JPH0712090A - 圧縮機のサージング発生防止方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 取扱うガスの分子量が大幅に変化するような
運転条件であっても、圧縮機のサージングの発生を確実
に防止すること。 【構成】 圧縮機１の回転数Ｎ、吸込ガス温度Ｔｓ、吐
出ガス温度Ｔｄ、吸込圧力Ｐｓ、吐出圧力Ｐｄ、吸込流
量オリフィス差圧ΔＰｓを計測し、これらからガス分子
量ＭＷや吸込流量Ｑｓを求め、さらに分子量にもとづく
サージング発生流量係数を求め、圧縮機の運転中の吸込
流量係数が、サージング発生流量係数に近付くと、制御
弁１２を開いて吐出ガスを吸込側へ導入するようにした
もの。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、圧縮機において、吸込
流量を絞っていったときに発生するサージングを防止す
るための方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】圧縮機では、吸込流量を大流量側から少
流量側へ絞っていくと、吐出圧力が脈動したりロータの
軸振動が高くなったりする現象、すなわちサージングが
発生する。このサージングが発生すると、圧縮機の運転
を継続することが困難となるので、圧縮機にはサージン
グの発生を防止するための、サージング防止コントロー
ラが備えられていて、吸込流量が減ってきてサージング
が発生しそうになると、圧縮機の吸込側と吐出側との間
に設けられている制御弁を操作して、吐出ガスを吸込側
へ戻して吸込流量を増やすようにしている。

【０００３】図４は、従来の圧縮機のサージング発生防
止方法を説明するために示した圧縮機の系統図であり、
先ずこの図を参照して、従来の圧縮機のサージング発生
防止方法について説明する。

【０００４】図４において、圧縮機１は駆動機２によっ
て駆動され、吸込口３からガスが吸込まれ、吐出口４か
ら圧縮されたガスが吐出される。ガスの吸込側経路には
オリフィス５と圧力計６が設けられ、それぞれ吸込流量
オリフィス差圧ΔＰｓと吸込圧力Ｐｓが計測される。一
方、ガスの吐出側経路には圧力計７が設けられ、吐出圧
力Ｐｄが計測される。これらの計測値は、それぞれ流量
伝送器８、圧力伝送器９、１０を介してサージング防止
コントローラ１１へ送られる。そして、圧縮機１の吸込
側経路と吐出側経路との間には、制御弁１２が設けられ
て両経路を接続しており、この制御弁１２はサージング
防止コントローラ１１からの出力によって、電空変換器
１３を介して制御されるようになっている。なお、１４
は空気供給器である。

【０００５】さて、サージング防止コントローラ１１で
は、圧力伝送器９、１０からの供給データから、圧力比
演算器１５で吸込圧力Ｐｓに対する吐出圧力Ｐｄの比
（Ｐｄ／Ｐｓ）を求め、この値と流量伝送器８からの吸
込流量オリフィス差圧ΔＰｓとから流量演算器１６で吸
込流量Ｑｓを求める。この値は流量調節計１７へ供給さ
れ、吸込流量Ｑｓがサージングが発生しそうな値に近付
いたとき、制御弁１２を開くための信号を発生する。す
なわち、流量調節計１７からの信号は電気信号であり、
これを電空変換器１３で圧力に変換して制御弁１２へ供
給する。そして、制御弁１２が開かれると、吐出ガスが
吸込側へ戻されることとなり、吸込流量が増加してサー
ジングの発生が回避される。

【０００６】図５は、圧縮機の吸込流量と昇圧比との関
係を、回転数をパラメータとして示した特性図であり、
各回転数におけるサージングの発生位置を実線Ｌで示し
てある。そして、サージングの発生を回避するための、
制御弁調節ラインを破線ｌで示してある。従って、予め
設定しておいた制御弁調節ラインｌよりも吸込流量Ｑｓ
が小さくなった場合に、サージング防止コントローラ１
１から制御弁１２へ信号が送られて弁を開かせる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述の従来
のサージング発生防止方法は、圧縮機の取扱うガスの分
子量が一定であることが前提条件となっていた。そのた
め、運転中にガスの分子量が大きく変化するようなガス
を取扱う圧縮機には適用できないという問題があった。

【０００８】その理由は、数式１に示すように、

【数１】 吸込流量Ｑｓは、吸込流量オリフィス差圧ΔＰｓとガス
の分子量ＭＷの積の平方根に比例するので、ガスの分子
量ＭＷが変動すると、吸込流量Ｑｓの演算値の誤差が大
きくなるためである。従って、この分子量ＭＷをたびた
び計測して外部から入力するようにすれば、吸込流量Ｑ
ｓの演算値は正しいものとなるが、常に分子量ＭＷを計
測して管理することは困難であった。

【０００９】なお、従来のサージング発生防止方法にお
いて、制御弁１２の調節ライン（図４の破線ｌ）を、圧
縮機の吸込流量Ｑｓの相当大きい側へ設定しておけば、
外部からガスの分子量ＭＷを入力することなく、分子量
が異なる全ての運転条件でサージングを防止することは
可能である。しかしこのときは、圧縮機の低流量運転時
でも、制御弁１２を介して多量の吐出ガスが吸込側へ還
流されることになり、ガス動力が大きくなって現実的で
はない。

【００１０】本発明は、このような従来技術の課題を解
決するためになされたもので、取扱うガスの分子量が大
幅に変化するような運転条件であっても、圧縮機のサー
ジングの発生を確実に防止することができる方法を提供
することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明に係る圧縮機のサージング発生防止方法
は、圧縮機インペラの外径寸法やその回転数などを基に
ポリトロピックヘッド値を仮定する段階と、この仮定し
たポリトロピックヘッド値を圧縮機の吸込ガスおよび吐
出ガスの圧力と温度から補正する段階と、この補正され
たポリトロピックヘッド値を基に圧縮機が取扱っている
ガスの分子量を算出する段階と、この段階によって算出
されたガスの分子量と吸込流量オリフィス差圧とから吸
込ガス流量を算出する段階と、これらの段階を繰り返し
実行することにより圧縮機に吸込まれるガスの分子量に
応じた吸込流量を求める段階と、この段階によって求め
られた吸込ガス流量に応じて圧縮機におけるサージング
の発生を防止するように吐出ガスを吸込側へ取込むため
の制御弁を制御する段階と包含する。

【００１２】

【作 用】上記の手段によれば、圧縮機が取扱っている
ガスの分子量を自動的に算出し、これにより吸込ガス流
量を精度良く算出して、サージングの発生を防止するの
に必要な最小限の吐出ガスを吸込側へ取込むように制御
弁を制御するので、運転中に分子量が大きく変化するよ
うなガスを取扱う圧縮機であっても、確実にサージング
の発生を防止することができるとともに、吸込側へ取込
む吐出ガスの量も少なくしてガス動力の低減を図ること
ができる。

【００１３】

【実施例】以下本発明に係る圧縮機のサージング発生防
止方法の一実施例について、図１ないし図３を参照して
詳細に説明する。なお、図１において、図４と同一部分
には同一符号を付して示してあるのでその部分の説明は
省略する。

【００１４】先ず、本発明に係る圧縮機のサージング発
生防止方法の処理の流れを図２をもとに説明する。すな
わち、第１ステップとして、圧縮機１の図示しないイン
ペラの外径Ｄと、計測する回転数Ｎとからインペラの周
速ｕを求める。計算式は数式２で与えられる。

【数２】

【００１５】次に第２ステップとして、流量係数φｓ、
吸込温度Ｔｓ、インペラ周速ｕ、ガス分子量ＭＷの関数
であるポリトロピック圧力係数μｐを予想値を仮定し
て、ポリトロピックヘッド値Ｈｐを求める。この計算式
は数式３で与えられる。

【数３】

【００１６】次に第３ステップとして、圧縮機の状態量
としての吸込圧力Ｐｓ、吸込温度Ｔｓ、吐出圧力Ｐｄ、
および吐出温度Ｔｄから数式４によりポリトロピック指
数ｎを求め、さらに数式５に示すポリトロピックヘッド
Ｈｐの式から分子量ＭＷを求める。

【数４】

【数５】

【００１７】次に第４ステップとして、既に示した数式
１により、吸込流量オリフィス差圧ΔＰｓとガス分子量
ＭＷとから吸込流量Ｑｓを求め、さらに数式６から無次
元の吸込流量を表す流量係数φｓを求める。

【数６】

【００１８】次に第５ステップとして、吸込温度Ｔｓや
インペラ周速ｕの測定値と、今までに求めた流量係数φ
ｓとガス分子量ＭＷとから、ポリトロピック圧力係数μ
ｐを数式７に示す関数として求める。

【数７】μｐ＝μｐ（φｓ，Ｔｓ，ｕ，ＭＷ）

【００１９】次に第６ステップとして、このポリトロピ
ック圧力係数μｐを、数式３のポリトロピックヘッド値
Ｈｐを求める式に代入し、以下同様の演算を繰返すこと
によりポリトロピック圧力係数μｐを収束させる。

【００２０】次に第７、すなわち最後のステップとし
て、ポリトロピック圧力係数μｐが収束したら、図３に
示す特性図からサージング発生流量係数φｓｓを求め、
さらに制御弁１２を操作するときの流量係数φｓｃを決
定する。そして、圧縮機の運転中の流量係数φｓが制御
弁１２を操作する流量係数φｓｃよりも小さければ、制
御弁１２を開いて吐出ガスを吸込側へ導入してサージン
グの発生を防止する。

【００２１】次に、このような本発明によるサージング
発生防止方法を適用した圧縮機の一例を図１の系統図に
よって説明する。

【００２２】サージング防止コントローラ２１は、従来
のものよりも大幅に機能が拡大されており、ポリトロピ
ック演算器２２、分子量演算器２３が追設されている。
そして、駆動機２に設けた回転計２４から回転数伝送器
２５を介して圧縮機１のインペラの回転数がポリトロピ
ック演算器２２へ供給される。また、圧縮機１のガスの
吸込側経路には温度計２６が設けられ、温度伝送器２７
を介して吸込ガス温度Ｔｓを分子量演算器２３へ供給し
ている。一方、ガスの吐出側経路には温度計２８が設け
られ、温度伝送器２９を介して吐出ガス温度Ｔｄを分子
量演算器２３へ供給している。なお、吸込圧力Ｐｓや吐
出圧力Ｐｄも、分子量演算器２３へ供給される。

【００２３】サージング防止コントローラ２１では、図
２の流れ図に沿って説明したように、順次演算処理を行
い、ガス分子量ＭＷや吸込流量Ｑｓを求める。さらに分
子量にもとづくサージング発生流量係数φｓｓを求め、
圧縮機１の運転中の吸込流量係数φｓが、制御弁１２を
操作する流量係数φｓｃよりも小さければ、制御弁１２
を開くように流量調節計１７から信号を発生し、電空変
換器１３を介して制御弁１２を開き、吐出ガスを吸込側
へ導入してサージングの発生を回避させる。

【００２４】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
圧縮機の取扱いガスの分子量が大幅に変化するような運
転条件であっても、常時分子量を算出して吸込流量を求
め、これによりサージング発生の予防策を講じるので、
サージングの発生を確実に防止することができる。ま
た、サージングの発生点を精度良く求めることができる
ので、圧縮機の低流量運転においては、吸込側へ導入す
る吐出ガスの量を少なくすることができ、ガス動力を低
減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るサージング発生防止方法を適用し
た圧縮機の一例を示した系統図である。

【図２】本発明に係る圧縮機のサージング発生防止方法
の処理の流れを示した流れ図である。

【図３】圧縮機の無次元性能特性を示した特性図であ
る。

【図４】従来の圧縮機のサージング発生防止方法を説明
するために示した圧縮機の系統図である。

【図５】圧縮機の吸込流量と昇圧比との関係を、回転数
をパラメータとして示した特性図である。

【符号の説明】

１ 圧縮機 ２ 駆動機 ３ 吸込口 ４ 吐出口 ５ オリフィス ６ 圧力計 ７ 圧力計 ８ 流量伝送器 ９ 圧力伝送器 １０ 圧力伝送器 １２ 制御弁 １３ 電空変換器 １４ 空気供給器 １６ 流量演算器 １７ 流量演算器 ２１ サージング防止コントローラ ２２ ポリトロピック演算器 ２３ 分子量演算器 ２４ 回転計 ２５ 回転数伝送器 ２６ 温度計 ２７ 温度伝送器 ２８ 温度計 ２９ 温度伝送器

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】圧縮機インペラの外径寸法やその回転数な
   どを基にポリトロピックヘッド値を仮定する段階と、こ
   の仮定したポリトロピックヘッド値を圧縮機の吸込ガス
   および吐出ガスの圧力と温度から補正する段階と、この
   補正されたポリトロピックヘッド値を基に圧縮機が取扱
   っているガスの分子量を算出する段階と、この段階によ
   って算出されたガスの分子量と吸込流量オリフィス差圧
   とから吸込ガス流量を算出する段階と、これらの段階を
   繰り返し実行することにより圧縮機に吸込まれるガスの
   分子量に応じた吸込流量を求める段階と、この段階によ
   って求められた吸込ガス流量に応じて圧縮機におけるサ
   ージングの発生を防止するように吐出ガスを吸込側へ取
   込むための制御弁を制御する段階とを包含することを特
   徴とする圧縮機のサージング発生防止方法。