KR20020022528A

KR20020022528A - 스크류 압축장치 및 그 운전방법

Info

Publication number: KR20020022528A
Application number: KR1020010009611A
Authority: KR
Inventors: 가나자키가즈야; 히로세신이치; 오키타준지; 츠루세이지
Original assignee: 가나이 쓰도무; 가부시끼가이샤 히다치 세이사꾸쇼; 추후보정; 티-텍 가부시키가이샤
Priority date: 2000-09-20
Filing date: 2001-02-26
Publication date: 2002-03-27
Also published as: CN1306169C; KR100384254B1; US20020071769A1; CN1344866A; BE1014042A5; JP4520608B2; JP2002098084A; US6599094B2

Abstract

스크류 압축장치는 부하운전과 무부하운전을 반복하여 용량을 제어하는 스크류 압축기를 복수대 구비하고 있다. 가스 소비기기를 가지는 수요원의 압축가스 소비량에 대응하는 타이머의 출력을 사용하여 복수대의 압축기의 운전대수를 주제어기가 결정한다. 운전이 결정된 압축기중의 1대를 제외하는 모든 압축기를 부하운전시킨다. 그리고 제외된 1대의 스크류 압축기의 부하율에 따라 각 압축기의 토출압력을 주제어기가 제어한다. 그 때 압력검출기가 검출하는 스크류 압축기의 토출압력이 최대 가스소비량시 보다도 낮아지도록 제어한다.

Description

스크류 압축장치 및 그 운전방법{SCREW COMPRESSOR AND OPERATING METHOD OF THE SAME}

본 발명은 복수대의 스크류 압축기를 병렬운전 가능한 스크류 압축장치 및 그 운전방법에 관한 것으로, 특히 스크류 압축장치가 발생하는 압축가스의 소비량에 따른 용량제어를 행하는 데 가장 적합한 스크류 압축장치 및 그 운전방법에 관한 것이다.

복수대의 스크류 압축기를 구비한 압축공기제조설비에 있어서, 소비동력을 최소화하기 위하여 1대의 가변속운전의 압축기와 복수대의 회전속도 일정의 압축기를 조합시켜 사용하는 것이 일본국 특개2000-161237호 공보에 기재되어 있다. 이 공보에 기재된 압축공기제조설비에 있어서는, 가변속운전의 압축기를 우선적으로 회전속도제어하고, 이어서 턴백제어 또는 로터리제어에 의해 회전속도가 일정한 복수대의 압축기를 운전 또는 정지시키고 있다.

또 1대의 스크류 압축기를 사용하였을 때에 압축기의 전부하 운전과 무부하운전의 전환 주기를 바꿈으로써, 빈번한 온/오프에 의한 부품의 소모를 방지하는 것이 일본국 특개평4-159491호 공보에 기재되어 있다.

상기 일본국 특개2000-161237호 공보에 기재된 압축공기제조설비에 있어서는, 가변속형의 압축기를 구비하고 있으므로, 압축기의 정격 토출가스 용량에 대한 소비가스 용량인 부하율의 광범위에 걸쳐 고효율이고, 소비동력을 저감할 수 있는 이점을 가지고 있다. 그러나, 압축설비에 요구되는 토출가스 용량이 커지면 가변속형의 압축기도 대용량화되지 않을 수 없게 되나, 대용량의 가변속 압축기는 고가이어서 압축공기제조설비의 제조비용이 증대한다는 단점이 생긴다.

또 상기 일본국 특개평4-159491호 공보에 기재된 스크류 압축기는 단체(單體)로 사용되는 것을 전제로 하고 있기 때문에, 복수대의 압축기를 동시에 운전하는 것에 대해서는 고려되어 있지 않다. 그리고 압축가스를 제조하는 스크류 압축장치와 수요원 사이에는 통상 필터나 기체 저장탑(貯氣搭)뿐 아니라 배관 등의 유로부품이 있고, 이들은 내부를 흐르는 가스의 유속에 의해 유로저항이 변화한다.바꾸어 말하면, 배관 등의 압력손실은 부하율이 감소하면 저하한다. 지금까지는 최대 유량에 있어서의 압력손실을 예상하여 압축기의 토출압력을 설정하고 있었으나, 압축기가 여분의 동력을 소비하지 않도록 하기 위해서는, 압력손실이 저하하면 그것에 따른 압축기의 토출압력을 설정하는 것이 바람직하다.

본 발명은 상기 종래기술의 단점을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은 복수대의 부하-무부하 운전형의 스크류 압축기를 구비한 스크류 압축장치에 있어서 압축장치의 축동력을 저감하여 에너지절약 운전을 실현하는 데에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 스크류 압축장치에 있어서는, 수요원의 압축가스 소비량에 따라 스크류 압축기의 운전대수를 결정하고, 운전하는 스크류 압축기는 1 대의 제 1 스크류 압축기를 제외한 나머지 모든 제 2 스크류 압축기를 부하 운전시키고, 제 1 스크류 압축기의 부하율에 따라 제 1 및 제 2 스크류 압축기 전부의 토출압력을 변화시키는 제어수단을 설치하는 것을 특징으로 한다.

그리고 이 특징에 있어서, 제어수단은 제 1 스크류 압축기의 부하율이 저하하였을 때에, 부하 운전개시 압축기 토출압력 및 무부하 운전개시 압축기 토출압력의 쌍방을 제 1 스크류 압축기의 미리 정한 정격의 부하 운전개시 압축기 토출압력 및 정격의 무부하 운전개시 압축기 토출압력보다도 저하시키는 것이 바람직하다. 또 제어수단은 저하시킨 부하 운전개시 압축기 토출압력이 미리 정한 하한치를 넘을 때는 이 하한치에 부하 운전개시 압축기 토출압력을 설정하는 것이 바람직하다.

또한 제어수단은 제 1 스크류 압축기의 부하 운전으로부터 다음의 부하 운전까지의 주기가 미리 정한 시간범위 외에 있을 때는 제 1 스크류 압축기의 무부하운전개시 압축기 토출압력을 미리 정한 정격의 무부하 운전개시 압축기 토출압력보다도 저하시키는 것이 바람직하다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 다른 스크류 압축장치에 있어서는, 복수대의 스크류 압축기를 구비하고, 주제어기는 타이머가 계측한 사이클 타임에 의거하여 부하율을 구하고, 이 부하율에 따라 운전하는 스크류 압축기의 운전대수를 결정하여, 결정된 운전하는 스크류 압축기중에서 1대의 스크류 압축기를 부하운전시키고, 나머지 1대에 대해서는 부하 운전과 무부하 운전을 반복하도록 제어하고, 이 1대의 스크류 압축기에 대해서는 타이머가 새로 계측한 사이클 타임에 의거하여 부하율을 구하고, 이 부하율에 따라 토출압력 계측수단이 계측하는 토출압력을 변화시키는 것을 특징으로 한다. 그리고 주제어기는 부하율이 감소되면 토출압력 계측수단이 계측하는 토출압력이 저하하도록 1대의 스크류 압축기를 제어하는 것이 바람직하다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 스크류 압축장치의 운전방법에 있어서는, 모든 스크류 압축기를 운전하여 얻어진 부하 운전과 무부하 운전의 사이클 타임으로부터 부하율을 구하고, 이 부하율에 의거하여 운전하는 스크류 압축기의 대수를 결정하고, 운전하는 스크류 압축기의 1대는 부하 운전과 무부하 운전을 반복하도록 운전시키고, 운전하는 스크류 압축기의 나머지의 스크류 압축기는 부하 운전시키고, 부하 운전과 무부하 운전을 반복하는 스크류 압축기에 대하여 새로이 사이클 타임을 계측하여 부하율을 구하고, 이 부하율에 따라 부하 운전과 무부하 운전을 반복하는 스크류 압축기의 토출압력을 변화시키는 것을 특징으로 한다.

그리고 이 특징에 있어서, 부하 운전과 무부하 운전을 반복하는 스크류 압축기의 부하 운전개시 토출압력 및 무부하 운전개시 토출압력을 부하율이 저하함에 따라 저하시키는 것이 바람직하고, 또한 부하 운전과 무부하 운전을 반복하는 스크류 압축기의 부하 운전개시 토출압력이 미리 정한 하한 압력에 도달하였을 때는 부하 운전개시 토출압력을 이 하한치로 설정하여 무부하 운전개시 토출압력을 변화시키는 것이 바람직하다.

또 바람직하게는 토출압력을 스크류 압축장치가 가지는 복수대의 스크류 압축기중의 1대에 설치한 주제어기가 제어하고, 나머지의 스크류 압축기가 각각 가지는 부제어기를 주제어기가 제어하는 것이다.

도 1은 본 발명에 관한 스크류 압축장치의 일 실시예의 블록도,

도 2는 부하율과 압축기의 운전상황의 관계를 설명하는 도,

도 3은 부하율과 토출측 압력의 관계를 설명하는 도,

도 4는 본 발명의 일 실시예에 있어서의 토출측 압력과 동력의 시간변화를 설명하는 도,

도 5는 본 발명에 관한 스크류 압축장치의 제어플로우의 예를 나타내는 도,

도 6 및 도 7은 본 발명에 관한 스크류 압축장치의 다른 실시예에 있어서의 토출측 압력의 변화를 나타내는 도면이다.

이하 본 발명의 몇가지 실시예를 도면을 사용하여 설명한다. 도 1은 본 발명에 관한 스크류 압축장치를 구비한 시스템의 일 실시예의 블록도이다. 스크류 압축장치는 1대의 주스크류 압축기(A₁)와 복수대의 부스크류 압축기(A₂내지 A_n)를 구비하고 있다. 부스크류 압축기(A₂내지 A_n)에는 부스크류 압축기마다 그 압축기를 제어하는 부제어기(B₂내지 B_n)가 설치되어 있다. 주스크류 압축기(A₁)에는 이 주스크류 압축기(A₁)를 제어함과 동시에, 부제어기(B₂내지 B_n)를 제어하는 주제어기(B₁)가 설치되어 있다.

주제어기(B₁)와 부제어기(B₂내지 B_n) 사이에는 중계박스(B₀)가 설치되어 있다. 중계박스(B₀)에는 최대 9대의 부제어기를 접속할 수 있게 되어 있다. 주제어기(B₁)와 중계박스(B₀) 사이는 배선(Sg₁)으로 접속되어 있고, 중계박스(B₀)와 각 부제어기(B₂내지 B_n) 사이는 배선(Sg₂내지 Sg_n)으로 접속되어 있다. 주제어기(B₁)에는 타이머(T₁)가, 부제어기(B₂내지 B_n)에는 타이머(T₂내지 T_n)가 설치되어 있다. 주압축기(A₁)의 토출측(d₁) 및 부압축기(A₂내지 A_n)의 토출측(d₂내지 d_n)에는 토출측 압력을 계측하는 압력계(dt₁내지 dt_n)가 설치되어 있다. 주압축기(A₁)의 토출측(d₁) 및 부압축기(A₂내지 A_n)의 토출측(d₂내지 d_n)은 토출배관(Cd)으로 배관접속되어 있고, 각 압축기(A₁내지 A_n)에서 압축된 가스가 기체 저장탑 등의 가스홀더 (1)에 모인다. 가스홀더(1)의 하류측에는 압축가스로부터 불순물을 제거하는 가스분리장치 또는 가스가 압축되어 생긴 드레인수를 압축가스로부터 제거하는 제습장치(2)가 설치되어 있다. 또한 이 가스분리장치 또는 제습장치(2)의 하류측에는 압축가스로부터 먼지 등을 제거하는 필터(3)가 설치되어 있다. 필터(3)로 먼지성분을 제거하여 청정해진 압축가스는 가스헤더(4)로부터 수요원(5)의 각 장치(u₁내지 um)의 흡입측(s₁내지 sm)으로 보내진다.

이와 같이 구성한 본 실시예의 동작에 대하여 이하에 설명한다. 또한 본 실시예에서는 주압축기를 1대, 부압축기를 3대, 수요원의 장치를 5대로 하고 있다.수요원의 장치(u₁내지 u₅)의 가동상태에 따라 스크류 압축장치의 부하율은 변화한다. 여기서 부하율(Θ)은 수요원(5)에서 소비되는 가스의 유량(ΣQi)과 각 스크류 압축기의 최대 유량(Q_1max내지 Q_4max)(m³/min)과의 비로 나타내는 양이다. 즉,

Θ= ΣQi/(Q_1max+ Q_2max+ Q_3max+ Q_4max)

그런데 종래의 스크류 압축장치에서는, 도 2의 상단에 나타내는 바와 같이 부하율이 변화되었을 때에는 예를 들면 주압축기(A1)에 설치한 스크류 압축장치의 토출압력은 도 2의 하단과 같이 변화하고 있다. 이 하단의 도면에 있어서, P₁은 수요원에서 필요한 압력(말단압력)이고, 스크류 압축장치가 토출압력으로서 보증하는 값이다. 이 P₁에는 압력계가 검출한 장소로부터 수요원까지의 배관손실 등의 각종 손실이 예상되고 있다. P₂는 복수의 스크류 압축기(A₁내지 A₄)의 용량제어나 대수제어에 따르는 운전상황의 변화 시의 변동분의 버퍼를 포함한 값이다. 또한 P₃은 스크류 압축기를 용량제어할 때의 무부하 운전개시 압력이다. 스크류 압축기의 빈번한 온/오프에 의한 기기의 손모를 방지하도록, 이 P₃는 설정되어 있다. 예를 들면 토출압력이 게이지압력으로 0.7 MPa의 스크류 압축장치에서는 P₁은 0.7 MPa + x (x는 유로저항 손실분)이고, P₂는 P₁보다 0.02 MPa 정도 높은 압력, P3은 0.8 MPa 로 설정된다.

도 2에서 분명한 바와 같이, 수요원(5)측의 부하율이 감소되면 스크류 압축장치의 말단압력이 상승하고 있다. 이는 수요원(5)측의 가스소비량이 감소하여 스크류 압축기(A₁내지 A₄)의 토출측(d₁내지 d₄)으로부터 수요원(5) 장치(u₁내지 u₅)의 흡입측(s₁내지 s₅)까지의 배관압력 손실이 저하된 것도 한가지 원인이다.

스크류 압축장치에 필요한 압력은 어디까지나 P₁이며, 수요원(5) 장치(u₁내지 u₅)의 가동이 저하되어 부하율이 감소되었을 때에는 도 2의 하단에 빗금으로 나타낸 부분인, 압력(P₃과 P₂) 사이의 부분은 전혀 불필요한 압축이 된다. 따라서 본 발명에서는 도 2의 빗금으로 나타내는 부분을 저감함으로써, 스크류 압축장치의 축동력을 저감하고 있다.

이 동력저감의 원리를 도 3을 사용하여 설명한다. 주스크류 압축기(A₁)와 3대의 부스크류 압축기(A₂내지 A₄)의 용량이 모두 같은 경우를 예로 든다. 수요원의 가스소비량이 부하율(Θ)로 100%로부터 0%로 변화된다고 한다. 부하율이 100%일 때에는 스크류 압축기를 모두 운전하지 않으면 수요원(5)의 가스소비를 공급할 수 없으므로, 스크류 압축기 모두를 부하 운전한다. 이 때를 시간(O)으로 한다. 부하율(Θ)이 100%로부터 75%까지 감소하는 시간(O 내지 t₁) 사이에서는 3대의 스크류 압축기(A₁내지 A₃)를 전부하(全負荷) 운전한다. 이것을 도 3에서 영역(AR₂)으로 나타낸다. 한편, 스크류 압축기(A₄)의 1대 만을 용량제어 운전한다. 본 실시예에서는 용량제어 운전은 부하 운전과 무부하 운전을 반복함으로써 실행된다. 이 용량제어 운전은 도 3의 영역(AR₁)으로 표시되어 있다.

부하율이 75%로부터 50%로 감소하는 시간(t₁내지 t₂)에 있어서는 먼저 용량제어 운전하고 있던 압축기(A₄)를 정지하고, 새로이 압축기(A₃)를 용량제어 운전한다. 이 때 다른 2대의 압축기(A₁, A₂)는 전부하 운전을 계속한다. 부하율이 50%로부터 25%로 더욱 감소되는 시간(t₂내지 t₃)에 있어서는, 용량제어 운전하고 있던 압축기(A₃)를 정지하고, 새로이 압축기(A₂)를 용량제어 운전한다. 이 때 압축기(A₄)는 정지한 채이고, 압축기(A₁)는 전부하 운전을 계속한다. 부하율이 25%로부터 0%까지 변화하는 시간(t₃내지 t₄)에 있어서는 압축기(A₂)를 정지하고 압축기(A₁)를 용량제어 운전한다. 압축기(A₃, A₄)는 정지한 채이다.

복수의 스크류 압축기를 이와 같이 대수 제어할 때에 있어서, 용량제어하는 압축기의 토출압력을 그 압축기의 부하율에 따라 변화시킨다. 여기서 각 압축기의 부하율은, 전부하운전중인 압축기는 100% 이고 정지중인 압축기는 0% 이다. 용량제어 운전중인 압축기(Ak)의 부하율(Θ)로부터 스크류 압축장치의 부하율(Θ)은 다음식으로 구해진다. 또한 각 압축기의 부하율(Θ)은 수요원(5)의 가스소비량 (ΣQi) 및 각 압축기(Aj)의 최대 유량(Qmaxj) (j = 1 내지 4)으로부터 구한다.

따라서 용량제어 운전중인 압축기의 부하율이 감소되면, 부하율(Θ)에 따라 그 압축기의 토출압력을 최대 토출압력(Pmax)으로부터 Pmax₃→Pmax₂→Pmax₁와 같이 점차 감소시킨다. 이 때 전부하 운전중인 다른 압축기는 토출측 배관(Cd)으로 용량제어중인 압축기와 연통하고 있기 때문에, 용량제어중인 압축기와 동일한 압력 변화를 한다.

이 토출압력의 저하량은 이하와 같이 하여 결정한다. 미리 주제어기(B1)의 기억부에 각 스크류 압축기(A₁내지 A₄)의 최대 유량(Qmax₁내지 Qmax₄)이 기억되어 있다. 주제어기(B1)의 기억부에는 스크류 압축장치가 구비하는 모든 압축기(A₁내지 A₄)를 전부하 운전시켰을 때의 압축기(A₁내지 A₄)의 토출(d₁내지 d₄)측으로부터 수요원의 기기입구(S₁내지 S₅)까지의 배관압력손실(P_L0SS)의 데이터도 기억되어있다.

(식 1)을 사용하여 스크류 압축장치 전체의 부하율(Θ)을 구하고, 이 부하율 (Θ)에서의 배관압력 손실(P_L)을 다음식에 의해 구한다.

여기서 k는 스크류 압축기(A₁내지 A₄)와 수요원(5)의 장치(u₁내지 u₅) 사이에 설치되어 있는 기기의 종류 차이에 의해 다른 압력손실의 종류에 따라 배관압력손실(P_L)을 조정하는 지수이다. 이 식으로부터 배관압력 손실차(ΔP_L)를 다음식으로 구한다.

즉, 부하율이 Θ일 때에는 최대 부하율시보다 ΔP_L만큼 적은 압력으로 스크류 압축장치를 운전하면 되는 것을 알 수 있다. 상기 식(1) 내지 (3)을 사용하여 각 부하율에 대하여 배관압력 손실차( ΔP_L)를 구하고, 그 구한 압력 손실차( ΔP_L)를 각 부제어기(B₂내지 B₄)에 전달한다.

이 구체예를 도 4에 나타낸다. 시간(t₀)에서는 수요원(5)에 필요한 하한압력(Pmin)밖에 없는 것으로 한다. 여기서 수요원(5)에서 가스가 소비되고 있기 때문에 용량제어용 압축기를 무부하 운전으로부터 부하 운전으로 바꾼다. 이 때 압력계가 검출한 토출압력은 Pmin으로부터 Pmax까지 상승한다. 또한 Pmin과 Pmax의 평균 압력을 Pave로 나타낸다. 시간(t₁)에 있어서 최대 압력에 도달하면 용량제어용 압축기는 부하 운전으로부터 무부하 운전으로 바뀐다.

시간(t₂)에 있어서 하한 압력에 도달하였으므로, 주제어기는 용량제어용 압축기를 무부하 운전으로부터 부하 운전으로 바꾸려고 한다. 그러나, 이 도 4에는도시 생략하였으나 부하율이 감소되어 있기 때문에 토출압력의 설정치를 변경한다. 즉, 용량제어용 압축기의 부하 운전개시 압력 및 무부하 운전개시 압력을 지금까지는 Pmin과 Pmax 로 하고 있었으나, 이들을 각각 Pxmin과 Pxmax까지 저하시킨다. 그 때문에 용량제어용 압축기의 토출측에서 측정한 토출압력은, 종래의 제어방법에 의하면 도 4의 Pα로 나타내는 선으로 표시되나, 상기 도면의 Pβ로 나타내는 선과 같은 변화가 된다.

또한 상기 도 4의 실시예의 경우에는, 시간(t₅)에 있어서 부하율이 상승하였기 때문에, 용량제어용 압축기의 토출압력의 하한 설정치 및 상한 설정치를 Pmin과 Pmax로 복귀시키고 있다. 이하, 이와 같은 제어를 반복한다.

토출압력이 도 4에 나타낸 변화를 할 때의 스크류 압축기의 축동력(L)의 변화를 상기 도면의 하단에 나타낸다. 부하율(Θ)이 100%에 가까울 때는 축동력(L)은 토출압력의 설정 하한치(Pmin) 및 설정 상한치(Pmax)에 대응한 하한치(Lmin)와 상한치(Lmax) 사이에서 변화한다(Lα). 부하율이 감소하여 토출압력의 설정 하한치 및 상한치가 Pxmin과 Pxmax로 변화되면, 축동력(L)도 그것에 대응하여 하한치 (Lxmin)와 상한치(Lxmax)로 변화된다(Lβ). 따라서 도 4에서 빗금으로 나타낸 면적 분만큼 토출압력의 설정치를 변경하지 않을 때보다 축동력을 저감할 수 있다.

상기 실시예에서는 부하율의 산정에 수요원(5)의 가스 소비량을 사용하고 있다. 이 가스 소비량은 토출배관(Cd)계에 유량계를 설치함으로써 구해진다. 그러나 대용량의 스크류 압축장치에서는 유량계가 고가가 되기 때문에 일반적으로는 주제어기(B₁) 또는 부제어기(B₂내지 B₄)에 설치한 타이머(T₁내지 T₄)로 계측한 시간으로부터 유량을 구하고 있다. 즉, 용량제어 압축기의 부하율(Θi)이 클 때는 그 용량을 제어하는 압축기의 부하 운전의 시간은 길어지고, 무부하 운전의 시간은 짧아진다. 반대로 용량을 제어하는 압축기의 부하율(Θi)이 작을 때는 용량을 제어하는 압축기의 부하 운전의 시간은 짧아지고, 무부하 운전의 시간이 길어진다.

그러므로 전환주기를 계측함으로써, 부하율에 대응시킨다. 무부하 운전의 시간을 Δt₂, 부하 운전의 시간을 Δt₁으로 하면, 전환주기인 사이클 타임(Δt)은 다음식으로 표시된다.

Δt = Δt₁+ Δt₂

주제어기(B₁)가 구비하는 타이머(T₁)가 이 사이클 타임(Δt및 Δt₁과 Δt₂₎를 계측하고, 주제어기(B₁) 그 시간(Δt)이 설정범위(Δtmin내지 Δtmax)에 있는 지의 여부를 주제어기(B₁)는 판단한다. 전환주기(Δt)가 설정범위보다 너무 짧으면, 전환에 필요한 각 제어밸브의 온/오프빈도가 높아져 제어밸브가 소모된다. 그 때문에 전환주기(Δt)는 설정 하한 이상으로 하는 것이 바람직하다.

한편, 전환주기(Δt)가 설정 상한 이상인 것은, 스크류 압축장치의 능력에 대하여 가스 소비량이 극단적으로 많거나 극단적으로 적거나 어느 하나이다. 가스 소비량의 많고 적음은 부하 운전과 무부하 운전의 비율로부터 결정할 수 있다. 따라서 이 부하 운전과 무부하 운전과의 비와 사이클 타임으로부터 가스 소비량이 극단적으로 적을 때를 알 수 있다. 이 경우 상기한 이유에 의해 토출압력의 상한치를 저하하여 쓸데 없는 동력의 사용을 저감하는 것이 바람직하다. 또 사이클 타임이 길더라도 부하 운전의 비율이 많을 때는 가스 소비량이 많기 때문에 토출압력을 저하시키지 않는다.

사이클 타임을 측정하여 토출압력을 변화시키는 제어의 플로우를 도 5에 나타낸다. 이 플로우는 주제어기(B₁)에서 실행된다. 처음에 무부하 운전으로부터 전부하 운전으로 전환하는 압력인 하한 압력(Pmin)을 설정한다. 이에 대하여 배관압력 손실차(ΔP_L)의 초기 설정치를 사용하여 무부하 운전으로 전환하는 압력인 상한 압력(Pmax)을 설정한다. 또한 스크류 압축장치에서 사용되는 제어밸브 등의 제어부품의 수명을 고려하여 결정된 최소 전환시간(Δtmin)도 설정한다(단계 6). 스크류 압축장치를 운전하여 수요원의 가스 소비량에 따른 사이클 타임(Δt)을 측정한다(단계 7). 이 사이클 타임(Δt)의 측정에서는 사이클 타임(Δt)을 복수회 측정한 평균치를 사용하여 돌발적인 변화 등에 의한 영향을 제외하고 있다.

이어서 측정한 사이클 타임(Δt)을 먼저 설정한 사이클 타임의 최소치(Δtmin)과 비교한다(단계 8). 측정한 사이클 타임(Δt)이 설정 최소치 (Δtmin)와 같을 때에는 설정을 그대로 한다(단계 9a). 측정한 사이클 타임(Δt)이 설정 최소치(Δtmin)보다 작을 때(단계 9b) 또는 측정한 사이클 타임(Δt)이 설정 최소치(Δtmin)보다 클(단계 9c) 때는 모두 상한설정 압력(Pmax)을 다음식에 의해 변경한다.

Pmax - Pmin = ΔPx = ΔP_L×Δtmin/Δt

이상의 동작을 반복한다(단계 Z). 이에 의하여 하한설정 압력(Pmin)과 상한설정 압력(Pmax)과의 압력차(ΔPx)를 필요 최소한으로 제어가능하고, 이 데이터를 부제어기(B₂내지 B₄)에 전달함으로써, 스크류 압축기(A₁내지 A₄)측의 토출압력의 변동폭을 저감할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예를 도 6에 나타낸다. 본 실시예는 하한설정 압력 (Pmin)은 바꾸지 않고, 상한설정 압력(Pmax)만 바꾸는 경우이다. 하한설정 압력 (Pmin)은 수요원(5) 장치(u₁내지 u₅)의 필요 압력에 의해 제한된다. 그 때문에 하한설정 압력(Pmin)을 바꾸는 것이 곤란한 경우가 있다. 본 실시예는 그와 같은 경우의 동력저감방법이다. 도 6의 상단은 종래의 부하 - 무부하형의 압축기 운전제어의 경우의 토출압력의 변화를 나타내는 도면이다. 사이클 타임(Δt)은 Δtα이고, 사이클 타임의 설정범위(Δtmin 내지 Δtmax) 밖에 있다. 따라서 상기 도면의 하단에 나타내는 바와 같이 사이클 타임이 설정점위(Δtmin 내지 Δtmax) 내가 되도록 상한설정 압력을 Pmax보다 낮은 Pxmax 로 설정한다. 그 결과 사이클 타임은 Δtα보다 짧은 Δtβ가 되어 Lmax와 Lmin 사이의 빗금으로 나타낸 부만큼 동력을 저감할 수 있다.

도 7에 본 발명의 또 다른 실시예를 나타낸다. 본 실시예는 상기 2개의 실시예를 조합한 것이다. 즉 부하율에 따라 압축기 토출측의 상한설정 압력 및 하한설정 압력의 쌍방을 변화시키는 제 1 단계와, 하한설정 압력이 설정한계에 도달하였을 때에 상한설정 압력만을 변화시키는 제 2 단계로 이루어진다. 가스 소비량이 감소하였기 때문에 상한설정 압력을 Pmax로부터 Pxmax로 바꿈과 동시에, 하한설정 압력도 Pmin으로부터 Pxmin으로 저하시킨다. 그 결과 사이클 타임이 Δta로부터 Δtb 로 변화하였다. 사이클 타임(Δt)이 Δtb 이더라도 허용범위보다 길기 때문에 다시 사이클 타임이 허용범위내인 Δtc 가 되도록 설정상한 압력을 Pxmax로부터 Pymax로 저하시킨다. 이에 의하여 상기 실시예와 마찬가지로 스크류 압축기의 축동력을 저감할 수 있다.

상기 실시예에서는 주스크류 압축기 1대, 부스크류 압축기 3대, 수요원의 장치 5대를 예로 들어 설명하였으나, 스크류 압축기나 수요원의 장치의 대수는 이들에 한정되지 않음은 물론이다. 또 토출측의 압력계를 각 스크류 압축기마다 설치하고 있으나, 이것도 스크류압축기의 토출배관으로부터 수요원 장치까지의 배관 사이의 압력을 계측할 수 있는 것이면, 1개 뿐이어도 된다. 또 타이머를 각 제어기마다 설치하고 있으나, 이것도 1개 뿐이어도 된다. 또한 주제어기 및 주스크류 압축기를 고정하고 있으나, 운전대수에 따라 주제어기나 주스크류 압축기를 바꾸 도록 하여도 된다. 또 운전을 쉬는 압축기를 적절히 변경하여 스크류 압축기의 가동시간을 평균화시켜 스크류 압축장치의 메인티넌스빈도를 저감하도록 하여도 된다. 또한 상기 실시예에서는 압축기의 용량을 동일하게 하고 있으나, 압축기의 용량이 다른 것을 복수대 조합시켜도 되는 것은 물론이다.

즉, 본 명세서에 기재한 상기 실시예는 예시적인 것으로, 한정적인 것이 아니다. 본 발명의 참된 정신 및 범위내에 존재하는 변형예는 모두 본 발명에 포함된다.

상기 각 실시예에 의하면, 수요원의 가스 소비량인 부하율의 변화에 따라 스크류 압축장치의 토출압력 범위를 자동조정하여 전부하 운전시간과 무부하 운전시간의 전환간격 시간을 미리 정한 전환간격 시간범위로 하였으므로 평균 운전압력을 저하시킬 수 있다. 그 결과 운전 동력을 저감할 수 있어 에너지 절약이 가능하게 되었다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 수요원의 압축가스 소비량인 부하율에 따라 압축기의 토출압력을 제어하였기 때문에 쓸데 없는 압축기의 동력을 저감할 수 있어 에너지 절약이 된다.

Claims

부하 운전과 무부하 운전을 반복하여 용량을 제어하는 스크류 압축기를 복수대 구비한 스크류 압축장치에 있어서,

수요원의 압축가스 소비량에 따라 스크류 압축기의 운전대수를 결정하고, 운전하는 스크류 압축기는 1대의 제 1 스크류 압축기를 제외한 나머지 모든 제 2 스크류 압축기를 부하 운전시키고, 상기 제 1 스크류 압축기의 부하율에 따라 제 1및 제 2 스크류 압축기 전부의 토출압력을 변화시키는 제어수단을 설치한 것을 특징으로 하는 스크류 압축장치.
제 1항에 있어서,

상기 제어수단은 제 1 스크류 압축기의 부하율이 저하하였을 때에, 부하 운전개시 압축기 토출압력 및 무부하 운전개시 압축기 토출압력의 쌍방을 제 1 스크류 압축기의 미리 정한 정격의 부하 운전개시 압축기 토출압력 및 정격의 무부하 운전개시 압축기 토출압력보다도 저하시키는 것을 특징으로 하는 스크류 압축장치.
제 2항에 있어서,

상기 제어수단은 저하시킨 부하 운전개시 압축기 토출압력이 미리 정한 하한치를 넘을 때는 이 하한치에 부하 운전개시 압축기 토출압력을 설정하는 것을 특징으로 하는 스크류 압축장치.
제 2항에 있어서,

상기 제어수단은 상기 제 1 스크류 압축기의 부하 운전으로부터 다음의 부하 운전까지의 주기가, 미리 정한 시간범위 밖에 있을 때는 제 1 스크류 압축기의 무부하운전개시 압축기 토출압력을 미리 정한 정격의 무부하 운전개시 압축기 토출압력보다도 저하시키는 것을 특징으로 하는 스크류 압축장치.
부하 운전과 무부하 운전을 행하는 1대의 주스크류 압축기와, 이 주스크류 압축기의 토출측에 배관 접속되어 부하 운전과 무부하 운전을 행하는 적어도 1대의 부스크류 압축기와, 주스크류 압축기를 제어하는 주제어기와, 이 주제어기에 접속되어 각 부스크류 압축기마다 설치된 부제어기와, 상기 주스크류 압축기의 토출측의 배관과 이 배관으로부터 연장되어 수요원에게 토출가스를 유도하는 배관중 어느 하나에 설치한 토출압력 계측수단과, 부하 운전과 무부하 운전의 사이클시간을 계측하여 상기 주제어기 또는 부제어기의 적어도 어느 하나에 설치된 타이머를 구비한 스크류 압축장치에 있어서,

상기 주제어기는 상기 타이머가 계측한 사이클시간에 의거하여 부하율을 구하고, 이 부하율에 따라 운전하는 스크류 압축기의 운전대수를 결정하고, 결정된 운전하는 스크류 압축기중에서 1대의 스크류 압축기를 부하 운전시키고, 나머지 1대에 대해서는 부하운전과 무부하 운전을 반복하도록 제어하고, 이 1대의 스크류 압축기에 대해서는 상기 타이머가 새로 계측한 사이클 타임에 의거하여 부하율을구하고, 이 부하율에 따라 상기 토출압력 계측수단이 계측하는 토출압력을 변화시키는 것을 특징으로 하는 스크류 압축장치.
제 5항에 있어서,

상기 주제어기는 부하율이 감소하면 상기 토출압력 계측수단이 계측하는 토출압력이 저하하도록 상기 1대의 스크류 압축기를 제어하는 것을 특징으로 하는 스크류 압축장치.
부하 운전과 무부하 운전을 행하는 복수대의 스크류 압축기의 토출측을 연통한 스크류 압축장치의 운전방법으로서,

모든 스크류 압축기를 운전하여 얻어진 부하 운전과 무부하 운전의 사이클 타임으로부터 부하율을 구하고, 이 부하율에 의거하여 운전하는 스크류 압축기의 대수를 결정하고, 운전하는 스크류 압축기의 1대는 부하 운전과 무부하 운전을 반복하도록 운전시키고, 운전하는 스크류 압축기의 나머지의 스크류 압축기는 부하 운전시켜 부하 운전과 무부하 운전을 반복하는 스크류 압축기에 대하여 새로이 사이클 타임을 계측하여 부하율을 구하고, 이 부하율에 따라 부하 운전과 무부하 운전을 반복하는 스크류 압축기의 토출압력을 변화시키는 것을 특징으로 하는 스크류 압축장치의 운전방법.
제 7항에 있어서,

상기 부하 운전과 무부하 운전을 반복하는 스크류 압축기의 부하 운전개시 토출압력 및 무부하 운전개시 토출압력을 부하율이 저하됨에 따라 저하시키는 것을 특징으로 하는 스크류 압축장치의 운전방법.
제 8항에 있어서,

상기 부하 운전과 무부하 운전을 반복하는 스크류 압축기의 부하 운전개시 토출압력이 미리 정한 하한압력에 도달하였을 때는 부하 운전개시 토출압력을 상기 하한치로 설정하여 무부하 운전개시 토출압력을 변화시키는 것을 특징으로 하는 스크류 압축장치의 운전방법
제 7항에 있어서,

상기 토출압력을 스크류 압축장치가 가지는 복수대의 스크류 압축기중의 1대에 설치한 주제어기가 제어하는 것을 특징으로 하는 스크류 압축장치의 운전방법.
제 10항에 있어서,

상기 나머지의 스크류 압축기가 각각 가지는 부제어기를 상기 주제어기가 제어하는 것을 특징으로 하는 스크류 압축장치의 운전방법.