(57)【要約】入口ガイドベーン（２）及び放風弁（１０）を備える電動機駆動のターボ圧縮機において、圧縮機に吸込まれる作動ガスの温度や圧力に対する入口ガイドベーンの最小角度についてのデータベースを有することにより、サージングを発生させずに広い作動領域を確保することができる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
羽根角度可変の入口ガイドベーンと放風弁とを備えるターボ圧縮機において、このターボ圧縮機に吸込まれる作動ガスの吸込温度と吸込み圧力の少なくともいずれかを検出する吸込状態検出手段と、吸込状態に対する前記入口ガイドベーンの最小角度についてのデータベースを有する制御手段とを備えたことを特徴とするターボ圧縮機。
【請求項２】
羽根角度を可変の入口ガイドベーンと、ターボ圧縮機本体と、ターボ圧縮機の吐出圧力を検出する吐出圧力検出手段と、この吐出圧力検出手段よりもターボ圧縮機本体側に位置する逆止弁と、ターボ圧縮機で圧縮されたガスを放風する放風弁と、前記入口ガイドベーンの上流側に位置しターボ圧縮機に吸込まれる作動ガスの吸込温度及び吸込圧力の少なくともいずれかを検出する吸込状態検出手段と、前記入口ガイドベーンの角度及び前記放風弁の開閉を制御する調節装置とを備えるターボ圧縮機において、前記逆止弁と前記ターボ圧縮機本体との間にサージング検出手段を、前記調節装置に前記吸込条件と目標圧力に対する最小入口ガイドベーン角度との関係を記述したデータベースをそれぞれ設けたことを特徴とするターボ圧縮機。
【請求項３】
前記調節手段はサージング検出手段がサージングを検出したときに前記データベースの最小入口ガイドベーン角度データを更新することを特徴とする請求の範囲第２項に記載のターボ圧縮機。
【請求項４】
前記調節装置を制御する上位制御装置を有することを特徴とする請求の範囲第２項または第３項に記載のターボ圧縮機。
【請求項５】
入口ガイドベーンと放風弁とを用いてターボ圧縮機の吐出圧力を制御するターボ圧縮機の運転方法において、入口ガイドベーンの上流側に設けた温度検出手段または圧力検出手段が検出した検出値に基づいてこの圧縮機が備える調節装置に予め記憶された最小入口ガイドベーン角度データを参照してその検出値における最小入口ガイドベーン角度を求め、前記入口ガイドベーンをこの最小角度以上にベーン駆動装置が駆動することを特徴とするターボ圧縮機の運転方法。
【請求項６】
ターボ圧縮機にサージングが発生したら入口ガイドベーンを所定量だけ開き、前記入口ガイドベーン角度データベースを更新することを特徴とする請求の範囲第５項に記載のターボ圧縮機の運転方法。
【請求項７】
吸込流量に対する圧縮機の吐出圧力の特性を予め調節装置に記憶しておき、吸込流量が変化してこの特性に基づいて求めた入口ガイドベーン角度が最小入口ガイドベーン角度より小さくなったら、入口ガイドベーンを最小入口ガイドベーン角度に設定するとともに放風弁を開くことを特徴とする請求の範囲第５項に記載のターボ圧縮機の運転方法。
【請求項８】
吐出圧力が目標吐出圧力より高いときにはベーン角度の偏差量を求め、この偏差量を加えたベーン角度が最小入口ガイドベーン角度以下になったら、入口ガイドベーンを最小入口ガイドベーン角度に設定するとともに放風弁を所定量だけ開くことを特徴とする請求の範囲第５項に記載のターボ圧縮機の運転方法。
【請求項９】
吐出圧力が目標吐出圧力より高く、放風弁が全開のときには入口ガイドベーンを全閉にして無負荷運転に移行し、この状態が所定時間継続したら圧縮機を停止することを特徴とする請求の範囲第５項に記載のターボ圧縮機の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明はターボ圧縮機およびその運転方法に係り、特にサージングを防止してターボ圧縮機の運転を改善するターボ圧縮機およびその運転方法に関する。
【背景技術】  化学プラントなどで使用されるターボ圧縮機では、多くの場合、ほぼ一定の吐出圧力が仕様圧力となっている。ターボ圧縮機においては、吸込ガスの温度や圧力が変化すると回転速度が一定であっても吐出圧力が変化する。その結果、所定吐出圧力に達しない恐れもある。そこで、特開昭５６−１２１８９８号公報に記載のように作動気体の吸込み温度と圧力をいち早く検出し、この検出した吸込み温度と圧力に対応して駆動機の回転速度を変化させ、ターボ圧縮機の吐出圧力が所定吐出圧力になるようターボ圧縮機を制御していた。
従来のターボ圧縮機の他の例が、特開平１−２０００９５号公報にに記載されている。この公報に記載の多段遠心圧縮機では、吸込温度の変化に対応して駆動機の最小回転速度を変えることにより、サージングと呼ばれる不安定現象を回避し、圧縮機の広い作動範囲において安定に動作させている。また、特開平１０−８９２８７号公報には、ターボ圧縮機の作動ガスの吸込温度を検出し、この検出した吸込温度と予め求めた基準吸込み温度との比の約１／３乗に比例して圧縮機の回転速度を変化させることにより、ターボ圧縮機の吐出圧力を一定にする定風圧制御において軸動力を低減している。
これらの圧縮機の回転速度を変化させて定風圧制御する各従来例とは別に、特開昭６２−９６７９８号公報には、ターボ圧縮機の吸入ガスの吸込温度に対応して圧縮機の吸込み側に設けた入口ガイドベーンの羽根角度を変化させ、流量を精度よく調整することが記載されている。
ところで、上記特開昭５６−１２１８９８号公報、特開平１−２０００９５号公報及び特開平１０−８９２８７号公報に記載のターボ圧縮機では、吸込温度に応じて圧縮機の回転速度を制御しているが、電動機駆動のターボ圧縮機において、回転速度を変化させるためにはインバータ駆動の電動機が必要となり、高価になるという不具合がある。また、特開昭６２−９６７９８号公報に記載の圧縮機では、容量制御に際して圧縮機の安定作動領域をサージングを回避しながら拡大することについては考慮されていない。
本発明は、上記従来の技術の不具合に鑑みなされたものであり、その目的は電動機駆動のターボ圧縮機において、吐出圧力を略一定に保つ制御をしながら、サージングを発生させずに広い作動領域を確保することにある。本発明の他の目的は、簡単な構成でターボ圧縮機の広い作動範囲を確保することにある。そして、本発明は少なくともこのいずれかの目的を達成することを目的とする。
【発明の開示】
上記目的を達成するための本発明の特徴は、羽根角度可変の入口ガイドベーンと放風弁とを備えるターボ圧縮機において、このターボ圧縮機に吸込まれる作動ガスの吸込温度と吸込み圧力の少なくともいずれかを検出する吸込状態検出手段と、吸込状態と目標圧力に対する前記入口ガイドベーンの最小角度についてのデータベースを有する制御手段とを備えることにある。
上記目的を達成する本発明の他の特徴は、羽根角度を可変の入口ガイドベーンと、ターボ圧縮機本体と、ターボ圧縮機の吐出圧力を検出する吐出圧力検出手段と、この吐出圧力検出手段よりもターボ圧縮機本体側に位置する逆止弁と、ターボ圧縮機で圧縮されたガスを放風する放風弁と、入口ガイドベーンの上流側に位置しターボ圧縮機に吸込まれる作動ガスの吸込温度及び吸込圧力の少なくともいずれかを検出する吸込状態検出手段と、入口ガイドベーンの角度及び放風弁の開閉を制御する調節装置とを備えるターボ圧縮機において、逆止弁とターボ圧縮機本体との間にサージング検出手段を、調節装置に吸込条件と目標圧力に対する最小入口ガイドベーン角度との関係を記述したデータベースをそれぞれ設けることにある。
そしてこの特徴において、調節手段はサージング検出手段がサージングを検出したときにデータベースの最小入口ガイドベーン角度データを更新するのが望ましく、調節装置を制御する上位制御装置を有してもよい。
上記目的を達成する本発明のさらに他の特徴は、入口ガイドベーンと放風弁とを用いてターボ圧縮機の吐出圧力を制御するターボ圧縮機の運転方法において、入口ガイドベーンの上流側に設けた温度検出手段または圧力検出手段が検出した検出値に基づいてこの圧縮機が備える調節装置に予め記憶された最小入口ガイドベーン角度データを参照してその検出値における最小入口ガイドベーン角度を求め、入口ガイドベーンをこの最小角度以上にベーン駆動装置が駆動するものである。
そしてこの特徴において、ターボ圧縮機にサージングが発生したら入口ガイドベーンを所定量だけ開き、入口ガイドベーン角度データベースを更新する；吸込流量に対する圧縮機の吐出圧力の特性を予め調節装置に記憶しておき、吸込流量が変化してこの特性に基づいて求めた入口ガイドベーン角度が最小入口ガイドベーン角度より小さくなったら、入口ガイドベーンを最小入口ガイドベーン角度に設定するとともに放風弁を開く；吐出圧力が目標吐出圧力より高いときにはベーン角度の偏差量を求め、この偏差量を加えたベーン角度が最小入口ガイドベーン角度以下になったら、入口ガイドベーンを最小入口ガイドベーン角度に設定するとともに放風弁を所定量だけ開く；吐出圧力が目標吐出圧力より高く、放風弁が全開のときには入口ガイドベーンを全閉にして無負荷運転に移行し、この状態が所定時間続くようであれば圧縮機を停止するのが望ましい。
【図面の簡単な説明】  第１図ないし第３図は、ターボ圧縮機の特性を説明する図で、第１図は吸込流量と吐出圧力の関係を説明する図、第２図は吸込温度の違いによる特性曲線の変化を説明する図、第３図は吸込圧力の違いによる特性曲線の変化を説明する図、第４図は本発明に係るターボ圧縮機の一実施例の系統図、第５図および第６図は、第４図に示したターボ圧縮機の運転制御のフローチャートである。
【発明を実施するための最良の形態】  以下、本発明に係るターボ圧縮機の一実施例を図面を用いて説明する。第１図ないし第３図は、圧縮機の特性を示す図である。ターボ圧縮機の吸込み側に入口ガイドベーンを設け、ターボ圧縮機の回転速度を一定に制御する定風圧制御を用いた場合である。従来この種のターボ圧縮機では、入口ガイドベーンの最小開度βｍｉｎを一定に設定してサージングを回避している。
このターボ圧縮機の流量と吐出圧力の関係であるＱｓ−Ｐｄ特性曲線を、第１図に示す。吐出圧力Ｐｄが目標圧力Ｐｔになるように定風圧制御した例である。点線ＳＬはサージングラインを表す。入口ガイドベーン開度βを変化させて吸込流量Ｑｓを変化させると、吸込流量は吐出圧力Ｐｄが目標圧力Ｐｔと等しくなる図中の一点鎖線上を変化する。そして、入口ベーン開度βが最小開度βｍｉｎ以下になると、この定風圧制御ではサージングが発生する。これに対し、入口ガイドベーン開度βを一定に保持して圧縮機を運転したときは、吐出圧力Ｐｄは吸込流量Ｑｓが変化するのに応じて、同図中実線で示したように変化する。入口ガイドベーン開度を最大であるβｍａｘから最小であるβｍｉｎまで変化させ、目標吐出圧力Ｐｄとなるように制御したときの流量範囲が安定作動領域Ｑｓｔである。
ところで、ターボ圧縮機では圧縮機に吸込まれる作動ガスの吸込温度が変化すると、その特性が変化する。例えば、作動ガスの吸込温度Ｔｓが夏場の吸込み温度であるＴｓ＝Ｔｓ１であれば、吐出圧力Ｐｄは吸込流量Ｑｓに対して図中破線Ｂ１で示された特性を示す。吸込み温度Ｔｓが冬場の吸込み温度であるＴｓ＝Ｔｓ２まで低下すると、吐出圧力Ｐｄは図中実線Ａ１で示された特性となる。
この第２図においては、作動ガスの吸込温度Ｔｓが低いとき（Ｔｓ＝Ｔｓ２）の圧縮機の安定作動領域ＱＴｓ２は、吸込温度Ｔｓが高いとき（Ｔｓ＝Ｔｓ１）の安定作動領域ＱＴｓ１に比べて広くなる。つまり、可変入口ガイドベーンの開度βを最小開度βｍｉｎに保持する従来のサージング回避方法では、吸込温度Ｔｓが低い冬場であっても、サージングが発生する恐れのある限界流量がより多い夏場のサージング限界流量に基づいて入口ガイドベーン開度を設定する必要があった。その結果、吸込温度が低くてそのガイドベーン開度ではサージングを発生しないときにも、サージング回避動作として放風弁を開いて放気運転するという無駄の多い運転をせざるを得なかった。
なおターボ圧縮機の特性は、作動ガスの吸込圧力によっても変化する。第３図に吸込流量Ｑｓと吐出圧力Ｐｄの関係が吸込圧力により変化する様子を示す。吸込み圧力が低いとき（Ｐｓ＝Ｐｓ１）に入口ガイドベーン角度βを一定に保持したまま吸込み流量を変化させたときの吐出圧力の変化を破線Ｂ２で、吸込み圧力が高いとき（Ｐｓ＝Ｐｓ２）に同様の変化をさせたときの吐出圧力の変化を実線Ａ２で示す。また、それぞれの条件におけるサージング発生の限界であるサージラインを破線ＳＬ１およびＳＬ２で示す。第３図に示すように、吸込圧力Ｐｓ１における安定作動領域ＱＰｓ１は、吸込圧力Ｐｓ２における安定作動領域ＱＰｓ２よりも狭い。すなわち、吸込圧力Ｐｓが高い程、安定作動領域は広くなる。なお、ターボ圧縮機の安定作動領域は吸込温度や吸込圧力により変化するだけでなく、内部の汚れや経年劣化等によっても変化する。
このように、吸込条件等で特性の変化するターボ圧縮機において、動力を無駄に使用することなく、サージ限界まで有効に流量制御する様子を、第４図を用いて説明する。第４図は、本発明に係る電動機駆動のターボ圧縮機の一実施例の系統図である。実線は作動ガスの実際の流れ状態を表し、破線は各種信号の電気的な流れを表す。本実施例のターボ圧縮機は３段の圧縮室３、５、７を有している。各段の圧縮機室間にはインタークーラ４、６が設けられており、最終段の圧縮室７の下流にはアフタークーラ８が設けられている。初段の圧縮室５の入口側には可変入口ガイドベーン２が、この可変入口ガイドベーン２の上流側には吸入フィルタ１がそれぞれ設けられている。
このように構成したターボ圧縮機では、作動ガスは吸入フィルター１を通過した後、可変入口ガイドベーン２へ流入する。ターボ圧縮機の周囲の温度や気圧の変化、およびフィルターの圧損等により吸込温度Ｔｓと吸込圧力Ｐｓは常に変化している。そこで、吸込温度Ｔｓを検出するために温度センサー１１が吸入フィルタ１と入口ガイドベーン２間の流路に取付けられている。同様に、吸込圧力Ｐｓを検出するために、圧力センサー１３が吸込み流路に取付けられている。温度センサー１１が検出した吸込み温度の信号は、信号線１２を経て調節装置２７に送られる。圧力センサー１３が検出した吸込み圧力の信号は、信号線１３を経てこれも調節装置２７に送られる。
入口ガイドベーン２のベーン開度βを検出するために、ベーン開度検出装置１５が入口ガイドベーン２の近傍に設けられている。このベーン開度検出装置１５が検出したベーン開度の信号は、信号線１６を介して調節装置２７に送られる。
入口ガイドベーン２で流量調整された作動ガスは、各段の圧縮室４、６、８で圧縮されて高温になる。この高温の作動ガスは、圧縮室４、６、８の下流に配置されたインタークーラ４、６及びアフタークーラ８において冷却水または冷却空気と熱交換して４０℃程度まで冷却されれる。アフタークーラ８の下流には逆止弁９が配置されており、逆止弁９を通った圧縮ガスは需要元へと送られる。逆止弁９の下流には、吐出圧力Ｐｄを検出する圧力センサー１９が取付けられている。この圧力センサー１９が検出した吐出圧力の信号は、信号線２０を介して調節装置２７に送られる。
アフタークーラ８と逆止弁１９間には、分岐管部３０が形成されており、分岐した配管には、放風弁１０が取付けられている。放風弁１０は、吐出圧力Ｐｄが過大になるのを防止するために設けられている。調節装置２７からの指令信号を信号線２２を介して放風弁駆動装置２１に入力すると、放風弁２１が開き吐出圧力の上昇が防止される。放風弁１０は開度調節が可能である。そこで、放風弁１０の開度を検出する放風弁開度検出装置２５が放風弁１０または放風弁駆動装置２１に取付けられている。放風弁開度検出装置２５が検出した放風弁１０の開度は、信号線２６を介して調節装置２７に送られる。分岐管部３０とアフタークーラ８との間には、サージング検出装置２３が取付けられており、このサージング検出装置２３が検出した信号は信号線２４を介して調節装置２７に送られる。なお、調節装置２７には、目標圧力が信号線２８を介して、上位制御手段４０から送られる。
各種信号が入力される調節装置２７の動作を、第５図および第６図のフローチャートを用いて詳細に説明する。調節装置２７には上位制御手段４０から目標圧力Ｐｔの信号が入力されている。調節装置２７による制御が開始されると（ステップ５０）、調節装置２７はターボ圧縮機でサージングが発生しているかどうかをサージング検出装置２３を用いてしらべる（ステップ５２）。サージング検出装置２３は、逆止弁９よりも上流側に取り付けられており、圧縮機の吐出圧力Ｐｄａの信号２４を調節装置２７に送る。このＰｄａの時間変化率ΔＰｄａ／Δｔが予め設定した値を超えた場合には、急激な圧力変化が生じているのでサージングが発生しているものとする。
ステップ５２で圧縮機にサージングが発生していないと判断したときには、温度センサー１１及び圧力センサー１３が検出した吸込温度Ｔｓ及び圧力Ｐｓを用いて、入口ガイドベーン２に設定する最小ベーン開度βｍｉｎを計算し（ステップ５４）、入口ガイドベーン２の最小ベーン開度βｍｉｎの設定を更新する。次いで、放風弁１０の開度検出装置２５が検出した信号に基づいて、放風弁開度αが全閉状態αｍｉｎか開放状態かを判定する（ステップ５６）。
放風弁１０が全閉状態αｍｉｎであるときは負荷運転であるから、吐出圧力Ｐｄを目標圧力Ｐｔと比較する（ステップ５８）。吐出圧力Ｐｄが目標圧力Ｐｔよりも高い（Ｐｄ＞Ｐｔ）ときは、消費ガス量が圧縮機で発生する圧縮ガス量よりも少ないので、流量を減少させる。放風弁開度αを検出したときにベーン開度検出装置１５が検出した入口ガイドベーン２のベーン開度βを、設定した最小ガイドベーン開度βｍｉｎと比較する（ステップ６０）。設定した最小ベーン開度βｍｉｎがベーン開度検出装置１５の検出したベーン開度以上であるとき、すなわち、β≦βｍｉｎのときにはベーン駆動装置１７を用いて、ベーン開度βを最小ベーン開度βｍｉｎまで開く（ステップ７０、７２）。この状態では入口ガイドベーンを用いた流量制御が不可能なので、いわゆる放風運転に移行する。
ステップ６０の入口ガイドベーン開度の判定において、設定した最小ベーン開度βｍｉｎよりベーン開度検出装置１５が検出したベーン開度βが大きい（β＞βｍｉｎ）と判定されたとき、およびステップ５８の吐出圧力の判定において、吐出圧力Ｐｄが目標圧力より低い（Ｐｄ＜Ｐｔ）と判定されたときは、最適な負荷運転になるよう流量調整をする。そこで、目標圧力Ｐｔと吐出圧力Ｐｄとの偏差から、流量のずれをベーン開度の偏差量Δβに換算して、次回設定するベーン開度βｎ（＝β＋Δβ）を演算する（ステップ６２）。演算したベーン開度βｎを最大ベーン開度βｍａｘと比較する（ステップ６４）。
設定するベーン開度βｎが最大ベーン開度βｍａｘより小さいとき、すなわち、βｎ＜βｍａｘのときは設定ベーン開度βｎを最小ベーン開度βｍｉｎと比較する（ステップ６６）。設定ベーン開度βｎが最小ベーン開度より大きいときは、設定ベーン開度βｎになるよう偏差開度Δβだけ入口ガイドベーンを動かす指令をベーン駆動装置１７に送る（ステップ６８）。
ステップ６４において、設定ベーン開度βｎが最大ベーン開度βｍａｘ以上（βｎ≧βｍａｘ）と判定されたときには、ベーンを最大ベーン開度以上に開けることはできないから、設定ベーン開度βｎを最大ベーン開度βｍａｘに再設定（βｎ＝βｍａｘ）する（ステップ７４）。同様にステップ６６で設定ベーン開度βｎが最小ベーン開度βｍｉｎ以下と判定されたときは、サージング防止のために設定ベーン開度βｎを最小ベーン開度に再設定（βｎ＝βｍｉｎ）する（ステップ７６）。以上のようにして、設定ベーン開度βｎを設定し、入口ガイドベーン２をベーン駆動装置１７を用いて設定ベーン開度βｎまで駆動する（ステップ６８）。その後、次の測定に備えてステップ５２に戻る。
ステップ５６において放風弁１０が全閉でないと判定されたときは、すでに放風運転状態（ステップ８６）に入っているので、放風量を調整して流量調整する。この放風運転における制御手順を、第６図に示す。吐出圧力Ｐｄと目標圧力Ｐｔとから放風弁の偏差開度Δαと次回設定放風弁開度αｎを計算する（ステップ１００）。演算した設定放風弁開度αｎを最大放風弁開度αｍａｘと比較する（ステップ１０２）。設定放風弁開度αｎが最大放風弁開度αｍａｘより小さいとき（αｎ＜αｍａｘ）は、設定放風弁開度αｎを最小放風弁開度である全閉角度αｍｉｎと比較（ステップ１０４）する。設定放風弁開度αｎが全閉角度αｍｉｎ以下（αｎ≦αｍｉｎ）であれば、放気運転が終了したことを意味するので、設定放風弁開度αｎを全閉角度αｍｉｎに再設定する（ステップ１０６）。
設定放風弁開度αｎが決まると、放風弁駆動指令信号２６を放風弁駆動装置２１に送り、放風弁１０を設定放風弁開度αｎまで駆動する（ステップ１０８）。次の測定に備えてステップ５２へと戻る。ここで、ステップ１０２で設定放風弁開度αｎが最大放風弁開度αｍａｘ以上（αｎ≧αｍａｘ）になったら、サージングを回避するために、設定放風弁開度αｎを最大放風弁開度αｍａｘに設定する。それとともに、入口ガイドベーンを全閉にし（ステップ１１０）、無負荷運転に移行する（ステップ１１２）。無負荷運転中は吐出圧力Ｐｄを常時計測する（ステップ１１４）。吐出圧力Ｐｄが目標圧力Ｐｔより既定値ΔＰだけ小さくなったことを確認して、入口ガイドベーン開度βを最小ベーン開度βｍｉｎまで開く（ステップ１１４）。その後、ステップ１００へと戻り放風運転を再開する。ステップ１１４において、所定時間経過しても吐出圧力Ｐｄが目標圧力Ｐｔから既定値ΔＰだけ引いた値以下にならない（Ｐｄ≧Ｐｔ−ΔＰ）ときは、圧縮機を停止する（ステップ１１８）。
ところで、ステップ５２においてサージングの発生が検出されたらサージングから脱け出すために入口ガイドベーンを開ける。その際の入口ガイドベーン２の開度変更量を、ステップ７８で演算する。ステップ７８では、ベーン開度の最小補正値Δβｍｉｎを、吸込温度または吸込圧力に応じて予め設定した、式またはデータテーブルから計算する。なお、この変更量は例えば１度のような所定値（一定値）に設定してもよい。ベーン開度の補正量Δβｍｉｎが求められたので、ステップ８０で最小ベーン開度βｍｉｎ（＝β＋Δβｍｉｎ）を更新する。サージング回避のため、更新された最小ベーン開度βｍｉｎまで入口ガイドベーン２を開け、その分圧縮機の吸込流量が増大するので、増大した流量分だけ放風運転をする（ステップ８２）。この量は、放風弁１０の開度を規定値だけ開くことで達成される。サージングが検出されたときは、急を要するので、ステップ５２、７８から８２は殆ど同時に実行される。そして、ステップ８２と並列、またはステップ８２終了後に最小ベーン開度βｍｉｎに関するデータベースの更新が行われる（ステップ８４）。
ステップ８６において、放風弁開度αｎが最大放風弁開度αｍａｘ、すなわち全開であると判定された場合には、負荷量が少ないので所定時間このままの状態を保ち、その間は吐出圧力Ｐｄと目標圧力Ｐｔを比較し続ける（ステップ１００）。所定時間経過後も吐出圧力Ｐｄが目標圧力Ｐｔ以上であると判定された場合には圧縮機を停止する（ステップ１０２）。また、吐出圧力Ｐｄが目標圧力Ｐｔより小さいと判定された場合には放風運転を再開するためにステップ８８へと移行する。
次に、最小ベーン開度βｍｉｎの設定について説明する。
目標圧力Ｐｔとして、設定する可能性がある値を選定する。その値がｋ個あるときは、低いほうから順にＰｔ（ｌ）〜Ｐｔ（ｋ）と定める。圧縮機が使用される環境において、吸込温度Ｔｓの取り得る最小値Ｔｓ（ｍｉｎ）と最大値Ｔｓ（ｍａｘ）を決定する。吸込温度の最小値Ｔｓ（ｍｉｎ）と最大値Ｔｓ（ｍａｘ）の間をｍ個の離散した値Ｔｓ（１）、Ｔｓ（２）、…、Ｔｓ（ｍ）に分割する。ｋ個定めた目標圧力Ｐｔ（ｉ）（ｉ＝１、２、…、ｋ）毎に、吸込温度Ｔｓ（ｊ）（ｊ＝１、２、…、ｍ）と最小ベーン開度βｍｉｎ（ｉ，ｊ）との関係を上位制御装置４０または調節装置２７が備えるデータベース中に予め格納しておく。なおこのデータベースに記憶するデータについては、標準吸込圧力Ｐｓ０を吸込圧力として用いている。したがって、記憶されるデータはｋ×ｍ個のデータを有する配列データとなる。
最小ベーン開度βｍｉｎは、以下のように算出される。吸込温度Ｔｓと
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吸込圧力Ｐｓの値を信号として受取ったら、吸込圧力Ｐｓを利用して次式により目標圧力Ｐｔを補正する。流量と吐出圧力との特性（Ｑｓ−Ｐｄ特性）が同じであれば相似になる性質を利用し、目標圧力Ｐｔを補正している。
ここで、Ｐｔ１は補正後の目標圧力であり、最小入口ガイドベーン開度βｍｉｎを計算するためだけに用いる。また、Ｐａは標準状態での大気圧であり、Ｐａ１は吸込状態を検出するときの大気圧である。補正後の目標圧力Ｐｔ１と吸込温度Ｔｓが得られたので、上述したデータベースを利用し、補間法を用いて最小ベーン開度βｍｉｎを計算する。ただし、補正後の目標圧力Ｐｔ１が設定目標圧力Ｐｔ（ｌ）〜Ｐｔ（ｋ）の範囲外になったときは、外挿により最小ベーン開度βｍｉｎを計算する。
サージングが発生した時に、最小ベーン開度を変更する方法を以下に説明する。サージング発生時の吸込圧力Ｐｓ及び目標圧力Ｐｔから目標圧力の補正値Ｐｔ１を求める。吸込温度Ｔｓと補正目標圧力Ｐｔ１のときの最小ベーン開度がβｍｉｎだとすると、βｍｉｎ１＝βｍｉｎ＋Δβｍｉｎとなるようにデータベースを変更する。前述のようにΔβｍｉｎは吸込温度Ｔｓや吸込圧力Ｐｓ等の測定値から式またはデータテーブルを用いて求めることができる。また所定値（一定値）として与えても差し支えない。βｍｉｎは補間法により周辺のβｍｉｎ（ｉ，ｊ）値を用いて導かれるので、補間方法が線形であれば、補間に用いた最小ベーン開度データβｍｉｎ（ｉ，ｊ）をβｍｉｎ（ｉ，ｊ）＋Δβｍｉｎとすることで最小ベーン開度の更新を行なうことができる。この補正をした後は、仮に吸込温度Ｔｓと補正目標圧力Ｐｔ１が以前サージングが生じたときと同じ値となっても、最小ベーン開度βｍｉｎはサージングラインで定まるベーン開度以下にはならないことが保証される。
以上述べたように本発明によれば、ターボ圧縮機に吸込まれる作動ガスの吸込温度と吸込圧力を検出するだけで広域な範囲にわたり圧縮機のサージングが回避できる。また、安定にターボ圧縮機を動作させることができる。なお、本実施例では最小ベーン角度の設定を吸込温度の変化に基づいて実行しているが、吸込圧力の変化に基づいても同様に実行できることは上述した通りである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【手続補正書】
【提出日】平成14年12月26日(2002.12.26)
【手続補正００１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】羽根角度可変の入口ガイドベーンと放風弁とを備えるターボ圧縮機において、このターボ圧縮機に吸込まれる作動ガスの吸込温度と吸込み圧力の少なくともいずれかを検出する吸込状態検出手段と、吸込状態に対する前記入口ガイドベーンの最小角度についてのデータベースを有する制御手段とを備え、この制御手段は前記データベースを参照して最小角度を決定するとともに、ターボ圧縮機のサージング検出によりデータベースを更新することを特徴とするターボ圧縮機。
【請求項２】羽根角度を可変の入口ガイドベーンと、ターボ圧縮機本体と、ターボ圧縮機の吐出圧力を検出する吐出圧力検出手段と、この吐出圧力検出手段よりもターボ圧縮機本体側に位置する逆止弁と、ターボ圧縮機で圧縮されたガスを放風する放風弁と、前記入口ガイドベーンの上流側に位置しターボ圧縮機に吸込まれる作動ガスの吸込温度及び吸込圧力の少なくともいずれかを検出する吸込状態検出手段と、前記入口ガイドベーンの角度及び前記放風弁の開閉を制御する調節装置とを備えるターボ圧縮機において、前記逆止弁と前記ターボ圧縮機本体との間にサージング検出手段を、前記調節装置に前記吸込条件と目標圧力に対する最小入口ガイドベーン角度との関係を記述したデータベースをそれぞれ設け、前記調節装置は前記データベースを参照して最小角度を決定するとともにサージング検出手段がサージングを検出したらデータベースを更新することを特徴とするターボ圧縮機。
【請求項３】前記調節手段はサージング検出手段がサージングを検出したときに前記データベースの最小入口ガイドベーン角度データを更新することを特徴とする請求の範囲第２項に記載のターボ圧縮機。
【請求項４】前記調節装置を制御する上位制御装置を有することを特徴とする請求の範囲第２項または第３項に記載のターボ圧縮機。
【請求項５】入口ガイドベーンと放風弁とを用いてターボ圧縮機の吐出圧力を制御するターボ圧縮機の運転方法において、入口ガイドベーンの上流側に設けた温度検出手段または圧力検出手段が検出した検出値に基づいてこの圧縮機が備える調節装置に予め記憶された最小入口ガイドベーン角度データを参照してその検出値における最小入口ガイドベーン角度を求め、前記入口ガイドベーンをこの最小角度以上にベーン駆動装置が駆動し、サージングが発生したら入口ガイドベーン角度データを更新することを特徴とするターボ圧縮機の運転方法。
【請求項６】ターボ圧縮機にサージングが発生したら入口ガイドベーンを所定量だけ開き、前記入口ガイドベーン角度データベースを更新することを特徴とする請求の範囲第５項に記載のターボ圧縮機の運転方法。
【請求項７】吸込流量に対する圧縮機の吐出圧力の特性を予め調節装置に記憶しておき、吸込流量が変化してこの特性に基づいて求めた入口ガイドベーン角度が最小入口ガイドベーン角度より小さくなったら、入口ガイドベーンを最小入口ガイドベーン角度に設定するとともに放風弁を開くことを特徴とする請求の範囲第５項に記載のターボ圧縮機の運転方法。
【請求項８】吐出圧力が目標吐出圧力より高いときにはベーン角度の偏差量を求め、この偏差量を加えたベーン角度が最小入口ガイドベーン角度以下になったら、入口ガイドベーンを最小入口ガイドベーン角度に設定するとともに放風弁を所定量だけ開くことを特徴とする請求の範囲第５項に記載のターボ圧縮機の運転方法。
【請求項９】吐出圧力が目標吐出圧力より高く、放風弁が全開のときには入口ガイドベーンを全閉にして無負荷運転に移行し、この状態が所定時間継続したら圧縮機を停止することを特徴とする請求の範囲第５項に記載のターボ圧縮機の運転方法。




【国際調査報告】
2004016951.tif 000010
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2004016951.tif 000012
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