(57)【要約】【課題】  井戸の底部近傍に配設された圧縮機の羽根車に接触する流体の状態を井戸の外部からでも入手可能な情報に基づいて推定できるとともに、液分が混入する動作環境で回転する羽根車に必要な軸動力を簡便かつ高精度に予測できる圧縮機を提供する。【解決手段】  羽根車１５と、それに対して軸動力を与えるモータ１２とを備え、羽根車１５の回転で流体を圧縮する圧縮機１は、それに関する設計値と、この圧縮機１を稼働中において計測された液流量と、ガス流量と、羽根車１５の回転数と、の少なくとも２つを用いて、羽根車１５に接触する流体の状態を推定する演算部３と、備えた。また、設計値を格納したデータベース２をさら備え、推定された流体の状態に基づいて羽根車１５の回転維持に必要な軸動力を算出する。また、流体の状態が液膜か液滴か、いずれに近いか、その状態に応じて前記軸動力を算出する。【選択図】  図２
2020197161.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
羽根車と、該羽根車に対して軸動力を与えるモータと、を備え、前記羽根車の回転で流体を圧縮する圧縮機であって、
当該圧縮機の設計値と、計測された液流量とガス流量と前記羽根車の回転数と、の少なくとも２つを用いて、前記羽根車に接触する流体の状態を推定する演算部を備える圧縮機。
【請求項２】
前記設計値を格納したデータベースをさら備え、
前記演算部が、前記推定された前記流体の状態に基づいて前記羽根車の回転維持に必要な前記軸動力を算出する、
請求項１に記載の圧縮機。
【請求項３】
前記流体の推定された状態が液膜と液滴のいずれの状態に近いかと、その近さの程度とに応じて、前記演算部が、前記軸動力を算出する、
請求項２に記載の圧縮機。
【請求項４】
前記演算部は、
前記羽根車の吸込部でストークス数が１より小さいなら前記流体は液滴が支配的との判定に基づいて前記軸動力を算出する第１の軸動力算出式と、
ウェーバ数で主流のせん断力による液滴分裂の有無を判定する液滴分裂判定式と、
前記ストークス数が１より大きく、かつ、前記液滴分裂判定式により前記流体は液滴分裂が有るとの判定に基づいて分裂後の液滴径を算出する液滴径算出式と、
前記ストークス数が１より大きく、かつ、前記羽根車の内壁に液膜が生じるとの判定に基づいて前記軸動力を算出する第２の軸動力算出式と、
を備え、
さらに、前記分裂後の液滴径を用いた上で、再度、前記ストークス数が１より小さいとの判定があれば前記第１の軸動力算出式より前記軸動力を算出する、
請求項３に記載の圧縮機。
【請求項５】
羽根車と、該羽根車に対して軸動力を与えるモータとを備え、前記羽根車の回転で流体を圧縮する圧縮機制御方法であって、当該圧縮機に関する設計値と、計測された液流量とガス流量と前記羽根車の回転数と、の少なくとも２つを用いて、演算部が前記羽根車に接触する流体の状態を推定する圧縮機制御方法。
【請求項６】
前記設計値を格納したデータベースを用い、前記推定された前記流体の状態に基づいて前記羽根車の回転維持に必要な前記軸動力を算出する、
請求項５に記載の圧縮機制御方法。
【請求項７】
前記流体の状態が液膜か液滴か、いずれの状態に近いかの程度に応じて前記軸動力を算出する、
請求項５に記載の圧縮機制御方法。
【請求項８】
前記軸動力の算出は、
前記羽根車の吸込部でストークス数が１より小さいなら前記流体は液滴が支配的との判定に基づいて第１の軸動力算出式により前記軸動力を算出する第１ステップと、
前記ストークス数が１より大きく、かつ、ウェーバ数で主流のせん断力により前記流体は液滴分裂が有るとの液滴分裂判定式の判定に基づいて、液滴径算出式で分裂後の液滴径を算出する第２ステップと、
さらに、前記分裂後の液滴径を用いた上で、再度、前記ストークス数が１より小さいとの判定があれば前記第１の軸動力算出式より前記軸動力を算出する第３ステップと、
前記ストークス数が１より大きく、かつ、前記羽根車の内壁に液膜が生じるとの判定に基づいて第２の軸動力算出式より前記軸動力を算出する第４ステップと、
を有する請求項７に記載の圧縮機制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は圧縮機、及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、化石燃料に対する需要の増加と採掘技術の発展に伴い、在来型ガス田から非在来型ガス田へ開発がシフトしつつあり、例えば、大深水やガス田直下といった苛酷環境に圧縮機を設置する必要が生じてきた。大深水においては、数百メートルの海底に圧縮機を設置し、地中の貯留層から天然ガスを圧送する方法（サブシー圧縮機）が検討されている。
【０００３】
また、ガス田直下においては、地下数千メートルのガス井内部に圧縮機を投入し、井戸の底部でガスを圧縮して地上まで送り出す方法が提唱され、そのための圧縮機（ダウンホール圧縮機）の研究開発が行われている。開発当初には地下の圧力が高いが、ガスを採取するにつれて内部の圧力が下がっていく。
【０００４】
ガス田の地下の圧力が高い間は天然ガスを地上まで自噴させることができるが、圧力が限界以下に低下するとガスを自噴させることができなくなるため、従来は圧力が下がったガス井は枯渇したものとされていた。しかし、地下の圧力がガスを自噴させるには不十分なレベルに低下した後でも、ガス田の内部にはまだ相当量の天然ガスが残っている。
【０００５】
そこで、ダウンホール圧縮機を適用しガス田直下の圧力をブーストすることで、ガス田の生産能力を回復することが可能であると考えられている。以上説明したサブシー圧縮機やダウンホール圧縮機など上流分野向けプロセス遠心圧縮機は、ガス田近傍あるいは井戸元への設置が想定されるため、非常に厳しい作動環境に晒される。
【０００６】
一般的に、天然ガス田で使用される圧縮機の作動流体には気体だけでなく、水やコンデンセートと呼ばれる軽質液状炭化水素が含まれた液分が混入する動作環境下にあることが特徴として挙げられる。特にガス田近傍あるいは井戸元においては、天然ガスに含まれる液分率が非常に高い。
【０００７】
このような環境下では、圧縮機内部に侵入した液分が機器の安定運転を損なうトラブルをもたらすと予測される。すなわち、圧縮機の羽根車に液分が混入した場合、圧縮機効率の低下や機械的トラブルが問題となる。このような不具合を避けるため、従来型の上流分野向けプロセス遠心圧縮機は、圧縮機の吸込側にスクラバやセパレータを配置し、液分の混入を抑制する方式を採用している。
【０００８】
一方で、昨今、機器全体の小型軽量化のニーズが求められており、セパレータ、スクラバを排した設置面積、重量の低減を実現するスモールフットプリント設計がトレンドである。例えば、圧縮機とセパレータを一体化し機器全体を小型・モジュール化する手法やセパレータやスクラバを設けず、圧縮機に直接液分を輸送する手法が考えられる。
【０００９】
いずれの方式も、セパレータによる液分の十分な回収および除去を見込めないため、圧縮機内部に侵入した液分により羽根車の回転維持に必要な軸動力（以下、単に「軸動力」ともいう）の増大が予測される。軸動力の増大を予測して設計した場合、計画時におけるモータ体格が過剰設計となることの無駄を生ずることがある。
【００１０】
逆に、軸動力の増大を予測しない設計において、予測に反する過負荷が生じた場合、運転時におけるモータトリップによるシステムの異常停止を招くと考えられる。なお、モータトリップとは、過電圧、過電流などに対してインバータの保護機能が動作して、インバータからモータへの電力供給を遮断することをいう。
【００１１】
したがって、そのような問題を事前に回避するため、設計段階や運転時に液分が混入する動作環境における軸動力の増加量を推定する手法の確立が重要である。液分が混入する条件で稼働する圧縮機に関連するものとして特許文献１が挙げられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特表２０１５-５２１７０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、特許文献１に記載された、液分が混入する動作環境で稼動する圧縮機では、井戸の底部近傍に配設された圧縮機の羽根車に接触する流体の状態を井戸の外部から目視して推定することはできなかった。本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、井戸の底部近傍に配設された圧縮機の羽根車に接触する流体の状態を井戸の外部でも容易に得られる情報に基づいて推定することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、羽根車と、該羽根車に対して軸動力を与えるモータと、を備え、前記羽根車の回転で流体を圧縮する圧縮機であって、当該圧縮機の設計値と、計測された液流量とガス流量と前記羽根車の回転数と、の少なくとも２つを用いて、前記羽根車に接触する流体の状態を推定する演算部を備えるものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、井戸の底部近傍に配設された圧縮機の羽根車に接触する流体の状態を井戸の外部で入手可能な情報に基づいて推定できる圧縮機を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態に係るダウンホール圧縮機（本圧縮機）と本圧縮機が設置されるガス井を示す断面図である。
【図２】本圧縮機を示す断面図である。
【図３】液分混入時における本圧縮機の軸動力を算出する手順を示したフローチャートである。
【図４】液分率と軸動力の関係の一例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、添付図面に示す実施形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。なお、本実施形態ではターボ型のダウンホール圧縮機が採用され、本実施形態に係る圧縮機を「本圧縮機」という。しかし、本発明に係る圧縮機は、ダウンホール圧縮機以外の圧縮機、例えば、サブシー圧縮機にも適用可能である。
【００１８】
図１は、本圧縮機が設置されたガス井を示す断面図である。図１に示すように、ガス井（単に「井戸」ともいう）１００は、地上からガス層１０２に達する掘削穴であり、その内部には内壁を保護するための鋼管１０４が設置されている。本圧縮機１は、支持部材１３０によってガス井１００の鋼管１０４のうち底部近傍の内壁に取り付けられる。
【００１９】
本圧縮機１は、鋼管１０４内に配設された送電ケーブル１３２を介して地上に設置された電源装置１３４と接続される。本圧縮機１と鋼管１０４内壁との隙間には、本圧縮機１の下方（上流側）と上方（下流側）とを分離し、本圧縮機１の下流側から上流側へのガスの逆流を防止するパッカー（図示せず）が取り付けられている。
【００２０】
本圧縮機１は、自噴不能なレベルまで圧力が低下したガス層１０２の天然ガス（以下、「周囲ガス」という）１２０を吸入し、自噴可能な圧力まで圧縮した後、地上に向けて放出する。本圧縮機１から放出された圧縮ガス１２２は、鋼管１０４内を上昇して地上に噴出し、ガス輸送管１４２を介してセパレータ１４０に送られ、ガス成分とオイル成分とに分離される。
【００２１】
図２は、本圧縮機１を示す断面図である。図２に示す通り本圧縮機１は、ターボ型のダウンホール圧縮機が採用されており、ケーシング１１内部に、モータ１２によって回転駆動する回転軸１３と、その回転軸１３に保持され円周方向にほぼ等間隔で設けられた羽根１４を持つ羽根車１５と、を有する。本圧縮機１では、送電ケーブル１３２から供給される電力を変換してモータ１２を駆動する不図示のインバータと、データベース２と、演算部３とが備えられている。データベース２は、演算部３により適宜作成又は更新される。
【００２２】
演算部３は、データベース２を基に、深い地中に位置する圧縮機本体から離れた地上にいる作業者に、羽根車１４に接触する流体の状態について推定された状態を通知する。演算部３は、例えば、コンピュータプログラムがプロセッサに実行されることによって実現された機能でよい。演算部３を実現するためのプロセッサと、データベース２を格納する記憶装置（例えばメモリ）とのうちのいずれも、圧縮機本体に存在してもよいし、圧縮機本体と通信可能な地上の計算機（作業者の計算機）に存在してもよい。
【００２３】
演算部３は、（Ａ）本圧縮機１に関する設計値と、（Ｂ）本圧縮機１の稼働中に計測された液流量と、（Ｃ）本圧縮機１の稼働中に計測されたガス流量と、（Ｄ）本圧縮機１の稼働中に計測された羽根車１５の回転数と、という（Ａ）〜（Ｄ）の少なくとも２つを用いて、羽根車１５に接触する流体の状態を推定する。（Ａ）〜（Ｄ）の情報の少なくとも一部が、例えばデータベース２に格納される。
【００２４】
（Ｂ）〜（Ｄ）の情報のように本圧縮機１の稼働中に計測された情報（例えば、後述のセンサ５により計測された液流量及びガス流量を示す情報）は、例えば演算部３によりデータベース２に格納される。演算部３は、推定された状態を示す情報、地上にある作業者の計算機に送信する。これにより、作業者の計算機の表示デバイスに、当該情報が示す状態（推定された状態）が表示される。
【００２５】
羽根車１５に接触する流体の状態の推定に必要な情報（例えばデータベース２に格納される情報）は、圧縮機本体から離れた地上の計算機により取得され、当該情報を基に当該計算機における演算部３により、羽根車１５に接触する流体の状態が推定され、推定された状態が表示されてもよい。
【００２６】
本圧縮機１の圧縮機本体は、直視はおろか直接に取り扱うことも困難な井戸の底部近傍に配設されていながら、演算部３により、圧縮機本体の羽根車１４に接触する流体の状態を、上述の（Ａ）〜（Ｄ）のうちの少なくとも２つ（例えば、圧縮機本体との通信により地上で入手可能な情報）に基づいて推定できる。
【００２７】
なお、インバータは、電源装置１３４から送電ケーブル１３２を経由してモータ１２に至るまでのいずれかに介在している。さらに、羽根車１５の上流側には本圧縮機１へ流入するガスと液とそれぞれの流量を計測するセンサ５が設置されている。上記構成において、作動流体は、羽根車１５の回転作用により、吸込口から吸入されるとともに、増速、昇圧され下流へと導かれる。
【００２８】
図３は、液分混入時における本圧縮機１の軸動力を算出する手順を示したフローチャートである。図３に示すように、圧縮機軸動力の算出は、以下の４ステップで構成され、いずれも演算部３により実行される。なお、ここでいうストークス数（Stokes number）とは、流体中を運動する微粒子について、流体への追従性を記述するために用いられる無次元量である。
【００２９】
（ステップＳ１）：演算部３は、羽根車１５の吸込部１６において、ストークス数を用いた判定を行う。ストークス数が１より小さい場合には、羽根車１５のブレード表面で液滴が支配的であると判定され、下記式（１）より軸動力を算出する。ストークス数が１より大きい場合には、次の判定ステップＳ２へと進む。
【００３０】
（ステップＳ２）：演算部３は、羽根車１５のブレード表面において、主流のせん断力による液滴分裂の有無を判定する。判定の結果、液滴分裂が生じる場合には分裂後の液滴径を算出する。なお、液滴分裂の判定には、後述するウェーバ数を用いる。
【００３１】
（ステップＳ３）：演算部３は、分裂後の液滴径を用い、再度ストークス数を用いた判定を行う。ストークス数が１より小さい場合には、羽根車１５のブレード表面で液滴が支配的であると判定され、下記式（１）より軸動力を算出する。ストークス数が１より大きい場合には、次の判定ステップＳ４へと進む。
【００３２】
（ステップＳ４）：演算部３は、羽根車１５の内壁における液膜生成の有無を判定する。判定の結果、液膜が生じる場合には、式（２）より軸動力を算出する。液膜が生じない場合には、液滴は主流に戻ると仮定し、下記式（１）より軸動力を算出する。
【００３３】
羽根車１５のブレード表面で液滴が支配的であると判定された場合の軸動力は下記式（１）にて算出される。下記式（１）において、ｍｇ及びｍｌは、それぞれ、センサ５で計測されたガス流量と、液流量と、である。
【００３４】
また、Ｌｄｒｙは、ドライガス条件における羽根車１５の回転を維持するために必要な軸動力であり、センサ５で計測されたガス流量と、インバータの運転周波数から検出された回転数と、に基づき、データベース２に記憶された設計値を含むデータを用いて演算部３より算出される。
【００３５】
下記式（１）が示すＬｗｅｔは、センサ５で計測されたガス流量ｍｇと、液流量ｍｌと、の混在する比率に応じて羽根車１５の回転を維持するために必要な軸動力であり、Ｌｄｒｙと同様に、演算部３より算出される。
【００３６】
【数１】
2020197161.tif 000003
【００３７】
羽根車１５のブレード表面で液膜が支配的であると判定された場合の軸動力は下記式（２）にて算出される。下記式（２）において、センサ５で計測されたガス流量ｍｇと、液流量ｍｌと、ドライガス条件における羽根車１５の軸動力Ｌｄｒｙは、上記式（１）でも適用した数値である。さらに、ｕ２と、ｃｕ２ｇと、は、それぞれ羽根車１５の周速と、羽根車出口におけるガスの周方向速度と、である。
【００３８】
下記式（２）におけるガス流量ｍｇ、及び液流量ｍｌは、上記式（１）で用いたとおりである。それらのほかに、適用される数値のｕ２、及びｃｕ２ｇは、羽根車１５の周速ｕ２と、羽根車１５出口におけるガスの周方向速度ｃｕ２ｇと、である。これらの数値は、センサ５で計測されたガス流量ｍｇと、インバータの運転周波数から検出された回転数と、に基づき、データベース２の設計値を用いて、演算部３によりそれぞれ算出される。
【００３９】
下記式（２）が示すＬｗｅｔは、センサ５で計測されたガス流量ｍｇと、液流量ｍｌと、の混在する比率に応じるとともに、羽根車１５の周速ｕ２と、羽根車１５の出口におけるガスの周方向速度ｃｕ２ｇと、にも応じて羽根車１５の回転を維持するために必要な軸動力である。
【００４０】
つまり、下記式（２）が示すＬｗｅｔは、ガス流量ｍｇ、液流量ｍｌ、羽根車１５の設計値、及び、羽根車１５のブレード表面を覆う液膜状態、羽根車１５の周速ｕ２と、羽根車１５出口におけるガスの周方向速度ｃｕ２ｇと、に応じて羽根車１５の回転を維持するために必要な軸動力である。これらは、インバータの運転周波数から検出された回転数と、センサ５の計測値と、データベース２の設計値を用いて、演算部３により、地上で容易に算出される。
【００４１】
【数２】
2020197161.tif 000004
【００４２】
ステップ１とステップ３に適用するストークス数は、流体中を運動する液滴などの微粒子について、主流に対する追従性を表すために用いられる無次元数であり、下記式（３）で表される。ストークス数が１より十分に小さい場合、液滴は主流に追従することを意味し、ストークス数が１より十分に大きい場合には液滴は主流と独立して運動する可能性があることを意味する。
【００４３】
ここで、ρｄは液滴の密度、Ｄｄは液滴径、μは主流の粘度であり、センサ５で計測された値を用いる。また、Ｕｒｅｆは主流の代表速度である。この代表速度Ｕｒｅｆには、インバータの運転周波数から検出された回転数に基づき、データベース２と演算部３より算出される羽根車入口の周速を適用する。また、Ｌｒｅｆは主流における代表長さである。この主流における代表長さＬｒｅｆも、回転数に基づく周速のほか、羽根車入口幅を適用する。
【００４４】
【数３】
2020197161.tif 000005
【００４５】
ステップ２で適用する主流のせん断力による液滴の分裂判定の詳細について述べる。一般的に液滴は、主流から受ける外力によって変形し、条件によっては分裂し微細化することが知られている。液滴分裂の条件を表す代表的なパラメータとしてウェーバ数がある。
【００４６】
ウェーバ数は液滴の表面張力と液滴が受ける慣性力の比を表わした無次元数である。液滴が主流に晒される場合、ウェーバ数が１の時点で大きな変形が始まり、さらに特定のウェーバ数に達すると液滴の変形に分裂が生じる。また、ウェーバ数が大きい、すなわち外力の影響が大きいほど、分裂後の液滴は微細化する傾向にある。
【００４７】
なお、下記式（４）において、ρｄは液滴密度、Ｄｄは液滴直径、σｄは液滴の表面張力であり、センサ５で計測された値を用いる。また、ｖSlipは羽根車１５の入口周速と吸込速度の差分であり、それぞれインバータの運転周波数から検出された回転数と、センサ５で計測されたガス流量と、により算出される。
【００４８】
【数４】
2020197161.tif 000006
【００４９】
液滴の分裂モデルとしては、例えば、Reitz and Diwakarモデルがある。ウェーバ数に応じてBag breakupとStripping breakupと、の二つの分裂状態を区別する。Bag breakup時の液滴半径（rstable）は、例えば、下記式（５）、（６）で算出される。
【００５０】
【数５】
2020197161.tif 000007
【００５１】
【数６】
2020197161.tif 000008
【００５２】
Stripping
breakup時の液滴半径（ｒstable）は、例えば、下記式（７）、（９）で算出される。
【００５３】
【数７】
2020197161.tif 000009
【００５４】
なお、上記式（７）においてReはレイノルズ数を表し，下記式（８）で表される。
【数８】
2020197161.tif 000010
【００５５】
式において、Urefは主流の代表速度、Lrefは主流における代表長さ、νdは主流の動粘性係数であり、センサ５で計測された値を用いる。レイノルズ数Reとは、流体力学において、粘性をもつ流体のふるまいを特徴づける値をいう。典型的には、流体中の物体の大きさと、密度と、流速と、を乗じて粘性率で除すると、無次元量のレイノルズ数Reが導かれる。このレイノルズ数Reを同じくする流体は、物体周囲で同じような（相似関係にある）流れとなる。
【００５６】
【数９】
2020197161.tif 000011
【００５７】
なお、上記式（６）、（９）において、ρｄは液滴密度、Ｄｄは液滴直径、σｄは液滴の表面張力、μｄは液滴の粘性係数、νｄは液滴の動粘性係数であり、センサ５で計測された値を用いる。また、ｖslipは羽根車１５の入口周速と吸込速度の差分である。これらのうち、入口周速ｖslip、及び吸込速度は、それぞれインバータの運転周波数から検出された回転数と、センサ５で計測されたガス流量ｍｇと、より算出される。
【００５８】
ステップ３で適用する液滴の壁面衝突による液膜の形成判定の詳細について述べる。液滴の壁面衝突を表すモデルとして、例えば、Bai and Gosmanモデルがある。このBai and Gosmanモデルは、無次元数である衝突ウェーバ数、限界衝突ウェーバ数、液滴ラプラス数で表される。これらの無次元数は、下記式（１０）から下記式（１２）より算出される。ここで、ρｄは液滴の密度、Ｄｄは液滴径、ｖｄは壁面に垂直な液滴の速度、μｄは液滴の粘度、σｄは液滴の表面張力であり、いずれもセンサ５で計測された値を用いる。
【００５９】
【数１０】
2020197161.tif 000012
【００６０】
【数１１】
2020197161.tif 000013
【００６１】
【数１２】
2020197161.tif 000014
【００６２】
液滴は固体壁面に対して次のように振る舞う。すなわち、Ｗｅ≦１の場合、液滴は壁面に付着する。また、１＜Ｗｅ≦５の場合、液滴は壁面で反射する。また、５＜Ｗｅ≦Ｗｅcの場合、液滴は壁面に広がり液膜へと変化する。また、Ｗｅc≦Ｗｅの場合、液滴は壁面に衝突した衝撃で分裂する。以上のステップにより算出された軸動力の一例を図４に示す。
【００６３】
図４は、液分率と軸動力の関係を示すグラフであり、横軸は液分率、縦軸は軸動力をそれぞれ示している。図４により、羽根車１５内において、液膜が支配的である場合と、液滴が支配的である場合と、で液分混入による軸動力の増加割合が異なることが明確になる。このように、井戸１００の底部近傍に配設された圧縮機１の羽根車１５に接触する流体の状態を井戸１００の外部で入手可能な情報に基づいて推定できる圧縮機１の性能を予測することができる。その結果、本圧縮機１は、想定される液分の混入を考慮した適切な設計が可能となる。なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
【００６４】
本圧縮機１について、以下のように総括できる。
［１］本圧縮機１は、羽根車１５と、その羽根車１５に対して軸動力を与えるモータ１２とを備え、羽根車１５の回転で流体を圧縮するように構成されている。本圧縮機１は、それに関する設計値と、本圧縮機１を稼働中において計測された液流量ｍｌと、ガス流量ｍｇと、羽根車１５の回転数と、の少なくとも２つを用いて、羽根車１５に接触する流体の状態を推定する演算部３と、を備える。
【００６５】
演算部３は、上述したようにプログラムがプロセッサに実行されることで実現されてよいが、演算部３の少なくとも一部が、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）のようなハードウェア回路により実現されてもよい。演算部３を実現するための装置（例えば、プロセッサ又はハードウェア回路）や、羽根車１５に接触する流体の状態を推定に使用される情報が格納される記憶装置（例えばメモリ）は、地上の計算機（例えば、ラップトップ型やタブレット型の計算機）に存在してよい。これらの形状や配置は特に限定されない。
【００６６】
このような本圧縮機１によれば、井戸１００の底部近傍に配設された圧縮機１の羽根車１５に接触する流体の状態を井戸１００の外部で入手可能な情報に基づいて推定できる。特に、羽根車の回転維持に必要な軸動力が、本圧縮機１の効率低下に起因して増加する程度を正確に予測することが可能となる。換言すれば、本圧縮機１の性能を予測することができる。その結果、このような本圧縮機１は、想定される液分の混入を考慮した適切な設計が可能となる。
【００６７】
［２］また、本圧縮機１は、設計値を格納したデータベース２をさらに備えていることが好ましい。これら、データベース２、及び演算部３は、上述のメモリ、及びＣＰＵにより実現される。すなわち、演算部３は、ＣＰＵがメモリに記憶されたプログラムや各種データを読み出すほか、他から取得したデータを用いて、求められる演算処理を実行することにより実現される。
【００６８】
これらにより、データベース２から読み出した設計値をはじめとする各種データを用いて、演算部３が流体の状態を推定する。このように推定された流体の状態に基づいて羽根車１５の回転維持に必要と算出された軸動力で稼働するように制御される。これによれば、液分が混入する動作環境で回転する羽根車に必要な軸動力を簡便かつ高精度に予測できる。その結果、稼働状態においても液分の混入に応じた適切な制御が可能となる。
【００６９】
なお、本圧縮機１に付属するデータベース２と演算部３は、深い地中に位置する圧縮機本体から離れた地上にあって、作業者が容易に視認して取り扱える状態で推定する機能を発揮する。その推定に必要な情報は、本圧縮機１に関する設計値と、本圧縮機１を稼働中に計測された液流量ｍｌと、ガス流量ｍｇと、羽根車１５の回転数と、であり、いずれも地上で容易に取得可能である。したがって、地上の作業者は、深い地中に位置する圧縮機１の羽根車１５に接触する流体の状態を地上に居ながら容易に推定できる。
【００７０】
［３］また、本圧縮機１は、流体の状態が液膜か液滴か、いずれの状態に近いか、その近さの程度に応じて算出された軸動力で稼働するように制御される。このような本圧縮機１によれば、稼働状態においても液分の混入に応じて、より適切な制御が可能となる。
【００７１】
［４］演算部３は、第１の軸動力算出式（例えば、上記式（１））と、液滴分裂判定式と、液滴径算出式と、第２の軸動力算出式（上記式（２））と、を備えた。第１の軸動力算出式（上記式（１））は、羽根車１５の吸込部１６において、ストークス数が１より小さい場合、流体は液滴が支配的であると判定に基づいて軸動力を算出する。
【００７２】
液滴分裂判定式は、ウェーバ数で主流のせん断力による液滴分裂の有無を判定する。
液滴径算出式は、ストークス数が１より大きい場合で、しかも、液滴分裂判定式により流体は液滴分裂が有ると判定されたならば、その判定に基づいて分裂後の液滴径Ｄｄを算出する。
【００７３】
第２の軸動力算出式（上記式（２））は、ストークス数が１より大きい場合で、しかも、羽根車１５の内壁に液膜が生じると判定されたならば、その判定に基づいて軸動力を算出する。さらに、分裂後の液滴径Ｄｄを用いた上で、再度、ストークス数が１より小さいとの判定があれば第１の軸動力算出式（上記式（１））より軸動力を算出する。
【符号の説明】
【００７４】
１  圧縮機、１２  モータ、１５  羽根車
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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