KR101450298B1 - 압축기 제어의 개선 - Google Patents

압축기 제어의 개선 Download PDF

Info

Publication number
KR101450298B1
KR101450298B1 KR1020107005978A KR20107005978A KR101450298B1 KR 101450298 B1 KR101450298 B1 KR 101450298B1 KR 1020107005978 A KR1020107005978 A KR 1020107005978A KR 20107005978 A KR20107005978 A KR 20107005978A KR 101450298 B1 KR101450298 B1 KR 101450298B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
compressor
surge
speed
rotational speed
measured
Prior art date
Application number
KR1020107005978A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20100072197A (ko
Inventor
제프리 조지 파월
Original Assignee
가드너 덴버 도이칠란트 게엠베하
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 가드너 덴버 도이칠란트 게엠베하 filed Critical 가드너 덴버 도이칠란트 게엠베하
Publication of KR20100072197A publication Critical patent/KR20100072197A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101450298B1 publication Critical patent/KR101450298B1/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D27/00—Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or pumping systems specially adapted for elastic fluids
    • F04D27/02—Surge control
    • F04D27/0261—Surge control by varying driving speed
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B49/00—Control, e.g. of pump delivery, or pump pressure of, or safety measures for, machines, pumps, or pumping installations, not otherwise provided for, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B47/00
    • F04B49/06—Control using electricity
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D27/00—Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or pumping systems specially adapted for elastic fluids
    • F04D27/02—Surge control
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D27/00—Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or pumping systems specially adapted for elastic fluids
    • F04D27/02—Surge control
    • F04D27/0284—Conjoint control of two or more different functions
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B30/00—Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]
    • Y02B30/70—Efficient control or regulation technologies, e.g. for control of refrigerant flow, motor or heating

Abstract

본 발명은 압축기의 개선, 특히 효율을 최대화시키기 위하여 원심 압축기를 제어하는 방법에 있어서의 개선에 관한 것이다. 압축기는, 능동 자기 베어링 유니트에 의하여 지지되는 샤프트 상에 장착된 임펠러를 구비하고, 가변 속력 모터에 의하여, 필요한 전달 압력을 위하여 계산된 서지-전-속력에서 정상 부하 상태 하에서의 회전 속력으로 구동된다. 압축기의 실제 회전 속력 및 전달 압력은 반복적으로 측정되고 높은 빈도로 기록된다. 압축기는 미리 설정된 재-산정 시간 후에 주기적으로 서지를 일으키도록 허용되고, 압축기는 서지가 검출된 때에 서지 회복 사이클로 진입되는데, 서지 회복 사이클 중에는 압축기가 부하해제되며 회전 속력이 저감된다. 서지 회복 사이클 중에 압축기의 서지-전-속력 라인은 현재의 작동 상태에 관하여 재-산정되고, 샤프트 속력이 부하 상태 속력 또는 재-산정된 서지-전-속력 라인 중의 더 큰 것에 도달하는 때에 압축기가 다시 부하를 받게 된다.

Description

압축기 제어의 개선{Improvements in compressors control}
본 발명은 압축기의 개선에 관한 것이고, 특히 효율을 최대화시키기 위하여 원심 압축기(centrifugal compressor)를 제어하는 방법의 개선에 관한 것이다.
압축기의 작동 특성은 일반적으로, 압력비(pressure ratio) 및 체적 또는 질량 유량(volume or mass flow rate) 간의 관계에 의하여 정해진다. 압축기의 유용한 작동 범위는 이상적으로는 방지되는 것이 바람직한 서지(surge) 및 초크(choke), 그리고 최대 허용가능 압축기 속력(maximum permissible compressor speed)에 의하여 제한된다.
압축기 서지는, 방출 압력(discharge pressure)이 압축기 내의 압력보다 커서 공기 유동이 더 이상 압축기의 블레이드(blade)들의 흡입 측부(suction side)에 부착될 수 없어서 방출 과정이 방해받는 때에 발생한다. 서지 중에는, 양의 체적 유량를 갖는 안정적인 압력비에 도달할 때까지, 압축기를 통한 공기 유동이 역으로 된다. 정상적인 유동은 압력이 다시 증가할 때까지 계속되고, 이 사이클은 반복된다.
서지는 원심 압축기 및 다른 동적 압축기의 내재적인 사항이다. 이와 같은 불안정한 작동 상태는, 압축기에 대한 높은 진동 및 손상과, 작동 시스템에 대한 혼란을 유발할 수 있다. 그러므로, 압축기 제조사들은, 서지를 방지하도록, 압축기의 최선의 효율 지점은 서지-라인(surge line)에 가까울 것이기 때문에 가능한 서지-라인에 가까이에서 압축기가 작동하도록, 그리고 최대 작동 범위를 제공하도록 하기 위한 제어방법 및 제어 알고리즘을 개발하기 위한 노력을 해 왔다. 서지-라인은, 작동하는 압축기가 서지 사이클에 진입하지 않도록 유지시킬 부하(on-load)와 비부하(off-load)의 경계 조건을 제공하는, 압축기 시스템 전달 압력에 대한 압축기 샤프트 회전 속력의 계산된 프로파일(profile)이다.
일단 서지가 검출되면, 보통의 실무에서는 압축기에 대한 손상을 방지하기 위하여 압축기의 부하를 해제시키는 것일 것이다. 서지를 검출하기 위한 종래 기술의 방법에는, 진동 검출, 고온 가스의 역류(backflow)를 검출하기 위하여 임펠러(impeller)의 상류의 온도 측정, 및 유입 및 작동 상태에 기초한 서지-라인의 계산이 포함된다.
이와 같은 방법들의 주된 단점은, 일단 서지가 검출되면, 압축기가 정지되고, 압축기를 다시 가동시키기 위하여 작업자의 개입이 필요하다는 것이다.
서지를 방지하기 위한 다른 방법에는, 발생할 수 있는 작동 상태에 기초하여 압축기 작동에 대한 금지된 범위를 정하는 것이 있다.
이와 같은 방안의 단점은, 압축기의 허용가능한 유동 범위가 과도하게 제한되고, 그 작동이 최적화되지 못한다는 것이다.
서지를 방지하기 위한 다른 종래의 방법에서는, 압축기 처리량(compressor throughput)을 공정 요구사항에 일치시키도록 하기 위한 시도가 있어왔는데, 여기에서는 시스템을 정지시킬 필요없이 서지를 방지하기에 충분히 높은 총 유동(total flow)을 유지한다. 제어 측면에서는, 특수한 알고리즘을 갖는 전자식 콘트롤러(electronic controller) 및 공압식 최소 유동 콘트롤러를 이용하여, 반-서지(anti-surge) 시스템이 설계되었다. 하나의 안정성 제어 알고리즘은 US-2005/0076656A 에 기술되어 있는데, 그 알고리즘은 압축기의 불안정성 검출에 응답하여 고온 가스 바이패스 밸브(hot gas by-pass valve) 및 가변식 기하형태의 디퓨저(diffuser)를 제어하기 위하여 이용되는 것이다. 그 알고리즘은, 서지 상태의 검출에 응답하여 디퓨저 내의 링의 위치를 조정한다.
US-4464720 에는 대안적인 서지 제어 시스템이 기술되어 있는데, 이것은 요망되는 압력차(differential pressure)를 계산하고 그 계산된 결과를 실제 압력차와 비교하는 알고리즘을 활용한다. 실제 압력차를 계산된 압력차로 되돌리기 위한 블로우-오프 밸브(blow-off valve)를 작동시키기 위한 콘트롤러가 제공된다.
본 발명은 서지에 의하여 유발되는 문제점들을 방지하고, 서지가 발생할 때에 압축기를 정지시킬 필요가 없으며, 압축기의 효율을 최적화시키는, 동적 압축기의 작동을 제어하기 위한 개선된 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
그러므로 본 발명은, 필요한 전달 압력으로 압축 가스(compressed gas)를 제공하는 원심 압축기(centrifugal compressor)를 제어하는 방법을 제공하는바, 상기 압축기는 능동 자기 베어링 유니트(active magnetic bearing unit)에 의하여 지지되는 샤프트(shaft)에 장착된 임펠러(impeller)를 구비하고, 상기 압축기는 가변 속력 모터에 의하여 필요한 전달 압력에 관하여 계산된 서지-전-속력(pre-surge speed)에서의 정상 부하 상태 하에서의 회전 속력으로 구동되고,
압축기의 실제 회전 속력 및 전달 압력은 반복적으로 측정되고 높은 빈도(high frequency)로 기록되며,
압축기는 미리설정된 재-산정 시간(re-calibration time) 후에 주기적으로 서지(surge)를 일으키도록 허용되고,
서지가 검출되면 압축기는 서지 회복 사이클(surge recovery cycle)로 진입되며, 서지 회복 사이클 중에는 압축기가 부하해제(off-load)되며 또한 회전 속력이 저감되고,
압축기의 서지-전-속력 라인(pre-surge speed line)은 서지 회복 사이클 중에 현재의 작동 상태에 따라서 재-산정되며,
샤프트의 속력이 부하 상태 속력 또는 재-산정된 서지-전-속력 라인 중 더 큰 것에 도달하는 때에는 압축기가 다시 부하를 받게 되는데, 상기 부하 속력은 압축기의 최대 속력 미만으로 그리고 압축기 특성으로부터 결정되는 런-업 서지를 유발할 수 있는 속력 범위를 초과하도록 결정된 미리 설정된 값이다.
또한, 본 발명은 능동 자기 베어링 유니트에 지지되는 샤프트에 장착된 임펠러를 구비한 원심 압축기, 압축기를 구동하는 가변 속력 모터, 및 제어 시스템을 포함하는 압축기 시스템을 제공하는바, 상기 제어 시스템은:
압축기의 회전 속력 및 압축기의 유출부에서의 압축 공기의 전달 압력을 반복적으로 측정 및 기록하는 수단;
압축기가 서지 사이클에 진입하도록 허용되기 전의 재-산정 시간을 미리 설정하는 수단;
압축기의 속력을 증가 또는 감소시키기 위하여 모터에 신호를 전달하는 수단;
서지가 검출된 때에 압축기를 서지 회복 사이클로 진입시키는 수단; 및
전술된 방법에 따라서 압축기의 서지-전-속력 라인을 재-산정하는 수단;을 포함한다.
본 발명에 의하여, 서지에 의하여 유발되는 문제점들이 방지되고, 서지가 발생할 때에 압축기를 정지시킬 필요가 없으며, 압축기의 효율이 최적화되는, 동적 압축기의 작동을 제어하기 위한 개선된 방법이 제공된다.
이하에서 본 발명은 하기의 첨부 도면들을 참조로 하여 예시적으로서만 설명될 것이다.
도 1 은 원심 압축기의 유량에 대한 전달 압력과, 종래 기술의 안전 마진(safety margin)을 갖는 서지-라인을 도시하는 그래프이고,
도 2 는 본 발명의 방법의 작동 단계들을 도시하는 흐름도이고,
도 3 은 원심 압축기의 전달 압력에 대한 회전 속력, 및 서지-전-속력 라인을 도시하는 그래프이다.
압축기의 서지-라인은 도 1 에 도시된 바와 같이, 전달 압력(delivery pressure; Pd) 및 유량(Q)에 의해 미리 정의된다. 전달 압력(Pd)은 압축기의 유출부에서 측정된 압축 공기(compressed air)의 압력이다. 어떤 주어진 전달 압력(Pd)에서, 유량(Q)에 관하여 종래 기술의 시스템에서 이용된 작동 범위는 안전 마진 아래로서, 이것은 예측되는 모든 작동 조건들을 커버(cover)하도록 설계된 것이다. 앞서 언급된 바와 같이, 이것은 특히 압축기 효율이 서지-라인에 가깝게 최적화될 수 있으므로, 이상적인 작동 범위에서의 손실로 귀결된다.
본 발명의 방법에서는, 종래 기술의 시스템과는 달리, 압축기의 서지 사이클(surge cycle)이 시작되는 것을 주기적으로 허용하는 압축기 작동을 제어하기 위하여 제어 시스템이 이용된다. 그러므로, 고정된 세트의 작동 상태에 관한 서지 지점의 예상에 의존하기 보다는, 현재의 실제 작동 상태에 관한 실제의 서지 지점을 알게 되고, 이것이 서지-전-속력 라인을 재-산정(recalibration)하기 위한 기초로서 이용되어서, 압축기를 현재의 작동 상태에 있어서의 최적 효율로 작동시키는 것이 가능하게 된다.
이를 달성하기 위하여, 본 발명은 원심 압축기를 구동하는 가변 속력 모터(variable speed motor)를 이용하는데, 원심 압축기의 임펠러는 능동 자기 베어링(active magnetic bearings; AMBs)에 지지된 샤프트 상에 장착된다. 가변 속력 모터의 이용은, 압축기 속력이 신속히 제어될 수 있고, 능동 자기 베어링 또는 압축기의 임의의 다른 부분을 손상시키지 않고서 압축기가 서지를 시작하는 것이 능동 자기 베어링에 의하여 허용된다는 것을 의미한다. 서지가 발생하는 경우에도 샤프트 위치는 그 베어링에 의하여 제어되는 채로 유지되고, 이것은 본 발명에서 서지의 시간에 관한 주변 상태에서 임의의 주어진 압력에 관하여 더 낮은 작동 범위를 정의하기 위하여 실제 서지 지점을 이용하는 것을 가능하게 한다.
본 시스템에서, 초기의 서지-전-속력 라인은 주된 시작 상태(prevailing start up conditions)에 기초하여 계산된다. 서지-전-속력 라인은 주어진 전달 압력에서 서지-전-속력(pre-surge speed)으로부터 산정되고, 서지-전-속력은 현재의 동적 작동 상태 하에서 압축기가 서지를 일으키는 속력보다 조금 더 큰 계산된 속력이다.
작동 상태가 변화함에 따라서 서지-전-속력 라인은 이동할 것인바, 따라서 본 발명의 방법은 압축기가 서지를 일으키는 것을 허용한다. 이것은 현재의 작동 상태에 관하여 서지-전-속력 라인이 재-산정되는 것을 가능하게 함으로써, 그 작동을 최적화시킨다. 서지가 검출되면, 압축기는 서지 회복 사이클(surge recovery cycle)로 진입하는데, 이것은 압축기를 정지시킬 필요를 경감시키고, 제어 시스템은 서지-전-속력 라인을 재-산정한다.
서지-전-속력 라인의 속력 계산은 하기의 등식에 기초하는바:
Vs = mPd + x
여기에서,
Vs = 서지-전-속력 (rpm)이고,
Pd = 전달 압력 (bar)이며,
m = 압축기의 특성에 의하여 결정되는 변화도(gradient)이고,
x = 서진-전-라인 산정값에 속력 마진을 더함에 의하여 결정되는 변수이다.
작동의 편의성을 위하여 압축기에는 인간-기계 인터페이스(human machine interface; HMI)가 제공되는데, 이것은 모든 작동 파라미터들을 표시하고, 작동자로 하여금 압축기 제어의 작동 모드와 특정 한계들을 설정하는 것을 가능하게 한다.
도 2 를 참조하면, 압축기가 아이들(idle) 상태로부터 부하 상태로 되고, 압축기의 회전 속력(Vm)이 램프-업(ramp up)된다. 회전 속력(rotational speed; Vm)은 동적으로 계산된 서지-전-속력(Vs)(도 3 참조)과 부하 상태 속력(load speed) 중 큰 것을 초과한다. 압축기는 부하를 받고, 속력(Vm)은 서지-전-속력 라인을 지나가지 않으면서 목표 전달 압력(Pd)을 제공하도록 제어된다.
정상적인 작동 상태에서는, 공기 요구가 지배함에 따라(as air demand dictates) 회전 속력(Vm)이 변화하면서, 전달 압력(Pd)은 상당히 일정하게 유지될 것이다. 속력/압력 작동 지점이 서지-전-속력 라인에 접근하고 서지-전-속력 라인을 지나가고 압축기가 서지를 일으킨다면, AMB 유니트(AMB unit)로부터의 경보 신호(alarm signal)에 의하여 서지 트립(surge trip)이 활성화되는데, 그것은 서지 회복 사이클을 개시한다. 이 서지 트립은 바이패스 밸브를 활성화시키고, 바이패스 밸브는 압축기가 부하해제(unload)하도록 야기하며, 구동 모터에 회전 속력(Vm)을 전달 압력(Pd)이 미리설정된 부하 압력(Pl)보다 작게 되는 시간까지 아이들 상태(idle condition)로 늦추라는 신호를 보낸다. 이 지점에서 압축기의 회전 속력(Vm)은 그 속력이 서진-전-라인 및 부하 상태 속력 중 더 큰 것을 초과할 때까지 다시 램프-업(ramp up)되고, 압축기는 다시 부하를 받게 되며, 정상 작동을 재개한다. 서지-전-속력 라인은 서지 회복 사이클 중에 재-산정되는바, 서지 회복 사이클은 통상적으로 수 초 동안 지속되어서 발생할 수 있는 임의의 환경 조건 또는 작동 조건의 변화를 수용하게 되고, 이로써 압축기 작동이 최적의 성능 밴드(optimum performance band) 내에서 유지된다. 미리 설정된 재-산정 시간(T) 후에 서지 사이클이 개시되는 것을 허용함에 의하여 주기적인 서지-전-속력 라인의 주기적인 재-산정을 가능하게 하는 메카니즘이 제공된다. 재-산정 시간(T)은 HMI 를 통하여 작동자에 의해 미리 설정될 수 있다. 재-산정 시간(T)의 만료시, 콘트롤러는 x 항(x term)을 조정함에 의하여 서지-전-속력 라인을 현재의 위치보다 현저히 아래로 재설정한다. 이것은 속력/압력 작동 지점이 주된 작동 상태에 따라서 서지 영역으로 진입하는 때에 압축기가 서지되는 것을 허용한다.
압축기 제어 시스템은, 구동 유니트에 의하여 측정되는 로터(rotor)와 압축기 샤프트의 회전 속력인 샤프트 속력(shaft speed; Va)과 실제 전달 압력(Pd)을 반복하여 기록 및 저장한다. 서지가 발생하고 서지 회복 사이클이 시작되는 때에, 기록 지속(rolling log)은 일시적으로 멈춘다. 서지-라인 재-산정은, 서지가 발생하기 직전에 기록된 전달 압력(Pd)을 멈춰진 기록(frozen log)으로부터 선택함에 의하여 수행된다. 앞서 언급한 공식의 변수 x 의 현존하는 값을 이용함으로써, 이론적인 서지-전-속력(Vs)이 계산된다. 측정된 전달 압력(Pd)과 동일한 시간 프레임(time frame)에 있어서 멈춰진 기록으로부터 취해진 실제의 서지 속력(actual surge speed; Va)으로부터 이론적인 서지-전-속력(Vs)을 뺀다. 이 속력차(Vs - Va)는, 현재의 작동 상태에 적합하고 또한 서지-전-속력(Vs)의 후속 계산에서 이용되는 새로운 값의 x 를 제공하기 위하여, 변수 x 의 값을 조정하는데에 이용된다.
부하 압력(Pl)은 작동자에 의해 설정되는 값이다. 전달 압력(Pd)이 부하 압력(Pl) 미만으로 떨어지면, 서지-전-속력(Vs)의 계산은 전달 압력(Pd) 대신에 부하 압력(Pl)을 이용한다.
압축기를 제어하는 이 방법의 장점은, 임의의 주어진 환경 및 시스템 조건에서 압축기의 충만한 작동 범위에 걸쳐서 압축기가 이용되는 것을 가능하게 한다는 것이다. 서지-전-속력 라인이 환경적 조건과 함께 이동하면, 압축기 작동의 허용가능한 인벨롭(envelope)도 그와 함께 이동하여, 압축기의 전체적인 에너지 효율이 최대화된다.
압축기 속력이 초기에 램프-업하고 있는 때에 서지('런-업 서지(run-up surge)'로서 알려져 있음)가 발생하는 경우가 발생할 것이고, 실제 서지 속력은 이론적인 서지-전-속력(Vs)보다 낮을 것이다. 이것은, 임의의 산정이 서지의 환경 조건에 맞춰지도록 수행되기 전의 냉 시동(cold start-up)으로부터, 또는 산정이 임박한 때와 압축기가 정지된 후 재시작되는 때에 일반적으로 일어난다. 이와 같은 상황에서는 낮은 값의 변수 x 가 계산될 것이고, 따라서 서지-전-속력(Vs)이 저감된다. 이것은 속력의 램프-업에 있어서 압축기가 부하를 일찍 받게 되는 것을 허용하는 효과와 함께, 많은 런-업 서지를 유발시킬 수 있게 되는 효과를 낳는다.
이 문제를 해결하기 위하여, 압축기가 시작되는 때에, 압축기는 회전 속력이 부하 상태 속력 또는 서지-전-속력 중 큰 것의 이상으로 될 때까지 부하상태로 진입하지 않도록 된다. 부하 상태 속력은, 압축기의 최대 속력 미만으로 그리고 압축기 특성으로부터 결정되는 런-업 서지를 유발할 수 있는 속력의 범위를 초과하도록 결정된 미리설정된 값이다. 일단 압축기가 부하 상태 속력에 도달하면, 압축기에 대한 부하상태 진입 금지는 없게 되고, 압축기는 부하상태로 될 수 있다. 런-업 서지가 발생하는 때에는, 서지-전-속력 라인이 최대 샤프트 회전 속력 미만의 지점으로 올려지고, 재-산정 시간(T)은 통상적으로 1분 미만인 상대적으로 낮은 값으로 강제된다. 이것은, 압축기가 부하를 받기 전에 압축기 회전 속력이 더 높은 값에 도달하는 것을 허용하고, 후속의 런-업 서지가 방지되는 효과를 가질 것이고, 일단 재-산정 시간(T)이 만료되면 다음 서지에서의 서지-전-속력의 산정이 이루어진다. 이 서지 및 재-산정 후에는, 압축기가 부하 상태로 되돌려지고, 또한 재-산정 시간은 적절한 시간 후에 그 원래의 설정으로 되돌려진다.
Pd: 전달 압력
Pl: 부하 압력
Q: 유량
Vs = 서지-전-속력 (rpm)
m = 압축기의 특성에 의하여 결정되는 변화도(gradient)
x = 서진-전-라인 산정값에 속력 마진을 더함에 의하여 결정되는 변수
T: 재-산정 시간

Claims (9)

  1. 필요한 전달 압력으로 압축 가스(compressed gas)를 제공하는 원심 압축기(centrifugal compressor)를 제어하는 방법으로서, 상기 압축기는 능동 자기 베어링 유니트(active magnetic bearing unit)에 의하여 지지되는 샤프트(shaft)에 장착된 임펠러(impeller)를 구비하고, 상기 압축기는 가변 속력 모터에 의하여 정상 부하 상태 하에서의 회전 속력으로 구동되고,
    압축기의 실제 회전 속력 및 전달 압력은 반복적으로 측정되고 높은 빈도(high frequency)로 기록되며,
    압축기는 미리설정된 재-산정 시간(re-calibration time) 후에 주기적으로 서지(surge)를 일으키도록 허용되고,
    서지가 검출되면 압축기는 서지 회복 사이클(surge recovery cycle)로 진입되며, 서지 회복 사이클 중에는 압축기가 부하해제(off-load)되며 또한 회전 속력이 저감되고,
    압축기의 서지-전-속력 라인(pre-surge speed line)은 서지 회복 사이클 중에 현재의 작동 상태에 따라서 재-산정되며, 샤프트의 속력이 부하 상태 속력 또는 재-산정된 서지-전-속력 라인 중 더 큰 것에 도달하는 때에 압축기에 다시 부하를 가하고,
    상기 서지-전-속력 라인을 재-산정함은 속력 차이를 계산함을 포함하고, 상기 속력 차이는 압축기의 측정된 서지-전-회전 속력과 측정된 서지-전-전달 압력에 관한 이론적 서지-전-속력 간의 차이를 포함하며, 상기 측정된 서지-전-회전 속력과 측정된 전달 압력은 서지 발생 직전에 측정된 것이고,
    임의의 주어진 전달 압력에 관한 상기 이론적 서지-전-속력은 하기의 공식을 이용하여 계산되고:
    Vs = mPd + x
    여기에서,
    m 은 압축기의 작동 특성에 의하여 결정되는 변화도(gradient)이고;
    Pd 는 전달 압력이며;
    x 는 각각의 서지 회복 사이클(surge recovery cycle) 중에 속력 차이에 의하여 조정되는 변수인, 원심 압축기의 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    압축기의 회전 속력은 능동 자기 베어링 구동 유니트에 의하여 측정되는, 원심 압축기의 제어 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    측정된 전달 압력이 미리 설정된 부하 압력보다 작으면, 상기 이론적 서지-전-속력의 후속 계산에서는 부하 압력이 전달 압력으로서 이용되는, 원심 압축기의 제어 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    압축기 속력이 초기에 부하 상태에 놓인 후에 증가된 중에 서지가 발생하는 때에는, 재-산정 시간이 새로운 값으로 설정되는, 원심 압축기의 제어 방법.
  5. 능동 자기 베어링 유니트에 지지되는 샤프트에 장착된 임펠러를 구비한 원심 압축기, 압축기를 구동하는 가변 속력 모터, 및 제어 시스템을 포함하는 압축기 시스템으로서, 상기 제어 시스템은:
    압축기의 회전 속력 및 압축기의 유출부에서의 압축 공기의 전달 압력을 반복적으로 측정 및 기록하는 수단;
    압축기가 서지 사이클에 진입하도록 허용되기 전의 재-산정 시간을 미리 설정하는 수단;
    압축기의 속력을 증가 또는 감소시키기 위하여 모터에 신호를 전달하는 수단;
    서지가 검출된 때에 압축기를 서지 회복 사이클로 진입시키는 수단; 및
    제1항 또는 제2항에 따른 방법에 따라서 압축기의 서지-전-속력 라인을 재-산정하는 수단;을 포함하는, 압축기 시스템.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
KR1020107005978A 2007-08-21 2008-07-18 압축기 제어의 개선 KR101450298B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GBGB0716329.8A GB0716329D0 (en) 2007-08-21 2007-08-21 Improvements in compressors control
GB0716329.8 2007-08-21
PCT/GB2008/002508 WO2009024740A1 (en) 2007-08-21 2008-07-18 Improvements in compressors control

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20100072197A KR20100072197A (ko) 2010-06-30
KR101450298B1 true KR101450298B1 (ko) 2014-10-13

Family

ID=38599043

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020107005978A KR101450298B1 (ko) 2007-08-21 2008-07-18 압축기 제어의 개선

Country Status (14)

Country Link
US (1) US9086070B2 (ko)
EP (1) EP2179183B1 (ko)
JP (1) JP5437246B2 (ko)
KR (1) KR101450298B1 (ko)
CN (1) CN102124230B (ko)
AT (1) ATE497107T1 (ko)
AU (1) AU2008290428B2 (ko)
BR (1) BRPI0815109A2 (ko)
CA (1) CA2696868C (ko)
DE (1) DE602008004783D1 (ko)
GB (2) GB0716329D0 (ko)
MX (1) MX2010001559A (ko)
RU (1) RU2454570C2 (ko)
WO (1) WO2009024740A1 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101989588B1 (ko) * 2018-11-27 2019-06-14 터보윈 주식회사 서지 영역에서의 운전이 가능한 터보 블로어
KR101991784B1 (ko) * 2018-11-27 2019-06-25 터보윈 주식회사 서지 영역에서의 운전이 가능한 터보 컴프레서

Families Citing this family (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9488180B2 (en) * 2011-08-24 2016-11-08 Dresser-Rand Company Efficient and reliable subsea compression system
JP5871157B2 (ja) * 2011-10-03 2016-03-01 株式会社Ihi 遠心圧縮設備のサージング防止方法
CN102384088B (zh) * 2011-12-12 2014-06-11 山东大学 基于转矩流量智能软测量的涡旋压缩机控制系统及方法
KR101858643B1 (ko) 2012-03-23 2018-05-16 한화테크윈 주식회사 서지 방지를 위한 압축기 시스템 제어방법 및 압축기 시스템
CN102635565B (zh) * 2012-03-30 2014-10-15 西安陕鼓动力股份有限公司 一种透平压缩机防喘振曲线动态偏置的方法
US9702365B2 (en) * 2012-05-31 2017-07-11 Praxair Technology, Inc. Anti-surge speed control
KR101806920B1 (ko) 2013-04-19 2018-01-10 한화파워시스템 주식회사 압축기 시스템 및 압축기 시스템의 제어방법
RU2527850C1 (ru) * 2013-07-29 2014-09-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" Способ диагностики помпажа компрессора газотурбинного двигателя
CN106062375B (zh) * 2014-03-11 2019-07-16 博格华纳公司 用于识别压缩机的喘振极限的方法
US9765688B2 (en) * 2014-12-11 2017-09-19 Ford Global Technologies, Llc Methods and system for controlling compressor surge
JP6318107B2 (ja) * 2015-03-17 2018-04-25 ヤンマー株式会社 ヒートポンプ
US10208760B2 (en) 2016-07-28 2019-02-19 General Electric Company Rotary machine including active magnetic bearing
CN107131142B (zh) * 2017-07-07 2018-07-06 中国科学院工程热物理研究所 离心式压缩机的启动控制装置及方法
US10989210B2 (en) 2017-07-10 2021-04-27 Praxair Technology, Inc. Anti-surge speed control for two or more compressors
CN109458355B (zh) * 2018-02-14 2020-07-07 西门子工业透平机械（葫芦岛）有限公司 压缩机的喘振控制方法及压缩机的喘振控制系统
US11022334B2 (en) 2018-04-25 2021-06-01 Johnson Controls Technology Company Operational envelope control of an HVAC compressor
CN108759212B (zh) * 2018-06-15 2020-12-04 重庆美的通用制冷设备有限公司 冷水机组的停机控制方法、系统及冷水机组
CN111524439B (zh) * 2020-04-02 2023-02-03 青岛海尔空调电子有限公司 压缩机模拟工装的控制方法
CN113944650B (zh) * 2020-07-16 2024-03-19 麦克维尔空调制冷(武汉)有限公司 压缩机的控制方法、控制装置和换热系统
CN114837985A (zh) * 2022-05-20 2022-08-02 成都成发科能动力工程有限公司 一种轴流压缩机防喘能效控制方法及装置

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5599161A (en) * 1995-11-03 1997-02-04 Compressor Controls Corporation Method and apparatus for antisurge control of multistage compressors with sidestreams
WO1997038270A1 (en) 1996-04-11 1997-10-16 York International Corporation Methods and apparatuses for detecting surge in centrifugal compressors
JP2005016464A (ja) 2003-06-27 2005-01-20 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd 圧縮装置
JP2005509794A (ja) 2001-11-15 2005-04-14 グッドリッチ・ポンプ・アンド・エンジン・コントロール・システムズ・インコーポレーテッド ガスタービンエンジン制御装置における適応スケジュールのための方法と装置

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3264841A (en) * 1964-06-23 1966-08-09 Carrier Corp Refrigeration system with means to prevent compressor surge
US4151725A (en) * 1977-05-09 1979-05-01 Borg-Warner Corporation Control system for regulating large capacity rotating machinery
US4464720A (en) * 1982-02-12 1984-08-07 The Babcock & Wilcox Company Centrifugal compressor surge control system
US4608833A (en) * 1984-12-24 1986-09-02 Borg-Warner Corporation Self-optimizing, capacity control system for inverter-driven centrifugal compressor based water chillers
SU1696751A1 (ru) * 1989-12-18 1991-12-07 Государственный Институт По Проектированию Предприятий Железорудной Промышленности "Кривбасспроект" Устройство регулировани производительности компрессора с регулируемым электроприводом с расширением рабочей зоны и контролем зоны помпажа
US5203179A (en) * 1992-03-04 1993-04-20 Ecoair Corporation Control system for an air conditioning/refrigeration system
US5508943A (en) * 1994-04-07 1996-04-16 Compressor Controls Corporation Method and apparatus for measuring the distance of a turbocompressor's operating point to the surge limit interface
US5537830A (en) * 1994-11-28 1996-07-23 American Standard Inc. Control method and appartus for a centrifugal chiller using a variable speed impeller motor drive
US5743715A (en) * 1995-10-20 1998-04-28 Compressor Controls Corporation Method and apparatus for load balancing among multiple compressors
US5971712A (en) * 1996-05-22 1999-10-26 Ingersoll-Rand Company Method for detecting the occurrence of surge in a centrifugal compressor
US5924847A (en) * 1997-08-11 1999-07-20 Mainstream Engineering Corp. Magnetic bearing centrifugal refrigeration compressor and refrigerant having minimum specific enthalpy rise
US5967742A (en) * 1997-12-23 1999-10-19 Compressor Controls Corporation Method and apparatus for preventing surge while taking a turbocompressor off-line from a parallel configuration
US6463748B1 (en) * 1999-12-06 2002-10-15 Mainstream Engineering Corporation Apparatus and method for controlling a magnetic bearing centrifugal chiller
JP4069675B2 (ja) * 2002-05-22 2008-04-02 株式会社日立プラントテクノロジー ターボ圧縮機およびその容量制御方法
WO2004094925A2 (en) * 2003-04-17 2004-11-04 Aaf-Mcquay Inc. Methods for detecting surge in centrifugal compressors
CN1820133A (zh) 2003-08-08 2006-08-16 霍尼韦尔国际公司 压缩机的喘振控制系统
US7356999B2 (en) * 2003-10-10 2008-04-15 York International Corporation System and method for stability control in a centrifugal compressor
JP4727142B2 (ja) * 2003-12-18 2011-07-20 三菱重工業株式会社 ターボ冷凍機およびその圧縮機ならびにその制御方法
RU2263234C1 (ru) * 2004-12-16 2005-10-27 Закрытое Акционерное Общество "Система Комплекс" Способ формирования сигнала помпажа турбокомпрессора
CN101268281A (zh) * 2005-09-19 2008-09-17 英格索尔-兰德公司 包括变速马达的多级压缩系统

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5599161A (en) * 1995-11-03 1997-02-04 Compressor Controls Corporation Method and apparatus for antisurge control of multistage compressors with sidestreams
WO1997038270A1 (en) 1996-04-11 1997-10-16 York International Corporation Methods and apparatuses for detecting surge in centrifugal compressors
JP2005509794A (ja) 2001-11-15 2005-04-14 グッドリッチ・ポンプ・アンド・エンジン・コントロール・システムズ・インコーポレーテッド ガスタービンエンジン制御装置における適応スケジュールのための方法と装置
JP2005016464A (ja) 2003-06-27 2005-01-20 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd 圧縮装置

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101989588B1 (ko) * 2018-11-27 2019-06-14 터보윈 주식회사 서지 영역에서의 운전이 가능한 터보 블로어
KR101991784B1 (ko) * 2018-11-27 2019-06-25 터보윈 주식회사 서지 영역에서의 운전이 가능한 터보 컴프레서
WO2020111654A1 (ko) * 2018-11-27 2020-06-04 터보윈 주식회사 서지 영역에서의 운전이 가능한 터보 컴프레서
WO2020111653A1 (ko) * 2018-11-27 2020-06-04 터보윈 주식회사 서지 영역에서의 운전이 가능한 터보 블로어
US11668313B2 (en) 2018-11-27 2023-06-06 Turbowin Co., Ltd. Turbo blower capable of operating in surge area

Also Published As

Publication number Publication date
US9086070B2 (en) 2015-07-21
CA2696868A1 (en) 2009-02-26
AU2008290428B2 (en) 2013-06-06
GB2452128B (en) 2009-09-30
GB0813247D0 (en) 2008-08-27
CA2696868C (en) 2016-05-17
DE602008004783D1 (de) 2011-03-10
WO2009024740A1 (en) 2009-02-26
ATE497107T1 (de) 2011-02-15
AU2008290428A1 (en) 2009-02-26
EP2179183A1 (en) 2010-04-28
US20120121440A1 (en) 2012-05-17
BRPI0815109A2 (pt) 2015-06-23
RU2010110578A (ru) 2011-09-27
MX2010001559A (es) 2010-06-17
KR20100072197A (ko) 2010-06-30
WO2009024740A8 (en) 2010-05-14
JP5437246B2 (ja) 2014-03-12
CN102124230A (zh) 2011-07-13
GB0716329D0 (en) 2007-10-03
GB2452128A (en) 2009-02-25
EP2179183B1 (en) 2011-01-26
JP2010537111A (ja) 2010-12-02
CN102124230B (zh) 2015-04-08
RU2454570C2 (ru) 2012-06-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101450298B1 (ko) 압축기 제어의 개선
KR101778318B1 (ko) 전력 소비가 적은 펌핑 방법과 장치
EP1851438B1 (en) System and method for controlling a variable speed compressor during stopping
US5537830A (en) Control method and appartus for a centrifugal chiller using a variable speed impeller motor drive
RU2421632C2 (ru) Способ работы насосной системы
JP3837278B2 (ja) 圧縮機の運転方法
JP4345672B2 (ja) ターボ圧縮機およびその運転方法
US8278864B2 (en) Compressor control
US9810228B2 (en) Centrifugal compressor diffuser control
US20150139817A1 (en) Ramp-up optimizing vacuum system
EP1718868B1 (en) A pumping system
JP2003343448A (ja) ターボ圧縮機およびその容量制御方法
JP3406514B2 (ja) 圧縮機の容量調節方法およびその装置
JP2005016464A (ja) 圧縮装置
JP4506109B2 (ja) 圧縮装置
US20230296096A1 (en) Lubricant-sealed vacuum pump, lubricant filter and method
JP2002322996A (ja) 遠心圧縮機の運転制御方法及び運転制御装置
KR101991784B1 (ko) 서지 영역에서의 운전이 가능한 터보 컴프레서
JPH09195982A (ja) 遠心圧縮機の保護方法
JPH1089287A (ja) ターボ圧縮機およびその容量制御方法
CN113739558A (zh) 一种热泵机组及其控制方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170927

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180927

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190925

Year of fee payment: 6