WO2017110129A1 - 遠心圧縮機及び多段圧縮装置 - Google Patents

遠心圧縮機及び多段圧縮装置 Download PDF

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山下　修一
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三菱重工業株式会社
三菱重工コンプレッサ株式会社
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D25/00—Pumping installations or systems
    • F04D25/16—Combinations of two or more pumps ; Producing two or more separate gas flows
    • 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/66—Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing

Definitions

  • the present invention relates to a centrifugal compressor and a multistage compressor.
  • the centrifugal compressor stops due to the power of the motor driving the centrifugal compressor being dropped, or when the centrifugal compressor is stopped to prevent accidents due to increased vibration, the inside is filled with gas. It becomes a state. This state is called Settling Out state.
  • the motor is a fixed speed motor with a constant rotational speed during rated operation.
  • a suction valve is usually provided between the drum for storing gas and the suction side of the centrifugal compressor.
  • the fixed speed motor does not change the speed during rated operation. For example, it cannot respond to the case where the required final gas pressure is fixed while the initial gas conditions change. . In such a case, the suction valve can adjust the suction of the gas.
  • An anti-surge valve for preventing surge (see Patent Document 1 below) is usually provided between the discharge side of the centrifugal compressor and the drum.
  • an object of the present invention is to provide a centrifugal compressor and a multistage compression device that can reliably obtain a large pressure loss and can reliably reduce the starting power of the centrifugal compressor.
  • the centrifugal compressor according to the first invention for solving the above-mentioned problems is A suction valve provided on the suction-side flow path of the centrifugal compressor body; A bypass flow path communicating before and after the suction valve in the suction side flow path; And an auxiliary valve provided on the bypass flow path and having a Cv value smaller than that of the suction valve.
  • a centrifugal compressor according to the second invention for solving the above-mentioned problems is In the centrifugal compressor according to the first invention, A control unit that issues a drive command to a motor that drives the centrifugal compressor main body and a command to fully close the suction valve and to fully open the auxiliary valve when starting from a state where the gas is filled inside It is characterized by providing.
  • a centrifugal compressor according to a third invention for solving the above-described problem is In the centrifugal compressor according to the second invention, The motor is characterized in that the rotational speed during rated operation is constant.
  • a centrifugal compressor according to a fourth invention for solving the above-described problem is In the centrifugal compressor according to the first invention, An anti-surge valve is provided on the discharge-side flow path of the centrifugal compressor body to prevent surge.
  • a multistage compression apparatus for solving the above-described problems is A centrifugal compressor according to any one of the first to fourth aspects of the present invention, and one or more other centrifugal compressors provided at the subsequent stage of the centrifugal compressor are provided.
  • centrifugal compressor and the multistage compressor according to the present invention a large pressure loss can be reliably obtained, and the starting power of the centrifugal compressor can be reliably reduced.
  • the centrifugal compressor includes a first suction side flow path 10a, a first discharge side flow path 10b, a first drum 11, a suction valve 12, a first centrifugal compressor body 13, a first antisurge valve 14, A motor 3 and a control unit 4 are provided.
  • the centrifugal compressor which concerns on a present Example be the 1st group 1.
  • the first drum 11 and the suction side of the first centrifugal compressor body 13 are connected by a first suction side flow path 10a, and a suction valve 12 is placed on the first suction side flow path 10a.
  • a suction valve 12 is placed on the first suction side flow path 10a.
  • the discharge side of the first centrifugal compressor body 13 and the first drum 11 are connected by a first discharge-side flow path 10b, and a first anti-surge for surge prevention is provided on the first discharge-side flow path 10b.
  • a valve 14 is provided.
  • the first discharge side flow passage 10b is branched between the discharge side of the first centrifugal compressor body 13 and the first antisurge valve 14, and is connected to a second discharge side flow passage 20b described later. And) communicates with the second drum 21.
  • a bypass flow path 15 having both ends connected to the front and rear of the suction valve 12 in the suction side flow path 10 a is provided, and the Cv value of the bypass flow path 15 is higher than that of the suction valve 12.
  • a small auxiliary valve 16 is provided.
  • the Cv value required for the auxiliary valve 16 varies greatly depending on each condition.
  • the Cv value is about 1/5 to 1/10 that of the suction valve 12. Note that the auxiliary valve 16 does not need to be finely adjusted in opening, and is only switched between fully open and fully closed.
  • the motor 3 is connected to the first centrifugal compressor main body 13 (and a second centrifugal compressor 23 described later) and drives the first centrifugal compressor main body 13 (and a second centrifugal compressor 23 described later). It is a fixed-speed motor with a constant speed during rated operation.
  • the control unit 4 controls the motor 3, the suction valve 12 and the auxiliary valve 16. Specifically, when restarting from the Settling Out state, a drive command is given to the motor 3, and a command to fully close the suction valve 12 and to fully open the auxiliary valve 16 is given.
  • the above is the configuration of the centrifugal compressor according to the present embodiment.
  • the multistage compressor according to the present embodiment includes a first group 1 and a second group 2 (other centrifugal compressors).
  • the second group 2 is provided in the subsequent stage of the first group 1, and the second suction side flow path 20a, the second discharge side flow path 20b, the second drum 21, the second centrifugal compressor body 23, and the second antisurge valve. 24, and the motor 3 is shared with the first group 1.
  • the second drum 21 and the suction side of the second centrifugal compressor body 23 are connected by a second suction side flow path 20a. Further, the discharge side of the second centrifugal compressor body 23 and the second drum 21 are connected by a second discharge side flow path 20b, and a second anti-surge for surge prevention is provided on the second discharge side flow path 20b. A valve 24 is provided.
  • the multistage compression apparatus is not limited to only including the first group 1 and the second group 2, and may further include a plurality of groups (centrifugal compressors). These groups have the same configuration as the second group 2.
  • the first stage is the first group 1 regardless of the number of centrifugal compressors. The above is the configuration of the multistage compressor according to the present embodiment.
  • the auxiliary valve 16 Since the auxiliary valve 16 has a smaller Cv value than the suction valve 12, the flow rate of the gas sucked into the first centrifugal compressor body 13 is reduced in this way. Thereby, since the suction pressure of the 1st centrifugal compressor main body 13 falls, the starting motive power required in the case of a centrifugal compressor starting is reduced.
  • FIG. 2 is a graph showing the relationship between the starting speed and the rotational speed of the centrifugal compressor and motor until the rated operation is reached at the time of restart from the Settling Out state.
  • FIG. 2A shows a conventional centrifugal compressor
  • FIG. 2B shows a centrifugal compressor according to an embodiment of the present invention.
  • the horizontal axis indicates the rotational speed
  • the vertical axis indicates the starting power
  • the numerical value on the vertical axis is omitted.
  • the conventional centrifugal compressor here refers to the centrifugal compressor which does not perform flow control of gas at the time of restart from Settling Out state.
  • the centrifugal compressor according to this embodiment can obtain a large pressure loss and can reduce the starting power of the centrifugal compressor.
  • the graph of FIG. 2 is merely an example, and does not limit the performance of the centrifugal compressor and the motor used in this embodiment.
  • the present invention is suitable as a centrifugal compressor and a multistage compressor.

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Abstract

遠心圧縮機本体（１３）の吸入側の流路である吸入側流路（１０ａ）上に設けられた吸込み弁（１２）と、両端が吸入側流路（１０ａ）における吸込み弁（１２）の前後にそれぞれ連通するバイパス流路（１５）と、バイパス流路（１５）上に設けられ、Ｃｖ値が吸込み弁（１２）よりも小さい補助弁（１６）とを備える遠心圧縮機を用いることで、大きな圧損を確実に得ることにより、遠心圧縮機の起動動力を確実に低減することが可能となる。

Description

遠心圧縮機及び多段圧縮装置
　本発明は、遠心圧縮機及び多段圧縮装置に関する。
　遠心圧縮機は、例えば、遠心圧縮機を駆動するモータの電源が落ちることにより停止した場合や、遠心圧縮機の振動が増大し事故防止のために停止した場合等に、内部にガスが充満した状態となる。この状態をSettling Out 状態という。なお、以下では、上記モータが、定格運転中の回転速度が一定である固定速モータである場合を想定する。
　ところで、ガスを溜めておくドラムと遠心圧縮機の吸入側との間には、通常、吸込み弁が設けられている。固定速モータは定格運転中の速度が変化しないため、例えば、ガスの初期条件が変化しつつも、要求される最終的なガスの圧力が固定されている場合などには、対応することができない。吸込み弁は、そのような場合にガスの吸入を調整することができるものである。
　さて、Settling Out 状態から遠心圧縮機を再起動する際、遠心圧縮機本体の内部ガスの圧力が高いと、必要な起動動力が増加してしまう。そこで、起動動力を低減するために、脱ガスを行う方法や、上述のようにガスを溜めておくドラムと遠心圧縮機の吸入側との間に設けられる吸込み弁（下記特許文献１参照）を絞る方法など、様々な方法がある。
　脱ガスを行うと遠心圧縮機本体の内部ガスの圧力が下がり、また、吸込み弁を絞ると吸込み弁での圧損により遠心圧縮機本体の吸込み圧が下がるため、それぞれ遠心圧縮機の再起動の際に必要な起動動力が低減されるという効果がある。
　なお、遠心圧縮機の吐出側とドラムとの間には、通常、サージ防止用のアンチサージ弁（下記特許文献１参照）が設けられている。
特開２００２－３２２９９６号公報
　しかしながら、脱ガスは、ガスによっては実施不可の場合があり、また、吸込み弁は、低開度領域において意図した開度に制御することが難しく、仮に意図せず全閉にしてしまうと、装置が損傷する可能性がある。
　そこで、本発明では、大きな圧損を確実に得ることができ、遠心圧縮機の起動動力を確実に低減することができる、遠心圧縮機及び多段圧縮装置を提供することを目的とする。
　上記課題を解決する第１の発明に係る遠心圧縮機は、
　遠心圧縮機本体の吸入側流路上に設けられた吸込み弁と、
　前記吸入側流路における前記吸込み弁の前後に連通するバイパス流路と、
　前記バイパス流路上に設けられ、Ｃｖ値が前記吸込み弁よりも小さい補助弁とを備える
　ことを特徴とする。
　上記課題を解決する第２の発明に係る遠心圧縮機は、
　上記第１の発明に係る遠心圧縮機において、
　内部にガスが充満した状態からの起動時に、前記遠心圧縮機本体を駆動するモータに対し駆動指令を行うとともに、前記吸込み弁に対し全閉、前記補助弁に対し全開とする指令を行う制御部を備える
　ことを特徴とする。
　上記課題を解決する第３の発明に係る遠心圧縮機は、
　上記第２の発明に係る遠心圧縮機において、
　前記モータは、定格運転中の回転速度が一定である
　ことを特徴とする。
　上記課題を解決する第４の発明に係る遠心圧縮機は、
　上記第１の発明に係る遠心圧縮機において、
　前記遠心圧縮機本体の吐出側流路上に設けられ、サージを防止するアンチサージ弁を備える
　ことを特徴とする。
　上記課題を解決する第５の発明に係る多段圧縮装置は、
　上記第１から４のいずれか１つの発明に係る遠心圧縮機、及び、当該遠心圧縮機の後段に１つ以上設けられた他の遠心圧縮機を備える
　ことを特徴とする。
　本発明に係る遠心圧縮機及び多段圧縮装置によれば、大きな圧損を確実に得ることができ、遠心圧縮機の起動動力を確実に低減することができる。
本発明の実施例に係る遠心圧縮機及び多段圧縮装置の構成を示す概略図である。 Settling Out 状態からの再起動時において、定格運転に至るまでの遠心圧縮機及びモータの回転速度と起動動力との関係を示すグラフである。（ａ）は従来の遠心圧縮機、（ｂ）は本発明の実施例に係る遠心圧縮機によるものである。
　以下、本発明に係る遠心圧縮機及び多段圧縮装置を実施例にて図面を用いて説明する。
　本実施例に係る遠心圧縮機及び多段圧縮装置の構成について、まず、図１の概略図を用いて説明する。
　本実施例に係る遠心圧縮機は、第１吸入側流路１０ａ、第１吐出側流路１０ｂ、第１ドラム１１、吸込み弁１２、第１遠心圧縮機本体１３、第１アンチサージ弁１４、モータ３及び制御部４を備えている。以下では、本実施例に係る遠心圧縮機を第１グループ１とする。
　第１グループ１においては、第１ドラム１１と第１遠心圧縮機本体１３の吸入側とは第１吸入側流路１０ａにより連結しており、第１吸入側流路１０ａ上には吸込み弁１２が設けられている。また、第１遠心圧縮機本体１３の吐出側と第１ドラム１１とは第１吐出側流路１０ｂにより連結しており、第１吐出側流路１０ｂ上にはサージ防止用の第１アンチサージ弁１４が設けられている。さらに、第１吐出側流路１０ｂは、第１遠心圧縮機本体１３の吐出側と第１アンチサージ弁１４との間で分岐しており、（後述の第２吐出側流路２０ｂに接続して）第２ドラム２１に連通している。
　また、第１グループ１では、両端が吸入側流路１０ａにおける吸込み弁１２の前後にそれぞれ接続したバイパス流路１５が設けられており、バイパス流路１５上には吸込み弁１２よりもＣｖ値の小さい補助弁１６が設けられている。
　補助弁１６に求められるＣｖ値は、各条件により大きく変わるが、例えば吸込み弁１２の１／５～１／１０程度のＣｖ値とする。なお、補助弁１６は、開度を微調整する必要は無く、全開と全閉の切り替えのみが行われる。
　一方、モータ３は、第１遠心圧縮機本体１３（及び後述の第２遠心圧縮機２３）に接続し、第１遠心圧縮機本体１３（及び後述の第２遠心圧縮機２３）を駆動するものであり、定格運転時の速度が一定である固定速モータである。また、制御部４は、モータ３、吸込み弁１２及び補助弁１６を制御するものである。具体的には、Settling Out 状態から再起動する場合、モータ３に対し駆動指令を行うとともに、吸込み弁１２に対し全閉、補助弁１６に対し全開とする指令を行う。
　以上が本実施例に係る遠心圧縮機の構成である。
　また、本実施例に係る多段圧縮装置は、第１グループ１及び第２グループ２（他の遠心圧縮機）を備えている。第２グループ２は、第１グループ１の後段に設けられ、第２吸入側流路２０ａ、第２吐出側流路２０ｂ、第２ドラム２１、第２遠心圧縮機本体２３及び第２アンチサージ弁２４を備え、モータ３を第１グループ１と共有している。
　第２グループ２においては、第２ドラム２１と第２遠心圧縮機本体２３の吸入側とは第２吸入側流路２０ａにより連結している。また、第２遠心圧縮機本体２３の吐出側と第２ドラム２１とは第２吐出側流路２０ｂにより連結しており、第２吐出側流路２０ｂ上にはサージ防止用の第２アンチサージ弁２４が設けられている。
　ただし、本実施例に係る多段圧縮装置は、第１グループ１及び第２グループ２を備えるのみに限定されるものではなく、さらに複数のグループ（遠心圧縮機）を備えても良い。これらのグループは、第２グループ２と同様の構成とする。また、遠心圧縮機の数に関わらず、最前段は第１グループ１とする。
　以上が本実施例に係る多段圧縮装置の構成である。
　本実施例に係る遠心圧縮機及び多段圧縮装置の動作について説明すると、Settling Out 状態から再起動する際、制御部４の制御により、モータ３が駆動を開始するとともに、吸込み弁１２が全閉、補助弁１６が全開となる。これにより、第１ドラム１１から第１遠心圧縮機本体１３に吸入されるガスが、補助弁１６を通過するようになる。
　補助弁１６は、吸込み弁１２に比べＣｖ値が小さいため、このようにすることで第１遠心圧縮機本体１３に吸入されるガスの流量が小さくなる。これにより、第１遠心圧縮機本体１３の吸込み圧が下がるため、遠心圧縮機起動の際に必要な起動動力が低減される。
　図２は、Settling Out 状態からの再起動時おいて、定格運転に至るまでの遠心圧縮機及びモータの回転速度と起動動力との関係を示すグラフである。図２（ａ）は従来の遠心圧縮機、図２（ｂ）は本発明の実施例に係る遠心圧縮機によるものである。図２（ａ）、図２（ｂ）ともに、横軸が回転速度、縦軸が起動動力を示しており、縦軸の数値は省略している。なお、ここでの従来の遠心圧縮機とは、Settling Out 状態からの再起動時おいて、ガスの流量制御を行わない遠心圧縮機を指す。
　図２（ａ）を見ると、従来の遠心圧縮機では、回転速度が９０％を超えるあたりで、遠心圧縮機に必要な起動動力の値がモータの起動動力の値を上回ってしまっている。ところが、図２（ｂ）を見ると、本実施例に係る遠心圧縮機では、遠心圧縮機に必要な起動動力がモータの起動動力を上回ることはない。すなわち、本実施例に係る遠心圧縮機では、大きな圧損を得ることができ、遠心圧縮機の起動動力を低減することができることを示している。ただし、図２のグラフは、あくまでも一例であり、本実施例に用いる遠心圧縮機及びモータの性能を限定するものではない。
　また、本実施例に係る遠心圧縮機及び多段圧縮装置では、Settling Out 状態からの再起動時において、既に説明した脱ガスを行う場合や吸込み弁を絞る場合のような問題が発生せず、これらの技術に比べ、大きな圧損を確実に得ることができ、遠心圧縮機の起動動力を確実に低減することができる。
　本発明は、遠心圧縮機及び多段圧縮装置として好適である。
１　第１グループ
２　第２グループ
３　モータ
４　制御部
１０ａ　第１吸入側流路
１０ｂ　第１吐出側流路
１１　第１ドラム
１２　吸込み弁
１３　第１遠心圧縮機本体
１４　第１アンチサージ弁
１５　バイパス流路
１６　補助弁
２０ａ　第２吸入側流路
２０ｂ　第２吐出側流路
２１　第２ドラム
２３　第２遠心圧縮機本体
２４　第２アンチサージ弁

Claims (5)

  1. 　遠心圧縮機本体の吸入側流路上に設けられた吸込み弁と、
    　両端が前記吸入側流路における前記吸込み弁の前後にそれぞれ連通するバイパス流路と、
    　前記バイパス流路上に設けられ、Ｃｖ値が前記吸込み弁よりも小さい補助弁とを備える
    　ことを特徴とする、遠心圧縮機。
  2. 　前記遠心圧縮機本体の内部にガスが充満した状態から起動する場合に、前記遠心圧縮機本体を駆動するモータに対し駆動指令を行うとともに、前記吸込み弁に対し全閉、前記補助弁に対し全開とする指令を行う制御部を備える
    　ことを特徴とする、請求項１に記載の遠心圧縮機。
  3. 　前記モータは、定格運転中の回転速度が一定である
    　ことを特徴とする、請求項２に記載の遠心圧縮機。
  4. 　前記遠心圧縮機本体の吐出側流路上に設けられ、サージを防止するアンチサージ弁を備える
    　ことを特徴とする、請求項１に記載の遠心圧縮機。
  5. 　請求項１から４のいずれか１項に記載の遠心圧縮機、及び、当該遠心圧縮機の後段に１つ以上設けられた他の遠心圧縮機を備える
    　ことを特徴とする、多段圧縮装置。
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