KR870001551B1 - 압축기의 서어징 제어방법과 그 장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

압축기의 서어징 제어방법과 그 장치

제1도는 종래에 사용되던 서어징제어곡선의 일반적인 3가지 유형을 나타낸 그래프.

제2도는 본발명에 따른 서어징제어시스템을 사용한 왕복 및 '원심압축기의 개략도.

제3도는 제2도에서 사용되는 서어징제어시스템의 개략도.

제4도는 종래의 압축기 서어징제어곡선에 대한 본발명의 예상서어지제어곡선의 관계를 보이는 흡입유량과 압축기의 토출압력과의 관계를 나타낸 그래프이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 압축기시스템 12 : 왕복동압축기

14 : 원심압축기 16 : 출력라인

18 : 서어징제어시스템 20 : 수동/자동조절기

22 : 라인 24 : 예상서어징제어곡선

26 : 서어징제어곡선 28 : 바이패스밸브

30 : 라인 32 : 오리피스

34 : 압력라인 36 : 함수발생기

38 : 서어징곡선 40 : 서어징제어곡선의출력신호

42 : 비교기 44 : 제어점

46 : 라인 48 : 가산기

50 : 제어점 52 : 차등기

54 : 라인 55 : 라인

56 : 제어기 58 : 라인

K : 예정된 가격

본 발명은 압축기의 서어징현상을 제어하는데 관한 것으로, 특히 이송전신신호에 의해 압축기에서 발생될 수 있는 서어징현상을 예견하여 제어할 수 있도록 된 서어징제어방법과 그 장치에 관한 것이다.

원심압축기에서의 서어징현상은 흔히 압축기가 주어진 속도하에서 일정압력수두이상 더 펌핑할 수 없을 정도로 그 흡입량이 감소될 때 일어나게되는바, 즉 압력수두가 강하되게 되면 흡입유체가 순간적으로 역류 되고나서 다시 정상적인 압축작용을 하게 되는 동작을 되풀이하게 도기 때문이다.

그런데 이러한 서어징현상은 압력기와 배관시설전체에 충격을 주어 진동을 일으키는 원인으로 되어 이를 제어하지 않고 방치하게 되면 압축기에 카다란 장애를 일으키게 된다.

한편 모든 원심압축기는 각기 그 압축기에 고유작동영역을 한정해 주게 되는 특성곡선 및 설정곡선을 갖도록 설계되어 있어서, 각 원심압축기의 사용설명서에 서어징영역과 스톤월(stone wall)영역 또는 터어보 기구의 펌핑한계가 설명되어져 있게 되는바, 그 내용은 제1(a)도에 도시되어져 있는 바와같이 서어징한계곡선을 흡입유량에 대한 토출압력의 관계로 나타내고 있고, 속도나 유속, 압력 또는 흡입유체의 온도가 변하지 않는다면 서어징제어곡선은 다음과 같은 식으로 표현하게 된다.

그리고 종래 사용되고 있는 서어징제어곡선의 일반적인 유형은 제1도에 도시된 바와같이 대체로 3가지로 나누어 볼 수가 있는떠, 첫번째 유형은 제1(a)도에 도시된 바와같이 서어징제어곡선은 서어징한계곡선과 평행하게 된 것으로, 이러한 유형에 있어서는 재순환을 최소화시켜 주기 위해서는 서어징제어곡선이 가능한한 서어징한계곡선과 가깝게 설정되어져야 하고, 또 두번째 유형으로서는 제1(b)도에 도시된 바와같이 서어징제어 곡선의 경사가 서어징한계곡선의 경사보다 완만하게 설정시켜 놓은 것으로, 이는 고압하에서 과다한 재순환을 일을켜 저압조건에서 시동되고 정지될 때 서어징현상이 일어나게 되며, 한편 세변째 유형인 제1(c)도는 최소한의 안전체적유량을 선택하기 위해 서어징제어곡선을 수직으로 설정시켜 놓고 있는 것으로서 이는 저압조건에서 과다한 재순환을 일으키게 되고 고압에서는 서어징현상이 일어나게 된다.

이렇게 대부분의 시스템이 흡입조건을 교정해놓지 않고 토출유량만을 측정하도록 되어 있기 때문에, 단지 서어징현상이 일어나는 것만 방지하는데 그쳐 재순환현상이 과다하게 일어나는 것을 방지하지는 못하였다.

그리고 서어징현상을 방지해주기 위한 방법중에는 압축기를 우회하는 바이패스밸브를 개방시켜주거나 토출유체의 일부를 대기로 방출시켜주므로서, 최소한의 유량만이 압축기를 통과하도록 해서 서어징현상이 발생되는 것을 방지해주도록 된 것이 있으나, 이렇게 토출유체를 바이패스시켜주거나 방출시켜주는 것은 동력을 낭비하는 결과로 되기 때문에, 서어징현상이 일어나지 않고 압축기가 안전하게 작동하고 있는 동안 가능한한 정확한 서어징유량을 측정해서 필요한 량 만큼만 바이패스하거나 방출되도록 해주므로서 불필요한 동력의 낭비를 막아주는 것이 바람직하다.

그러나 서어징유량을 측정한다는 것이 간단한 일도 아닐 뿐만 아니라 압축기의 서어징유량도 고정된 양이 아니라 여러가지 가변요소와 연관되어 가변되는 것이고, 특히 이 가변요소가 실제로 서어징유량에 영향을 끼치게 되는 것이므로 반드시 측정되어져야 하는 것인데도, 종래까지의 서징제어시스템에서는 단지 서어징제어곡선의 함수로서만 제어하도록 되어 있어서, 제어된 가변요소로부터 서어징현상을 미리 예견할 수 있도록 하는 설비가 갖추어져 있지 못하다.

이에 본발명은 상기와 같은 제반문제점 뿐만 아니라 그와 관련된 기타의 여러 문제점들도 해소시켜 주기위해 발명된 것으로서, 통상적인 서어징제어곡선에 앞서 서어징현상이 발생하게 되는 조건을 미리 탐지하여 서어징현상이 발생되기 전에 서어징현상이 발생하지 못하도록 하는 압축기용 서어징제어방법 및 그 장치를 제공함에 그 목적이 있다.

이와같은 목적을 달성하기 위한 본발명 서어징제어시스템은, 통상적인 서어징제어곡선에다. 그와 일정한 간격을 갖는 예상서어징제어곡선을 형성시켜 놓아, 이 예상서어징제어곡선이 서어징제어곡선이 형성되기 앞서 그러한 서어징현상이 일어나지 못하도록 미리 서어징곡선의 구성요소와는 다른 가변요소들로 이루어지는 서어징제어곡선으로부터 제어점을 가변적으로 이동시켜 주도록 되어 있어서 조절된 가변요소의 변화가 커지게 되면 변화가 작은 경우보다 서어징제어곡선으로부터의 예상서어징제어곡선이 떨어져 있게 되는 정도가 더 넓어지게되어 서어징현상의 발생을 보다 더빨리 예고해 주도록 되어 있는 것이다.

이하 본발명을 첨부된 예시도면에 의거 상세히 설명된다.

본 발명의 설명에서 구체화하여 도시해 놓은 도면은 바람직한 1실시예를 개시해 놓은 것이지 본발명이 반드시 여기에만 국한되는 것은 아니다.

제2도는 출력라인(16)으로 유체를 압송시켜주는 원심압축기(14)에 병렬로 왕복동압축기(12)를 연결해놓은 평행형 압축기시스템(10)을 도시해 놓은 것인바, 여기서 상기 왕복동압축기(12)는 주부하기관으로서 작동하게 되고, 또 이 주부하기관은 흔히 출력압력이 50%와 100%로 되어 있는 2가지 다른 용량중 한가지로 작동하도록 되어 있어 주부하기관의 용량이 100%에서 50%까지 변하게 되므로서, 원심압축기(14)에 서어징현상이 일어나게 하기도 하고 서어징제어시스템(18)이 조기에 예고될 수 있도록 하는 조기예고시스템을 구성시켜주는 기초로 되기도 한다.

따라서 상기 원심압축기(14)는 상기와 같은 평행형압축기시스템에서 보조기관으로 작용하게 되고, 이는 또 왕복동압추기(12)와 같은 용적식이 아닌 원심식이기 때문에 흡입유량이 감소하게 되면 서어징현상이 발생될 가능성이 있게 되는 것이다.

한편 수동/자동조절기(20)를 가지고 조절해서 상기 왕복동압축기(12)의 출력을 100%에서부터 50%까지 감소시켜감에 따라 초기의 서어징현상이 발생하게 되는데, 이러한 서어징발생가능성을 나타내는 변수들은 라인(22)을 따라 서어징제어시스템(18)에 입력되어져, 수동/자동조절기(20)에서 발생된 신호에 의해 제4도에 상세히 도시되어져 있는 바와같이 일반적인 서어징제어곡선(26)으로부터 일정한 간격을 두고 떨어진 에상서어징제어곡선(24)을 이루게 된다. 따라서 서어징제어시스템에 의해 원심압축기(14)에 서어징현상이 발생하기에 앞서 바이패스밸브(28)를 조절해서 라인(30)을 따라 유체를 우회시켜주므로서 서어징현상이 발생하지 않게 해주는 것이다.

제3도는 서어징제어시스템(18)을 기계적, 공기적 및 전기적 제어시스템에 적용되는 부호를 사용하여 도시해놓은 것인바, 제2도와 제3도에서 사용되고 있는 참조부호 △Po와 △Pc는 각각 원심압축기(14)의 흡입라인(34)에 있는 오리피스(32)를 통과하는 압력차와 원심압축기(14)를 통과하는 압력차를 나타내는 가변요소들로서, 이들 요소(△Po, △Pc)들이 함수발생기(36)로 입력되어 이함수발생기(36)내에서 처리되어져 서어징한계곡선(38)의 오른쪽으로 일정간격(K)을 두고 압축기의 서어징한계곡선(38)과 거의 평행되는 서어징제어곡선(26)을 나타내는 출력신호(40)가 발생하게 된다.

이어 출력신호(40)는 원심압축기(14)의 회전속도를 나타내는 신호(S_T)와 함께 비교기(42)에 입력되어 비교되어져 압축기회전도곡선(Ni)과 서어징제어곡선(26)이 교차되는 제어점(44)을 찾아내게 된다.

여기서 이러한 제어점(44)을 타나내는 비교기(42)의 출력신호(46)는 라인(22)을 따라 흐르는 서어징발생 예상신호와 함께 가산기(48)에 입력되게 되는데, 상기 예상시호는 공정상의 가변요소, 즉 서어징발생조건이 되게 하는 기본부하를 수동 또는 자동으로 변화시켜 주므로서 발생하게 되는 것으로서, 상기 가변요소들로 부터 발생되는 신호가 코면 클수록 가산기(48)에 입력되는 신호와 예상서어징제어곡선(24)이 서어징제어곡선(26)으로부터 떨러지는 간격이 더욱 넓어지게 된다. 이러한 가산기(48)로부터 나오는 출력신호는 제어점(44)을 서어징제어곡선(24)상의 제어점(50)으로 이동지켜주게 되는바, 상기 제어점(50)은 원심압축기(14)의 흡입유량을 한정지우는 것으로서, 이 흡입유량을 나타내는 신호가 라인(54)을 따라 입력되는 실제의 압축기 흡입유량을 나타내는 신호와 함께 차등기(52)에 입력되게 되고, 또 상기 제어점(50)은 이송전진예상가변요소에다 측정된 제2가변요소를 부여해주므로서 서어징제어시스템(18)을 단계적으로 제어하도록 하여, 반응이 빠르면서도 안정되고 교란상태를 재빠르게 교정하도록 해주게 되므로서 제어성능을 뛰어나게 한다.

그리고 상기 차등기(52)의 출력신호는 라인(55)을 따라 최종제어요소인 바이패스밸브(28)를 제어하는 예정된 설정점을 갖는 비례 및 적분기(56)로 입려되게 되는데, 여기서 상기 바이패스밸브(28)는 원심압축기(14)의 흡입라인(34)을 토출라인(58)과 직접 연결시켜 라인(30)을 통과하는 유량을 조절해주므로서 서어징현상이 발생되지 않도록 하는 역할을 하고, 또 상기 비례 및 적분기(56)는 앤티와인드엎(antiwindup)특성을 갖고 있는데, 이러한 특성은 비율 및 적분함수의 특성때문에 필요하게 되는 것이다.

한편 원심압축기(14)는 그 제어기의 설정치와 측정치 사이에 일반적으로 약간의 차이가 있게 되나, 서어징제어곡선(26)으로부터 약간 떨어진 영역에서 작동하게 되므로서 상기 적분기(56)에 출력신호가 그 상한선이나 하한선으로 와인드엎되게 되는바, 이러한 와인드엎작용은 전체적인 부하를 조절하여 상기 적분기(56)가 출력한계에 도달하게 될때 측정이 이루어지는 서어징제어곡선과 동일한 측면으로 비례대(比例帶)를 이동 시켜주는 작용을 하게 되고, 이 경우 만일 제어곡선이 급속한 접근이 이루어지게 된다면 비례대내에서 측정이 이루어지게 되므로 초과량이 제거되게 된다.

여기서 유도제어는 서어징곡선으로부터 멀리 떨어져 있는 서어징방지밸브를 개방시키던가 시스템을 진도시켜 주기 때문에 사용되어지지 않는다. 또한 이는 안전작동영역에서일지라도 유량이 급속하게 진동하게 되면 유도체반응특성 때문에 밸브를 개방시켜 주게 된다.

한편 상기 적분기(56)에서 설정점과 공정상의 가변요소가 서로 상이하게 되면 즉시 밸브(28)를 개방시키도록 제어하여 초기의 서어징발생조건을 상쇠시켜주게 된다.

또 서어징발생조건들은 라인(22)을 따라 가산기(48)로 주입되는 예상되는 이송전진신호에 의해 원심압축기(14)에서 어징현상이 발생하기에 앞서 제어해주게 되고, 기타 나머지의 서어징발생의 제조건들은 큰 서어징조건을 사전에 예견하여 조절해주게 되므로서 쉽게 해결할 수가 있게 된다.

Claims (9)

1. 원심압축기(14)에 작용하는 압력차에 따라 압측기의 서어징한계곡선(38)으로부터 떨어져 있게 되는 서어징제어곡선(26)을 만들어주는 단계와, 상기 압축기(14)에서 서어징조건을 발생시켜주고 압축기의 압력신호가 아닌 시스템의 변수함수로된 이송전진제어신호를 발생시켜주는 단계 및, 상기 서어징제어곡선(26)과 이송전진제어신호의 함수로서 상기 서어징제어곡선(26)으로부터 떨어져 있게 되는 예상서어징제어곡선(24)을 형성시켜주는 단계로 이루어진 압축기의 서어징제어방법.
2. 제1에 있어서, 서어징제어곡선(26)은 서어징한계곡선(38)과 일정거리만큼 떨어지면서 평행되게 이루어지도록 하는 것을 특징으로 하는 압축기의 서어징제어방법.
3. 제1항에 있어서, 예상서어징제어곡선(24)은 상기 이송전지제어신호의 크기에 비례하는 량만큼 서어징제어곡선(26)으로부터 떨어지도록 하는 것을 특징으로 하는 압축기의 서어징제어방법.
4. 원심압축기(14)에 작용하는 압력차에 따라 압축기의 서어징한계곡선(38)으로부터 편향된 서어징제어곡선(26)을 만들어주는 단계와, 상기 압축기(14)에서 서어징조건이 되는 시스템의 변수함수로된 이송전진제어 신호를 발생시켜 주는 단계 및, 상기 서어징제어곡선(26)과 이송전진제어신호의 함수로서 상기 서어징제어곡선(26)으로부터 편향된 예상서어징제어곡선(24)을 형성시켜 주는 단계. 상기 이송전진제어신호가 왕복동압축기(12)에 병열설치된 원심압축기의 가변될 수 있는 출력압력의 조건을 모니터하는 신호가 되게 하는 단계로 이루어진 예상서어징제어곡선을 갖는 원심압축기의 서어징제어방법.
5. 원심압축기(14)에 작용하는 압력차에 따라 압축기의 서어징한계곡선(38)으로부터 편향된 서어징제어곡선(26)을 만들어주는 단계와, 상기 압축기(14)에서 서어징조건을 발생시켜주는 변수의 함수로된 이송전진제어신호를 발생시켜주는 단계 및, 상기 서어징제어곡선(26)과 이송전진제어신호의 함수로서 상기 서어징제어곡선(26)으로부터 편향된 예상서어징제어곡선(24)을 형성시켜주는 단계, 상기 이송전진제어신호가 왕복동압축기(12)에 병열설치된 원심압축기의 가변될 수 있는 출력의 조건을 모니터하는 신호가 되게 하는 단계 및, 예상서어징제어곡선(24)상에서 측정된 제어점(50)의 상대위치에 따라 원심압축기(14)를 우회통과하는 유량을 제어하기 위해 설치된 밸브(28)를 제어하는 단계로 이루어진 예상서어징제어곡선을 가지는 압축기의 서어징제어방법.
6. 고유의 서어징한계곡선과 바이패스라인을 갖는 압축기의 성징제어장치에 있어서, 원심압축기의 고유서어징계곡선(38)으로부터 일정한 간격(K)을 두고 서어징제어곡선(26)이 형성되면서, 이 서어징제어곡선(26)상에 제어점(44)을 결정해주는 제1수단과, 원심압축기(14)에서의 서어징발생조건이 되고 상기 서어징제어곡선(26)을 형성시켜주는 상기 제1수단에서는 이용되어지지 않는 작동상의 가변요소로부터 이송전진제어 신호를 발생시켜 주는 제2수단. 상기 제1수단과 제2수단에서 발생되는 신호를 겨합시켜 상기 제2수단에서 발생된 신호와 이송전진제어신호의 크기에 비례하여 제1수단에 의해 형성되는 서어징제어곡선(26)으로부터 일정간격을 두고 떨어져 위치하는 예상서어징제어곡선(24)을 형성시켜주는 가산기(48), 상기 가산기(48)에연결되어 이 가산기(48)에서 발생되는 제어신호에 따라 압축기(14)를 우회 통과하는 유체의 양을 가변시켜주기 위한 바이패스밸브(28)를 제어하는 비례 및 적분기(56), 상기 원심압축기(14)에 병렬로 연결된 왕복동압촉기(12) 및, 상기 왕복동압축기(12)의 출력압력을 변화시켜 주기 위한 수동/자동조절기(20)로 이루어지면서, 상기 제2수단이 수동/자동조절기(20)와 가산기(48) 사이에 연결된 조절라인(22)을 갖추고서 상기 왕복동압축기(12)에서 요구되는 압력변화에 따라 예상서어징제어곡선(24)이 가변되도록 된 것을 특징으로 하는 고유의 서어징한계곡선(38)과 바이패스라인(30)을 갖는 원심압축기의 서어징제어장치.
7. 제6항에 있어서, 제1수단은 원심압축기(14)의 압력차를 나타내는 출력신호에 따라 서어징한계곡선(38)에 평행한 서어징제어곡선(26)을 만들어주는 함수발생기(36)와, 원심압축기(14)의회전속도를 나타내는 신호를 발생시켜주는 수단 및, 상기 함수발생기에서 발생된 신호와 압축기의 회전속도측정수단을 결합시켜 서어징제어곡선(26)상에 원심압축기의 작동상태를 나타내는 제어점(44)을 형성시켜주는 수단들을 갖춘 것을 특징으로 하는 압축기의 서어징제어장치.
8. 제7항에 있어서, 제1수단은 원심압축기(14)를 통하여 흐르는 유량이 설정치만큼 확실하게 통과되도록 하기 위해 상기 제2수단으로부터 발생되는 신호와 결합된 원심압축기(14)의 통과유량상태를 나타내는 종속신호를 가지는 것을 특징으로 하는 압축기의 서어징제어장치.
9. 제6항에 있어서, 상기 제2수단은 압축기의 요구부하를 가변시켜주는 수동/자동조절기(20)로 된 것을 특징으로 하는 압축기의 서어징제어장치.

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