomes the symmetrical operation quantity in the equal ratio for a designed flow rate.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野コ 本発明は、酸素製造プラントや各種プラントにおいて用
いられる原料空気圧縮機、工場空気源用圧縮機、化学プ
ラント用ガス圧縮機等の多段遠心圧縮機の容量、圧力を
制御するための方法に関するものである。
Detailed Description of the Invention [Industrial Field of Application] The present invention is applied to multi-stage centrifugal compressors such as raw air compressors used in oxygen production plants and various plants, factory air source compressors, and gas compressors for chemical plants. It concerns a method for controlling the capacity and pressure of a machine.

[従来の技術] 一般に、酸素製造プラントや各種プラントにおける遠心
圧縮機としては多段構成のものが用いられている。この
ような多段遠心圧縮機において、第8図に示すように、
遠心圧縮機1は、駆動機2からの回転を増速する動力伝
達歯車3によって駆動される第1段目圧縮機4.第2段
目圧縮機5゜第3段目圧縮機6および第4段目圧縮機7
をそなえるとともに、圧縮機4,5間に中間冷却器8を
、圧縮機5,6間に中間冷却器9を、また圧縮機6゜7
間に中間冷却器10をそなえて構成されている。
[Prior Art] Generally, a centrifugal compressor having a multi-stage configuration is used in an oxygen production plant or various plants. In such a multistage centrifugal compressor, as shown in Fig. 8,
The centrifugal compressor 1 includes a first stage compressor 4, which is driven by a power transmission gear 3 that speeds up rotation from a drive machine 2. 2nd stage compressor 5° 3rd stage compressor 6 and 4th stage compressor 7
In addition, an intercooler 8 is provided between the compressors 4 and 5, an intercooler 9 is provided between the compressors 5 and 6, and an intercooler 9 is provided between the compressors 6 and 7.
An intercooler 10 is provided in between.

なお、圧縮機4と5および圧縮機6と7はそれぞれ同一
軸端にオーバハングされている。
Note that the compressors 4 and 5 and the compressors 6 and 7 are respectively overhanged on the same shaft end.

このような遠心圧縮Ja1においては、第1段目の圧縮
機4に吸い込まれた空気は、各圧縮機5〜7および中間
冷却器8〜10によって順次圧縮および冷却され、第4
段目の圧縮機7からプロセスに送出されるようになって
いる。
In such centrifugal compression Ja1, the air sucked into the first stage compressor 4 is sequentially compressed and cooled by each compressor 5 to 7 and intercooler 8 to 10, and then
It is designed to be sent to the process from the compressor 7 in the first stage.

そして、各段の圧縮機4〜7の入口側には、角度可変式
の入口ガイドベーン(GV)11〜14が設けられ、こ
れらの入口ガイドベーン11〜14の角度を調整するこ
とにより、各圧縮機4〜7に流入する空気容量を調整で
きるようになっている。
Variable angle inlet guide vanes (GV) 11 to 14 are provided on the inlet side of the compressors 4 to 7 in each stage, and by adjusting the angles of these inlet guide vanes 11 to 14, each The air capacity flowing into the compressors 4 to 7 can be adjusted.

また、各段の圧縮機4〜7の出口側には、ディフューザ
ベーン(DV)15〜18が設けられており。
Further, diffuser vanes (DV) 15 to 18 are provided on the outlet side of the compressors 4 to 7 in each stage.

これらのディフューザベーン15〜18の角度を調整・
することによって、各圧縮機4〜7から流出する空気容
量を調整できるようになっている。
Adjust the angle of these diffuser vanes 15 to 18.
By doing so, the air capacity flowing out from each compressor 4 to 7 can be adjusted.

これらの入口ガイドベーン11〜14およびディフュー
ザベーン15〜18の角度は、それぞれ駆動装置19に
よって任意の値に調整される。
The angles of these inlet guide vanes 11 to 14 and diffuser vanes 15 to 18 are each adjusted to arbitrary values by a drive device 19.

さらに、この遠心圧縮機1全体もしくは各段の圧縮機4
〜7の運転状態1例えば、空気流量、温度、圧力等の運
転状態量は、それぞれ、流量センサ20.温度センサ2
1.圧力センサ22などの検出手段によって検出される
。そして、各センサ20〜22と駆動装@19との間に
は、制御装置23が設けられている。
Furthermore, this centrifugal compressor 1 as a whole or each stage compressor 4
Operating state quantities 1 to 7, for example, air flow rate, temperature, pressure, etc., are determined by the flow rate sensor 20. Temperature sensor 2
1. It is detected by a detection means such as the pressure sensor 22. A control device 23 is provided between each of the sensors 20 to 22 and the driving device @19.

上述のような多段遠心圧縮機を、各種の運転条件に応じ
常に所定の空気容量(流量)を最適運転効率で得られる
ように制御すべく、従来、第9図に示すような制御手段
が開示されている(特開昭55−60692号公報)。
Conventionally, a control means as shown in FIG. 9 has been disclosed in order to control the multi-stage centrifugal compressor as described above so that a predetermined air capacity (flow rate) can always be obtained with optimum operating efficiency according to various operating conditions. (Japanese Unexamined Patent Publication No. 55-60692).

この制御手段においては、遠心圧縮機1全体もしくは各
段の圧縮機4〜7における空気流量、温度、圧力等によ
って表した各種の運転状態に対して最適運転状態を実現
するための操作量として、各段の入口ガイドベーン11
〜14およびディフューザベーン15〜18の角度の最
適な組合せ値を、予め制御装置23内の記憶部にプログ
ラムして記憶させておく(ステップSO)。
In this control means, as a manipulated variable for realizing an optimal operating state for various operating states expressed by air flow rate, temperature, pressure, etc. in the entire centrifugal compressor 1 or each stage of compressors 4 to 7, Entrance guide vane 11 for each stage
14 and the angles of the diffuser vanes 15 to 18 are programmed and stored in advance in the storage section in the control device 23 (step SO).

そして、第9図に示すように、制御装置23は、センサ
20〜22から状態検出値を受けると、その検出値から
現在の多段遠心圧縮機の運転状態を演算して監視する(
ステップSL)とともに、その運転状態に対応し、予め
決定しておいた操作プログラム(ベーン角度の組合せ値
)を照合し最適運転効率を実現できるような操作量を求
めて、この操作F1tヲyjA@装r!119 Li出
力t ル(Xテラ/ S 2)。
As shown in FIG. 9, upon receiving the state detection values from the sensors 20 to 22, the control device 23 calculates and monitors the current operating state of the multistage centrifugal compressor from the detected values.
At the same time as step SL), the operation program (vane angle combination value) that has been determined in advance is compared with the operating state, and the operation amount that can realize the optimum operation efficiency is determined. Dress up! 119 Li output (XTera/S2).

この後、センサ20〜22からの状態検出値をもとに演
算される運転状態が予め求められた最適運転効率状態で
あるか否か判定される(ステップS3)。最適運転効率
状態であると判定されると。
Thereafter, it is determined whether the operating state calculated based on the state detection values from the sensors 20 to 22 is the optimum operating efficiency state determined in advance (step S3). When it is determined that the system is in the optimum operating efficiency state.

その時点で制御を終了し選択された操作プログラムでの
ベーン角度を維持する一方、その運転状態が最適状態で
はないと判定されると1選択された操作プログラムによ
る制御出力(ベーン屑度)を修正して出力しなおしくス
テップS4)、状態検出値から効率が向上したか否かを
判定する(ステップS5)。
At that point, the control is terminated and the vane angle according to the selected operation program is maintained; however, if it is determined that the operating condition is not optimal, the control output (vane waste degree) according to the selected operation program is corrected. Then, it is determined whether the efficiency has improved based on the detected state value (step S5).

このようにして、各段の運転状態をフイードバツクせし
め、予めプログラムされた各段の入口ガイドベーン11
〜14およびディフューザベーン15〜18の角度の組
合せが最適か否かを監視し。
In this way, the operating state of each stage is fed back, and the inlet guide vanes 11 of each stage programmed in advance are fed back.
14 and diffuser vanes 15 to 18 is optimal.

経年変化や性能変化等の運転状態の変化に対応して常時
最適運転効率が得られるように、操作プログラムにおけ
るベーン角度の組合せを修正する制御が行なわれる(ス
テップS6)。
Control is performed to correct the combination of vane angles in the operating program so that optimal operating efficiency can be obtained at all times in response to changes in operating conditions such as aging and performance changes (step S6).

ところで、多段遠心圧縮機を、各種の運転条件に応じ常
に所定の空気容量を最適運転効率で得られるように制御
するために、上述のごとく入口ガイドベーン11〜14
およびディフューザベーン15〜18の角度を制御する
手段のほかに、従来、特開昭55−60695号公報に
開示されるような制御手段もある。前述した制御手段で
は、運転状態に応じた入口ガイドベーン11〜14およ
びディフューザベーン15〜18の角度の組合せをすべ
てプログラムし記憶させておくものであったのに対し、
この制御手段は、入口ガイドベーン11〜14およびデ
ィフューザベーン15〜18の操作量に所定の関数関係
を予め設定し、この関数関係に基づき運転状態に応じて
入口ガイドベーン11〜14およびディフューザベーン
15〜18の角度を声1■御するものである。
By the way, in order to control the multistage centrifugal compressor so that a predetermined air capacity can always be obtained with optimum operating efficiency according to various operating conditions, the inlet guide vanes 11 to 14 are used as described above.
In addition to the means for controlling the angles of the diffuser vanes 15 to 18, there is also a conventional control means as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 55-60695. In the control means described above, all angle combinations of the inlet guide vanes 11 to 14 and diffuser vanes 15 to 18 are programmed and stored in accordance with the operating state.
This control means presets a predetermined functional relationship between the operation amounts of the inlet guide vanes 11 to 14 and the diffuser vanes 15 to 18, and controls the inlet guide vanes 11 to 14 and the diffuser vanes 15 according to the operating state based on this functional relationship. ~18 angles can be controlled with one voice.

多段遠心圧縮機を制御する場合、制御対象である入口ガ
イドベーンおよびディフューザベーンの数が多くなり、
各運転状態に対して多数の操作量を決める必要があるが
、上述のような多段遠心圧縮機の制御手段は、いずれも
各種の運転状態に対応して操作量を簡単かつ確実に決定
するものとして提案されている。
When controlling a multi-stage centrifugal compressor, the number of inlet guide vanes and diffuser vanes to be controlled increases.
Although it is necessary to determine a large number of manipulated variables for each operating state, the control means for multistage centrifugal compressors described above are all designed to easily and reliably determine the manipulated variables in response to various operating states. It is proposed as.

[発明が解決しようとする問題点] しかしながら、上述のような従来の遠心圧縮機の制御手
段では、入口ガイドベーン11〜14の角度とディフュ
ーザベーン15〜18の角度との組合せ、または、入口
ガイドベーン11〜14の角度とディフューザベーン1
5〜18の角度と運転状態等との関数関係を、予め設定
しておかなければならず、このような諸データの設定の
ために、多段遠心圧縮機の実際の稼動前もしくは稼動初
期において相当の試運転期間が必要であり、特に1年間
の運転状態に対して最適な組合せを予め設定するには膨
大なデータを要するという問題点がある。
[Problems to be Solved by the Invention] However, in the conventional centrifugal compressor control means as described above, the combination of the angles of the inlet guide vanes 11 to 14 and the angles of the diffuser vanes 15 to 18, or the inlet guide Angle of vanes 11 to 14 and diffuser vane 1
The functional relationship between angles 5 to 18 and operating conditions, etc. must be set in advance, and in order to set such various data, a considerable amount of time is required before the multistage centrifugal compressor actually operates or at the beginning of its operation. There is a problem in that a test run period of 100 yen is required, and in particular, a huge amount of data is required to preset the optimal combination for one year's operating conditions.

また、特に後者の制御手段では、運転状態に対して一意
的に入口ガイドベーン11〜14の角度とディフューザ
ベーン15〜18の角度を制御量として決定しているた
め、稼動初期には最適な組合せとなっているとしても、
環境変化や経年変化に対して常に最適な組合せを保持す
ることは不可能であり、環境変化や経年変化を生じるた
びに関数関係の修正をするとしても、新しい関数関係を
得るために、再び上述のような試運転期間や膨大なデー
タを必要とするという問題点もある。
In addition, especially in the latter control means, since the angles of the inlet guide vanes 11 to 14 and the angles of the diffuser vanes 15 to 18 are uniquely determined as control variables for the operating condition, the optimum combination is selected at the initial stage of operation. Even if it is,
It is impossible to always maintain the optimal combination in response to environmental changes and secular changes, and even if the functional relationship is corrected every time an environmental change or secular change occurs, in order to obtain a new functional relationship, it is necessary to repeat the above method again. There are also problems in that it requires a trial run period and a huge amount of data.

さらに、上述のように各段におけるベーン角度の組合せ
あるいは関数関係で一意的に与えられるため、各段の運
転のマツチング状態を良好なものとすることができず、
運転の範囲が狭くなるとともに、効率のよい運転を行な
えないなどの問題点もある。
Furthermore, as mentioned above, since the vane angles in each stage are uniquely given by the combination or functional relationship, it is not possible to achieve a good matching state for the operation of each stage.
There are also problems such as a narrower driving range and inability to drive efficiently.

本発明は、このような問題点の解決をはかろうとするも
ので、上述のような試運転期間や膨大なデータ等を必要
とすることなく、各段ごとにそなえられる多数の入口ガ
イドベーンおよびディフューザベーンの角度を制御量と
して容易に扱えるようにするとともに、各段について良
好なマツチング状態を得られるようにして広い運転範囲
および高効率運転を実現できるようにした多段遠心圧縮
機の制御方法を提供することを目的とする。
The present invention aims to solve these problems, and it is possible to solve this problem by providing a large number of inlet guide vanes and diffusers for each stage, without requiring a test run period or a huge amount of data as described above. Provides a control method for a multi-stage centrifugal compressor that allows the angle of the vanes to be easily handled as a control variable and achieves a good matching condition for each stage to achieve a wide operating range and high efficiency operation. The purpose is to

[問題点を解決するための手段] このため1本発明の多段遠心圧縮機の制御方法は、予め
各段における入口ガイドベーンおよびディフューザベー
ンの角度を各段の遠心圧縮機の運転流量が設計流量に対
して同−比の相似運転流量となる1組の無次元入口ガイ
ドベーン角度および無次元ディフューザベーン角度とし
てそれぞれ表わしておき、ついで、各段における上記の
入口ガイドベーンおよびディフューザベーンの操作量を
上記1組の無次元入口ガイドベーン角度および無次元デ
ィフューザベーン角度として決定し、このようにして決
定された上記1組の無次元入口ガイドベーン角度および
無次元ディフューザベーン角度を各段における上記の入
口ガイドベーンおよびディフューザベーンの角度に変換
してから、これらの入口ガイドベーンおよびディフュー
ザベーンの角度に基づき上記多段遠心圧縮機を制御する
ものである。
[Means for Solving the Problems] For this reason, 1) the method for controlling a multistage centrifugal compressor of the present invention is such that the angles of the inlet guide vanes and diffuser vanes at each stage are adjusted so that the operating flow rate of the centrifugal compressor at each stage is the design flow rate. , respectively, as a set of dimensionless inlet guide vane angle and dimensionless diffuser vane angle that have similar operating flow rates at the same ratio. Next, the operating amounts of the above inlet guide vane and diffuser vane at each stage are expressed as The set of dimensionless inlet guide vane angles and dimensionless diffuser vane angles are determined as the set of dimensionless inlet guide vane angles and dimensionless diffuser vane angles, and the set of dimensionless inlet guide vane angles and dimensionless diffuser vane angles thus determined are determined as the set of dimensionless inlet guide vane angles and dimensionless diffuser vane angles at each stage. After the angles of the guide vane and the diffuser vane are converted, the multistage centrifugal compressor is controlled based on the angles of the inlet guide vane and the diffuser vane.

[作   用] 上述の本発明の多段遠心圧縮機の制御方法では、各段に
おける入口ガイドベーンおよびディフューザベーンの角
度が1組の無次元入口ガイドベーン角度および無次元デ
ィフューザベーン角度として表されるので、1段の遠心
圧縮機を制御するのと同様にして1組の無次元入口ガイ
ドベーン角度および無次元ディフューザベーン角度とし
て決定し、決定された1組の無次元入口ガイドベーン角
度および無次元ディフューザベーン角度を変換すること
によって得られる上記の入口ガイドベーンおよびディフ
ューザベーンの角度に基づき、多段遠心圧縮機が制御さ
れる。
[Function] In the method for controlling a multistage centrifugal compressor of the present invention described above, the angles of the inlet guide vane and diffuser vane at each stage are expressed as a set of dimensionless inlet guide vane angle and dimensionless diffuser vane angle. , a set of dimensionless inlet guide vane angles and a dimensionless diffuser vane angle in the same way as controlling a single stage centrifugal compressor, and a set of determined dimensionless inlet guide vane angles and a dimensionless diffuser vane angle. A multi-stage centrifugal compressor is controlled based on the angles of the inlet guide vanes and diffuser vanes obtained by converting the vane angles.

[発明の実施例] 以下、図面により本発明の一実施例としての多段遠心圧
縮機の制御方法について説明すると、第1図はそのフロ
ーチャートであるが、まず、本実施例による方法を説明
するに先立ち、第2〜4図により本実施例の方法が適用
される多段遠心圧縮機の構成、同多段遠心圧縮機の制御
装置およびその基本的な機能について説明しておく。な
お、第2図において、第8図中の符号と同一のものはほ
ぼ同様の部分を示しているので、その説明は省略する。
[Embodiments of the Invention] A method of controlling a multi-stage centrifugal compressor as an embodiment of the present invention will be explained below with reference to the drawings. Fig. 1 is a flowchart thereof. First, the method according to the present embodiment will be explained. First, the configuration of a multistage centrifugal compressor to which the method of this embodiment is applied, a control device for the multistage centrifugal compressor, and its basic functions will be explained with reference to FIGS. 2 to 4. Incidentally, in FIG. 2, the same reference numerals as in FIG. 8 indicate substantially the same parts, so a description thereof will be omitted.

ただし、第2図における本実施例の制御装置が適用され
る多段遠心圧縮機では、圧縮機4〜7が全て同一軸上に
配列され動力伝達歯車3が省略されている点が、第8図
における多段遠心圧縮機と異なっているが、本発明の方
法は第8図における多段遠心圧縮機にも適用される。
However, in the multi-stage centrifugal compressor to which the control device of the present embodiment shown in FIG. 2 is applied, the compressors 4 to 7 are all arranged on the same axis and the power transmission gear 3 is omitted, as shown in FIG. Although different from the multi-stage centrifugal compressor in FIG. 8, the method of the invention also applies to the multi-stage centrifugal compressor in FIG.

第2図に示すように2本実施例における多段遠心圧縮機
では、入口ガイドベーン(GV)11〜14はそれぞれ
入口ガイドベーン駆動装置19 a〜19dにより駆動
されるとともに、ディフューザベーン(DV)15〜1
8はそれぞれディフューザベーン駆動装置19a〜19
hにより駆動されるようになっている。また、センサと
しては、流量センサ20.温度センサ21.圧力センサ
22のほかに、圧縮機回転数を検出する回転数センサ2
4と、湿度センサ27とが設けられている。
As shown in FIG. 2, in the multistage centrifugal compressor in this embodiment, inlet guide vanes (GV) 11 to 14 are driven by inlet guide vane drive devices 19 a to 19 d, respectively, and diffuser vane (DV) 15 ~1
8 are diffuser vane drive devices 19a to 19, respectively.
It is designed to be driven by h. Further, as a sensor, a flow rate sensor 20. Temperature sensor 21. In addition to the pressure sensor 22, there is a rotation speed sensor 2 that detects the compressor rotation speed.
4 and a humidity sensor 27 are provided.

そして、センサ20〜22,24.27からの検出信号
は、すべて制御装置28へ入力されるようになっている
。この制御装置28は、遠心圧縮機1の回転数を制御す
べく駆動機2への制御信号を演算して出力する回転数制
御演算部29と、入口ガイドベーン11〜14およびデ
ィフューザベーン15〜18の角度をそれぞれ制御すべ
く各駆動装置19a〜19hへの制御信号を演算して出
力するベーン角度制御演算部30と、中央制御演算部3
1と、同中央制御演算部31に制御指令信号を入力する
ための制御指令入力部32とから構成されている。
All detection signals from the sensors 20 to 22, 24, and 27 are input to the control device 28. This control device 28 includes a rotation speed control calculation section 29 that calculates and outputs a control signal to the drive machine 2 in order to control the rotation speed of the centrifugal compressor 1, and a rotation speed control calculation section 29 that calculates and outputs a control signal to the drive machine 2 to control the rotation speed of the centrifugal compressor 1. a vane angle control calculation unit 30 that calculates and outputs control signals to each of the drive devices 19a to 19h in order to control the angles of the vane angles, and a central control calculation unit 3.
1, and a control command input section 32 for inputting control command signals to the central control calculation section 31.

ここで、中央制御演算部31は、センサ20〜22.2
4.27からの検出信号を受けこれらの検出信号から多
段遠心圧縮機の運転状態を演算してこれらの検出信号お
よび運転状態信号を回転数制御演算部29およびベーン
角度制御演算部30へ出力する機能をもっとともに、後
述する2段階制御機能、流量減量時制御モード切替機能
、流量増量時制御モード切替機能および流量一定保持制
御機能をもっている。
Here, the central control calculation unit 31 controls the sensors 20 to 22.2.
4. Receives the detection signals from 27, calculates the operating state of the multistage centrifugal compressor from these detection signals, and outputs these detection signals and operating state signals to the rotation speed control calculation section 29 and the vane angle control calculation section 30. In addition, it has a two-stage control function, a control mode switching function when the flow rate is reduced, a control mode switching function when the flow rate is increasing, and a constant flow rate maintenance control function, which will be described later.

即ち、中央制御演算部31に制御指令入力部32から流
量の変更要求が入力されている場合には、中央制御演算
部31の2段階制御機能により、回転数センサ24から
の圧縮機回転数が設定値よりも大きいときは、回転数制
御演算部29による駆動機2の回転数制御(1次制御)
を行なった後、ベーン角度制御演算部30による入口ガ
イドベーン11〜14およびディフューザベーン15〜
18の角度制御(2次制御)が行なわれるようになって
いる。
That is, when a flow rate change request is input to the central control calculation section 31 from the control command input section 32, the two-step control function of the central control calculation section 31 changes the compressor rotation speed from the rotation speed sensor 24. When it is larger than the set value, the rotation speed of the drive machine 2 is controlled by the rotation speed control calculation unit 29 (primary control).
After performing this, the inlet guide vanes 11 to 14 and the diffuser vanes 15 to 15 are controlled by the vane angle control calculation unit 30.
Eighteen angle controls (secondary controls) are performed.

そして、特に、上記流量の変更要求が減量要求である場
合には、1次制御の回転数制御により上記圧縮機回転数
が設定値になると、中央制御演算部31の流量減量時制
御モード切替機能により、この圧縮機回転数を維持しな
がら、2段階制御機能による制御モードからベーン角度
制御演算部30による入口ガイドベーン11〜14およ
びディフューザベーン15〜18の角度制御モードに切
り替えられるようになっている。ここで、上記圧縮機回
転数の設定値は、回転数制御によってサージングを生じ
ることなく高効率を得ることのできる最小回転数として
与えられる。
In particular, when the flow rate change request is a reduction request, when the compressor rotation speed reaches the set value by the rotation speed control of the primary control, the central control calculation unit 31 functions to switch the flow reduction control mode. This makes it possible to switch from the control mode using the two-step control function to the angle control mode of the inlet guide vanes 11 to 14 and the diffuser vanes 15 to 18 using the vane angle control calculation unit 30 while maintaining the compressor rotation speed. There is. Here, the set value of the compressor rotation speed is given as the minimum rotation speed at which high efficiency can be obtained without causing surging through rotation speed control.

また、特に、上記流量の変更要求が増量要求である場合
には、中央制御演算部31の流量増量時制御モード切替
機能により、上記圧縮機回転数が上記設定値であるとき
はこの圧縮機回転数を維持しなからベーン角度制御演算
部3oによるベーン角度制御モードとされ、このベーン
角度制御モードによって増量された流量が所定の上限値
となると、上記2段階制御機能による制御モードに切り
替えられ、回転数制御(1次制御)およびベーン角度制
御(2次制御)が行なわれるようになっている。
In particular, when the flow rate change request is an increase request, the control mode switching function for flow rate increase of the central control calculation unit 31 causes the compressor rotation speed to change when the compressor rotation speed is at the set value. If the flow rate is not maintained, the vane angle control mode is set by the vane angle control calculation unit 3o, and when the flow rate increased by this vane angle control mode reaches a predetermined upper limit value, the control mode is switched to the control mode using the two-step control function, Rotation speed control (primary control) and vane angle control (secondary control) are performed.

ここで、上記流量の上限値は、上記最小回転数の状態で
ベーン角度制御モードにより得られる最大流鼠として与
えられる。
Here, the upper limit value of the flow rate is given as the maximum flow rate obtained by the vane angle control mode at the minimum rotation speed.

なお、回転数制御演算部29は、中央制御演算部31か
らの運転状態信号に基づき目標流量に近づきつる最適の
回転数制御量を演算する制御量演算部29aと、この制
御量演算部29aからの回転数制御量に基づき実際に圧
縮機回転数を制御すべく駆動機2の操作量を演算する操
作量演算部29bとから構成されている。同様に、ベー
ン角度制御演算部30は、中央制御演算部31からの運
転状態信号に基づき最適効率状態を保ちながら目標流量
に近づきつる最適のベーン角度制御量を演算する制御量
演算部30aと、この制御量演算部30aからのベーン
角度制御量に基づき実際に各ベーン角度を制御すべく駆
動装置19a〜19hの各操作量を演算する操作量演算
部30bとから構成されている。
Note that the rotational speed control calculation section 29 includes a control amount calculation section 29a that calculates an optimal rotational speed control amount that approaches the target flow rate based on the operating state signal from the central control calculation section 31, and The operating amount calculating section 29b calculates the operating amount of the drive machine 2 to actually control the compressor rotational speed based on the rotational speed control amount. Similarly, the vane angle control calculation section 30 includes a control amount calculation section 30a that calculates an optimal vane angle control amount that approaches the target flow rate while maintaining the optimum efficiency state based on the operating state signal from the central control calculation section 31; The vane angle calculation section 30b calculates the operation amounts of the drive devices 19a to 19h to actually control each vane angle based on the vane angle control amount from the control amount calculation section 30a.

次に、本実施例の方法の適用を受ける上述のような遠心
圧縮機の制御装置の基本的な動作について第3,4図を
用いて説明する。
Next, the basic operation of the above-mentioned centrifugal compressor control device to which the method of this embodiment is applied will be explained using FIGS. 3 and 4.

まず、その遠心圧縮機1において流量を変更制御する場
合には、制御装置28の制御指令入力部32において目
標流量Qpが設定され、この目標流量Qpが制御信号と
して中央制御演算部31へ入力される。この中央制御演
算部31においては、入力された目標流量Qpが現在流
量Qよりも小さければ流量減量要求信号が入力されたと
判断して2段階制御機能または流量減量時制御モード切
替機能が動作する一方、入力された目標流量Qpが現在
流量Qよりも大きければ流量増量要求信号が入力された
と判断して2段階制御機能または流量増量時制御モード
切替機能が動作する。
First, when changing and controlling the flow rate in the centrifugal compressor 1, a target flow rate Qp is set in the control command input section 32 of the control device 28, and this target flow rate Qp is inputted as a control signal to the central control calculation section 31. Ru. In this central control calculation unit 31, if the input target flow rate Qp is smaller than the current flow rate Q, it is determined that a flow rate reduction request signal has been input, and the two-step control function or the control mode switching function at flow rate reduction operates. If the input target flow rate Qp is larger than the current flow rate Q, it is determined that a flow rate increase request signal has been input, and the two-step control function or the control mode switching function when increasing the flow rate is operated.

流量を減量変更する際には、第3図(a)に示すように
、中央制御演算部31において、上述のごとく目標流量
Qから流量減量要求であることを判断してから(ステッ
プA1)1回転数センサ24により検出された圧縮機回
転数が予め設定された最小回転数よりも大きいか否かが
判定される(ステップA2)。
When changing the flow rate to decrease, as shown in FIG. 3(a), the central control calculation unit 31 determines that the request is to decrease the flow rate based on the target flow rate Q as described above (step A1). It is determined whether the compressor rotation speed detected by the rotation speed sensor 24 is larger than a preset minimum rotation speed (step A2).

そして、上記圧縮機回転数が最小回転数よりも大きい場
合には、中央制御演算部31からの運転状態信号をもと
に回転数制御演算部29により駆動機2の回転数を減少
制御しくステップA3)、この回転数制御により変更さ
れた流量Qと、目標流量Qpとの差が回転数制御での流
量許容値ΔQRPMよりも小さいか否かを中央制御演算
部31において判定する(ステップA4)。
When the compressor rotation speed is larger than the minimum rotation speed, the rotation speed control calculation section 29 takes steps to reduce the rotation speed of the drive machine 2 based on the operating state signal from the central control calculation section 31. A3) The central control calculation unit 31 determines whether the difference between the flow rate Q changed by the rotation speed control and the target flow rate Qp is smaller than the flow rate tolerance ΔQRPM under the rotation speed control (step A4). .

上記の流量差が流量許容値ΔQ RPM以上であれば再
びステップA2における回転数判定に戻る一方、流量許
容値ΔQ RPMよりも小さければ、その時点での駆動
機2の回転数つまり圧縮機回転数を固定する(ステップ
A5:2段階制御機能による1次制御終了)。そして、
制御モードを回転数制御から入口ガイドベーン11〜1
4およびディフューザベーン15〜18の角度制御(2
段階制御機能による2次制御)に切り替え、このベーン
角度制御により回転数制御よりも細かい流量の調整およ
び最適効率運転点の探索を行なう(ステップA6)。
If the above flow rate difference is greater than or equal to the flow rate allowable value ΔQ RPM, the process returns to step A2 to determine the rotation speed, while if it is smaller than the flow rate allowable value ΔQ RPM, the rotation speed of the drive unit 2 at that time, that is, the compressor rotation speed. (Step A5: End of primary control by two-step control function). and,
Change the control mode from rotation speed control to inlet guide vane 11-1
4 and the angle control of diffuser vanes 15 to 18 (2
This vane angle control is used to adjust the flow rate more finely than the rotational speed control and search for the optimum efficiency operating point (step A6).

この後、ベーン角度制御により変更された流量Qと、目
標流量Qpとの差がベーン角度制御での流量許容値ΔQ
vよりも小さいか否か、また、その運転状態が最適効率
となっているかどうかが、中央制御演算部31において
判定される(ステップA7)。
After this, the difference between the flow rate Q changed by the vane angle control and the target flow rate Qp is the allowable flow rate ΔQ in the vane angle control.
The central control calculation unit 31 determines whether or not it is smaller than v and whether or not the operating state is at the optimum efficiency (step A7).

これらの条件が満たされない場合には、再びステップA
6におけるベーン角度制御に戻る一方、上記条件が満た
された場合には、目標流量Qpに到達したと判断して、
中央制御演算部31における制御モードを、遠心圧縮機
1における流量Qを一定の目標流量Qpに保持制御する
制御モード(第4図により後述する)の状態に切り替え
る(ステップA8)。
If these conditions are not met, repeat step A.
While returning to the vane angle control in step 6, if the above conditions are met, it is determined that the target flow rate Qp has been reached,
The control mode in the central control calculation unit 31 is switched to a control mode (described later with reference to FIG. 4) in which the flow rate Q in the centrifugal compressor 1 is maintained at a constant target flow rate Qp (step A8).

ところで、ステップA2において圧縮機回転数が予め設
定された最小回転数であると判定された場合(ステップ
A3の回転数減少制御を行なうことにより最小回転数状
態となった場合も含む)には、流量減量時制御モード切
替機能により、その後回転数制御を行なうことなく、圧
縮機回転数を最小回転数に維持したまま、ステップA6
のベーン角度制御によって流量制御を行なう制御モード
に切り替える。そして、以下、上述と同様にしてステッ
プA7.A8を実行する。
By the way, if it is determined in step A2 that the compressor rotation speed is the preset minimum rotation speed (including the case where the rotation speed is reduced to the minimum rotation speed state by performing the rotation speed reduction control in step A3), By using the control mode switching function when the flow rate is reduced, step A6 is performed while maintaining the compressor rotational speed at the minimum rotational speed without performing rotational speed control thereafter.
Switch to control mode in which flow rate is controlled by vane angle control. Thereafter, in the same manner as described above, step A7. Execute A8.

一方、流址を増量変更する際には、第3図(b)に示す
ように、中央制御演算部31において、目標流量Qから
流量増量要求であることを判断しくステップBl)、回
転数センサ24により検出された圧縮機回転数が予め設
定された最小回転数よりも大きいか否かが判定される(
ステップB2)。
On the other hand, when changing the flow rate to increase, as shown in FIG. It is determined whether the compressor rotation speed detected by 24 is larger than a preset minimum rotation speed (
Step B2).

そして、上記圧縮機回転数が最小回転数よりも大きい場
合には、2段階制御機能によって、中央制御演算部31
からの運転状態信号をもとに回転数制御演算部29によ
り駆動機2の回転数を増加制御しくステップB3)、こ
の回転数制御により変更された流量Qと、目標流量QF
との差が回転数制御での流量許容値ΔQ RPMよりも
小さいか否かを中央制御演算部31において判定する(
ステップB4)。
When the compressor rotation speed is higher than the minimum rotation speed, the central control calculation unit 31
The rotation speed control calculation unit 29 increases the rotation speed of the drive machine 2 based on the operating state signal from step B3), and calculates the flow rate Q changed by this rotation speed control and the target flow rate QF.
The central control calculation unit 31 determines whether the difference between the
Step B4).

上記の流量差が流量許容値ΔQ RPM以上であれば再
びステップB3における回転数増加制御に戻る一方、流
量許容値ΔQ RPMよりも小さければ、その時点での
駆動機2の回転数つまり圧縮機回転数を固定する(ステ
ップB5:2段階制御機能による1次制御終了)、そし
て、制御モードを回転数制御から入口ガイドベーン11
〜14およびディフューザベーン15〜18の角度制御
に切り替え、前述した流量減量要求時のフローにおける
ステップA6〜A8と全く同様のステップ86〜B8を
実行する(2段階制御機能による2次制御)。
If the above flow rate difference is greater than or equal to the flow rate allowable value ΔQ RPM, the control returns to the rotation speed increase control in step B3 again, while if it is smaller than the flow rate allowable value ΔQ RPM, the rotation speed of the drive machine 2 at that point, that is, the compressor rotation. fix the number (step B5: end of primary control by two-step control function), and change the control mode from rotation speed control to inlet guide vane 11.
to 14 and the angle control of the diffuser vanes 15 to 18, and steps 86 to B8, which are exactly the same as steps A6 to A8 in the flow rate reduction request flow described above, are executed (secondary control using a two-step control function).

ところで、ステップB2において圧縮機回転数が予め設
定された最小回転数であると判定された場合には、流量
増量時制御モード切替機能により。
By the way, if it is determined in step B2 that the compressor rotation speed is the preset minimum rotation speed, the flow increase control mode switching function is used.

その圧縮機回転数を最小回転数に維持したまま、制御モ
ードを入口ガイドベーン11〜14およびディフューザ
ベーン15〜18の角度制御に切り替え、このベーン角
度制御により最適効率運転にて流量の増量制御を行なう
(ステップB9)。
While maintaining the compressor rotation speed at the minimum rotation speed, the control mode is switched to angle control of the inlet guide vanes 11 to 14 and diffuser vanes 15 to 18, and this vane angle control controls the increase in flow rate at optimal efficiency operation. (Step B9).

この後、ベーン角度制御により変更された流量Qと、目
標流量Qpとの差がベーン角度制御での流量許容値ΔQ
vよりも小さいか否か、また、その運転状態が最適効率
となっているかどうかが、中央制御演算部31において
判定される(ステップB10)。これらの条件が満たさ
れない場合には、その時点での流量Qが所定の上限値と
なったか否かを判定する(ステップB11)。流量Qが
所定の上限値となっていない場合には、再びステップB
9によるベーン角度制御に戻る一方、流量Qが所定の上
限値となった場合には、中央制御演算部31における制
御モードを、2段階制御機能による制御モードに切り替
え、ステップB3の実行に移る。
After this, the difference between the flow rate Q changed by the vane angle control and the target flow rate Qp is the allowable flow rate ΔQ in the vane angle control.
The central control calculation unit 31 determines whether or not it is smaller than v and whether or not the operating state is at the optimum efficiency (step B10). If these conditions are not met, it is determined whether the flow rate Q at that point has reached a predetermined upper limit (step B11). If the flow rate Q is not at the predetermined upper limit value, step B is performed again.
On the other hand, when the flow rate Q reaches a predetermined upper limit value, the control mode in the central control calculation unit 31 is switched to the control mode using the two-step control function, and the process moves to step B3.

また、ステップBIOにおける条件が満たされた場合に
は、目標流量Qpに到達したと判断して、中央制御演算
部31における制御モードを、遠心圧縮V11における
流量Qを一定の目標流量Qpかつ最適効率運転状態に保
持制御する制御モード(第4図により後述する)の状態
に切り替える(ステップB8)。
In addition, when the conditions in step BIO are satisfied, it is determined that the target flow rate Qp has been reached, and the control mode in the central control calculation unit 31 is changed so that the flow rate Q in the centrifugal compression V11 is set to a constant target flow rate Qp and optimal efficiency. The control mode is switched to a control mode (described later with reference to FIG. 4) in which the operating state is maintained (step B8).

上述のようにして、遠心圧縮機1における流量Qが目標
流量Qpとなった後は、前述の通り中央制御演算部31
における制御モードは流量一定保持制御モードになる(
ステップA8.B8)。この流量一定保持制御モードに
よる制御フローを第3図により説明する。
After the flow rate Q in the centrifugal compressor 1 reaches the target flow rate Qp as described above, the central control calculation unit 31
The control mode is constant flow rate control mode (
Step A8. B8). The control flow in this constant flow rate control mode will be explained with reference to FIG.

第4図に示すように、ステップA8.B8により、また
は、制御指令入力部32からの制御信号により流量一定
保持制御モードとすべく流量一定保持制御要求を受ける
と(ステップC1)、中央制御演算部31は、流量セン
サ20からの検出信号を常時監視し、大気温度変化等の
環境変化に対して流量Qが目標流量Qpから変動した場
合に、その流量変動分ΔQ(=Qp−Q)を求め、同流
量変動分ΔQの大きさがベーン角度制御での流量許容値
ΔQvよりも小さいか否かを判定する(ステップC2)
。この流量変動分ΔQの大きさが流量許容値ΔQvより
も小さければ再び流量変動監視状態に戻る一方、流量許
容値ΔQv以上であれば、入口ガイドベーン11〜14
およびディフューザベーン15〜18の角度制御を行な
って(ステップC3)、流量変動分ΔQを修正し流量Q
が一定の目標流量Qpかつ最適効率運転状態に保持する
As shown in FIG. 4, step A8. When receiving a constant flow rate control request to set the constant flow rate control mode by B8 or a control signal from the control command input unit 32 (step C1), the central control calculation unit 31 receives a detection signal from the flow rate sensor 20. is constantly monitored, and when the flow rate Q fluctuates from the target flow rate Qp due to environmental changes such as atmospheric temperature changes, the flow rate variation ΔQ (= Qp - Q) is calculated, and the magnitude of the same flow rate variation ΔQ is calculated. Determine whether the flow rate is smaller than the allowable flow rate ΔQv in vane angle control (step C2)
. If the magnitude of this flow rate variation ΔQ is smaller than the flow rate allowable value ΔQv, the state returns to the flow rate fluctuation monitoring state again, while if it is greater than the flow rate allowable value ΔQv, the inlet guide vanes 11 to 14
Then, the angle control of the diffuser vanes 15 to 18 is performed (step C3) to correct the flow rate fluctuation ΔQ and
is maintained at a constant target flow rate Qp and at an optimally efficient operating state.

このとき、中央制御演算部31は、常時、ベーン角度制
御により修正した流量変動分ΔQを積算して記憶してお
き、その積算値ΣΔQの大きさが回転数制御での流量許
容値ΔQ RPMよりも小さいか否かを判定する(ステ
ップC4)、この積算値ΣΔQの大きさが流量許容値Δ
Q RPMよりも小さければ再びステップC2による流
量変動監視状態に戻る一方、流量許容値ΔQRPに以上
であれば、回転数センサ24により検出された現時点で
の圧縮機回転数が予め設定された最小回転数よりも大き
いか否かが判定される(ステップC5)。
At this time, the central control calculation unit 31 always integrates and stores the flow rate fluctuation amount ΔQ corrected by vane angle control, and the magnitude of the integrated value ΣΔQ is determined from the flow rate allowable value ΔQ RPM by rotation speed control. (step C4), the magnitude of this integrated value ΣΔQ is the allowable flow rate Δ
If it is smaller than Q RPM, the flow rate fluctuation monitoring state is returned to step C2 again, while if it is greater than the flow rate allowable value ΔQRP, the current compressor rotation speed detected by the rotation speed sensor 24 is set to the preset minimum rotation speed. It is determined whether the number is greater than the number (step C5).

そして、上記圧縮機回転数が最小回転数よりも大きい場
合には、回転数制御演算部29により駆動機2の回転数
を制御し圧縮機回転数を流量許容値ΔQRPMに対応す
る1ステップ分制御する。これと同時に、入口ガイドベ
ーン11〜14およびディフューザベーン15〜18の
角度制御を行゛ない、流量Qを目標流量Qpかつ最適運
転状態にするとともに、積算値ΣΔQもゼロにリセット
する(ステップC6)。
When the compressor rotation speed is larger than the minimum rotation speed, the rotation speed control calculation unit 29 controls the rotation speed of the drive machine 2 to control the compressor rotation speed by one step corresponding to the flow rate tolerance value ΔQRPM. do. At the same time, the angle control of the inlet guide vanes 11 to 14 and the diffuser vanes 15 to 18 is not performed, the flow rate Q is set to the target flow rate Qp and the optimum operating state, and the integrated value ΣΔQ is also reset to zero (step C6). .

一方、ステップC5において上記圧縮機回転数が予め設
定された最小回転数であると判定された場合には、積算
値ΣΔQの正負を判定しくステップC7)、この積算値
ΣΔQが正であれば、流量Qを増加する方向つまり圧縮
機回転数を増加する方向への回転数制御を行なえばよく
、圧縮機回転数を最小回転数よりも大きくなるように制
御すればよいので、ステップC6による回転数制御を行
なう。また、積算値ΣΔQが負であれば、回転数制御を
行なうことなく、そのベーン角度を維持したまま、再び
ステップC2による流量変動監視状態に戻る。
On the other hand, if it is determined in step C5 that the compressor rotation speed is the preset minimum rotation speed, it is determined whether the integrated value ΣΔQ is positive or negative (step C7), and if the integrated value ΣΔQ is positive, It is sufficient to control the rotation speed in the direction of increasing the flow rate Q, that is, in the direction of increasing the compressor rotation speed, and it is sufficient to control the compressor rotation speed so that it becomes larger than the minimum rotation speed, so the rotation speed in step C6 control. Further, if the integrated value ΣΔQ is negative, the flow rate fluctuation monitoring state in step C2 is returned to again with the vane angle maintained without performing rotational speed control.

このようにして、遠心圧縮機1における流量Qは、環境
変化により変動しても常に一定の目標流量Qpかつ最適
効率運転状態に保持されるが、第4図に示すようなフロ
ーに基づく流量一定保持制御は、特に駆動機2として微
少な回転数制御ができないガスタービンやスチームター
ビンを用いる場合に有効であり、ステップ的な回転数制
御によりステップ的に得られる流量値をより細かなベー
ン角度制御により補間しかつ最適効率運転状態に制御す
るものと考えられる。
In this way, the flow rate Q in the centrifugal compressor 1 is always maintained at a constant target flow rate Qp and an optimally efficient operating state even if it fluctuates due to environmental changes. Holding control is particularly effective when using a gas turbine or steam turbine that cannot control minute rotational speed as the drive unit 2.The holding control is particularly effective when using a gas turbine or steam turbine that cannot control the rotational speed in a minute manner. It is thought that this interpolation is performed and control is performed to achieve the optimum efficiency operating state.

さて、ここまで、本実施例の方法の適用を受ける遠心圧
縮機の制御装置による大きな3つの制御機能(流量減量
変更制御、流量増量変更制御、流量一定保持制御)につ
いて説明したが、以下に、本発明の方法に直接係る部分
、即ち、これらの制御を行なう際のベーン角度の制御量
の決定方法(ステップA6.B6.B9.C3)につい
て、第1図および第5〜7図により説明する。そして、
本実施例において、本発明の特徴である点は、後述する
ように無次元ベーン角度平面上で外挿法を実施する点お
よび第1図におけるステップ010の部分である。
Up to this point, we have explained the three major control functions (flow rate reduction change control, flow rate increase change control, and constant flow rate maintenance control) by the centrifugal compressor control device to which the method of this embodiment is applied. The part directly related to the method of the present invention, that is, the method for determining the control amount of the vane angle when performing these controls (steps A6, B6, B9, and C3) will be explained with reference to FIG. 1 and FIGS. 5 to 7. . and,
In this embodiment, the features of the present invention are that the extrapolation method is performed on a dimensionless vane angle plane, as will be described later, and step 010 in FIG. 1.

本実施例の方法では、4段の遠心圧縮機4〜7をそなえ
た多段遠心圧縮機について制御するようにしているが、
ベーン角度制御に際して各段における入口ガイドベーン
11〜14およびディフューザベーン15〜18を別個
独立に制御するとその制御操作が極めて複雑かつ煩雑と
なり収束も不安定となるので、入口ガイドベーン11〜
14およびディフューザベーン15〜18の角度を無次
元化し1組の無次元入口ガイドベーン角度αおよび無次
元ディフューザベーンβで代表して、制御操作の簡、素
化をはかつている。
In the method of this embodiment, a multistage centrifugal compressor having four stages of centrifugal compressors 4 to 7 is controlled.
When controlling the vane angle, if the inlet guide vanes 11 to 14 and the diffuser vanes 15 to 18 at each stage are controlled separately and independently, the control operation will be extremely complicated and complicated, and the convergence will also be unstable.
14 and the diffuser vanes 15 to 18 are made dimensionless and represented by a set of dimensionless inlet guide vane angle α and dimensionless diffuser vane β, thereby simplifying and simplifying the control operation.

まず、第5図(a)、(b)により無次元入口ガイドベ
ーン角度αおよび無次元ディフューザベーンβの定義お
よび意味について簡単に説明する。一般に遠心圧縮機の
特性として、第5図(a)に示すような流量−吐出圧(
Q−P)曲線がある。遠心圧縮機が単段であれば、当然
、特性曲線は1つだけであるので、入口ガイドベーンお
よびディフューザベーンの角度を無次元化する必要はな
いが、多段遠心圧縮機の場合、第5図(b)に示すよう
に、各段の遠心圧縮機ごとに特性曲線は異なる。
First, the definitions and meanings of the dimensionless inlet guide vane angle α and the dimensionless diffuser vane β will be briefly explained with reference to FIGS. 5(a) and 5(b). In general, the characteristics of a centrifugal compressor are as shown in Figure 5(a): flow rate - discharge pressure (
There is a Q-P) curve. If the centrifugal compressor is single-stage, there is naturally only one characteristic curve, so there is no need to make the angles of the inlet guide vane and diffuser vane dimensionless. As shown in (b), the characteristic curves differ for each stage of centrifugal compressor.

そこで、圧力(吐出圧P)が装置側抵抗によりほぼ一定
の場合に、各入口ガイドベーン11〜14の角度を、各
段の遠心圧縮機4〜7の運転流量Q1〜Q4が設計流量
Qo(= Q 1 )に対して同−比の相似運転流量と
なるような1つの無次元入口ガイドベーン角度αとして
表すとともに、各ディフューザベーン15〜18も、各
段の遠心圧縮機4〜7の運転流量Q1〜Q4が設計流量
Qo(=Ql)に対して同−比の相似運転流量となるよ
うな1つの無次元ディフューザベーン角度βとして表す
Therefore, when the pressure (discharge pressure P) is almost constant due to the resistance on the device side, the angle of each inlet guide vane 11 to 14 is adjusted so that the operating flow rate Q1 to Q4 of the centrifugal compressors 4 to 7 in each stage is the design flow rate Qo ( = Q1) is expressed as one dimensionless inlet guide vane angle α that has a similar operating flow rate at the same ratio, and each diffuser vane 15 to 18 is also It is expressed as one dimensionless diffuser vane angle β such that the flow rates Q1 to Q4 are similar operating flow rates at the same ratio to the design flow rate Qo (=Ql).

即ち、第5図(b)において、ディフューザベーン15
〜18の角度を設計値一定とし各段の圧力比配分を不変
し、ある段の設計吐出圧Poを一定とすると、各入口ガ
イドベーン11〜14の角度について流量Q1〜Q4が
定まる。これらの設計流量Qo(=01)に対する比Q
2/Ql (Q3/Ql、Q4/Ql)が同一となるよ
うな各段の入口ガイドベーン11〜14の角度(Gv□
〜Gv4)を、次式(1)のような無次元入口ガイドベ
ーン角度αとして表す。
That is, in FIG. 5(b), the diffuser vane 15
.about.18 as a constant design value, the pressure ratio distribution of each stage remains unchanged, and the design discharge pressure Po of a certain stage is constant, the flow rates Q1 to Q4 are determined for the angles of the respective inlet guide vanes 11 to 14. The ratio Q to these design flow rates Qo (=01)
2/Ql (Q3/Ql, Q4/Ql) are the same angles (Gv□
~Gv4) is expressed as a dimensionless inlet guide vane angle α as shown in equation (1) below.

α=Knα・(αn/αn0−1)・・・(1)ここで
、αnはn段目の入口ガイドベーンの角度、αn0はn
段目の入口ガイドベーン基準角度、Knαはn段目の運
転流量が設計流量Qoに対して各段相似運転流量になる
ように決められるn段目の入口ガイドベーン角度の係数
である。
α=Knα・(αn/αn0-1)...(1) Here, αn is the angle of the n-th stage entrance guide vane, αn0 is n
The stage inlet guide vane reference angle Knα is a coefficient of the nth stage inlet guide vane angle determined so that the nth stage operating flow rate becomes a similar operating flow rate for each stage with respect to the design flow rate Qo.

また、この無次元入口ガイドベーン角度αと全く同様に
して、各段のディフューザベーン15〜18の角度も、
次式(2)のような無次元ディフューザベーン角度βと
して表す。
Also, in exactly the same way as this dimensionless inlet guide vane angle α, the angles of the diffuser vanes 15 to 18 at each stage are also
It is expressed as a dimensionless diffuser vane angle β as shown in the following equation (2).

β=Knβ・(βn/βna−1)  ”’(2)ここ
で、βnはn段目のディフューザベーンの角度、βn0
はn段目のディフューザベーン基準角度、Knβはn段
目の運転流量が設計流量QDに対して各段相似運転流量
になるように決められるn段目のディフューザベーン角
度の係数である。
β=Knβ・(βn/βna-1) ''(2) Here, βn is the angle of the n-th stage diffuser vane, βn0
is a reference angle of the n-th stage diffuser vane, and Knβ is a coefficient of the n-th stage diffuser vane angle determined so that the operating flow rate of the n-th stage becomes a similar operating flow rate of each stage with respect to the design flow rate QD.

そして、ベーン制御演算部30の制御量演算部30aに
おいて、予め、入口ガイドベーン11〜14およびディ
フューザベーン15〜18の角度を上述のよう、に定義
される1組の無次元入口ガイ。
In the control amount calculating section 30a of the vane control calculating section 30, the angles of the inlet guide vanes 11 to 14 and the diffuser vanes 15 to 18 are defined in advance as a set of dimensionless inlet guides as described above.

ドベーン角度αおよび無次元ディフューザベーンβとし
てそれぞれ表しておき、この後、第1図に示すようなフ
ローに従い、これらの無次元ベーン角度α、βにより決
まる無次元ベーン角度平面α°β上においてベーン角度
の制御量を決定する(ここで説明す゛るベーン角度制御
量の決定方法は外挿法と呼ばれる)。
The vane angle α and the dimensionless diffuser vane β are respectively expressed as Determine the angle control amount (the method for determining the vane angle control amount described here is called the extrapolation method).

前述したようにステップA6.B6.B9.C3におい
てベーン角度制御モードになると、本実施例では、ベー
ン角度制御演算部30の制御量演算部30aで第1図に
示すフローが開始され、まず。
As mentioned above, step A6. B6. B9. When the vane angle control mode is entered at C3, in this embodiment, the control amount calculation unit 30a of the vane angle control calculation unit 30 starts the flow shown in FIG.

無次元ベーン角度平面αβ上において、第6図(a)に
示すように、現在のベーン位ff1Aの近傍に同A点を
含む適当な3点A、B、Cを選択する(ステップDi)
。そして1選択した3点A、B、Cについて、操作量演
算部30bおよび駆動装置19a〜19hにより、実際
に入口ガイドベーン11〜14およびディフューザベー
ン15〜18を駆動し、各点A、B、Cにおける流量Q
および効率ηを実測する(ステップD2)。ここで、流
量Qは、流量センサ20により検出され中央制御演算部
31を介して制御量演算部30aに入力される一方、効
率ηは、センサ20〜22からの検出信号をもとに中央
制御演算部31において演算されてから制御量演算部3
0aに入力される。
On the dimensionless vane angle plane αβ, as shown in FIG. 6(a), select three appropriate points A, B, and C including point A in the vicinity of the current vane position ff1A (step Di).
. Then, with respect to the three selected points A, B, and C, the operation amount calculation unit 30b and the driving devices 19a to 19h actually drive the inlet guide vanes 11 to 14 and the diffuser vanes 15 to 18, and Flow rate Q at C
and the efficiency η are actually measured (step D2). Here, the flow rate Q is detected by the flow rate sensor 20 and input to the control amount calculation unit 30a via the central control calculation unit 31, while the efficiency η is detected by the central control based on the detection signals from the sensors 20 to 22. After being calculated in the calculation unit 31, the control amount calculation unit 3
Input to 0a.

ステップD3においては、無次元ベーン角度平面αβ上
で、第1回目の基本点A−Cを取り囲むように第1回目
の複数(本実施例では9個)の外挿点■〜■を展開して
設定する。そして、各外挿点■〜■における流量および
効率を、基本点A−Cにおける実流量および実効率から
予測する(ステップD6)。
In step D3, the first plurality (nine in this example) of extrapolation points ■ to ■ are developed on the dimensionless vane angle plane αβ so as to surround the first base point A-C. Set. Then, the flow rate and efficiency at each extrapolation point ■ to ■ are predicted from the actual flow rate and effective efficiency at basic points A to C (step D6).

つまり、前述したよう゛に、流量Qおよび効率ηには、
回転数ごとに第7図に示すような特性曲面(流量につい
てはQ、>Q、>Q、>Q、、効率についてはη。〉η
、〉η2〉η□)があり、3つの基本点A−Cにおける
実流量および実効率から、それぞれ第7図に示す特性曲
面に対応する流量特性曲面および効率特性曲面を、平面
近似あるいは曲面近似により推定する。ついで、この推
定された特性曲面をもとに、各外挿点■〜■における流
量および効率を予測するのである。
In other words, as mentioned above, the flow rate Q and efficiency η are
Characteristic curves as shown in Figure 7 for each rotation speed (Q for flow rate, >Q, >Q, >Q, and η for efficiency.〉η
, 〉η2〉η□), and from the actual flow rate and effective efficiency at the three basic points A-C, the flow rate characteristic curve and the efficiency characteristic curve corresponding to the characteristic curve shown in Fig. 7 are approximated by a plane or a curved surface. Estimated by Then, based on this estimated characteristic curved surface, the flow rate and efficiency at each extrapolation point (■) to (■) are predicted.

ところで、無次元ベーン角度平面αβ上において、一般
に流量Qおよび効率ηは、圧縮機回転数ごとに第7図に
示すような傾向(特性曲面: Q oHQ、、Q、、Q
、は等流量線、η。、η1.η2.η。
By the way, on the dimensionless vane angle plane αβ, the flow rate Q and efficiency η generally have a tendency (characteristic surface: Q oHQ, , Q, , Q) as shown in FIG.
, is the isoflow line, η. , η1. η2. η.

は等効率線)をもっている。特に、図中、流量について
はQ、>Q、>Q、>Q、の関係があり、ベーン角度α
、βが大きくなれば必ず流量は増加するというベーン角
度と流量増減との関係があるので、この関係を予め制御
量演算部30aに設定して記憶させておき、ステップD
2において実測された流量値の信頼性の検証をステップ
D5.D6により行なう。
has isoefficiency lines). In particular, in the figure, there is a relationship of Q, >Q, >Q, >Q for the flow rate, and the vane angle α
Since there is a relationship between the vane angle and the increase/decrease in the flow rate such that the flow rate always increases as , β increases, this relationship is set and stored in the control amount calculation section 30a in advance, and step D
Step D5.2 verifies the reliability of the flow rate value actually measured in step D5. Perform by D6.

即ち、第6図(a)に示す第1回目の基・木魚A〜Cに
ついては上記関係から基本点AとBとでは必ず点Bにお
ける流量の方が点Aにおける流量よりも大きくなること
が明らかであるか、ら、ステップD2による各基本点A
−Cの実計測流量のうち、基本点AとBとを予め記憶さ
れている流量増減関係と比較しくステップD5)、その
増減関係が逆転している場合には、比較結果が論−理矛
盾を起こすものであると判定しくステップD6)、流量
センサ20による計測誤差が大きいと判断して、この実
計測流量に基づくデータ取り込みをキャンセルし。
In other words, for the first group Mokugyo A to C shown in FIG. 6(a), the flow rate at point B will always be larger than the flow rate at point A between basic points A and B from the above relationship. Is it clear that each basic point A according to step D2?
- Of the actual measured flow rate of C, basic points A and B are compared with the pre-stored flow rate increase/decrease relationship (step D5), and if the increase/decrease relationship is reversed, the comparison result is a logical contradiction. In step D6), it is determined that the measurement error by the flow rate sensor 20 is large, and data acquisition based on this actual measured flow rate is canceled.

再度実計測流量を求めるべくステップD2に戻る。The process returns to step D2 to obtain the actual measured flow rate again.

また、上記比較結果が論理矛盾を起こすものでないと判
定された場合(ステップDa)には1次のステップD7
へ移る。このようにして、実計測流量の信頼性を検証す
ることにより、制御実行中に計測された流量の変動や計
測上の誤差等のために目標流量の方向を見失うことなく
、ベーン角度制御を行なえるようになる。
Further, if it is determined that the above comparison result does not cause a logical contradiction (step Da), the first step D7
Move to. In this way, by verifying the reliability of the actual measured flow rate, vane angle control can be performed without losing the direction of the target flow rate due to fluctuations in the flow rate measured during control execution or measurement errors. Become so.

そして、ステップD6において上記比較結果が論理矛盾
を起こすものでないと判定された場合には、ステップD
7において、上記の第1回目の外挿点■〜■の中から、
予測された流量が目標流量Qpに近く且つ予測された効
率が高い外挿点を選択する。
If it is determined in step D6 that the comparison result does not cause a logical contradiction, step D
In 7, from among the first extrapolation points ■~■ above,
An extrapolation point is selected where the predicted flow rate is close to the target flow rate Qp and the predicted efficiency is high.

次に、ステップD8において、ステップD7により選択
された外挿点がサージング領域に入るものか否かの判定
を行なう。サージング領域は、第7図に示すように、圧
縮機回転数ごとに無次元ベーン角度平面αβ上において
サージング防止ラインSLにより規定することができる
(サージング防止ラインSLの斜線側部分)、従って、
制御量演算部30aにおいて、サージング領域を規定す
るサージング防止ラインSLを、圧縮機回転数ごとに無
次元ベーン角度α、βの関数として予め設定して記憶さ
せておき、ステップD7により外挿点が選択されるたび
に、その外挿点が、サージング防止ラインSLを越えて
サージング領域に入るか否かをチェックするのである。
Next, in step D8, it is determined whether the extrapolation point selected in step D7 falls within the surging region. As shown in FIG. 7, the surging region can be defined by the surging prevention line SL on the dimensionless vane angle plane αβ for each compressor rotation speed (shaded side portion of the surging prevention line SL).
In the control amount calculation unit 30a, a surging prevention line SL that defines a surging area is set and stored in advance as a function of dimensionless vane angles α and β for each compressor rotation speed, and an extrapolation point is determined in step D7. Each time it is selected, it is checked whether the extrapolated point crosses the surging prevention line SL and enters the surging area.

選択された外挿点がサージング領域内のものである場合
には、今回選択した外挿点以外の外挿点の中から、予測
された流量が目標流量Qpに近く且つ予測された効率が
高いものを選択してから(ステップD9)、再びステッ
プD8において、その外挿点が、サージング領域に入る
か否かをチェックする。これを繰り返すことにより、サ
ージング領域内にある外挿点以外の外挿点の中から目標
流IQpに近く且つ高効率の外挿点を選択する。
If the selected extrapolation point is within the surging region, the predicted flow rate is close to the target flow rate Qp and the predicted efficiency is high among the extrapolation points other than the currently selected extrapolation point. After selecting the object (step D9), it is checked again in step D8 whether or not the extrapolated point falls within the surging region. By repeating this, an extrapolation point that is close to the target flow IQp and has high efficiency is selected from extrapolation points other than the extrapolation points within the surging region.

このようにして、ベーン角度制御に伴ってサージングが
発生するのを確実に防止できる。
In this way, it is possible to reliably prevent surging from occurring due to vane angle control.

目標流量に近く且つ高効率の外挿点でサージング領域に
入らないものが選択されると[ここでは第6図(a)に
おける外挿点■が選択されたものとする]、この外挿点
■の座標である1組の無次元入口ガイドベーン角度αお
よび無次元ディフューザベーン角度βを、各段における
実際の入口ガイドベーン11〜14およびディフューザ
ベーン15〜18の角度に変換する(ステップDIO)
When a high-efficiency extrapolation point that is close to the target flow rate and does not fall into the surging region is selected [here, it is assumed that extrapolation point ■ in Fig. 6 (a) has been selected], this extrapolation point Convert a set of dimensionless inlet guide vane angle α and dimensionless diffuser vane angle β, which are the coordinates of (2), into the actual angles of the inlet guide vanes 11 to 14 and diffuser vanes 15 to 18 at each stage (step DIO).
.

つまり、前述した(1)、 (2)式から、実際に操作
すべきベーン角度αn、βn(本実施例ではn=1〜4
)を求・めるのである。
In other words, from equations (1) and (2) mentioned above, the vane angles αn and βn (in this example, n=1 to 4) that should be actually operated are determined.
).

無次元ベーン角度α、βから実際のベーン角度αn、β
nを求めるステップDIOにおいては、遠心圧縮機4〜
7のいずれかにおいて運転点のバラツキを生じる外乱を
検出した場合1次のようにして、外乱を生じた段の遠心
圧縮機における運転流量の相似運転流量からの偏差を修
正することができる。
From the dimensionless vane angles α, β to the actual vane angles αn, β
In step DIO for determining n, centrifugal compressors 4 to
When a disturbance that causes a variation in the operating point is detected in any of the above cases, the deviation of the operating flow rate from the similar operating flow rate in the centrifugal compressor of the stage where the disturbance occurred can be corrected in the first order manner.

各段の運転特性(ヘッドH9次段の吸込流量Q2゜)は
、一般に次式のように表される。
The operating characteristics of each stage (suction flow rate Q2° of the next stage of head H9) is generally expressed as in the following equation.

n=に・R−T1・((P2/P、)” −1)バに−
1)・・・(3) Qzo ” 1 / P 2          ・・
・(4)ここで、Xは比熱比、Rはガス定数、T工は吸
込温度、P、は吸込圧力、B2は吐出圧力である。
n=ni・R−T1・((P2/P,)” −1) Bani−
1)...(3) Qzo" 1/P 2...
-(4) Here, X is the specific heat ratio, R is the gas constant, T is the suction temperature, P is the suction pressure, and B2 is the discharge pressure.

各段が設計流量に対して相似運転流量となるように、各
段の入口ガイドベーン11〜14およびディフューザベ
ーン15〜18の角度が、無次元ベーン角度α、βから
(1)、 (2)式により求められ操作量として与えら
れていても、外乱により、例えばある段の吸込温度のみ
が相対的に低くなったとすると、外乱を生じた遠心圧縮
機のヘッド(吸込圧力) I(は変わらないので、(3
)式より吐出圧力P2が大きくなる。その結果、(4)
式より次段の吸込流量Q、。は減少し、相似運転流量が
変化することになる。
In order for each stage to have a similar operating flow rate to the design flow rate, the angles of the inlet guide vanes 11 to 14 and diffuser vanes 15 to 18 of each stage are set from the dimensionless vane angles α and β to (1), (2) Even if it is determined by the formula and given as the manipulated variable, if only the suction temperature of a certain stage becomes relatively low due to a disturbance, the head (suction pressure) I (of the centrifugal compressor that caused the disturbance) will not change. Therefore, (3
) According to the equation, the discharge pressure P2 becomes larger. As a result, (4)
From the formula, the suction flow rate of the next stage is Q. decreases, and the similar operation flow rate changes.

このように外乱が生じることにより、各段が設計流量に
対して相似運転流量であることが変化してしまい、運転
点のマツチング不良から効率の低下やある段のみが早く
サージングを起こすといつた現象が生じて、運転範囲が
狭くなってしまう。
Due to this disturbance, the operating flow rate at each stage is similar to the design flow rate, which may result in a decrease in efficiency due to poor matching of operating points, or surging may occur early in a certain stage. As a result, the operating range becomes narrower.

そこで、 (5)、 (6)式のように、検出された外
乱に基づき外乱を打ち消すために全ての段における入口
ガイドベーンおよびディフューザベーンの無次元補正量
[Knα・A工・(αnt/αno)等コを求め。
Therefore, as shown in equations (5) and (6), in order to cancel the disturbance based on the detected disturbance, the non-dimensional correction amount [Knα・A・(αnt/αno ) Find Etoko.

各無次元補正量を、無次元入口ガイドベーン角度αおよ
び無次元ディフューザベーン角度βに付加して得られる
(5)、 (6)式から、外乱を生じた段における入口
ガイドベーンおよびディフューザベーンの角度αn、β
nを求めるのである。
From equations (5) and (6) obtained by adding each dimensionless correction amount to the dimensionless inlet guide vane angle α and the dimensionless diffuser vane angle β, it is found that Angle αn, β
We are looking for n.

α=Knα0(αn/αno ” A 11(αnt/
αn(+)+ A 2@(αnRH/αno)÷−@−
−1)・・・(5) β=Knβ・(βn/βno”B1”(β、1t/βn
o)+B、・(βnRH/βno)+・・・−1)・・
・(6) ここで、αntはn段目の吸込温度による外乱補正量、
αnR11はn段目の湿度による外乱補正量、βntは
n段目の吸込温度による外乱補正量、βnRHはn段目
の湿度による外乱補正量、A□# A、、 BLIB2
は係数である。
α=Knα0(αn/αno ” A 11(αnt/
αn(+)+ A 2@(αnRH/αno)÷−@−
-1)...(5) β=Knβ・(βn/βno"B1"(β, 1t/βn
o)+B,・(βnRH/βno)+・・・−1)・・
・(6) Here, αnt is the disturbance correction amount due to the nth stage suction temperature,
αnR11 is the disturbance correction amount due to the nth stage humidity, βnt is the disturbance correction amount due to the nth stage suction temperature, βnRH is the disturbance correction amount due to the nth stage humidity, A□# A,, BLIB2
is the coefficient.

このようにして、目標流量Qpに近く且つ高効率の外挿
点を探索している際においても、外乱を生じた遠心圧縮
機における運転流量の相似運転流量からの偏差を修正す
ることができ、さらにこの修正により、各段における流
量を設計流量に対して常に相似運転流量とすることがで
きる。
In this way, even when searching for a highly efficient extrapolation point close to the target flow rate Qp, it is possible to correct the deviation of the operating flow rate from the similar operating flow rate in the centrifugal compressor where disturbance has occurred. Furthermore, by this modification, the flow rate at each stage can always be made to be a similar operating flow rate to the design flow rate.

以上のようにして、外乱を生じた段がある場合には(5
)、 (6)式により、また、外乱を生じた段がない場
合ついては(5)、 (6)式は(1)、 (2)式と
なり、1組の無次元入口ガイドベーン角度αおよび無次
元ディフューザベーン角度βから実際の入口ガイドベー
ン11〜14およびディフューザベーン15〜18の角
度が求められ、得られた角度に応じてベーン角度制御演
算部30の操作量演算部30bから駆動装置19a〜1
9hへ制御信号を出力して、入口ガイドベーン11〜1
4およびディフューザベーン15〜18を駆動制御する
(ステップD11)。
As described above, if there is a stage where a disturbance has occurred (5
), (6), and in the case where there is no stage with disturbance, equations (5) and (6) become equations (1) and (2), and a set of dimensionless inlet guide vane angle α and dimensionless The actual angles of the inlet guide vanes 11 to 14 and the diffuser vanes 15 to 18 are determined from the dimensional diffuser vane angle β, and the operating amount calculation section 30b of the vane angle control calculation section 30 calculates the driving devices 19a to 19a according to the obtained angles. 1
9h to output the control signal to the inlet guide vanes 11 to 1.
4 and diffuser vanes 15 to 18 are driven and controlled (step D11).

この後、以上のベーン駆動制御により変更された流量Q
と、目標流量Qとの差がベーン角度制御での流量許容値
ΔQvよりも小さいか否か判定して(ステップD12)
、その流量差が流量許容値ΔQvよりも小さければ、そ
の時点でベーン角度制御を終了する一方、上記流量差が
流量許容値ΔQv以上であれば、再びステップD3に戻
り新たな基本点を3点選択して、これらの第2回目の基
本点や同基本点を取り囲むように展開される第2回目の
外挿点について、上述と同様にステップD1〜D12を
実行する。
After this, the flow rate Q changed by the above vane drive control
and the target flow rate Q is smaller than the allowable flow rate ΔQv in vane angle control (step D12).
If the flow rate difference is smaller than the flow rate tolerance ΔQv, vane angle control is ended at that point, while if the flow rate difference is greater than or equal to the flow rate tolerance ΔQv, the process returns to step D3 and three new basic points are set. Steps D1 to D12 are performed in the same manner as described above for the selected and second base points and the second extrapolation points expanded to surround the base points.

ここで、第2回目に選択される基本点は、第6図(a)
に示すように、第1回目の基本点のうちの1点Aと、第
1回目に選択されステップD12において入口ガイドベ
ーン11〜14およびディフューザベーン15〜18の
操作後に流量、効率を実測した外挿点であった実測点■
と、第1回目の外挿点のうち残りの外挿点から選ばれた
ちの■との3点とし、これらの基本点のまわりに、第1
回目の外挿点■、■、■、基本点B、Cおよび新たな外
挿点p1〜p4の9点に相当する位置での流量。
Here, the basic points selected for the second time are shown in Fig. 6(a).
As shown in FIG. Actual measurement point that was the insertion point ■
, and the remaining extrapolation points selected from the first extrapolation points, and around these basic points, the first
Flow rates at positions corresponding to nine points: the second extrapolation points ■, ■, ■, basic points B and C, and new extrapolation points p1 to p4.

効率を基本点A、実測点■、外挿点■の値を基に予d1
すする。
Predict the efficiency d1 based on the values of basic point A, actual measurement point ■, and extrapolation point ■
Slurp.

このようにして、ステップD12における条件が満たさ
れるまで、入口ガイドベーン11〜14およびディフュ
ーザベーン15〜18を操作して流量、効率を実測し、
その後、外挿点を展開して。
In this way, the flow rate and efficiency are actually measured by operating the inlet guide vanes 11 to 14 and the diffuser vanes 15 to 18 until the conditions in step D12 are satisfied,
Then expand the extrapolated points.

目標流量Qpに近く且つ高効率の外挿点を求めてベーン
角度制御を行なうのである。
Vane angle control is performed by finding a highly efficient extrapolation point that is close to the target flow rate Qp.

なお、上記実施例では、基本点のまわりにおける外挿点
の展開を、第6図(a)に示すように、9個の1次外挿
点のみとしているが、第6図(b)に示すように、9個
の1次外挿点のまわりにさらに15個の2次外挿点を選
択して、これらの外挿点についても流量および効率を予
測するようにしてもよい。ただし、基本点の個数を本実
施例では3個としているが、これに限定されるものでは
なく、4個以上であってもよい、また、外挿点の展開の
仕方も第6図(a)、(b)に示すようなものに限定さ
れるものではなく、外挿点の範囲を任意に変化させても
よい。
In the above embodiment, the expansion of extrapolation points around the basic point is limited to nine linear extrapolation points as shown in FIG. 6(a), but as shown in FIG. 6(b). As shown, 15 additional secondary extrapolation points may be selected around the 9 primary extrapolation points to predict the flow rate and efficiency for these extrapolation points as well. However, although the number of basic points is three in this example, it is not limited to this and may be four or more. Also, the method of expanding the extrapolation points is also shown in Figure 6 (a). ) and (b), and the range of extrapolation points may be changed arbitrarily.

また1本実施例によれば1例えば、最も単純な例として
、圧縮機回転数RPMIで、無次元ベーン角度平面上の
(α、β)=(α0.β1)のa点において流量がQ。
According to the present embodiment, for example, as the simplest example, the flow rate is Q at point a of (α, β) = (α0.β1) on the dimensionless vane angle plane at the compressor rotation speed RPMI.

である運転状態から、目標流量Q2へ減量する場合には
、第3図(、)のフローに従い。
When reducing the flow rate from a certain operating state to the target flow rate Q2, follow the flow shown in Fig. 3 (,).

まず、回転数制御モード(2段階制御機能における1次
制御)により予め設定されている最小回転数RPM2ま
で圧縮機回転数を減少させて、流量を第7図に示すよう
なαβ平面上のa点(α1.β1)とした後、ベーン角
度制御モードにより(第1図のフローに従う)、a点か
ら目標流量Q2に近く且つ高効率η□のb点(α2.β
2)が探索されて、流量の減量変更がなされるのである
First, the compressor rotation speed is reduced to the minimum rotation speed RPM2 preset in the rotation speed control mode (primary control in the two-step control function), and the flow rate is adjusted to a on the αβ plane as shown in FIG. After setting the point (α1.β1), the vane angle control mode (following the flow shown in Fig. 1) moves from point a to point b (α2.β), which is close to the target flow rate Q2 and has high efficiency η□.
2) is searched for and the flow rate is reduced.

以上のように、本実施例の方法によれば、多段遠心圧縮
機について、1組の無次元入口ガイドベーン角度αおよ
び無次元ディフューザベーン角度βを用いることにより
、多数ある制御対象としての入口ガイドベーン11〜1
4およびディフューザベーン15〜18の角度を1組の
ものとして扱うことができるようになるので、制御の複
雑化を招くことなく、極めて容易に多段遠心圧縮機の制
御を行なうことができるほか、各段について良好なマツ
チング状態を得ることができ、広い運転範囲およθ高効
率運転を実現できるのである。
As described above, according to the method of this embodiment, by using a set of dimensionless inlet guide vane angle α and dimensionless diffuser vane angle β for a multistage centrifugal compressor, the inlet guide as a control target, which is a large number, can be controlled. Vane 11-1
4 and the angles of the diffuser vanes 15 to 18 can be handled as one set, so the multi-stage centrifugal compressor can be controlled extremely easily without complicating the control. A good matching condition can be obtained for the stages, and a wide operating range and high efficiency operation in θ can be achieved.

また1本実施例の方法によれば、外乱を生じた遠心圧縮
機における運転流量の相似運転流量からの偏差を修正す
ることができ、さらにこの修正により、各段における流
量を設計流量に対して常に相似運転流量とすることがで
きるので、常に入口ガイドベーン11〜14およびディ
フューザベーン15〜18の角度を1組の無次元入口ガ
イドベーン角度αおよび無次元ディフューザベーン角度
βとして表すことができるは勅1.外乱による運転点の
マツチング不良から効率の低下や運転範囲の減少といっ
た不都合が生じるのを防止できる利点もある。
Furthermore, according to the method of this embodiment, it is possible to correct the deviation of the operating flow rate from the similar operating flow rate in the centrifugal compressor where disturbance has occurred, and furthermore, by this correction, the flow rate at each stage can be adjusted to the design flow rate. Since the operating flow rates can always be similar, the angles of the inlet guide vanes 11 to 14 and the diffuser vanes 15 to 18 can always be expressed as a set of dimensionless inlet guide vane angle α and dimensionless diffuser vane angle β. Imperial edict 1. Another advantage is that it can prevent inconveniences such as a decrease in efficiency and a decrease in the operating range due to poor matching of operating points due to disturbances.

また、本実施例によれば、駆動機2の回転数制御を1次
制御とし1て含む2段階制御機能による制御と、入口ガ
イドベーン11〜14およびディフューザベーン15〜
18の角度制御とを適宜選択して行なうことにより、広
い流量範囲に亘って極めて高い運転効率で流量制御を行
なえるようになる。
Further, according to the present embodiment, control by a two-step control function including rotational speed control of the drive machine 2 as the primary control, and control of the inlet guide vanes 11 to 14 and the diffuser vanes 15 to
By appropriately selecting and performing the 18 angle controls, flow rate control can be performed with extremely high operating efficiency over a wide flow rate range.

さらに1本実施例によれば、流量制御を行なう場合、回
転数が設定値よりも大きいときには、回転数制御により
効率良く大きなステップでの流量制御(1次制御)が行
なわれ、流量を目標流量に近づけてから、ベーン角度制
御(2次制御)により目標流量かつ高効率点を探索する
ことができ、高効率を保ちながら流量制御を行なえる利
点もある。
Furthermore, according to this embodiment, when controlling the flow rate, when the rotation speed is larger than the set value, the flow rate control (primary control) is efficiently performed in large steps by the rotation speed control, and the flow rate is adjusted to the target flow rate. After approaching , a point with a target flow rate and high efficiency can be searched by vane angle control (secondary control), which has the advantage of being able to control the flow rate while maintaining high efficiency.

また、本実施例によれば、入口ガイドベーン11〜14
およびディフューザベーン15〜18の角度制御に際し
、第1図に示すような外挿法により、適当な操作点を直
接探索しながら求めるようにしたので、従来手段のよう
に予めベーン角度等の組合せをプログラムする必要が全
くなく、環境変化や経年変化に即応しながら、常に高効
率の制御を最小操作回数で行なえる利点もある。
Further, according to this embodiment, the entrance guide vanes 11 to 14
When controlling the angles of the diffuser vanes 15 to 18, the appropriate operating points are directly searched and determined by the extrapolation method shown in FIG. There is no need to program it at all, and it has the advantage of being able to constantly perform highly efficient control with a minimum number of operations while responding quickly to environmental changes and changes over time.

[発明の効果] 以上のように、本発明の多段遠心圧縮機の制御方法によ
れば、予め各段における入口ガイドベーンおよびディフ
ューザベーンの角度を各段の遠心圧縮機の運転流量が設
計流量に対して同−比の相似運転流量となる1組の無次
元入口ガイドベーン角度および無次元ディフューザベー
ン角度としてそれぞれ表わすようにしたので、多数ある
制御対象としての入口ガイドベーンおよびディフューザ
ベーンの角度を1組のものとして扱うことができるよう
になり、制御の複雑化を招くことなく、極めて容易に多
段遠心圧縮機の制御を行なうことができるほか、各段に
ついて良好なマツチング状態を得ることができ、広い運
転範囲および高効率運転を実現できる効果がある。
[Effects of the Invention] As described above, according to the control method for a multistage centrifugal compressor of the present invention, the angles of the inlet guide vanes and diffuser vanes at each stage are adjusted in advance so that the operating flow rate of the centrifugal compressor at each stage is equal to the design flow rate. In contrast, the angles of the inlet guide vanes and diffuser vanes, which are a large number of control objects, can be expressed as a set of dimensionless inlet guide vane angles and diffuser vane angles that have similar operating flow rates at the same ratio. It is now possible to handle a multi-stage centrifugal compressor as a set, and it is possible to control a multi-stage centrifugal compressor extremely easily without complicating the control, and it is also possible to obtain a good matching condition for each stage. This has the effect of realizing a wide operating range and highly efficient operation.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1〜7図は本発明の一実施例としての多段遠心圧縮機
の制御方法を示すもので、第1図はそのフローチャート
、第2図は本方法の適用を受ける多段遠心圧縮機および
その制御装置の構成を示すブロック図、第3図(a)は
上記制御装置の流量減量要求時における制御手順を説明
するためのフローチャート、第3図(b)は上記制御装
置の流量増量要求時における制御手順を説明するための
フローチャート、第4図は上記制御装置の流量一定保持
制御モードにおける制御手順を説明するためのフローチ
ャート、第5図(a)、(b)はいずれも無次元入口ガ
イドベーン角度および無次元ディフューザベーン角度を
説明するための流量−吐出圧特性を示すグラフ、第6図
(a)、(b)はいずれも入口ガイドベーンおよびディ
フューザベーンの角度制御手順における外挿法を説明す
るための無次元ベーン角度平面、第7図は無次元ベーン
角度平面上における流量特性曲面、効率特性曲面および
サージング領域を示すグラフ、であり、第8図は一般的
な多段遠心圧縮機を示すブロック図、第9図は従来の多
段遠心圧縮機の制御手段を説明するためのフローチャー
トである。 図において、1−遠心圧縮機、11〜14−・入口ガイ
ドベーン、15〜18−ディフューザベーン、20−流
量センサ、24・−回転数センサ。 29一回転数制御演算部、30−・−ベーン角度制御演
算部、31・・−中央制御演算部。
1 to 7 show a method for controlling a multi-stage centrifugal compressor as an embodiment of the present invention. A block diagram showing the configuration of the device, FIG. 3(a) is a flow chart for explaining the control procedure when the above-mentioned control device requests a flow reduction, and FIG. 3(b) shows a control procedure when the above-mentioned control device requests a flow increase. Flowchart for explaining the procedure. FIG. 4 is a flowchart for explaining the control procedure in the constant flow rate control mode of the control device. FIGS. 5(a) and 5(b) are both dimensionless inlet guide vane angles. and graphs showing flow rate-discharge pressure characteristics for explaining the dimensionless diffuser vane angle, Figures 6(a) and 6(b) both explain the extrapolation method in the angle control procedure of the inlet guide vane and diffuser vane. Figure 7 is a graph showing the flow rate characteristic curve, efficiency characteristic curve and surging area on the dimensionless vane angle plane, and Figure 8 is a block diagram showing a general multi-stage centrifugal compressor. 9 are flowcharts for explaining control means for a conventional multi-stage centrifugal compressor. In the figure, 1 - centrifugal compressor, 11 - 14 - inlet guide vane, 15 - 18 - diffuser vane, 20 - flow rate sensor, 24 - rotation speed sensor. 29--rotation speed control calculation section, 30--vane angle control calculation section, 31...-central control calculation section.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)遠心圧縮機を多段に有し且つ上記の各遠心圧縮機
の入口側および出口側にそれぞれ角度可変式の入口ガイ
ドベーンおよびディフューザベーンを有する多段遠心圧
縮機において、上記の入口ガイドベーンおよびディフュ
ーザベーンの角度を調整することにより上記多段遠心圧
縮機を制御するに際し、予め各段における上記の入口ガ
イドベーンおよびディフューザベーンの角度を各段の上
記遠心圧縮機の運転流量が設計流量に対して同一比の相
似運転流量となる1組の無次元入口ガイドベーン角度お
よび無次元ディフューザベーン角度としてそれぞれ表わ
しておき、ついで、各段における上記の入口ガイドベー
ンおよびディフューザベーンの操作量を上記1組の無次
元入口ガイドベーン角度および無次元ディフューザベー
ン角度として決定し、このようにして決定された上記1
組の無次元入口ガイドベーン角度および無次元ディフュ
ーザベーン角度を各段における上記の入口ガイドベーン
およびディフューザベーンの角度に変換してから、これ
らの入口ガイドベーンおよびディフューザベーンの角度
に基づき上記多段遠心圧縮機を制御することを特徴とす
る多段遠心圧縮機の制御方法。
(1) In a multi-stage centrifugal compressor that has multiple stages of centrifugal compressors and has angle-variable inlet guide vanes and diffuser vanes on the inlet and outlet sides of each centrifugal compressor, the inlet guide vanes and When controlling the multi-stage centrifugal compressor by adjusting the angle of the diffuser vane, the angle of the inlet guide vane and diffuser vane at each stage is determined in advance so that the operating flow rate of the centrifugal compressor at each stage is relative to the design flow rate. Let us express each set of dimensionless inlet guide vane angle and dimensionless diffuser vane angle as a set of dimensionless inlet guide vane angle and dimensionless diffuser vane angle that have similar operating flow rates at the same ratio, and then calculate the operating amount of the above-mentioned inlet guide vane and diffuser vane at each stage as the set of dimensionless inlet guide vane angle and dimensionless diffuser vane angle. 1 above determined as the dimensionless inlet guide vane angle and the dimensionless diffuser vane angle.
Convert the set of dimensionless inlet guide vane angles and dimensionless diffuser vane angles into the above inlet guide vane and diffuser vane angles at each stage, and then perform the above multistage centrifugal compression based on these inlet guide vane and diffuser vane angles. A method for controlling a multi-stage centrifugal compressor, characterized by controlling a compressor.
(2)上記遠心圧縮機のいずれかの段において運転点の
バラツキを生じる外乱を検出した場合、外乱を生じた段
の上記遠心圧縮機における運転流量の上記相似運転流量
からの偏差を修正すべく、検出された上記外乱に基づき
全ての段における上記の入口ガイドベーンおよびディフ
ューザベーンの無次元補正量を求め、同無次元補正量を
上記1組の無次元入口ガイドベーン角度および無次元デ
ィフューザベーン角度に付加してから、これらの1組の
無次元入口ガイドベーン角度および無次元ディフューザ
ベーン角度を上記全ての段における入口ガイドベーンお
よびディフューザベーンの角度に変換することを特徴と
する特許請求の範囲第1項に記載の多段遠心圧縮機の制
御方法。
(2) When a disturbance that causes variation in the operating point is detected in any stage of the centrifugal compressor, the method is to correct the deviation of the operating flow rate from the similar operating flow rate in the centrifugal compressor of the stage where the disturbance occurs. , find the non-dimensional correction amounts of the above-mentioned inlet guide vanes and diffuser vanes in all stages based on the detected disturbances, and calculate the non-dimensional correction amounts for the above-mentioned set of non-dimensional inlet guide vane angles and non-dimensional diffuser vane angles. and then converting the set of dimensionless inlet guide vane angles and dimensionless diffuser vane angles into inlet guide vane and diffuser vane angles in all the stages. A method for controlling a multistage centrifugal compressor according to item 1.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014035726A1 (en) * 2012-08-31 2014-03-06 Dresser, Inc. System and method to align variable diffuser vane with direction of flow of working fluid
CN104704243A (en) * 2012-10-03 2015-06-10 普莱克斯技术有限公司 Compressed gas production and control
US10519962B2 (en) 2012-10-03 2019-12-31 Praxair Technology, Inc. Method for compressing an incoming feed air stream in a cryogenic air separation plant

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US10533565B2 (en) 2012-10-03 2020-01-14 Praxair Technology, Inc. Method for compressing an incoming feed air stream in a cryogenic air separation plant
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