KR20150134397A - Methods and systems for controlling turbocompressors - Google Patents
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Abstract
서지를 방지하기 위한 터보압축기의 조절 방법이 설명된다. 상기 방법은, 터보압축기(21)의 적어도 하나의 서지 한계 라인(Surge Limit Line; SLL)을 마련하는 단계; 터보압축기(21)의 보정 속도 (Nc)의 실제값을 연속적으로 결정하는 단계; 보정 속도의 실제값에 대응하는, 서지 한계 라인 상의 적어도 하용 가능 최대 압력비(PRmax)를 연속적으로 결정하는 단계; 실제 압력비(PR)를 연속적으로 결정하는 단계; 및 실제 압력비가 허용 가능 최대 압력비 이상인 경우에 서지 방지 장치를 작동시키는 단계를 포함한다.A method of controlling a turbo compressor to prevent surge is described. The method includes providing at least one Surge Limit Line (SLL) of the turbo compressor (21); Continuously determining an actual value of the correction speed Nc of the turbo compressor 21; Continuously determining at least the usable maximum pressure ratio PRmax on the surge limit line, corresponding to the actual value of the correction speed; Continuously determining an actual pressure ratio PR; And operating the surge protector if the actual pressure ratio is greater than an allowable maximum pressure ratio.
Description
본 개시는 압축기 시스템에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 가스 유동을 처리하기 위한 축류 압축기 및/또는 원심 압축기를 포함하는 터보압축기에 관한 것이다. 본 개시의 보호 대상은 구체적으로는 서지(surge) 및 다른 바람직하지 않은 작동 조건과 같은 작동 한계점(operating envelope)을 벗어나는 현상을 방지하도록 압축기 장치를 제어하기 위한 방법 및 시스템에 관한 것이다.The present disclosure relates to a compressor system, and more particularly to a turbocompressor including an axial compressor and / or a centrifugal compressor for treating a gas flow. BACKGROUND OF THE INVENTION The subject matter of this disclosure is specifically directed to a method and system for controlling a compressor device to prevent a phenomenon deviating from a operating envelope, such as surge and other undesirable operating conditions.
터보압축기는 가스상 작동 유동의 압력을 부스팅하는 데 사용되는 일 흡수 터보기계이다. 작동 유체의 압력은 원형 배열의 하나 이상의 임펠러 및/또는 하나 이상의 세트의 블레이드를 지지하는 로터의 회전을 통해 작동 유체의 연속적인 유동에 운동 에너지를 더하는 것에 의해 증가된다. 터보압축기는 종종, 예컨대 가스를 생산지로부터, 가스 및 오일 어플리케이션, 냉각 시스템, 가스터빈 및 다른 어플리케이션에 있는 소비자 위치로 이동시키기 위한 천연 가스 파이프라인 수송에 사용된다.Turbo compressors are one-piece turbomachinery used to boost pressure in a gas-phase working flow. The pressure of the working fluid is increased by adding kinetic energy to the continuous flow of the working fluid through rotation of the rotor supporting one or more impellers and / or one or more sets of blades in a circular array. Turbo compressors are often used to transport natural gas pipelines, for example, to move gas from a production site to consumer locations in gas and oil applications, refrigeration systems, gas turbines, and other applications.
터보압축기를 통한 유체의 유동은, 터보기계의 심각한 손상을 유발할 수 있는 불안정한 작동을 초래하는 다양한 조건에 의해 영향을 받을 수 있다.The flow of fluid through the turbocompressor can be affected by various conditions that result in unstable operation that can cause serious damage to the turbomachine.
압축기 서지는, 압축기를 통해 흐르는 작동 유체의 압력이 허용 가능 최대 출력 압력을 넘어 증가할 때 및/또는 유량이 최소 한계 아래로 떨어지는 경우에 발생한다.The compressor surge occurs when the pressure of the working fluid flowing through the compressor increases beyond an acceptable maximum output pressure and / or when the flow rate falls below a minimum limit.
일반적으로, 압축기는 시스템 저항, 즉 급속한 유동과 배출 압력 감소를 초래하는, 시스템 전반에 걸친 헤드드롭(head drop)을 극복하기 위해 작동 유체에 충분한 에너지를 추가할 수 없을 때에 발생한다. 서지는, 높은 진동, 온도 증가 및 압축기 샤프트의 베어링 상의 축방향 추력에서의 급속한 변화를 수반할 수 있다. 이러한 현상은 압축기를 그리고 밸브 및 배관과 같은 압축기에 연결된 시스템의 구성요소도 또한 극심하게 손상시킬 수 있다.Generally, a compressor occurs when it can not add enough energy to the working fluid to overcome the system resistance, i.e., head drop across the system, resulting in rapid flow and reduced discharge pressure. The surge can be accompanied by high vibrations, temperature increases and rapid changes in the axial thrust on the bearings of the compressor shaft. This phenomenon can also severely damage the compressor and components of the system connected to the compressor, such as valves and piping.
다른 바람직하지 않은 작동 조건은 터보압축기의 작동 중에 발생할 수 있다. 보다 상세하게는, 초크(이따금 스톤월(stonewall)이라고도 함)는, 증가된 유동이 헤드에서의 급속한 감소를 초래하고, 유동의 압축비가 증가하는 조건이다. 높은 유량에서의 작동은 압축기 성능에 악영향을 주고, 압축기 손상을 초래할 수 있다.Other undesirable operating conditions may occur during operation of the turbocompressor. More specifically, chokes (sometimes referred to as stonewalls) are conditions in which increased flow results in a rapid decrease in the head and compression ratio of the flow increases. Operation at high flow rates adversely affects compressor performance and may cause compressor damage.
서지 및 초크 현상이 발생하는 것을 방지하기 위해, 제어 시스템이 개발되었고, 터보압축기 설비에서 현재 사용되고 있다.To prevent surge and choke phenomena, control systems have been developed and are now being used in turbo compressor installations.
도 1은 원동기(5), 예컨대 전기모터, 가스 또는 증기터빈 등에 의해 회전하도록 구동되는 터보압축기(3)로 구성된 시스템(1)의 예시적인 실시예를 개략적으로 보여준다. 참조번호 7은 흡입 라인을 나타내며, 이 흡입 라인으로부터 작동 유체가 터보압축기(3)의 흡입측 또는 유입측으로 공급된다. 참조번호 9는 이송 파이프를 지칭하며, 이 이송 파이프를 통해 압축 유체가 압축기(3)의 배출측으로부터 이송된다.1 schematically shows an exemplary embodiment of a
도 2는 압축기 성능 맵, 통상적으로 축류 압축기의 압축기 성능 맵을 개략적으로 예시한다. 압축기 성능 맵은 수직축을 따른 압력비와 수평축 상에 기록되는 유입 체적 유량을 보여준다. 유입 유량은 문자 Q로 나타낸다. 압축기의 작동 조건, 예컨대 회전 속도(rpm)에 따라, 복수 개의 예상 성능 곡선이 압축기 성능 맵에 기록될 수 있다. 각각의 곡선은 상이한 압축기 회전 속도에 대응할 수 있다. 따라서, 주어진 압축기 셋업에 있어서 성능 곡선들의 군이 압축기 성능 맵에 기록될 수 있다. 터보압축기의 상이한 셋업 또는 작동 조건에 대해서, 예컨대 가변 스테이터 베인(Variable Stator Vane; VSV)의 다양한 위치에 대해서 유사한 곡선 군들이 얻어질 수 있다. 각각의 성능 곡선은 서지 포인트, 즉 압축기를 통한 압력비와 가스 유동이 소정 값을 달성하는 포인트에 의해 제한되며, 서지 현상은 서지 포인트를 넘어설 때 발생될 것이다. 각각은 성능 곡선은 초크 포인트에 의해 더욱 제한되며, 초크 포인트를 넘어설 때 초크 현상이 발생한다. 라인 SLL은, 압축기 성능 맵 상에 기록되는 다양한 성능 곡선들의 서지 포인트에 의해 형성되는 소위 서지 한계 라인(Surge Limit Line)이다. 라인 CLL은 초크 포인트에 의해 형성되는 초크 한계 라인이다. 라인 SLL과 CLL은 한계점, 즉 터보압축기의 안정한 작동 조건을 보장하고 서지와 초킹 조건을 방지하도록 압축기의 작동 포인트가 유지되어야만 하는 성능 맵의 일부를 형성한다.Figure 2 schematically illustrates a compressor performance map, typically a compressor performance map of an axial compressor. The compressor performance map shows the pressure ratio along the vertical axis and the inlet volumetric flow recorded on the horizontal axis. The influent flow is represented by the letter Q. Depending on the operating conditions of the compressor, for example the rotational speed (rpm), a plurality of expected performance curves can be recorded in the compressor performance map. Each curve may correspond to a different compressor rotational speed. Thus, for a given compressor set-up, a group of performance curves can be recorded in the compressor performance map. Similar curves can be obtained for different setups or operating conditions of the turbocompressor, e.g., for various positions of a Variable Stator Vane (VSV). Each performance curve will be limited by the bimodal point, ie, the pressure ratio through the compressor and the point at which the gas flow attains the desired value, and the surge will occur when it crosses the surge point. In each case, the performance curve is further limited by the choke point, and a choke phenomenon occurs when the choke point is exceeded. The line SLL is a so-called Surge Limit Line formed by the surge points of the various performance curves recorded on the compressor performance map. The line CLL is the choke limit line formed by the choke point. The lines SLL and CLL form part of the performance map, which must be maintained at the operating point of the compressor in order to guarantee a limit, i.e., a stable operating condition of the turbo compressor and to prevent surge and choking conditions.
이에 따라, SLL과 CLL은 터보압축기의 작동 한계를 나타내며, 이 작동 한계를 넘어서면 터보압축기는 서지 및 초크 현상의 위험을 방지하기 위해 작동하지 않을 것이다. 기지의 압축기 시스템은, 터보압축기가 성능 맵의 안정화 영역 내부에서, 즉 서지 한계 라인 SLL과 초크 한계 라인 CLL 사이에서 지속적으로 작동하도록 터보압축기를 제어하는 제어 디바이스 및 장치로 구성된다.Accordingly, SLL and CLL represent the operating limits of the turbo compressor, and beyond this operating limit, the turbocompressor will not work to prevent the risk of surges and choke phenomena. The known compressor system consists of a control device and a device for controlling the turbo compressor so that the turbo compressor continuously operates within the stabilization zone of the performance map, i.e. between the surge limit line SLL and the choke limit line CLL.
도 1의 다이어그램에서, 제어 유닛(11)은 터보압축기를 둘러싸는 다양한 기기에 접속되어, 터보기계의 작동 조건을 결정하고 서지 및 초크 현상이 발생하는 것을 방지하기 위해 서지 방지 제어 및 초크 방지 제어를 제공한다.In the diagram of Figure 1, the
보다 상세하게는, 도 1에 도시한 바와 같이 제어 유닛(11)은 터보압축기(3)의 유입 체적 유량을 결정하도록 디자인되고 구성되는 유량 요소(13)라고도 하는 유량 측정 디바이스에 연결된다. 유입측 또는 흡입측에 있는 온도 센서는 온도값 Ts를 제공하고, 압력 센서는 이송 압력값 Pd와 흡입 압력값 Ps 또는 직접적으로 압축기 Pd/Ps를 제공한다.1, the
입력 데이터에 기초하여, 제어 유닛(11)은 터보압축기(3) 작동의 각각의 그리고 매순간마다 유입 체적 유량 및 압력비를 결정할 수 있다. 이러한 2개의 파라메터는 도 2의 압축기 성능 맵 상의 작동 포인트를 형성한다. 다른 파라메터로서, 압축기의 회전 속도 N(rpm)이 제공될 수 있고, 이에 따라 성능 맵에 있는 압축기 작동 포인트의 실제 위치를 결정하기 위해 정확한 작동 커브가 선택될 수 있다. 작동 포인트가 서지 한계 라인 SLL에 가깝게 이동하면, 서지 제어 시스템은 서지 방지 바이패스 밸브를 작동시킨다. 서지 방지 바이패스 밸브(15)는 압축기(3)의 이송측과 흡입측을 연결하는 바이패스 라인(17) 상에 배치된다. 터보압축기(3)에 의해 이송되는 작동 유체 부분은 필요하다면 서지 현상을 방지하기 위해 서지 방지 밸브(15)를 통해 재순환될 수 있다. 작동 포인트가 서지 한계 라인 SLL에 접근하도록 이송 압력이 증가할 때, 서지 방지 제어 장치는, 압축기를 통한 유량이 증가하고 이송 압력이 감소될 수 있도록 서지 방지 바이패스 밸브(15)를 개방한다.Based on the input data, the
작동 유체는 서지 방지 밸브(15)를 통해 재순환되기 전에 열교환기(19)에서 냉각될 수 있다.The working fluid can be cooled in the
몇몇 실시예에서, 서지 제어 장치는 송출(bleeding) 라인을 제공할 수 있으며, 이 송출 라인을 따라 서지 방지 밸브가 배치되고, 이 송출 라인은 가스의 속성이 허락한다면 처리 가스를 주위 환경으로 배출하도록 구성된다.In some embodiments, the surge control device may provide a bleeding line, along which a surge protection valve is disposed which, if the nature of the gas permits, allows the process gas to be discharged to the ambient environment .
압축기의 초킹은 흡입 라인(7)을 따라 또는 터보압축기(3)의 상류 또는 하류에 있는 배출 라인을 따라 배치된 초크 방지 제어 밸브를 폐쇄하는 것에 의해 방지될 수 있다.The choking of the compressor can be prevented by closing the choke control valve disposed along the
실제 기지의 해결책은 서징 현상을 방지하기 위한 목적으로 압축기의 작동 포인트를 결정하기 위해 유량 요소(13)를 요구한다. 몇몇 어플리케이션에서, 유량 요소(13)는 다루기 어려울 수 있고, 유입 유량을 정확하게 측정하기 위해 그 상류 또는 하류에 비교적 긴 파이프를 요구할 수 있다. 터보압축기, 특히 공기 터보압축기의 유입측 또는 흡입측에 측정 요소 또는 디바이스를 마련하는 것은 어려울 수 있다.The actual known solution requires a
여기에 개시되는 보호 대상은 적어도 하나의 압축기로 구성되는 압축 시스템의 서지 방지 제어를 제공하기 위한 개선된 방법 및 장치에 관한 것이다. 몇몇 실시예에서, 상기 방법 및 장치는 압축기의 서지 방지 및/또는 초크 방지를 제공한다.SUMMARY OF THE INVENTION The subject matter disclosed herein relates to an improved method and apparatus for providing surge protection control of a compression system comprising at least one compressor. In some embodiments, the method and apparatus provide surge protection and / or choke prevention of the compressor.
몇몇 실시예에서, 적어도 하나의 작동 한계점이 형성되며, 압축기는 그 작동 포인트가 작동 한계점 내에 속하도록 제어된다. 작동 포인트가 작동 한계점 경계 외측에 또는 이 경계 상에 속하는 경우 또는 상기 작동 포인트가 한계점의 경계에 근접하는 경우에 액션이 취해진다. 작동 한계점은 압축기의 2개의 작동 파라메터; 압축기의 보정 속도 및 압력비에 기초한 성능 맵을 토대로 규정된다. 압력비는 압축기의 이송 압력과 흡입 압력 간의 비이다. 보정 속도는 압축기에 의해 처리되는 흡입 온도와 압축기의 회전 속도에 따라 규정된다. 보정 속도는 이에 따라 다음 식, In some embodiments, at least one operating limit is established and the compressor is controlled such that its operating point lies within the operating limit. An action is taken when the operating point belongs to or outside the operating limit boundary, or when the operating point is close to the boundary of the limiting point. Operating limits include two operating parameters of the compressor; Based on a performance map based on the correction speed and the pressure ratio of the compressor. The pressure ratio is the ratio between the delivery pressure of the compressor and the suction pressure. The correction speed is defined according to the suction temperature processed by the compressor and the rotation speed of the compressor. The correction rate is thus calculated according to the following equation,
에 비례하며, 상기 식에서Lt; RTI ID = 0.0 >
Ts는 압축기의 입구에서의 처리 유체 온도이고,Ts is the processing fluid temperature at the inlet of the compressor,
N은 압축기의 회전 속도이다.N is the rotational speed of the compressor.
보정 속도는, 가스 성분이 일정한 경우에 상기 비에 의해 규정된다. 따라서, 여기에 개시되는 방법은 기지의 일정한 성분, 예컨대 이산화탄소 등을 갖는 가스를 프로세싱하는 압축기의 서지 방지/초크 방지에 적절하다.The correction rate is defined by the ratio when the gas component is constant. Thus, the method disclosed herein is suitable for the surge / choke prevention of compressors that process gases having known constant components, such as carbon dioxide.
작동 한계점은 흡입 한계 라인, 초크 한계 라인뿐만 아니라 허용 가능 최대 보정 속도 및 허용 가능 최소 보정 속도에 의해 경계가 정해질 수 있다.The operating limits can be delimited by the suction limit line, the choke limit line as well as the allowable maximum correction speed and the allowable minimum correction speed.
압축기에 가동식 유입 안내 베인, 즉 가변 스테이터 베인이 마련되는 경우, 작동 한계점은 가변 스테이터 베인 각각의 위치에 대해 규정될 수 있다. 이에 따라, 몇몇 복수 개의 작동 한계점은 보정 속도 대 압축비 다이어그램 또는 성능 맵에서 형성된다. 가변 스테이터 베인의 실제 위치에 따라, 서지 방지 및/또는 초크 방지 제어를 위한 대응하는 작동 한계점이 선택된다. 가변 스테이터 베인의 위치는 통상적으로 연속적인 방식으로 변하기 때문에, 몇몇 실시예에 따르면, 가변 스테이터 베인의 제한 개수의 상이한 위치에 대응하는 제한된 개수의 작동 한계점이 결정된다. 가변 스테이터 베인의 실제 위치가, 한계점이 결정되고 그 관련 데이터가 제어 목적으로 저장하는 위치와 상이한 경우, 예컨대 2개의 최근접 작동 한계점 - 이에 대한 데이터가 이용 가능함 - 을 보간(interpolating)하는 것에 의해 새로운 중간 작동 한계점이 계산된다.When the compressor is provided with a movable inlet guide vane, that is, a variable stator vane, the operating limit point can be defined for each position of the variable stator vane. Accordingly, some of the plurality of operating limit points are formed in the correction speed versus compression ratio diagram or performance map. Depending on the actual position of the variable stator vane, corresponding operating limits for surge and / or choke prevention control are selected. Because the position of the variable stator vanes typically varies in a continuous manner, according to some embodiments, a limited number of operating limits corresponding to the different positions of the variable stator vanes are determined. If the actual position of the variable stator vane is changed by interpolating, for example, two nearest operating limit points-the data is available for it-when the limit point is determined and the associated data is different from the location stored for control purposes An intermediate operating limit point is calculated.
몇몇 실시예에 따르면 이에 따라, 서지를 방지하기 위해 터보압축기를 제어하는 방법이 제공되며, 이 방법은According to some embodiments there is thus provided a method of controlling a turbo compressor to prevent surge,
상기 터보압축기의 적어도 하나의 작동 조건에 대하여 적어도 하나의 서지 한계 라인 및/또는 적어도 하나의 초크 라인을 제공하는 단계;Providing at least one surge limit line and / or at least one choke line for at least one operating condition of the turbocompressor;
압축기 입구에서의 처리 가스 온도, 압축기의 회전 속도, 그리고 이송 및 흡입 압력값을 측정하여 압축기의 작동 포인트를 연속적으로 결정하는 단계;Continuously measuring the operating point of the compressor by measuring the process gas temperature at the compressor inlet, the rotational speed of the compressor, and the transfer and suction pressure values;
비 에 비례하는 터보압축기의 보정 속도의 실제값을 연속적으로 결정하는 단계,ratio Continuously determining an actual value of the correction speed of the turbo compressor proportional to the actual speed of the turbo compressor,
보정 속도의 실제값에 대응하는, 상기 서지 한계 라인 상의 적어도 허용 가능 최대 압력비 및/또는 상기 초크 한계 라인 상의 적어도 허용 가능 최소 압력비를 연속적으로 결정하는 단계,Continuously determining at least an allowable maximum pressure ratio on the surge limit line and / or at least an allowable minimum pressure ratio on the choke limit line, corresponding to the actual value of the correction rate,
이송 압력과 흡입 압력의 비와 동일한 실제 압력비를 연속적으로 결정하는 단계; 및Continuously determining an actual pressure ratio equal to the ratio of the transfer pressure to the suction pressure; And
실제 압력비가 허용 가능 최대 압력비 이상이거나 허용 가능 최소 압력비 이하인 경우에, 압축기에 있는 압축 가스의 일부를 흡입 라인을 통해 재순환시키도록 서지 방지 장치를 작동시키는 단계Operating the surge protection device to recycle a portion of the compressed gas in the compressor through the suction line when the actual pressure ratio is above the allowable maximum pressure ratio or below the allowable minimum pressure ratio
를 포함한다..
본 개시 및 첨부된 청구범위의 문맥에서, 파라메터를 "연속적으로 결정하는"이라는 용어는 압축기의 연속 작동 중에 일정한 시간 간격으로 또는 가변 시간 간격으로 상기 파라메터를 결정하는 것도 또한 포함한다.In the context of this disclosure and the appended claims, the term "continuously determining" a parameter also includes determining the parameter at constant time intervals or at variable time intervals during continuous operation of the compressor.
바람직한 실시예에서, 서지 한계 라인은 초크 한계 라인과 허용 가능한 최대 및 최소 보정 라인들과 함께 작동 한계점 - 압축기의 작동 포인트가 이 작동 한계점 내에 유지됨 - 을 형성한다.In a preferred embodiment, the surge limit line forms the operating point of the operating limit point compressor with the choke limit line and the allowable maximum and minimum correction lines being maintained within this operating limit point.
압축기의 작동 포인트가 서지 한계 라인에 근접하는 경우, 서지 방지 장치가 영향을 받을 수 있다. 서지 방지 장치는 당업계로부터 알려져 있는 임의의 장치일 수 있다. 서지는 서지 방지 바이패스 밸브를 개방하는 것에 의해 방지된다. 특정 실시예에서, 처리 가스가 공기인 경우에 서지는 압축기 이동 유동의 일부를 주위 환경으로 배기 또는 송출하는 것에 의해 방지될 수 있다. 양자 모두의 경우에, 이송 유동이 증가되고, 이에 따라 압축기의 작동 포인트를 서지 한계 라인으로부터 멀어지는 방향으로 변위시킨다.If the operating point of the compressor is close to the surge limit line, the surge suppression device may be affected. The surge suppression device may be any device known from the art. The surge is prevented by opening the surge protection bypass valve. In certain embodiments, when the process gas is air, the surge can be prevented by venting or delivering a portion of the compressor moving flow to the ambient environment. In both cases, the transfer flow is increased, thereby displacing the operating point of the compressor away from the surge limit line.
상기 방법은 또한 터보압축기에 진입하는 가스 또는 가스 성분의 종류를 검출하는 선행 단계를 더 포함할 수 있다.The method may further comprise a preceding step of detecting the type of gas or gas component entering the turbo compressor.
보정 속도는 가스 성분 또는 타입과 관련되기 때문에, 가스 검출 및 예측은 상기 방법의 온라인 연속 세팅을 허용할 수 있다.Since the correction rate is related to the gas component or type, gas detection and prediction can allow on-line continuation setting of the method.
특히, 작동 가스가 시간 경과에 따라 일정하지 않은 성분을 가질 때, 상기 벙법은 터보압축기에 의해 처리되는 가스에 관한 정보를 요구한다. 이러한 정보를 얻기 위해, 당업계에 알려진 임의의 가스 검출기, 예컨대 처리 가스 크로마토그래피가 사용될 수 있다.In particular, when the working gas has a component that is not constant over time, the method requires information about the gas being processed by the turbocompressor. To obtain this information, any gas detector known in the art, such as process gas chromatography may be used.
상기 장치는 각각의 가스와 관련된 작동 한계점을 포함하는 적절한 데이터베이스도 또한 포함할 수 있다.The apparatus may also include an appropriate database containing operating limits associated with each gas.
압축기의 작동 포인트가 보정 속도 상한 또는 보정 속도 하한에 근접하면, 압축기의 회전 속도를 각각 감소시키거나 증가시키는 액션을 취할 수 있다.When the operating point of the compressor approaches the upper limit of the correction speed or the lower limit of the correction speed, it is possible to take action to reduce or increase the rotation speed of the compressor, respectively.
압축기의 작동 포인트가 초크 한계 라인에 접근하면, 초크 방지 장치가 작동될 수 있다. 상기 장치는 당업계에 알려진 임의의 장치일 수 있다. 예컨대, 초크 방지 밸브가 폐쇄될 수 있다.When the operating point of the compressor approaches the choke limit line, the choke prevention device can be actuated. The device may be any device known in the art. For example, the choke prevention valve may be closed.
몇몇 실시예에서, 가변 스테이터 베인, 즉 가동식 유입 안내 베인이 압축기의 흡입측에 마련될 수 있다. 가변 스테이터 베인은 압축기의 작동 포인트가 작동 한계점의 경계를 형성하는 라인에 접근하거나 이 라인을 지나서 이동하는 것을 방지하기 위한 제어 수단으로서 사용될 수 있다. 초크는, 예컨대 유입 단면적과 이에 따라 압축 가스의 유입 흐름을 감소시키는 것에 의해 방지될 수 있다.In some embodiments, a variable stator vane, i.e., a movable inlet guide vane, may be provided on the suction side of the compressor. The variable stator vane can be used as a control means to prevent the operating point of the compressor from approaching or moving past the line forming the boundary of the operating limit. The choke can be prevented, for example, by reducing the inflow cross-sectional area and hence the inflow flow of compressed gas.
가변식 스테이터 베인은, 압축기의 작동 포인트가 보정 속도 상한을 상회하여 이동하거나 보정 속도 하한을 하회하여 떨어지는 것을 방지하도록 작동될 수 있다.The variable stator vane can be operated to prevent the operating point of the compressor from moving above the correction speed upper limit or falling below the correction speed lower limit.
다른 양태에 따르면, 여기에 개시된 보호 대상은 적어도 하나위 압축기를 포함하는 압축 시스템을 위한 서지 방지 및/또는 초크 방지 제어를 제공하기 위한 장치에 관한 것이며, 상기 장치는 전술한 제어 방법을 수행한다. 또 다른 양태에 따르면, 여기에 개시되는 보호 대상은 적어도 하나의 압축기로 구성된 압축 시스템과 서지 방지 및/또는 초크 방지 제어를 위한 상기 장치에 관한 것이다.According to another aspect, the subject matter disclosed herein is directed to an apparatus for providing surge protection and / or choke prevention control for a compression system comprising at least one compressor, the apparatus performing the control method described above. According to a further aspect, the object to be protected as disclosed herein relates to a compression system consisting of at least one compressor and to the device for surge and / or choke prevention control.
다른 양태에 따르면, 여기에 개시되는 보호 대상은 터보압축기의 조절 방법으로서, According to another aspect, the subject of protection disclosed herein is a method of conditioning a turbocompressor,
보정 속도 대 압축기 다이어그램 또는 성능 맵에 대한, 적어도 하나의 압축기 작동 한계점 - 초크 한계 라인, 서지 한계 라인, 허용 가능 최대 속도 라인 및 허용 가능 최소 속도 라인에 의해 경계가 정해짐 - 을 결정하는 단계;Determining at least one compressor operating limit point for the corrected speed versus compressor diagram or performance map by the choke limit line, the surge limit line, the allowable maximum speed line, and the allowable minimum speed line;
상기 보정 속도 대 압축비 다이어그램에 대한 터보압축기의 작동 포인트를 연속적으로 결정하는 단계;Continuously determining an operating point of the turbo compressor for the correction rate versus compression ratio diagram;
작동 포인트가 작동 한계점 내에 속하는지의 여부를 결정하는 단계; 및Determining whether an operating point is within an operating limit; And
터보압축기의 작동 포인트가 작동 한계점 내에 속하지 않는 경우에 상기 터보 압축기의 적어도 하나의 작동 파라메터를 수정하도록 활성화 시스템을 작동시키는 단계Operating the activation system to modify at least one operating parameter of the turbo compressor if the operating point of the turbo compressor does not fall within the operating limit < RTI ID = 0.0 >
를 포함하는 터보압축기의 조절 방법에 관한 것이다.And a control method of the turbo compressor.
아래에서는 피쳐(feature) 및 실시예가 개시되며, 이들 피쳐 및 실시예는 본 설명의 일체형 부분을 형성하는 첨부된 청구범위에서 더욱 기술된다. 상기한 간략한 설명은, 후속하는 상세한 설명을 더 양호하게 이해할 수 있도록 하기 위해 그리고 당업계에 대한 본 발명의 기여도를 더 양호하게 인식할 수 있도록 하기 위해 본 발명의 다양한 실시예의 피쳐를 기술한다. 이후에 설명하고 첨부된 청구범위에서 기술되는 본 발명의 다른 피쳐가 있음 물론이다. 이 양태에서는 본 발명의 다수의 실시예를 상세히 설명하기 전에 본 발명의 다양한 실시예는 그 어플리케이션에 있어서 구성의 상세로 그리고 아래의 설명에 기술되거나 도면에 예시된 구성요소의 배열로 제한되지 않는다는 점이 이해된다. 본 발명은 다른 실시예도 가능하고, 다양한 방식으로 실시 및 실행 가능하다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 특수용어 및 전문용어는 설명을 목적으로 하는 것이며 제한하는 것으로 간주되어서는 안 된다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS In the following, features and embodiments are disclosed, and these features and embodiments are further described in the appended claims, which form an integral part of the description. The foregoing brief description describes features of various embodiments of the present invention in order to provide a better understanding of the following detailed description and to better appreciate the contribution of the present invention to the art. It is to be understood that there are other features of the invention which will be described hereinafter and described in the appended claims. Before describing in detail several embodiments of the invention in this aspect, it is to be understood that the various embodiments of the invention are not limited to the details of construction in the application and to the arrangement of the components described in the following description or illustrated in the drawings I understand. The invention is capable of other embodiments and of being practiced and of being practiced in various ways. Moreover, the jargon and terminology used herein is for the purpose of description and should not be regarded as limiting.
이와 같이, 당업자라면 본 개시가 기초로 하는 개념이, 본 발명의 여러 목적을 달성하기 위해 다른 구조, 방법 및/또는 시스템을 구성하기 위한 근간으로서 용이하게 활용될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 따라서, 청구범위는 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않는 한, 그러한 등가의 구조를 포함하는 것으로 고려된다는 점이 중요하다.As such, those skilled in the art will appreciate that the concepts based on this disclosure may be readily utilized as a basis for constructing other structures, methods, and / or systems to accomplish the various objects of the present invention. It is important, therefore, that the claims be considered to include such equivalent constructions unless they depart from the spirit and scope of the invention.
첨부도면과 함께 고려되는 아래의 상세한 도면을 참고하는 것에 의해 본 발명의 개시된 실시예와 본 발명의 여러 수반되는 장점이 더 양호하게 이해될 때에 상기 실시예와 장점이 보다 완벽하게 이해될 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 압축기 시스템의 개략도이고,
도 2는 서지 방지 및 초크 방지 제어 시스템에 현재 사용되는 압축기 성능 맵을 예시한 도면이며,
도 3은 본 개시에 따른 압축기 시스템의 개략도이고,
도 4는 가동식 가변 스테이터 베인을 지닌 터보압축기를 포함하는 시스템에서의 도 3의 도면과 유사한 개략도이며,
도 5는 하나의 작동 한계점을 보여주는 본 개시에 따른 압축기 성능 맵을 예시한 도면이고,
도 6은 터보압축기의 가동식 유입 안내 베인 또는 가변 스테이터 베인의 2개의 상이한 위치에 대응하는 2개의 중첩하는 작동점을 보여주는 압축기 성능 맵을 예시한 도면이며,
도 7은 본 개시에 따른 제어 알고리즘을 요약한 흐름도이다.The foregoing embodiments and advantages will be more fully understood when the disclosed embodiments of the present invention and the various attendant advantages of the present invention are better understood by referring to the detailed drawings considered together with the accompanying drawings.
1 is a schematic diagram of a compressor system according to the prior art,
2 is a diagram illustrating a compressor performance map currently used in a surge prevention and choke prevention control system,
3 is a schematic diagram of a compressor system according to the present disclosure,
Figure 4 is a schematic view similar to that of Figure 3 in a system comprising a turbo compressor with movable variable stator vanes,
5 is a diagram illustrating a compressor performance map according to the present disclosure showing one operating limit point,
6 is a diagram illustrating a compressor performance map showing two overlapping operating points corresponding to two different positions of a movable inflow guide vane or variable stator vane of a turbocompressor,
7 is a flow chart summarizing the control algorithm according to the present disclosure;
예시적인 실시예에 관한 아래의 상세한 설명은 첨부도면을 참고로 한다. 다양한 도면에 있는 동일한 참조번호는 동일하거나 유사한 요소를 식별한다. 추가로, 도면은 반드시 축척에 맞게 도시된 것은 아니다. 또한, 아래의 상세한 설명은 본 발명을 제한하는 것이 아니다. 대신에, 본 발명의 범위는 첨부된 청구범위에 의해 정해진다.The following detailed description of exemplary embodiments refers to the accompanying drawings. The same reference numbers in the various drawings identify the same or similar elements. In addition, the drawings are not necessarily drawn to scale. In addition, the following detailed description does not limit the present invention. Instead, the scope of the present invention is defined by the appended claims.
본 명세서 전반에 걸쳐 "일실시예"나 "실시예" 또는 "몇몇 실시예"라는 언급은, 실시예에 연계하여 설명된 특정 피쳐, 구조 또는 특징이 개시된 보호 대상에 관한 적어도 하나의 실시예에 포함된다는 것을 의미한다. 이에 따라, 본 명세서 전반에 걸친 다양한 부위에서의 "일실시예에서"나 "실시예에서" 또는 "몇몇 실시예에서"라는 구문의 출현이 반드시 동일한 실시예(들)을 언급하는 것은 아니다. 더욱이, 특정 피쳐, 구조 또는 특징은 하나 이상의 실시예에서 임의의 적절한 방식으로 조합될 수 있다.Reference throughout this specification to "one embodiment" or "an embodiment" or "some embodiments" means that a particular feature, structure, or characteristic described in connection with the embodiment is included in at least one embodiment . Accordingly, the appearances of the phrases "in one embodiment" or "in an embodiment" or "in some embodiments" in various places throughout this specification are not necessarily referring to the same embodiment (s). Furthermore, a particular feature, structure, or characteristic may be combined in any suitable manner in one or more embodiments.
도 3은 여기에 개시된 보호 대상을 구현하는 압축기 시스템(20)을 개략적으로 예시한다. 압축기 시스템(20)은 터보압축기(21), 예컨대 원심 또는 축류 터보압축기를 포함한다. 터보압축기(21)는 발동기(23)에 의해 회전되도록 구동된다. 몇몇 실시예에서, 발동기(23)는 전기모터일 수 있다. 다른 실시예에서, 발동기(23)는 가스터빈, 예컨대 항공 전용 가스 터빈(aero derivative gas turbine)일 수 있다. 또 다른 실시예에서, 상이한 원동기, 예컨대 증기터빈이 사용될 수 있다. 부하 커플링(25)이 원동기(23)를 터보압축기(21)와 연결한다. 속도 조작 디바이스(도시하지 않음), 예컨대 기어 박스가 원동기와 터보압축기(21) 사이에 배치될 수 있다.Figure 3 schematically illustrates a
작동 가스는 흡입 라인(25)을 통해 터보압축기(21)의 유입측 또는 흡입측으로 공급되고, 압축 유체는 압축기의 이송측으로부터 이송 라인 또는 압력 라인(27)을 통해 이송된다. 안전 또는 체크 밸브(29A, 29B)가 흡입 라인 및/또는 압력 라인(27)에 배치될 수 있다.The working gas is supplied through the
열교환기(31)가 압축 라인(27) 상에 또는 31x로 점선으로 도시한 바와 같이 압력 라인(27)을 흡입 라인(25)에 연결하는 바이패스 라인(33)을 따라 배치될 수 있다. 서지 방지 바이패스 밸브(35)가 바이패스 라인(33)을 따라 배치된다. 서지 방지 밸브(35)는, 아래에서 더 상세히 설명할 서지 방지 제어 시스템(37)에 의해 제어된다.A
특정 실시예에서, 예컨대 작동 유체가 공기 또는 외부 환경으로 배출될 수 있는 유체일 때, 서지 방지 밸브(35)는, 일부가 흡입 라인(25)을 통해 재순환 경우라도 작동 유체를 대기로 직접 방출하는 송출 라인 상에 배치될 수 있다.In certain embodiments, for example, when the working fluid is a fluid that can be vented to the air or to the external environment, the
터보압축기에 진입하는 작동 가스를 검출하기 위해, 시스템에는 가스의 성분 또는 유형을 검출하는 장치(50)가 장착될 수 있다. 이러한 장치는 특정 유형의 가스 크로마토그래프일 수 있다.To detect the working gas entering the turbo compressor, the system may be equipped with an
시스템(20)에는 제어 유닛(39)도 또한 마련된다. 제어 유닛(39)은 터보압축기(21)의 유입 또는 흡입측에 있는 온도 센서(41)뿐만 아니라 압력 센서와도 인터페이싱한다. 압력 센서는 압축기의 이송측과 흡입측 간의 압력비의 측정치를 직접 또는 간접적으로 제공한다. 예컨대, 도 3의 개략도에서 이송측 압력 센서(43)는 터보압축기(21)의 배출측의 이송 압력값 Pd를 제공한다. 터보압축기(21)의 입구에 있는 압력 센서(45)는 터보압축기(21)의 유입구의 흡입 프로세스 Ps의 측정치를 제공한다. 이들 2개의 측정 압력값 Pd, Ps를 기초로, 제어 유닛(39)에 의해 압력비가 계산될 수 있다. 다른 실시예에서, 압력비는 제어 유닛(39) 외부에서 결정될 수 있고, 압력비 값은 제어 유닛(39)에 직접 입력될 수 있다. A
회전 속도 센서가 제어 유닛(39)에 회전 속도값 N(rpm 단위로 나타냄)을 더 제공한다.The rotational speed sensor further provides the
전술한 작동 파라메터에 기초하여, 제어 유닛(39)은 이에 따라 압축기의 압력비뿐만 아니라, 아래에 규정된 바와 같은 소위 압축기의 보정 속도도 또한 계산할 수 있다:On the basis of the above-mentioned operating parameters, the
상기 식에서, C1은 온도, 압력 및 가스 성분의 함수이고,Where C1 is a function of temperature, pressure and gas composition,
N은 터보압축기(21)의 회전 속도이며,N is the rotational speed of the
Ts는 터보압축기(21)의 흡입부에서의 절대 온도이다.And Ts is the absolute temperature at the suction portion of the
인수 C1은 가스 성분의 함수이고, 가스가 불변 성분을 갖고 T 및 P가 제한된 범위 내에 있는 경우에 일정한 것으로 간주된다. The argument C1 is a function of the gas component and is considered constant if the gas has an invariant component and T and P are within a limited range.
가스가 기지의 일정한 성분을 갖는 경우, 보정 속도는 아래와 같이 단순화될 수 있다:If the gas has a constant component of the base, the correction rate can be simplified as:
보정 속도는 압축기 성능 맵을 형성하는 데 사용될 수 있으며, 이 경우에 보정 속도는 좌표축들 중 하나에 기록되고 압력비는 나머지 좌표축에 기록된다.The correction rate can be used to form a compressor performance map, in which case the correction rate is written to one of the coordinate axes and the pressure ratio is recorded in the remaining coordinate axes.
도 5는, 보정 속도가 수직축에 기록되고 압력비 Pd/Ps가 수평축에 기록되는 상기한 유형의 성능 맵을 개략적으로 보여준다. 이러한 성능 맵 상에, 서지 한계 라인 SLL이 도시될 수 있다. 서징 현상을 방지하기 위해, 터보압축기(21)는, 도 5의 성능 맵 상의 그 작동 포인트가 서지 제어 라인 상에 또는 그 좌측편에 유지되도록 작동될 수 있기 때문에, 터보압축기는 서지 한계 라인 SLL 상에서 또는 SLL을 지나 작동하지 않을 것이다.Figure 5 schematically shows a performance map of the type described above in which the correction rate is recorded on the vertical axis and the pressure ratio Pd / Ps is recorded on the horizontal axis. On this performance map, surge limit line SLL can be shown. In order to prevent the surging phenomenon, the
도 5의 동일한 성능 맵 상에는, 초크 한계 라인 CLL도 또한 도시될 수 있으며, CLL은 이 라인을 지나서 초킹 현상이 발생할 수 있는 한계를 나타낸다. 초킹 없이 압축기(21)를 작동시키기 위해, 압축기의 작동 포인트는 초크 한계 라인의 좌측편에서 CLL을 지나 이동하지 않을 것이다.On the same performance map of FIG. 5, a choke limit line CLL may also be shown, and CLL represents a limit beyond which the choking phenomenon may occur. In order to operate the
도 5의 성능 맵에는 2개의 다른 라인, 즉 허용 가능 최소 보정 속도 라인 (Nc)mim 및 허용 가능 최대 보정 속도 라인 (Nc)max가 도시된다. 후자들은 수평 좌표축(가로 좌표)와 평행한 직선이며, 각각 그 아래에서는 압축기가 작동하지 않는 허용 가능 최소 보정 속도; 및 그 위에서 터보압축기가 작동하는 최대 보정 속도를 나타낸다.The performance map of Figure 5 shows two different lines, the allowable minimum correction speed line Nc mim and the maximum allowable correction speed line Nc max. The latter being a straight line parallel to the horizontal coordinate axis (abscissa), below which an allowable minimum correction rate at which the compressor does not operate; And the maximum correction rate over which the turbo compressor operates.
앞에서 규정한 4개의 라인이 작동 한계점 OE를 형성한다. 압축기 제어 시스템은, 압축기의 작동 포인트가 작동 한계점 OE 내부에 유지되도록 압축기를 제어할 것이다. 도 5에는, 보정 속도값 Nc과 압력비 PR=Pd/Ps에 대응하는, OP라는 라벨을 붙인 예시적인 작동 포인트가 도시되어 있다.The four lines defined above form the operating limit OE. The compressor control system will control the compressor such that the operating point of the compressor is maintained within the operating limit OE. In Fig. 5, an exemplary operating point labeled OP, corresponding to a correction speed value Nc and a pressure ratio PR = Pd / Ps, is shown.
제어 시스템은, 작동 포인트 OP가 우측을 향해 이동하여 서지 한계 라인 SLL에 도달할 때에 터보압축기(21)의 작동 조건이, 작동 포인트 OP를 다시 작동 한계점 OE 내로 들어오게 수정되도록 설계되고 구성된다. 이것은, 예컨대 서지 방지 밸브(35)를 개방하는 것에 의해 이루어질 수 있다. 작동 포인트 OP가 초크 한계 라인 CLL에 도달할 때까지 좌측으로 이동할 때, 제어 시스템은, 작동 포인트를 다시 작동 한계점(OE) 내로 들어오게 유동 조건을 수정하도록 작동할 것이다. 이것은, 예컨대 초크 방지 밸브(47)를 작동시키는 것에 의해 실시될 수 있다.The control system is designed and constructed such that the operating condition of the
작동 포인트 OP가 아래로 이동하여 (Nc)min 라인에 도달하는 경우에 허용 가능 최소 보정 속도값 (Nc)min 미만으로 이동하는 것은, 터보압축기(21)의 회전 속도를 증가시키는 것에 의해 방지된다. 작동 포인트가 허용 가능 최대 속도값 (Nc)Max를 상회하도록 이동하는 것은, 이에 따라 터보압축기(21)의 회전 속도를 감소시키는 것에 의해 방지된다.Moving below the allowable minimum correction speed value (Nc) min when the operating point OP is moved down (Nc) to the min line is prevented by increasing the rotational speed of the turbo compressor (21). Moving the operating point to exceed the allowable maximum speed value (Nc) Max is thereby prevented by reducing the rotational speed of the turbo compressor (21).
도 3의 단순화된 개략도에서는, 터보 압축기(21)에 가동식 유입 안내 베인 또는 가변 스테이터 베인(VSV)가 마련되지 않는다. 후자는 통상적으로 시스템의 작동 조건에 따라 유입 단면의 형상을 수정하기 위해 공통 압축기에 마련된다. 도 4는, 51로 개략적으로 도시한 가변 스테이터 베인이 추가된 도 3의 동일한 시스템을 보여준다. 도 3과 동일한 참조번호는 동일하거나 대응하는 구성요소 또는 부품을 나타내며, 이들에 대해서는 다시 설명하지 않겠다. 도 4의 시스템에서, 제어 유닛(35)은 터보압축기(21)의 가변 스테이터 베인의 실제 위치에 대한 정보를 더 수신한다. 참조부호 VSV는 터보압축기(21)의 작동 중의 가변 스테이터 베인의 실제 위치에 대한 정보를 나타낸다. VSV 위치는 도시하지 않은 적절한 액추에이터에 의해 설정될 수 있다. 액추에이터는 동일한 제어 유닛(37)에 의해 제어될 수 있다.In the simplified schematic of Figure 3, the
도 4의 개략도에서는 초크 방지 밸브(47)가 생략되었는데, 그 이유는 대안으로서 VSV를 작동시키는 것에 의해 초킹이 방지될 수 있기 때문이다. 후자는 초크 방지 밸브를 사용할 필요 없이 압축기의 초킹을 방지하기 위해 터보압축기의 유입 체적 유량을 감소시키도록 폐쇄된다. In the schematic diagram of Fig. 4, the
사실상, 가동식 가변 스테이터 베인(51)의 각각의 가능한 위치에 대해서 상이한 성능 맵과 이에 따라 상이한 작동 한계점이 얻어질 수 있다. 이것은 도 6에 개략적으로 제시되며, 도 6에는 OE1 및 OE2 라벨을 붙인 2개의 상이한 작동 한계점이 도시되어 있다. 각각의 작동 한계점은, 도 5과 연계하여 전술한 것과 동일한 방식으로 2개의 경우로 규정된 4개의 곡선에 의해 경계가 정해진다. 따라서, 각각의 작동 한계점은, 서지 한계 라인 SLL, 초크 한계 라인 CLL, 허용 가능 최대 보정 속도 라인 (Nc)max 및 허용 가능 최소 보정 속도 라인 (Nc)min에 의해 경계가 정해진다.In fact, different performance maps and thus different operating limits can be obtained for each possible position of the movable
사실상, 각각 가변 스테이터 베인의 각각의 위치에 대한 무한 개의 작동 한계점이 마련될 수 있다. 각각의 작동 한계점을 규정하는 데이터는 제어 유닛에 의해 액세스 가능하고, 도 3 및 도 4에서 38로 개략적으로 도시한 메모리에 저장될 수 있다. 실용적인 실시예에서는, 단지 유한 개의 작동 한계점이 계산되고, 예컨대 룩업 테이블 등의 형태로 저장될 것이다. 터보압축기(21)의 작동 중에, 제어 유닛(37)은 그러한 작동 한계점이 존재한다면 가변 스테이터 베인의 실제 위치에 대응하는 작동 한계점을 사용할 것이다. 가변 스테이터 베인의 실제 위치가 그 작동 한계점이 제어 시스템에 저장되는 가변 스테이터 베인의 위치와 상이한 경우, 제어 유닛은, 예컨대 2개의 최근접 위치 - 이들 위치에 대한 작동 한계점이 저장 메모리에서 이용 가능함 - 에 대응하는 데이터를 사용하여, 기존 데이터의 보간에 의해 작동 한계점을 계산할 것이다.In fact, an infinite number of operating limits for each position of each variable stator vane can be provided. The data defining each operating limit point is accessible by the control unit and may be stored in the memory schematically shown at 38 in Figs. 3 and 4. In a practical embodiment, only a finite number of operating limits will be calculated and stored in the form of, for example, a lookup table. During operation of the
지금까지 설명한 시스템의 작동은 상기 도면뿐만 아니라 도 7의 흐름도를 참고로 하는 아래의 설명으로부터 더 명확해질 것이다. 후자에서, 제어 프로세스는 일련의 단계들로 나타난다. 압축기(21)의 작동 조건의 연속적인 제어를 얻기 위해서, 시스템의 작동 동안에 도 7에 제시된 방법 단계들의 순서가 연속적으로 또는 반복적으로 반복될 것이라는 점을 이해해야만 한다.The operation of the system described so far will become more apparent from the following description with reference to the flow chart of Fig. 7 as well as the above figures. In the latter, the control process appears as a series of steps. It should be understood that in order to obtain continuous control of the operating conditions of the
제어 프로세스의 시작 시에, 보정 속도 Nc가 결정된다. 이것은, 터보압축기(21)의 흡입측에서 회전 속도 N 및 온도 Ts를 검출하는 것에 의해 행해진다. 터보압축기(21)에 도 4와 연계하여 설명한 바와 같은 가변 스테이터 베인(51)이 마련되는 경우, VSV 위치가 결정된다. 가변 스테이터 베인의 실제 위치에 관한 데이터에 기초하여, 작동 한계점은, 예컨대 저장 메모리(38)에 저장된 데이터를 사용하여 계산된다. 전술한 바와 같이, 몇몇 가변 스테이터 베인 위치에 대해서 작동 한계점 데이터가 저장 메모리(38)에 직접 저장될 수 있다. 다른 중간 위치에 있어서, 작동 한계점은, 예컨대 기존 데이터를 보간하는 것에 의해 계산될 수 있다.At the start of the control process, the correction speed Nc is determined. This is done by detecting the rotation speed N and the temperature Ts on the suction side of the
작동 한계점이 일단 결정되고 나면, 실제 보정 속도 Nc에 대한 최대 및 최소 압력비가 결정될 수 있다. 이러한 최대 및 최소 압력비는 도 5에서 PRmax 및 PRmin로 나타낸다.Once the operating limit point has been determined, the maximum and minimum pressure ratios for the actual correction rate Nc can be determined. These maximum and minimum pressure ratios are denoted by PRmax and PRmin in Fig.
그 후, 압축기의 실제 작동 포인트가, 전술한 바와 같이 계산된 보정 속도 Nc 및 압력 센서 - 터보압축기(21)의 이송 압력 Pd 및 흡입 압력 Ps를 측정함 - 에 의해 결정된 실제 압력비에 기초하여 결정된다. 실제 압력비는 도 5에서 PR로 나타낸다.The actual operating point of the compressor is then determined on the basis of the actual pressure ratio determined by the correction speed Nc calculated as described above and the suction pressure Ps measured by the pressure sensor-the transfer pressure Pd of the
이때, 제어 시스템은 시스템의 초킹 또는 서징을 방지하기 위해 서지 방지 및/또는 초크 방지 장치를 작동시키기 위해 요구되는 모든 데이터를 갖는다. 몇몇 실시예에서, 서지 파라메터 및 초크 파라메터가 다음과 같이 계산된다. 서지 파라메터는 다음과 같이 규정된다:At this time, the control system has all the data required to operate the surge protection and / or choke prevention device to prevent choking or surging of the system. In some embodiments, the surge parameter and the choke parameter are calculated as follows. The surge parameters are defined as follows:
상기 식에서, In this formula,
PRmax는 허용 가능 최대 압력비이고;PRmax is the allowable maximum pressure ratio;
PR은 실제 압력비이다.PR is the actual pressure ratio.
초크 파라메터는 다음과 같이 규정될 수 있다:The choke parameter can be defined as:
상기 식에서, In this formula,
PRmin은 허용 가능 최소 압력비이다.PRmin is the allowable minimum pressure ratio.
서지 파라메터와 초크 파라메터는, 서지 방지 밸브(35) 및 초크 방지 밸브(47) 및/또는 VSV(51)를 제어하는, 액추에이터를 작동시키는 제어 신호를 생성하기 위해 사용될 수 있다. 서지 파라메터가 1이 되면, 즉 작동 포인트가 서지 제어 라인 상으로 이동하면, 서지 방지 밸브(35)의 액추에이터는, 바이패스 라인(33) 상의 서지 방지 밸브(35)를 적어도 부분적으로 개방하도록 작동될 것이다. 작동 포인트 OP를 다시 작동 한계점 OE으로 이동시키기 위해, 작동 가스가 터보압축기의 이송측으로부터 흡입측으로 재순환된다. 초크 파라메터가 1이 되면, 흡입 유량을 감소시키고 터보압축기의 작동 포인트를 작동 한계점 OE 내부로 다시 이동시키기 위해, 흡입 라인(25) 상의 초크 방지 밸브(47)가 부분적으로 폐쇄될 것이다.The surge parameter and the choke parameter can be used to generate a control signal to actuate the actuator, which controls the
실제 보정 속도값 Nc는 제어 시스템에 의해 알려지고, 보정 속도가 허용 가능 최소값 (Nc)min 미만으로 떨어지거나 허용 가능한 최대값 (Nc)max을 넘어 증가하는 것을 방지하기 위해, 필요하다면 터보압축기(21)의 회전 속도 N의 보정도 또한 수행될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 보정 속도값 Nc가 허용 가능 최소값 미만으로 떨어지거나 허용 가능 최대값을 넘어 증가하면, VSV의 위치는, 터보압축기를 상이한 작동 한계점의 상이한 작동 포인트로 이동시키도록 수정될 수 있다.The actual correction speed value Nc is known by the control system and may be adjusted by the
여기에 개시된 보호 대상의 개시된 실시예가 도면에 도시되고 다수의 몇몇 실시예와 연계하여 특별히 그리고 상세하게 충분히 전술되었지만, 여기에서 기술한 신규한 교시, 원리 및 개념과, 첨부된 청구범위에 인용된 보호 대상의 장점으로부터 실제적으로 벗어나지 않고 여러 수정, 변형 및 생략이 가능하다는 것이 당업자에게 명백할 것이다. 따라서, 개시된 혁신의 적절한 범위는, 상기한 수정, 변형 및 생략 모두를 망라하도록 첨부된 청구범위를 넓게 해석하는 것에 의해서만 결정되어야만 한다. 또한, 임의의 프로세스 또는 방법 단계들의 순서 또는 차례는 변형예에 따라 변경되거나, 다시 정해질 수 있다.. Although the disclosed embodiments of the subject matter disclosed herein have been shown and described in detail and in sufficient detail in connection with a number of several embodiments, it will be appreciated that the novel teachings, principles and concepts described herein, It will be apparent to those skilled in the art that various modifications, variations, and omissions without departing from the scope of the appended claims are possible. Accordingly, the appropriate scope of the innovation disclosed should be determined only by broadly construing the appended claims to cover all such modifications, variations and omissions. Also, the order or order of any process or method steps may be changed or redefined according to a variant.
Claims (15)
상기 터보압축기의 적어도 하나의 서지 한계 라인(Surge Limit Line; SLL) 및/또는 적어도 하나의 초크 한계 라인(Choke Limit Line; CLL)을 마련하는 단계;
압축기 입구에서의 처리 가스 온도(Ts), 터보압축기의 회전 속도(N), 이송 압력값(Pd) 및 흡입 압력값(Ps)를 측정하여 터보압축기의 작동 포인트를 연속적으로 결정하는 단계;
비 에 비례하는 터보압축기의 보정 속도(Nc)의 실제값을 연속적으로 결정하는 단계;
보정 속도(Nc)의 실제값에 대응하는, 상기 서지 한계 라인(SLL) 상의 적어도 허용 가능 최대 압력비(PRmax) 및/또는 상기 초크 한계 라인(CLL) 상의 적어도 허용 가능 최소 압력비(PRmin)를 연속적으로 결정하는 단계;
이송 압력과 흡입 압력의 비(Pd/Ps)와 동일한 실제 압력비(PR)를 연속적으로 결정하는 단계; 및
실제 압력비(PR)가 허용 가능 최대 압력비(PRmax) 이상이거나 허용 가능 최소 압력비(PRmin) 이하인 경우, 흡입 라인을 통해 터보압축기의 압축 가스의 일부를 재순환시키도록 서지 방지 장치를 작동시키는 단계
를 포함하는 터보압축기의 조절 방법.A method for controlling a turbo compressor to prevent surge,
Providing at least one surge limit line (SLL) and / or at least one choke limit line (CLL) of the turbocompressor;
Continuously determining the operating point of the turbo compressor by measuring the process gas temperature Ts at the compressor inlet, the rotational speed N of the turbo compressor, the feed pressure value Pd, and the suction pressure value Ps;
ratio Continuously determining an actual value of a correction speed Nc of the turbo compressor proportional to the actual speed Nc of the turbo compressor;
At least an allowable maximum pressure ratio PRmax on the surge limit line SLL and / or at least an allowable minimum pressure ratio PRmin on the choke limit line CLL, corresponding to the actual value of the correction speed Nc, Determining;
Continuously determining an actual pressure ratio (PR) equal to the ratio of the transfer pressure to the suction pressure (Pd / Ps); And
Operating the surge protection device to recycle a portion of the compressed gas of the turbocompressor through the suction line when the actual pressure ratio PR is greater than or equal to the allowable maximum pressure ratio PRmax or less than the allowable minimum pressure ratio PRmin
/ RTI >
로서 규정되는 서지 파라메터를 계산하는 단계; 및
서지 방지 장치를 제어하기 위해 상기 서지 파라메터를 사용하는 단계
를 더 포함하고, 상기 식에서
PRmax는 허용 가능 최대 압력비이고,
PR은 실제 압력비인 것인 터보압축기의 조절 방법.The method according to claim 1,
Calculating a surge parameter defined as a surge parameter; And
Using the surge parameter to control the surge protection device
Further comprising:
PRmax is the allowable maximum pressure ratio,
Wherein PR is an actual pressure ratio.
으로서 규정되는 초크 파라메터를 계산하는 단계; 및
초크 방지 장치를 제어하기 위해 상기 초크 파라메터를 사용하는 단계
를 더 포함하고, 상기 식에서
PRmin은 허용 가능 최소 압력비이고.
PR은 실제 압력비인 것인 터보압축기의 조절 방법.3. The method according to claim 1 or 2,
Calculating a choke parameter defined as a choke parameter; And
Using the choke parameter to control the choke prevention device
Further comprising:
PRmin is the allowable minimum pressure ratio.
Wherein PR is an actual pressure ratio.
터보압축기의 적어도 하나의 허용 가능 최대 보정 속도 (Nc)max 및 적어도 하나의 허용 가능 최소 보정 속도 (Nc)min를 제공하는 단계;
보정 속도 (Nc)의 실제값이 허용 가능 최대 보정 속도 (Nc)max보다 크면, 터보압축기의 회전 속도(N)를 감소시키는 단계; 및
보정 속도 (Nc)의 실제값이 허용 가능 최소 보정 속도 (Nc)min보다 작으면, 터보압축기의 회전 속도(N)를 증가시키는 단계
를 더 포함하는 터보압축기의 조절 방법.4. The method according to any one of claims 1 to 3,
Providing at least one permissible maximum correction rate (Nc) max and at least one permissible minimum correction rate (Nc) min of the turbo compressor;
If the actual value of the correction speed Nc is greater than the allowable maximum correction speed Nc max, reducing the rotational speed N of the turbo compressor; And
If the actual value of the correction speed Nc is smaller than the allowable minimum correction speed Nc min, the step of increasing the rotation speed N of the turbo compressor
Further comprising the steps of:
상기 터보압축기(21)의 입구에 가변 스테이터 베인(51)을 마련하는 단계;
가변 스테이터 베인(Variable Stator Vane; VSV)의 위치를 나타내는 파라메터를 결정하는 단계; 및
가변 스테이터 베인의 각각의 위치에 각각 대응하는, 복수 개의 서지 한계 라인(SLL) 및/또는 복수 개의 초크 한계 라인(CLL) 중에서 상기 파라메터에 따라 서지 한계 라인(SLL) 및 초크 한계 라인(CLL)을 선택하는 단계
를 더 포함하는 터보압축기의 조절 방법.5. The method according to any one of claims 1 to 4,
Providing a variable stator vane (51) at an inlet of the turbo compressor (21);
Determining a parameter indicative of a position of a variable stator vane (VSV); And
(SLL) and a choke limit line (CLL) according to the parameter among a plurality of surge limit lines (SLL) and / or a plurality of choke limit lines (CLL) corresponding to respective positions of the variable stator vanes Step to Select
Further comprising the steps of:
가변 스테이터 베인(VSV)의 상기 위치에 대응하는, 허용 가능 최대 보정 속도 (Nc)max 및 허용 가능 최소 보정 속도 (Nc)min을 설정하는 단계; 및
보정 속도(Nc)의 실제값이 허용 가능 최대 보정 속도 (Nc)max보다 크거나 보정 속도(Nc)의 실제값이 허용 가능 최소 보정 속도 (Nc)min보다 작은 경우, 가변 스테이터 베인(51)을 작동시키는 단계
를 더 포함하는 터보압축기의 조절 방법.6. The method according to any one of claims 1 to 5,
Setting an allowable maximum correcting speed (Nc) max and an allowable minimum correcting speed (Nc) min corresponding to the position of the variable stator vane (VSV); And
When the actual value of the correction speed Nc is larger than the allowable maximum correction speed Nc max or the actual value of the correction speed Nc is smaller than the allowable minimum correction speed Nc min, Steps to activate
Further comprising the steps of:
압축기의 적어도 하나의 서지 한계 라인(SLL) 및/또는 적어도 하나의 초크 한계 라인(CLL)을 형성하는 데이터를 포함하는 데이터 저장 디바이스(38);
압축기의 작동 포인트를 연속적으로 결정하는 장치로서; 압축기 입구에서 처리 가스 온도(Ts)를 측정하는 온도 센서(41), 압축기의 회전 속도(N)를 측정하는 회전 속도 센서 및 이송 압력값(Pd)과 흡입 압력값(Ps)를 측정하는 압력 센서(43, 45)를 포함하는 장치;
비 에 비례하는, 터보압축기의 보정 속도(Nc)의 실제값을 연속적으로 결정하는 장치;
보정 속도(Nc)의 실제값에 대응하는, 상기 서지 한계 라인(SLL) 상의 적어도 허용 가능 최대 압력비(PRmax) 및/또는 상기 초크 한계 라인(CLL) 상의 적어도 허용 가능 최소 압력비(PRmin)를 연속적으로 결정하는 장치;
이송 압력과 흡입 압력의 비(Pd/Ps)와 동일한 실제 압력비(PR)를 연속적으로 결정하는 장치; 및
실제 압력비(PR)가 허용 가능 최대 압력비 이상이거나 허용 가능 최소 압력비 이하인 경우에, 흡입 라인(25)을 통해 압축기(21)에 있는 압축 가스의 일부를 재순환시키도록 작동되는 서지 방지 장치(35)
를 포함하는 서지 방지 제어 장치.An anti-surge control device (37) for providing a surge protection control for a compression system comprising at least one compressor (21)
A data storage device (38) comprising data forming at least one surge limit line (SLL) and / or at least one choke limit line (CLL) of the compressor;
An apparatus for continuously determining an operating point of a compressor, comprising: A temperature sensor 41 for measuring the process gas temperature Ts at the compressor inlet, a rotational speed sensor for measuring the rotational speed N of the compressor, and a pressure sensor for measuring the feed pressure value Pd and the suction pressure value Ps (43, 45);
ratio An apparatus for continuously determining an actual value of a correction speed Nc of a turbo compressor,
At least an allowable maximum pressure ratio PRmax on the surge limit line SLL and / or at least an allowable minimum pressure ratio PRmin on the choke limit line CLL, corresponding to the actual value of the correction speed Nc, A device for determining;
An apparatus for continuously determining an actual pressure ratio PR equal to the ratio of the feed pressure to the suction pressure (Pd / Ps); And
A surge protection device 35 operated to recycle a portion of the compressed gas in the compressor 21 through the suction line 25 when the actual pressure ratio PR is equal to or greater than the allowable maximum pressure ratio or below the allowable minimum pressure ratio,
And a surge suppression control unit.
PRmax는 허용 가능 최대 압력비이고,
PR은 실제 압력비인 것인 서지 방지 제어 장치.10. The method of claim 9, Further comprising a device for calculating a surge parameter defined as < RTI ID = 0.0 >
PRmax is the allowable maximum pressure ratio,
And PR is an actual pressure ratio.
PRmin은 허용 가능 최소 압력비이고,
PR은 실제 압력비인 것인 서지 방지 제어 장치.11. The method according to claim 9 or 10, Further comprising a device for calculating a choke parameter defined as < RTI ID = 0.0 >
PRmin is an allowable minimum pressure ratio,
And PR is an actual pressure ratio.
보정 속도(Nc)의 실제값이 허용 가능 최대 보정 속도 (Nc)max보다 크면 압축기(21)의 회전 속도(N)를 줄이고, 보정 속도(Nc)의 실제값이 허용 가능 최소 보정 속도 (Nc)min보다 작으면 압축기(21)의 회전 속도(N)를 증가시키도록 상기 압축기의 회전 속도(N)를 제어하는 속도 제어 장치가 마련되는 것인 서지 방지 제어 장치.12. A method as claimed in any one of the claims 9 to 11, characterized in that the storage device (38) comprises at least one permissible maximum correction rate (Nc) max of the compressor (21) ) < / RTI > min,
If the actual value of the correction speed Nc is larger than the allowable maximum correction speed Nc max, the rotation speed N of the compressor 21 is decreased and the actual value of the correction speed Nc becomes the allowable minimum correction speed Nc. min, a speed control device is provided to control the rotation speed (N) of the compressor so as to increase the rotation speed (N) of the compressor (21).
상기 압축기(21)의 가변 스테이터 베인(51)의 위치를 제어하는 활성화 디바이스를 더 포함하고,
상기 저장 디바이스(38)는 가변 스테이터 베인(51)의 복수 개의 각각의 위치에 대응하는, 복수 개의 서지 한계 라인(SLL) 및/또는 초크 한계 라인(CLL)을 형성하는 데이터를 포함하는 것인 서지 방지 제어 장치.13. The method according to any one of claims 9 to 12,
Further comprising an activation device for controlling the position of the variable stator vane (51) of the compressor (21)
The storage device (38) comprises data forming a plurality of surge limit lines (SLL) and / or choke limit lines (CLL), corresponding to a plurality of respective positions of the variable stator vanes (51) Prevention control device.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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WITN | Withdrawal due to no request for examination |