(57)【要約】【課題】吸気噴霧冷却の水噴霧量に制約を与えることなく、圧縮機の動翼とケーシングとの間隙量を目標値に近づけることが可能な、吸気噴霧冷却器を有する圧縮機を実現する。【解決手段】間隙制御装置１２０は、計測器１１５により計測又は推定したケーシング１１２と動翼１０５との間隙量δが入力される。入力された間隙量δが目標間隙誤差εｒｅｆより大であり、間隙量δと間隙量δｒｅｆとの差が目標間隙量εｒｅｆより大の場合は、ケーシング１１２と動翼１０５との間隙量を目標値δｒｅｆに近づけるための、ケーシング目標温度Ｔｒｅｆ及びケーシング熱交換器目標伝熱量Ｑｒｅｆを演算する。間隙制御装置１２０は、演算した値に基いて、ケーシング熱交換器１１４の動作を制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸により回転駆動される動翼と、
上記動翼を包囲するケーシングと、
上記ケーシング内に吸い込まれる気体に、噴霧して冷却する吸気噴霧冷却器と、
上記ケーシングを冷却または加熱するケーシング熱交換器と、
上記動翼と上記ケーシングとの間隙寸法、上記ケーシングの温度、上記ケーシングから排出された圧縮気体の温度、及び上記回転軸の回転数のうちの少なくとも１つを計測する計測器と、
上記計測器から出力された計測信号に基づいて得られた上記動翼と上記ケーシングとの間隙寸法と、所定の間隙寸法目標値との差を算出し、算出した差に基いて、上記ケーシング熱交換器の動作を制御する間隙制御部と、
を備えることを特徴とする吸気噴霧冷却器を有する圧縮機。
【請求項２】
請求項１に記載の吸気噴霧冷却器を有する圧縮機において、
上記間隙制御部は、
上記得られた動翼と上記ケーシングとの間隙寸法が、所定の間隙寸法許容誤差以下のときは、上記ケーシング熱交換器の動作を停止し、
上記間隙寸法が、上記所定の間隙寸法許容誤差より大であり、上記間隙寸法と所定の間隙寸法目標値との差が、上記間隙寸法許容誤差より大のときは、上記間隙寸法と上記所定の間隙寸法目標値との差に応じて、上記ケーシング熱交換器の動作を制御することを特徴とする吸気噴霧冷却器を有する圧縮機。
【請求項３】
請求項２に記載の吸気噴霧冷却器を有する圧縮機において、
上記圧縮機の運転範囲内の上記圧縮気体の温度と、この圧縮気体温度が所定の乾湿変換関数により変換された湿球温度との差を上記ケーシング温度低下ΔＴとし、このケーシング温度低下ΔＴ及び上記圧縮気体の温度を所定の間隙量変化関数に代入して得られた値を、変化間隙量としたとき、上記ケーシングと記動翼との間隙寸法の初期値が、上記変化間隙量より大に設定されていることを特徴とする吸気噴霧冷却器を有する圧縮機。
【請求項４】
請求項３に記載の吸気噴霧冷却器を有する圧縮機において、
上記圧縮機が圧縮する気体は空気であり、上記ケーシング温度低下ΔＴの算出に用いる所定の乾湿変換関数は、湿り空気線図の関係式、飽和蒸気圧曲線の関係式、あるいは上記２つの関係式から導き出される派生式の内、少なくとも一つを含むことを特徴とする吸気噴霧冷却器を有する圧縮機。
【請求項５】
請求項２に記載の吸気噴霧冷却器を有する圧縮機において、
上記圧縮機は、多段形式であり、途中段にアンチサージ弁と、
上記間隙制御部は、上記ケーシングの温度上昇率と予め定められた閾値とを比較演算し、演算結果に応じて上記アンチサージ弁を開閉制御する弁制御部と、を有することを特徴とする吸気噴霧冷却器を有する圧縮機。
【請求項６】
請求項２に記載の吸気噴霧冷却器を有する圧縮機において、
上記計測器は、ケーシングの温度を少なくとも２か所以上計測あるいは推定する温度計測器であり、上記間隙制御部は上記温度計測器から得られる上記ケーシングの温度分布情報を補正入力値として、上記ケーシング熱交換器の目標伝熱量あるいは上記ケーシングの目標温度、あるいはその両方を演算することを特徴とする吸気噴霧冷却器を有する圧縮機。
【請求項７】
請求項６に記載の吸気噴霧冷却器を有する圧縮機において、
上記ケーシング熱交換器は少なくとも２つの複数のケーシング熱交換器であり、上記ケーシングの少なくとも２か所の異なる部位を冷却し、上記間隙制御部は、上記複数のケーシング熱交換器のそれぞれに対して、別個に部位目標伝熱量あるいは上記ケーシングの部位目標温度、あるいはその両方を演算し、上記ケーシング熱交換器の動作を制御することを特徴とする吸気噴霧冷却器を有する圧縮機。
【請求項８】
請求項１に記載の吸気噴霧冷却器を有する圧縮機において、
上記圧縮機はガスタービンと接続され、上記ガスタービンの燃焼用空気を圧縮することを特徴とする吸気噴霧冷却器を有する圧縮機。
【請求項９】
請求項１に記載の吸気噴霧冷却器を有する圧縮機において、
上記ケーシング熱交換器の冷媒は高圧水であり、上記ケーシング熱交換器の熱交換により加熱され、温水となった上記高圧水を上記ケーシング熱交換器とは異なる他システムに利用することを特徴とする吸気噴霧冷却器を有する圧縮機。
【請求項１０】
請求項９に記載の吸気噴霧冷却器を有する圧縮機において、
上記圧縮機は高湿分空気利用ガスタービンシステムの一部である、上記高湿分空気利用ガスタービンシステムの燃焼用空気圧縮機であり、上記温水を利用する上記他システムは、上記高湿分空気利用ガスタービンシステムの増湿塔であることを特徴とする吸気噴霧冷却器を有する圧縮機。
【請求項１１】
請求項９に記載の吸気噴霧冷却器を有する圧縮機において、
上記圧縮機は太陽熱アシストガスタービンシステムの一部である、上記太陽熱アシストガスタービンシステムの燃焼用空気圧縮機であり、上記温水を利用する上記他システムは、上記太陽熱アシストガスタービンシステムの上記吸気噴霧冷却器であることを特徴とする吸気噴霧冷却器を有する圧縮機。
【請求項１２】
請求項１に記載の吸気噴霧冷却器を有する圧縮機において、
上記圧縮機の動力を計測、あるいは推定する推定部を備え、上記吸気噴霧冷却器の噴霧ノズルは可動で、ノズル制御装置により噴霧方向を変え、上記ノズル制御装置は上記間隙制御部の出力信号および上記圧縮機の動力情報を入力としてノズル噴霧方向を制御することを特徴とする吸気噴霧冷却器を有する圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービン等に用いられる、吸気噴霧冷却器を有する圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧縮機は、気体を吸い込み、圧縮して吐き出す装置である。その中でもターボ圧縮機は大容量の部類で、ガスタービン向けの燃焼用空気圧縮機などとして広く普及している。ターボ圧縮機は、軸流式圧縮機と遠心式圧縮機に大別されるが、ここではこれらのターボ圧縮機を区別なく圧縮機と称する。
【０００３】
圧縮機は回転軸に取り付けられた動翼と、圧縮機外周部のケーシングとの間隙量が小さい状態で運転すると効率が良いため、間隙量を縮小した設計がなされる。一方で、この間隙量は圧縮機構成部材の温度変化や遠心力による伸びで運転中、時々刻々変化する。間隙量が過度に縮小すると、動翼とケーシングとが接触するラビングと呼ばれる現象が発生し、信頼性が損なわれるため設計時にはこの特性が考慮される。
【０００４】
圧縮機のもう一つの特徴として、吸い込む気体の温度に対する特性が挙げられる。気体は温度が上がるほど膨張し、密度が低下する。このため、圧縮機は吸い込む気体の温度が高くなるほど効率が低下し、吸い込める質量流量も低下する。また、これに伴い、吸い込む気体の温度が高くなるほど吐き出す圧縮気体の温度も上昇する。
【０００５】
上述の特性は、特にガスタービンに関する分野では影響が顕著となる。ガスタービンを構成する圧縮機は大気を吸い込み圧縮するので、天候や季節、設置地域による大気温度の差が直接圧縮機の性能に影響する。圧縮機動力はタービン出力のおよそ半分程度に達するので、この特性がガスタービン性能に与える影響は大きい。
【０００６】
また、ガスタービンの燃焼温度は、機器の信頼性から各々の機種に応じて上限がある。燃焼温度は圧縮機から吐き出される圧縮空気の質量流量と温度に依存しており、大気温度が上昇すると、吸い込める空気の質量流量低下、圧縮機吐き出し空気温度の上昇により燃焼温度も上昇する。そこで、燃焼温度の上限超過を防ぐため、大気温度が高くなった場合は例え定格運転時であっても燃料投入量を減少して燃焼温度を下げざるを得ず、大気温度の上昇はガスタービンの出力低下につながる。
【０００７】
このガスタービンの出力低下に対応し、出力低下を回復する方法として圧縮機の吸い込み空気を冷却する技術が各種提案されている。その一種に、吸い込み空気に水を噴霧し、噴霧液滴の蒸発潜熱によって空気温度の低下を図る吸気噴霧冷却がある。
【０００８】
吸気噴霧冷却を効果的に行う技術に関して、圧縮機吸い込み空気に噴霧した水を微粒化する方法が特許文献１に提案されている。この特許文献１に記載の技術は、ディフューザの案内羽根部に水噴射孔を設け、ガス流れに略直角に水を噴射する構成である。特許文献１に記載の技術では、高圧空気と混合せずに水単体で噴霧しても効果的に水の微粒化を促進し、吸い込み空気温度を低下することが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００３−１２９９９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ガスタービンを構成する圧縮機で吸気噴霧冷却を実施する場合、質量流量比で吸い込み空気流量の１％程度の水噴霧量を上限とし、全量を直ちに蒸発する構成とするのが一般的である。
【００１１】
水噴霧量をおよそ２％以上に増加すると、噴霧液滴は圧縮機内部へと流入する。圧縮機内部で空気が圧縮され、温度上昇すると噴霧液滴が蒸発し、空気から蒸発潜熱を奪う。このため、噴霧液滴が圧縮機内部まで流入すると、吸気冷却による出力回復効果だけでなく、内部冷却と同等の圧縮動力低減効果も得られ、圧縮機のさらなる効率向上が期待できる。
【００１２】
しかしながら、吸気噴霧冷却器の水噴霧量が増加すると、一部の噴霧液滴は蒸発前に圧縮機のケーシングに付着する。ケーシングに噴霧液滴が付着すると、ケーシングは冷却され温度低下する。温度低下によりケーシングの熱伸び量が縮小すると、圧縮機の動翼とケーシングとの間隙量が縮まり、場合によってはラビングに至る。
【００１３】
特許文献１に示す方法は、圧縮機吸い込み空気へ噴霧する水の微粒化に関する技術であり、圧縮機の動翼とケーシングとの間隙制御を含めた吸気冷却技術に関する言及は特になく、ラビングを回避する技術についての記載はない。
【００１４】
吸気噴霧冷却器の噴霧液滴が圧縮機のケーシングへ付着することで生じるラビングを防止する一つの方法として、間隙量の計測値、あるいは推定値を考慮して、吸気噴霧冷却器の水噴霧量に制約を与える方法が挙げられる。この方法では吸気噴霧冷却器の水噴霧量が少ない場合、噴霧液滴が圧縮機のケーシングへ付着せず間隙量が大きくなる。このため間隙量が余剰に拡大した状態で運転をすることになり、圧縮機の効率が低下する。圧縮機の効率低下はガスタービン自体の燃料効率を下げることにつながり望ましく無い。
【００１５】
ガスタービンの圧縮機に吸気噴霧冷却を行う主たる目的は、吸い込み空気の温度上昇に起因する出力低下の回復であり、これにより、天候や季節、設置地域による大気温度上昇を緩和して目標の出力を得る。ガスタービンの出力に関しては、近年、環境配慮の観点から再生可能エネルギーの導入が進んでおり、特に火力発電の分野では、応答性の高いガスタービンに再生可能エネルギー発電の発電量変動を相殺する協調運転が期待されている。
【００１６】
このため、外的要因である大気温度に対し、ガスタービン出力の調整パラメータとなる吸気噴霧冷却器の水噴霧量は極力、自由に変更可能な状態で運転することが望まれる。
【００１７】
本発明の目的は、吸気噴霧冷却の水噴霧量に制約を与えることなく、圧縮機の動翼とケーシングとの間隙量を目標値に近づけることが可能な、吸気噴霧冷却器を有する圧縮機を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記目的を達成するため、本発明は次のように構成される。
【００１９】
本発明の吸気噴霧冷却器を有する圧縮機は、回転軸により回転駆動される動翼と、上記動翼を包囲するケーシングと、上記ケーシング内に吸い込まれる気体に、噴霧して冷却する吸気噴霧冷却器と、上記ケーシングと熱交換をするケーシング熱交換器と、上記動翼と上記ケーシングとの間隙寸法、上記ケーシングの温度、上記ケーシングから排出された圧縮気体の温度、及び上記回転軸の回転数のうちの少なくとも１つを計測する計測器と、間隙制御部とを備える。
【００２０】
間隙制御部は、上記計測器から出力された計測信号に基づいて得られた上記動翼と上記ケーシングとの間隙寸法と、所定の間隙寸法目標値との差を算出し、算出した差に基いて、上記ケーシング熱交換器の動作を制御する。
【００２１】
ただし、上述した例は本発明の課題を解決する手段を限定するものではない。
【発明の効果】
【００２２】
吸気噴霧冷却の水噴霧量に制約を与えることなく、圧縮機の動翼とケーシングとの間隙量を目標値に近づけることが可能な、吸気噴霧冷却器を有する圧縮機を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施例１が適用された圧縮機の概略構成図である。
【図２】実施例１の間隙制御装置の動作制御フローチャートである。
【図３】実施例１の圧縮機における間隙量とケーシングの熱伸びに関する模式図である。
【図４】実施例１の圧縮機の運転特性の概略図である。
【図５】実施例３が適用された圧縮機の概略構成図である。
【図６】実施例３の弁制御装置の制御フローチャートである。
【図７】実施例４の圧縮機の要部概略構成図である。
【図８】実施例５の圧縮機の要部概略構成図である。
【図９】実施例６の圧縮機の要部概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照して説明する。
【実施例】
【００２５】
（実施例１）
まず、本発明の圧縮機についての概要を説明する。
【００２６】
本発明の圧縮機は、間隙制御装置も有しており、間隙制御装置は計測信号から得られた動翼とケーシングとの間隙量もしくは間隙推定値とケーシング温度の値を入力として間隙量を目標値に近づけるために必要なケーシング熱交換器の熱交換量を演算する。
【００２７】
間隙制御装置は熱交換量の演算結果に応じてケーシング熱交換器の冷媒流量、温度、圧力を制御する。これにより、圧縮機のケーシング温度を変更し、ケーシング熱伸び量を変えて間隙量を望ましい値へと近づける。間隙量の目標値は、圧縮機の機種にも依存するが、おおよそ１ｍｍ程度である。
【００２８】
本発明の圧縮機は、動翼とケーシングとの間隙量を吸気噴霧冷却器の水噴霧量を最大とした運転でも０より大きい状態を維持できるまで拡大する。吸気噴霧冷却を実行しない定格運転においては、ケーシング熱交換器の冷却量を大きくして、ケーシング熱伸び量を抑え、間隙量を目標値へと近づける。
【００２９】
一方、吸気噴霧冷却器の水噴霧量を増加させ、圧縮機のケーシングへ噴霧液滴の付着が始まると、付着によりケーシングが冷却される。過度な冷却となってケーシング熱伸び量が必要以上に縮小しないよう、ケーシング熱交換器の冷却量を小さくして、間隙量を目標値へと近づける。
【００３０】
圧縮機の動翼とケーシングとの間隙量を算出するには、例えば次式（１）、（２）を使用することが有効である。
【００３１】
ΔＬ＝Ｌ０×α×（ＴＬ−Ｔ０）＋ｍｂ×（Ｎ×ｃ）２／（Ａｇ×Ｅ×Ｌｇ）      ・・・（１）
ΔＲ＝Ｒ０×α×（ＴＲ−Ｔ０）      ・・・（２）
【００３２】
ここで、ΔＬ、ΔＲは、それぞれ、動翼とケーシングの伸び量である。また、Ｌ０およびＲ０は常温Ｔ０時の動翼高さおよびケーシング半径である。また、αは圧縮機を構成する部材の線膨張率、ＴＬおよびＴＲはそれぞれ動翼およびケーシングの温度を表わす。
【００３３】
また、ｍｂは動翼の質量、Ｎは圧縮機回転軸の回転数、Ａｇは動翼重心における半径方向の断面積、Ｅは動翼構成部材のヤング率、Ｌｇは動翼の重心高さ、ｃは角速度から回転数への単位換算係数である。上記式（１）及び（２）の２式は右辺第１項が熱伸びを、右辺第２項が遠心力による伸びを表わす。
【００３４】
常温、回転軸停止時の初期間隙量をδ０とおくと、間隙量δは次式（３）のように表わすことができる。
【００３５】
δ＝δ０−ΔＬ＋ΔＲ      ・・・（３）
【００３６】
なお、ここに挙げる方法はあくまで要素を簡略模擬した一例であり、圧縮機の機種や形状に応じ、他の手段で圧縮機の動翼とケーシングとの間隙量を求めて構わない。
【００３７】
圧縮機の動翼とケーシングとの間隙量を推定演算する場合に計測する信号の候補としては、例えば、圧縮機回転数、圧縮機ケーシング内部壁面温度、圧縮機抽気ガス温度、圧縮機抽気ガス圧力、吸気噴霧冷却器の水噴霧量、吸気噴霧冷却器の噴霧水温度である。圧縮機回転数は、動翼の遠心力による伸び量を推定するのに有効である。ガス温度は部材の熱伸び量推定に有効である。
【００３８】
ガス圧力および水噴霧量は温度と合わせることで、圧縮機ケーシングに付着する噴霧液滴の量を推定するために利用できる。本発明ではこれらの値から推定演算を実行するものとしたが、この他、圧縮機の吐出空気の温度や圧力、軸トルクなど圧縮機の特性を表わすパラメータを計測し、予め実験で作成したデータマップと比較をとり、補間によって間隙量を推定、あるいは計算結果の補正をしても良い。
【００３９】
図１は本発明が適用された圧縮機の概略構成図である。図１に示した例は多段構造の軸流式圧縮機を想定しており、吸気噴霧冷却器１０７と、ケーシング１１２と、ケーシング１１２内に支持され、回転軸１０４により回転駆動される動翼１０５とを備えている。動翼１０５はケーシングに包囲されている。動翼１０５とケーシング１１２との間隙量を吸気噴霧冷却器１０７の水噴霧量を最大とした運転でも０より大きい状態を維持できるまで拡大し、ケーシング温度の計測装置、ケーシング熱交換器１１４を設けたことを特徴とする圧縮機である。回転軸１０４がタービン１２３に接続されている。
【００４０】
図１において、吸い込みガス１０１は吸気ダクト１０２を通過して圧縮機１０３の内部へ導かれる。圧縮機１０３は回転軸１０４により駆動されており、回転軸１０４には動翼１０５が取り付けられている。圧縮機１０３にて圧縮した吸い込みガス１０１は、動翼１０５を通過する毎に圧縮され圧縮ガス１０６として放出される。吸気ダクト１０２には吸気噴霧冷却器１０７が取り付けられており、配管１０８を通じて調整弁１０９から高圧の噴霧水が供給される。調整弁１０９によりにより水噴霧量を調整できる。また、回転軸１０４には回転数計測器１１０が取り付けられ、圧縮機の回転数を計測可能である。圧縮ガス１０６の流路には温度計１１１が取り付けられ、圧縮ガス１０６の温度を計測可能である。
【００４１】
一方、圧縮機１０３のケーシング１１２には温度計１１３が取り付けられており、ケーシング１１２の温度を圧縮機１０３の外部より計測可能である。なお、図示の通り温度計１１３は圧縮機の軸手方向に複数個設定していることが望ましいが、温度計の数を限定するものではない。また、ケーシング１１２にはケーシング熱交換器１１４が取り付けられており、ケーシング１１２との熱交換によりケーシング１１２を冷却または加熱できる構成とする。
【００４２】
また、圧縮機１０３には間隙量を直接計測、あるいは推定演算するために必要な情報を計測する計測器１１５が設けられている。計測器１１５は、例えば間隙量を直接計測するギャップセンサでも良いし、間隙量の推定演算に必要な回転軸１０４の回転数や圧縮ガス１０６の温度、圧力など、複数情報を計測できるよう複数の計測器から構成して代用しても良い。
【００４３】
計測器１１５の計測信号１１６および、回転数計測器１１０の計測信号１１７、温度計１１１の計測信号１１８、温度計１１３の計測信号１１９は間隙制御装置（間隙制御部）１２０へと接続する。
【００４４】
間隙制御装置１２０は受信した信号から間隙量を目標値に近づけるためのケーシング熱交換器１１４の熱交換量を演算し、熱交換量をこの値に近づけるべく、ケーシング熱交換器１１４の制御アクチュエータ１２２へ冷媒の流量、圧力、温度を変更するよう熱交換量指令１２１を出す。ケーシング熱交換器１１４の機器構成については特に限定しない。圧縮機１０３の運転範囲で安全に使える機種を適宜選定すれば良い。応答性の良い機種であることが望ましい。
【００４５】
図２は、本発明の実施例１における間隙制御装置１１８の動作制御フローチャートである。図２の（ａ）において、間隙制御装置１１８は計測信号を受信すると以下の通り信号処理をする。まず、計測信号１１６、１１７、１１８、１１９が間隙制御装置１２０に入力される（ステッＳ１）。次に、間隙制御装置１２０は、計測信号が入力されると、圧縮機１０３の動翼１０５とケーシング１１２との間隙量を直接計測しているか否かを判定する（ステップＳ２）。計測器１１５が間隙量を直接計測可能な構成としている場合は、ここで間隙量（間隙寸法）δを決定し、ステップＳ４に進む。
【００４６】
計測器１１５は間隙量を直接計測せず、推定演算を実施している場合は間隙量δ推定演算の処理に移る（ステップＳ３）。間隙量δ推定演算の処理を図２の（ｂ）に示す。
【００４７】
図２の（ｂ）において、実施例１では、動翼１０５の温度の代用として圧縮ガス１０６の温度ＴＧ、回転軸１０４の回転数Ｎ、ケーシング１１２の温度ＴＲが信号として得られるものとする。ステップＳ３ａの関数ｆ１は動翼１０５の伸び量とケーシング１１２の伸び量を推定演算することで、間隙量δを求める式を与えるものとする。関数ｆ１は上記式（１）、（２）、（３）を用い、入力に温度ＴＧ、ＴＲ、回転数Ｎを利用しているが、これ以外の入力を追加しても構わない。
【００４８】
間隙量δが決定すると、ステップＳ３ｂから、図２の（ａ）のステップＳ４に進み、間隙量許容誤差（間隙寸法許容誤差）εｒｅｆを設定する。
【００４９】
間隙量許容誤差εｒｅｆは予め設定した固定値でも良いし、圧縮機１０３に取り付けられた計測器１１５の計測信号を入力とする関数としても良い。間隙量許容誤差εｒｅｆを定める目的は大きく２つあり、１つは間隙量δが目標値と厳密に一致するまで制御信号の増減を繰り返すハンチング状態に陥るのを防ぐ目的であり、他の１つはケーシング熱交換器１１４の熱交換遅れに対する裕度確保の目的である。
【００５０】
間隙制御装置１２０の制御周期が短いほど、また、ケーシング熱交換器１１４の応答性が高いほど、間隙量許容誤差εｒｅｆは小さく設定できる。機器の構成を勘案して適切な値を設定するのが望ましいが、０を設定しても実施例１の効果は得られる。
【００５１】
ステップＳ４で、間隙量許容誤差εｒｅｆの設定が完了すると、ステップＳ５に進み、間隙量δと間隙量許容誤差εｒｅｆとの大小比較を行う。間隙量δが間隙量許容誤差εｒｅｆより大きい場合、ステップＳ６に進み、予め設定された間隙量目標値（間隙寸法目標値）δｒｅｆと間隙量δとの差の絶対値で定義される間隙量誤差εの計算を実施する。次に、ステップＳ８において、間隙量誤差（間隙寸法誤差）εが間隙量許容誤差εｒｅｆより大きいか否かを判断し、間隙量誤差εが間隙量許容誤差εｒｅｆより大きい場合、間隙量δを間隙量目標値δｒｅｆに近づけるためケーシング目標温度Ｔｒｅｆ、ケーシング熱交換器目標伝熱量Ｑｒｅｆを計算により求めるＴｒｅｆ、Ｑｒｅｆ演算処理をステップＳ９で実施する。ステップＳ９の演算処理は、図２の（ｃ）のステップＳ９ａに示すように、この実施例１では、Ｔｒｅｆ、Ｑｒｅｆの演算処理にて、間隙量目標値δｒｅｆと、動翼１０５の温度の代用としての圧縮ガス１０６の温度ＴＧと、回転軸１０４の回転数Ｎとを入力として、関数ｆ２により、ケーシング１１２の熱伸び量を逆算する形でケーシング目標温度Ｔｒｅｆを算出する。
【００５２】
また、温度計１１３で計測したケーシング１１２の温度ＴＲとケーシング目標温度Ｔｒｅｆを入力として関数ｆ３より、ケーシング１１２の温度をケーシング目標温度Ｔｒｅｆにするために必要なケーシング熱交換器目標伝熱量Ｑｒｅｆを算出する。そして、ステップＳ９ｂによりケーシング目標温度Ｔｒｅｆとケーシング熱交換器目標伝熱量Ｑｒｅｆとを出力し、ステップＳ１２に進む。そして、ステップＳ１２において、間隙制御装置１２０は演算した目標温度Ｔｒｅｆとケーシング熱交換器目標伝熱量Ｑｒｅｆとにより、間隙量が目標値δｒｅｆとなるように、ケーシング熱交換器１１４を制御する。
【００５３】
なお、実施例１では、ケーシング目標温度Ｔｒｅｆとケーシング熱交換器目標伝熱量Ｑｒｅｆの算出に温度ＴＧ、ＴＲ、回転数Ｎ、間隙量目標値δｒｅｆを利用しているがこれ以外の入力を追加しても構わない。また、関数ｆ２、ｆ３は、任意のものでよく、実験で得られたテーブルデータの補間参照などによりケーシング目標温度Ｔｒｅｆ、ケーシング熱交換器目標伝熱量Ｑｒｅｆを決定しても良い。また、実施例１ではケーシング熱交換器１１４でケーシング１１２を冷却する事例を想定したが、令媒の代わりに熱媒を流通し、加熱により間隙量を望ましい値に近付けてもかまわない。ここで示す方法は、これらの演算処理を限定するものではない。
【００５４】
一方、ステップＳ５において、間隙量δが間隙量許容誤差εｒｅｆ以下となる場合、動翼１０５とケーシング１１２との間隙量は何らかの不測の事態により０に近い状態にあることを意味する。このため、ステップＳ７に進み、保護機能としてケーシング熱交換器１１４を直ちに停止し、間隙量δを拡大する制御を実施するよう指令を生成する。そして、ステップＳ１１に進み、予め設定された熱交換量指令となるケーシング目標温度Ｔｒｅｆ、ケーシング熱交換器目標伝熱量Ｑｒｅｆは無効とし、ステップＳ１２にて、ケーシング熱交換器１１４の冷媒の流れを停止する熱交換量指令１２１を間隙制御装置１２０より出力する。
【００５５】
ステップＳ８において、間隙量誤差εが間隙量許容誤差εｒｅｆ以下の場合は、ステップＳ１０に進み、設定された熱交換量指令となるケーシング目標温度Ｔｒｅｆ、ケーシング熱交換器目標伝熱量Ｑｒｅｆを保持し、ステップＳ１２に進む。
【００５６】
なお、実施例１では間隙量δを間隙量目標値δｒｅｆに近づけるためのケーシング目標温度Ｔｒｅｆ、ケーシング熱交換器目標伝熱量Ｑｒｅｆを逆算する制御フローを構成したが、これに制御方法を限定するものではない。例えば、間隙量誤差εを０に収束させるようケーシング熱交換器１１４の冷媒流量を増減するＰＩＤ制御を構成しても良いし、圧縮機１０３の運転特性をよく表わす状態量を各種計測し、それら計測信号を入力とするニューラルネットワークを構成することで、ケーシング熱交換器１１４の熱交換量を制御しても良い。
【００５７】
図３は、実施例１における圧縮機１０３の間隙量δとケーシング１１２の熱伸びに関する模式図である。図３の（ａ）〜（ｄ）のそれぞれは、圧縮機１０３を運転中の動翼１０５とケーシング１１２との間隙部分を拡大して示しており、図３の（ａ）はケーシング１１２へ液滴付着が生じていない場合、図３の（ｂ）は吸気噴霧冷却器１０７の水噴霧量が増加し、ケーシング１１２へ液滴付着が生じた場合、図３の（ｃ）は吸気噴霧冷却器１０７の水噴霧量を最大まで増加させた場合、図３の（ｄ）はケーシング１１２へ液滴付着がなく、かつ、ケーシング熱交換器１１４を停止した場合である。なお、図３の（ｄ）は比較のために示しているが、実施例１の運転で実行するものではない。
【００５８】
図３の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）とも間隙量δは間隙量目標値δｒｅｆとの差が間隙量目標誤差εｒｅｆ（図３に示さず）以内の範囲で運転している。ここで、ケーシング１１２の熱伸びに対し、図３中のΔＲｃはケーシング熱交換器１１４の冷却による縮み量を表し、ΔＲｗはケーシング１１２への液滴付着による縮み量を表わしている。図３の（ａ）における運転では、ケーシング１１２へ液滴付着は生じていないので、ケーシング熱交換器１１４の熱交換量を増やすことで縮み量ΔＲｃを増大させ、間隙量δを間隙量目標値δｒｅｆへ近づける。
【００５９】
一方、図３の（ｂ）では、液滴３０１がケーシング１１２へ付着し、ケーシング１１２の温度が低下する。これにより、ケーシング１１２は縮み量ΔＲｗだけ縮む。図１に示した間隙制御装置１２０は、間隙量δを間隙量目標値δｒｅｆに近づけるために必要な温度、伝熱量を各種計測信号から演算し、ケーシング熱交換器１１４に熱交換量指令１２１として与える。ケーシング熱交換器１１４の熱交換量は、図３の（ｂ）に示した場合では、図３の（ａ）に示した場合に比して低下し、縮み量ΔＲｃを低減することで間隙量δを間隙量目標値δｒｅｆへ近づける。
【００６０】
吸気噴霧冷却器１０７の水噴霧量を最大まで増加させると、図３の（ｃ）に示すようになる。図３の（ｃ）に示した状態は、図３の（ｂ）に示した状態から、さらにケーシング１１２に付着する液滴３０１が増加した状態である。ケーシング１１２に付着する液滴３０１が多いほど縮み量ΔＲｗは大きくなるので、これを補うためにケーシング熱交換器１１４の熱交換量を減らすことで縮み量ΔＲｃを縮小させる。
【００６１】
最終的に、ケーシング熱交換器１１４は熱交換を停止し、縮み量ΔＲｃは０となる。ケーシング熱交換器１１４の機器容量の観点から、圧縮機１０３の運転中、ケーシング１１２に付着する液滴３０１の量が最大となる点でΔＲｃを０とできるのが良い。すなわち、間隙量δと間隙量目標値δｒｅｆとの誤差εを間隙量目標誤差εｒｅｆ以内とするために必要なケーシング１１２の縮み量の範囲に、図３の（ｃ）の運転状態におけるケーシング１１２液滴付着による縮み量ΔＲｗが収まる間隙寸法に設計することが望ましい。
【００６２】
図３の（ｄ）は実施例１の図２で示す制御フローでは実行しない運転であるが比較のために掲載している。ケーシング１１２へ付着する液滴３０１が無い状態では、ケーシング熱交換器１１４の熱交換量を増やすことで縮み量ΔＲｃを増大させ、間隙量δを間隙量目標値δｒｅｆへ近づけている。従って、この状態でケーシング熱交換器１１４を停止した場合、図３の（ｄ）に示すように、間隙量δは増大する。
【００６３】
実施例１の圧縮機１０３の運転動作について図４を参照して説明する。図４は、実施例１の圧縮機１０３の運転特性概略図である。図４の（ａ）に示すグラフは、吸気噴霧冷却器１０７を使用しない場合の起動運転における間隙量δの概略変化を示すものである。図４の（ａ）に示したグラフは、横軸に圧縮機１０３の運転開始からの経過時間、縦軸は圧縮機１０３の回転軸１０４の軸中心からの半径方向長さを表わす。そして、動翼１０５の先端位置までの長さを破線で示し、従来技術におけるケーシング位置までの長さを一点鎖線で、実施例１のケーシング１１２の位置までの長さを太い実線で示している。なお、細い実線は、冷却停止の場合における実施例１のケーシング１１２の位置までの長さである。
【００６４】
任意時刻においてケーシング１１２の位置までの長さから動翼１０５の先端位置までの長さを差し引いた値が圧縮機１０３の動翼１０５とケーシング１１２との間隙量となる。
【００６５】
時刻ｔ０において、停止状態の圧縮機１０３の運転を開始する。時間の経過と伴に回転数および動力を上げ、時刻ｔ１において、圧縮機１０３は定格動力での運転となり、時刻ｔ１からは定格動力を保持した運転を想定している。本グラフでは停止から定格動力までの起動における間隙量の変化を確認することができる。
【００６６】
ここで、圧縮機の機種によるが、一般に、ケーシングと回転軸とを比較すると、回転軸の熱容量の方が大きい。また、回転軸側は回転数が定格回転数に達するまで、遠心力による伸びも増大する。
【００６７】
以上の理由から、一般的な圧縮機は起動時において動翼先端位置よりもケーシング位置の方が早く収束する。この関係は実施例１の図４にも示される。
【００６８】
図４の（ａ）における領域ａ１に注目すると、時刻ｔ０において実施例１のケーシング１１２の位置までの長さは、従来のケーシング位置までの長さに比較して大きくなっている。しかし、運転を開始すると、実施例１のケーシング１１２位置は、間隙量を間隙量目標値δｒｅｆに近づけるようケーシング熱交換器１１４で冷却しながら運転するため、間隙量は間隙量目標値δｒｅｆにすぐさま収束する。本発明の実施例１は、従来と異なり、起動中でも間隙量を間隙量目標値δｒｅｆに近づけて運転可能である。
【００６９】
また、時刻ｔ１以降の定格動力保持時の領域ａ２に注目する。運転状態を一定に保持して時間が経過したため、動翼１０５、ケーシング１１２の温度変化は収束する。温度変化の収束に伴い、動翼１０５、ケーシング１１２の熱伸び量変化も収束し、結果として間隙量も収束している。従来のケーシング位置は組み立て誤差により間隙量が間隙量目標値δｒｅｆに対してわずかに大きい値で収束したが、実施例１の間隙量は、ケーシング熱交換器１１４の効果により間隙量と間隙量目標値δｒｅｆとの差を目標間隙量誤差εｒｅｆ以下まで近づけることが可能である。
【００７０】
また、図４の（ａ）に示すグラフでは、上述したように、参考値として細い実線で実施例１の圧縮機をケーシング熱交換器が停止した状態で運転した場合のケーシング位置までの長さも掲載した。
【００７１】
この場合、実施例１の効果は、得られないが、比較説明のために示した。細い実線で示すケーシング位置までの長さと、太い実線で示す実施例１のケーシング１１２位置までの長さとの差は、間隙量を間隙量目標値δｒｅｆに近づけるためケーシング熱交換器１１４で冷却することで低減したケーシング１１２の縮み量ΔＲｃに相当する。
【００７２】
次に、図４の（ｂ）のグラフについて説明する。図４の（ｂ）のグラフは、吸気噴霧冷却器１０７を使用した場合の起動運転ケースである。図４の（ａ）におけるグラフから、ケーシング熱交換器１１４停止時のケーシング位置を除き、２点鎖線で吸気噴霧冷却器１０７の水噴霧量の時間変化を表示している。時刻ｔ０において、停止状態の圧縮機１０３の運転を開始する。時間の経過と伴に回転数および動力を上げ、時刻ｔ１において、圧縮機１０３は定格動力での運転となり、時刻ｔ１からは定格動力を保持した運転を想定している。ここで、起動途中の時刻ｔ０ｗから吸気噴霧冷却器１０７より水噴霧を開始する。水噴霧量はケーシング１１２への液滴付着が顕著となる吸い込みガス１０１の流量の２％以上を想定している。さらに、グラフの時刻ｔ１より圧縮機１０３は定格動力での運転となり、時刻ｔ１からは定格動力を保持するが、時刻ｔ１ｗより吸気噴霧冷却器１０７の水噴霧量をさらに増加させるものとする。
【００７３】
時刻ｔ０ｗまでの挙動は、図４の（ａ）のグラフと同様である。時刻ｔ０ｗ直後の領域ｂ１に注目する。時刻ｔ０ｗで吸気噴霧冷却器１０７より水噴霧を開始したことで吸い込みガス１０１の温度が低下し、動翼１０５の熱伸び量が低減するため動翼先端位置までの長さも縮小する。ケーシング１１２は吸い込みガス１０１の温度の低下に加え、液滴付着による冷却効果も発生する。
【００７４】
従来のケーシング位置までの長さは、液滴付着の冷却効果による縮み量の分だけ、動翼先端位置までの長さよりも縮み量が大きくなり、過渡的に間隙量が０未満となる領域が発生している。このため、従来においては、起動中は一時的に水噴霧量を間隙量が確保できる分量まで抑える必要があった。
【００７５】
一方、実線で示す実施例１のケーシング１１２位置までの長さは、ケーシング熱交換器１１４の伝熱量を抑えることで、ケーシング１１２の過剰な縮みが発生しないように制御可能である。
【００７６】
このため、間隙量を間隙量目標値δｒｅｆに近づけて運転可能であり、水噴霧量に制約を与える必要はない。
【００７７】
次に、時刻ｔ１ｗで水噴霧量をさらに増加させた後の領域ｂ２に注目する。水噴霧量はｔ０ｗの時点でケーシング１１２へ液滴が付着するレベルに達しており、液滴付着量はさらに増加する。動翼先端位置と従来のケーシング位置の関係は間隙量を０より大きい状態を維持していたが、間隙量は再び０未満となる。時刻ｔ０ｗでの水噴霧による間隙量縮小は、起動中であったため過渡的であり、定格動力に近づくにつれ解消されたが、時刻ｔ１以降は運転状態を保持しているので、定常的に間隙量０未満となる。
【００７８】
従って、ラビング防止の観点から、水噴霧量は上限に達しており時刻ｔ１ｗより開始する水噴霧の増加は不可となる。
【００７９】
一方、実施例１においては、ケーシング熱交換器１１４の熱交換により熱伸び量を低減している運転範囲にある限り、ケーシング熱交換器１１４の伝熱量制御で間隙量を目標値に近づけることが可能である。従って、吸気噴霧冷却器１０７の水噴霧量の上限は従来に比して拡大し、圧縮機１０３の運転自由度を広げることが可能である。
【００８０】
以上のように、本発明の実施例１によれば、計測又は推定した、ケーシング１１２と動翼１０５との間隙量δが目標間隙誤差εｒｅｆより大であり、計測又は推定した間隙量δと間隙量δｒｅｆとの差が目標間隙量εｒｅｆより大の場合は、ケーシング１１２と動翼１０５との間隙量を目標値δｒｅｆに近づけるための、ケーシング目標温度Ｔｒｅｆ及びケーシング熱交換器目標伝熱量Ｑｒｅｆを演算し、演算した値に基いて、ケーシング熱交換器１１４の動作を制御するように構成している。
【００８１】
つまり、間隙量δが目標間隙誤差εｒｅｆより以下の場合は、ケーシング熱交換器１１４の運転を停止し、間隙量δが目標間隙誤差εｒｅｆより大の場合は、間隙量δが、目標値δｒｅｆプラス目標間隙誤差εｒｅｆを上限とし、目標値δｒｅｆマイナス目標間隙誤差εｒｅｆを下限とする所定の範囲であれば、現状を保持し、間隙量δが、上記所定範囲外の場合は、目標値δｒｅｆに近づけるために、目標温度Ｔｒｅｆ及び目標伝熱量Ｑｒｅｆを演算し、演算した値に基いて、ケーシング熱交換器１１４の動作を制御するように構成している。
【００８２】
したがって、吸気噴霧冷却の水噴霧量に制約を与えることなく、圧縮機の動翼とケーシングとの間隙量を目標値に近づけることが可能な、吸気噴霧冷却器を有する圧縮機を実現することができる。
【００８３】
（実施例２）
次に本発明の実施例２について説明する。
【００８４】
実施例２の基本構成は図１、図２、図３および図４と同様であるため説明は省略する。実施例２は実施例１の構成において、ケーシング１１２に付着する液滴３０１によりケーシング１１２に温度低下ΔＴが生じても、圧縮機１０３の動翼１０５とケーシング１１２との間隙量δを０より大きい状態とする初期間隙量（初期間隙寸法）δ０としたことを特徴とする。この初期間隙量δ０の決定方法を以下に説明する。
【００８５】
実施例２では説明のため、吸い込みガス１０１、圧縮ガス１０６となるガスを空気として考える。
【００８６】
動翼１０５およびケーシング１１２は、圧縮機１０３の内部ガス流路を通過する空気に晒されることから、動翼１０５、ケーシング１１２の温度ＴＬ、ＴＲを通過する空気温度ＴＧと同一と近似できる。一方、吸気噴霧冷却器１０７の水噴霧量が増加すると、図３に示す通り、圧縮機１０３のケーシング１１２は付着する液滴３０１により冷却される。このため、液滴３０１がケーシング１１２に付着する運転ではケーシング１１２の温度を付着する液滴３０１の温度と同一と近似できる。
【００８７】
ここで、液滴３０１が発生した場合、圧縮機１０３の内部ガス流路を通過する空気は湿り度が飽和蒸気量に達していると仮定する。この仮定によれば、液滴３０１の温度は、圧縮機１０３の内部ガス流路を通過する空気温度を乾球温度、相対湿度を１００％とした湿球温度として与えることができる。乾球温度と湿球温度の関係は、各種の湿り空気線図や、飽和蒸気圧を介した近似多項式、あるいは上記湿り空気線図、飽和蒸気圧を介した近似多項式から導き出される派生式のうちの少なくとも一つを使用すればよい。
【００８８】
この関係を関数ｆ４とおけば、ケーシング１１２の温度低下ΔＴを以下の式（４）、（５）、（６）で表せる。
【００８９】
Ｔｗｅｔ＝ｆ４（Ｔｄｒｙ）      ・・・（４）
Ｔｄｒｙ＝ＴＧ      ・・・（５）
ΔＴ＝Ｔｄｒｙ−Ｔｗｅｔ＝Ｔｄｒｙ−ｆ４（Ｔｄｒｙ）＝ＴＧ−ｆ４（ＴＧ）      ・・・（６）
【００９０】
ここで、Ｔｗｅｔは相対湿度を１００％とした湿球温度で、実施例２では液滴３０１の温度とする。Ｔｄｒｙは乾球温度である。関数ｆ４を乾湿変換関数と定義する。
【００９１】
また、常温における、回転軸１０４停止時の初期間隙量δ０は、例えば前述の式（１）、（２）、（３）を用いて表わすことができる。さらに、圧縮機１０３の運転特性マップや熱平衡線図、理論計算式や実験式に当てはめることで、回転軸１０４の回転数Ｎを圧縮ガス（空気）１０６の温度ＴＧの関数ｆ５として次式（７）で表すことができる。
【００９２】
Ｎ＝ｆ５（ＴＧ）      ・・・（７）
【００９３】
動翼１０５の温度ＴＬを圧縮ガス（空気）１０６の温度ＴＧに、ケーシング１１２の温度ＴＲをＴＧ−ΔＴと近似したことから、式（１）、（２）、（３）、（６）、（７）より、間隙量δと、初期間隙量δ０の差は圧縮ガス（空気）１０６温度ＴＧの関数ｆ６で次式のように表わすことができる。
【００９４】
δ＝δ０−ｆ６（ＴＧ）      ・・・（８）
【００９５】
ここで、間隙量δは０より大きいという条件を式（８）にあてはめ式（９）を得る。
【００９６】
δ０＞ｆ６（ＴＧ）      ・・・（９）
【００９７】
圧縮機１０３の運転範囲内の圧縮ガス（空気）１０６の温度ＴＧに対して式（９）が成立するように、初期間隙量δ０を設計することで、ケーシング１１２に付着する液滴３０１によりケーシング１１２に温度低下ΔＴが生じても、圧縮機１０３の動翼１０５とケーシング１１２との間隙量δを０より大きい状態とする初期間隙量δ０を満たす。関数ｆ６（ＴＧ）は、温度ＴＬを温度ＴＧとし、温度ＴＲをＴＧ−ΔＴとして、上記式（１）、（２）、（３）に代入して得られる式であり、式（３）のΔＬ−ΔＲに相当する関数である。関数ｆ６を間隙量変化関数と定義し、関数ｆ６により得られる値を変化間隙量と定義する。
【００９８】
なお、ここに示す計算はあくまで一例であり、必要に応じて計算式の拡充や実機特性による補正を追加して良い。
【００９９】
本発明の実施例２によれば、実施例１と同様な効果が得られるほか、次に示す効果が得られる。
【０１００】
つまり、動翼１０５とケーシング１１２との停止時における初期間隙量の拡大値は最低限で済ませる設計が可能となるため、従来における圧縮機から実施例２の圧縮機１０３への設計変更を容易にできる。また、初期間隙量の拡大量が少なければ、ケーシング熱交換器１１４の必要伝熱容量も低く抑えることができる。
【０１０１】
したがって、特に指標なく間隙を拡大した場合に比してケーシング熱交換器１１４の構造をコンパクトにできるほか、熱交換量が小さくなるので応答性の向上も期待できる。作動温度範囲が絞られるので冷媒や熱交換器の機種に課せられる制約も少なくなる。
【０１０２】
（実施例３）
次に、本発明の実施例３について説明する。
【０１０３】
実施例３の構成を図５および図６により説明する。図５は実施例３の圧縮機の概略構成図である。実施例１と同様の部分については説明を省略する。実施例３では、実施例１にて示した圧縮機の構成において、圧縮機１０３の中間段にアンチサージ弁５０１を設けており、温度計１１３により計測されたケーシング１１２の温度を計測信号１１９として弁制御装置（弁制御部）５０２が受信し、弁制御装置５０２がケーシング１１２の温度上昇率によってアンチサージ弁５０１を開閉制御することを特徴とする。
【０１０４】
また、必須の構成ではないが、実施例３では、吸気噴霧冷却器１０７の水噴霧量を計測するために配管１０８に流量計５０３と、圧縮機１０３の圧縮ガス１０６の圧力を計測するための圧力計５０４と、吸気ダクト１０２に吸い込みガス１０１の流量を計測するための計測器５０５とを設置し、流量計５０３、圧力計５０４、計測器５０５の計測信号５０６、５０７、５０８と、回転数計測器１１０の計測信号１１７とを弁制御装置５０２に供給する構成となっている。
【０１０５】
なお、ここでの説明は計測信号を限定するものではなく、適宜、追加、交換しても構わない。例えば、計測器５０５の計測信号５０８は、入口可変翼（ＩＧＶ）を備える圧縮機であれば、入口可変翼開度と、回転軸１０４の回転数と、吸い込みガス１０１の温度とから推定演算することも可能である。この場合、推定演算に必要な入口可変翼開度の計測装置と、吸い込みガス１０１の温度とを計測する装置を追加すれば良い。
【０１０６】
アンチサージ弁５０１は全開もしくは全閉の制御指令のみを出力可能なＯＮ／ＯＦＦ弁で、通常運転時閉止している。アンチサージ弁５０１は弁制御装置５０２から保護信号５０９を受信すると全開し、圧縮機１０３の途中段から吸い込みガス１０１の一部を排出し、圧縮機１０３の流量を下げる。弁制御装置５０２からの保護信号５０９が停止すると再び全閉する。
【０１０７】
次に、図５、図６を参照して実施例３の動作について説明する。図６は弁制御装置５０２の制御フローチャートである。
【０１０８】
図５、図６において、弁制御装置５０２は計測信号を受信すると以下の通り信号処理をする。まず、図６の（ａ）のステップＳ１００において、弁制御装置５０２は計測信号を入力する。次に、計測信号として受信したケーシング温度ＴＲについて、現在ｉステップ目の信号処理のケーシング温度ＴＲ（ｉ）と、過去となる（ｉ−１）ステップ目の処理のケーシング温度ＴＲ（ｉ−１）との差分を演算し、ケーシング１１２の温度上昇率に相当する変化率ｄＴＲを求める（ステップＳ１０１）。
【０１０９】
次に、変化率ｄＴＲの上限値ｄＴＲｌｉｍを設定する（ステップＳ１０２）。上限値ｄＴＲｌｉｍは予め決定した定数でも構わないし、圧縮機１０３の特性を表わす計測信号の関数としても良い。実施例３は変化率上限ｄＴＲｌｉｍに補正演算処理を実施する構成とした。
【０１１０】
変化率上限ｄＴＲｌｉｍの補正演算（ステップＳ１０３）では、図６の（ｂ）のステップＳ１０３ａに示すように、関数ｆ７、ｆ８により、補正量Ｘ１、Ｘ２を計算し、変化率上限ｄＴＲｌｉｍから補正量Ｘ１、Ｘ２を差し引くことで補正する。関数ｆ７は圧縮ガス１０６の温度ＴＧ、圧縮ガス１０６の圧力ＰＧ、回転数Ｎ、吸い込みガス１０１の流量Ｇｉを入力としており、計測時点での圧縮機１０３のサージング裕度が小さいほど大きい値を出力する。従って、圧縮機１０３がサージング領域に近い運転になるほど補正量Ｘ１は大きくなり、変化率上限ｄＴＲｌｉｍは小さく補正される。関数ｆ８は吸気噴霧冷却器１０７の水噴霧量Ｇｗを入力とし、水噴霧量Ｇｗが大きくなるほど出力も大きくなる。従って、水噴霧量Ｇｗが大きくなるほど補正量Ｘ２は大きくなり、変化率上限ｄＴＲｌｉｍは小さく補正される。ステップＳ１０３ｂにおいて、変化率上限ｄＴＲｌｉｍを補正した変化率上限ｄＴＲｌｉｍとし、ステップＳ１０４に進む。なお、実施例３で示す補正量の算出法は、補正方法を限定するものではない。
【０１１１】
ステップＳ１０４において、変化率ｄＴＲと、補正演算後の変化率上限ｄＴＲｌｉｍとを大小比較する。変化率ｄＴＲが変化率上限ｄＴＲｌｉｍより大きい場合、保護信号ＯＮの処理を実施し（ステップＳ１０５）、弁制御装置５０２は保護信号をアンチサージ弁５０１へと出力する（ステップＳ１０７）。ステップＳ１０４において、変化率ｄＴＲが変化率上限ｄＴＲｌｉｍ以下の場合、保護信号ＯＦＦの処理を実施する（ステップＳ１０６）。その結果、弁制御装置５０２は保護信号をアンチサージ弁５０１への出力を停止する。
【０１１２】
上述のように構成された本発明の実施例３の効果を以下に説明する。
【０１１３】
実施例３では、実施例１、２と同様に、ケーシング熱交換器１１４によりケーシング１１２を冷却する構成である。ケーシング１１２に多量に液滴付着した状態で、何らかの理由、例えば故障によりケーシング熱交換器１１４の伝熱量が急激に低下した場合、ケーシング１１２に付着する液滴は蒸発を始める可能性がある。ここで、液滴の内部流入が生じた場合、内部冷却と同等の圧縮動力低減効果を期待することができるのは前述の通りである。一方で、液滴が蒸発した段から、圧縮機１０３のガス流量が増える。
【０１１４】
このため、内部に流入した液滴が急激に蒸発することはサージングに対する信頼性の観点から望ましくない。実施例３は、仮に不測の事態によりケーシング１１２に付着する液滴が急激に蒸発を始め、圧縮機１０３の運転状態がサージング現象に近づくと弁制御装置５０２からの保護信号によりアンチサージ弁５０１が全開し、サージングを回避することが可能となる。よって、吸気噴霧冷却器１０７の水噴霧量が高い運転状態であっても圧縮機１０３の信頼性を高めることができる。なお、実施例３ではアンチサージ弁５０１はＯＮ／ＯＦＦ弁としたが、調整弁を選定し、開度をさらに細かく指示可能な構成としても良い。
【０１１５】
つまり、本発明の実施例３は、実施例１と同様な効果を得ることができる他、上述のような効果を得ることができる。
【０１１６】
（実施例４）
次に、本発明の実施例４について、図７を参照して説明する。
【０１１７】
実施例１と同様の構成部分については説明を省略する。実施例１と異なる部分は、図７に示すように、ケーシング１１２の４ヶ所に温度計１１３ａ、１１３ｂ、１１３ｃ、１１３ｄを設定し、ケーシング１１２の温度を計測し、対応する４ヶ所に、別々の系統として、ケーシング熱交換器１１４ａ、１１４ｂ、１１４ｃ、１１４ｄを設けたことである。
【０１１８】
なお、実施例４では説明のため計測点、ケーシング熱交換器を４系統としたが、数を限定するものではなく、２系統以上あれば実施例４の手法は有効である。また、図示は省略したが、温度計１１３ａ、１１３ｂ、１１３ｃ、１１３ｄの計測信号１１９ａ、１１９ｂ、１１９ｃ、１１９ｄは、それぞれ、間隙制御装置１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ、１２０ｄに送信される。間隙制御装置１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ、１２０ｄの内部で実施する演算処理、制御指令等は、図２に示したフローチャートと同様である。ここではそれぞれの制御装置１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ、１２０ｄからケーシング熱交換器１１４ａ、１１４ｂ、１１４ｃ、１１４ｄに対する熱交換量指令１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃ、１２１ｄが制御アクチュエータ１２２（各ケーシング熱交換器１１４ａ、１１４ｂ、１１４ｃ、１１４ｄに接続される４つの制御アクチュエータ（（図７では省略する））に出力され、ケーシング熱交換器１１４の制御が実施される。
【０１１９】
実施例４では間隙制御装置１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ、１２０ｄの内部演算は互いに独立で行われるものとしたが、信号を送受信し補正演算を実施させても良い。例えば、隣接する部位同士、ケーシング目標温度を近づける補正を行っても良い。
【０１２０】
また、温度計とケーシング熱交換器１１４との対応は必ずしも１対１である必要はない。例えば、図７において、温度計１１３ｃが無い場合、圧縮機１０３の円周方向の温度偏差は無いものと仮定して温度計１１３ａの値を入力としてケーシング熱交換器１１４ｃの制御をおこなっても良い。あるいは、温度計１１３ｂが無い場合、温度計１１３ａで計測する温度と、過去の実験データより求めた温度勾配から温度計１１３ｂを設置していた部分での推定温度を演算する機能を追加して代用することも可能である。
【０１２１】
以下に、実施例４の効果を説明する。
【０１２２】
実施例４によれば、ケーシング１１２に温度分布が生じ、一律の温度制御では間隙量δが小さい部分と大きい部分が発生してしまう状況にあっても、ケーシング１１２の各部に対して目標温度を定め、複数のケーシング熱交換器１１４ａ、１１４ｂ、１１４ｃ、１１４ｄが別々に熱交換をすることでケーシング１１２全域にわたって間隙量δを間隙量目標値δｒｅｆに近づけることが可能である。
【０１２３】
また、圧縮機１０３を設置する室内の換気や機器配置による温度分布など、運転に関する外的要因で生じるケーシング１１２の歪みに対しても、間隙量δを補正することが可能となる。
【０１２４】
つまり、本発明の実施例４は、実施例１と同様な効果を得ることができる他、上述のような効果を得ることができる。
【０１２５】
なお、動翼の温度及びケーシングの温度は、圧縮器の吐出ガス温度と同一と近似でき、圧縮機の軸回転数は、圧縮器の吐出ガス温度の関数で表すことができる。したがって、圧縮器のガス温度のみ検出し、検出したガス温度から圧縮機の軸回転数を演算して、間隙量δを演算することも可能である。また、動翼の温度又はケーシングの温度のいずれかのみを検出して、上述した圧縮器の吐出ガス温度の関数と同様な関数により圧縮機の軸回転数を演算処理し、間隙量δを演算することも可能である。さらに、圧縮機の軸回転数のみ検出し、検出した軸回転数から、圧縮器のガス温度を逆算し、間隙量δを演算することも可能である。
【０１２６】
以上のように、実施例１〜４を例として説明した本発明によれば、圧縮機構成部材の温度変化や遠心力による伸びで運転中、時々刻々変化する圧縮機の動翼とケーシングとの間隙量を目標値に近づけて運転することができる。特に、停止している圧縮機を起動した場合、温度変化や遠心力による伸びは大きく変化する。
【０１２７】
本発明は、圧縮機の動翼とケーシングとの間隙量の変化に応じてケーシング熱交換器とケーシングの熱交換量を制御するので、ケーシング温度を変化させケーシング熱伸び量を操作できる。従って、圧縮機の起動時を含めた運転全域において圧縮機の動翼とケーシングとの間隙量を目標値に近づけて運転することができる。
【０１２８】
本発明は、吸気噴霧冷却器の水噴霧量が増加し、噴霧液滴のケーシング付着によりケーシングが冷却された場合においても、ケーシング熱交換器の伝熱量を制御することで圧縮機の翼とケーシングとの間隙量を目標値へと近づけることができる。
【０１２９】
このため、本発明では、ケーシング熱交換器を設けていない圧縮機ではラビングを防ぐために吸気噴霧冷却器の水噴霧量を制約しなければならない状況であっても、ケーシング熱交換器の伝熱量を制御することで対応可能である。
【０１３０】
以上により、吸気噴霧冷却器の水噴霧量の操作自由度が上がり、例えば、ガスタービン向けの圧縮機であれば温度上昇に起因する出力低下を回復することが容易となり目標出力が得やすくなる。
【０１３１】
また、本発明は上述の通り、吸気噴霧冷却器の水噴霧量が増加し、噴霧液滴のケーシング付着によりケーシングが冷却された場合に対する、補償策としてケーシング熱交換器を設けている。
【０１３２】
従って、本発明では吸気噴霧冷却器の水噴霧量が増加させる場合に生じるラビングに関する制約を解消でき、水噴霧量を増加させやすい。このため、噴霧液滴が圧縮機内部まで流入させ内部冷却と同等の圧縮動力低減を図ることが容易となる。
【０１３３】
さらなる利点として、圧縮機組み立て完了後の間隙量調整が可能である。近年、圧縮機は性能向上の観点から、間隙量は機器寸法に対し非常に小さい計画値となる。しかしながら、精密製造には限界があり、ケーシングを含めた圧縮機の部品点数も多いことから、組み立て完了時に間隙量は計画値と誤差が生じる。
【０１３４】
本発明は、吸気噴霧冷却を実施しない定格運転時、定常的にケーシング熱交換器によりケーシングを冷却する構成となるので、ケーシング冷却量を制御することで圧縮機組み立て完了後のケーシング熱伸び量調整することが可能である。
【０１３５】
従って、圧縮機の製造、組み立てで生じてしまった圧縮機の動翼とケーシングとの間隙量の計画値との誤差を相殺し、計画値に近づけて運転実施可能という利点となる。
【０１３６】
なお、本発明の圧縮機は、ガスタービンと接続され、ガスタービンの燃焼用空気を圧縮するように構成することができる。
【０１３７】
（実施例５）
次に、本発明の実施例５について、図８を参照して説明する。
【０１３８】
実施例１と同様の構成部分については説明を省略する。実施例１と異なる部分は、図８に示すように、給水タンク８０１から給水管により加圧ポンプ８０２へ給水し、高圧水を流量調整弁８０３へ流入する。流量調整弁８０３で流量調整された高圧水はケーシング熱交換器１１４へと流入し、熱交換後、高温水となって貯蔵タンク８０４へと貯蔵される。間隙制御装置１２０は熱交換量指令１２１を給水タンク８０１および流量調整弁８０３へと出力し、熱交換量指令１２１に応じて加圧ポンプ８０２および流量調整弁８０３はケーシング熱交換器１１４へ流入する高圧水の圧力、流量を変更する。
【０１３９】
実施例５では、貯蔵タンク８０４を設けたが、直接高温水を需要元へ供給しても良い。ケーシング熱交換器１１４より得られる高温水の温度は間隙量の制御状態に依存するため、高温水の温度、流量バッファ機能を有する目的で貯蔵タンク８０４を備える構成とするのが望ましい。
【０１４０】
以下に、実施例５の効果を説明する。
【０１４１】
実施例５によれば、ケーシング１１２を冷却した後の高温水を貯蔵タンク８０４に貯蔵することができる。圧縮機１０３は機種にもよるが、例えば、圧縮機１０３の圧力比が１５以上あれば圧縮ガス１０６温度は３００℃に達し、これに準じてケーシング１１２の温度も上昇するため、貯蔵タンク８０４には１００℃以上の高温水を貯蔵することが期待できる。
【０１４２】
実施例５の圧縮機１０３の適用先が、例えばガスタービンであればコージェネレーションシステムを構成することになり、設備の有効活用となる。
【０１４３】
また、実施例５の圧縮機１０３の適用先が湿分添加を加えた再生サイクルを構成する高湿分利用ガスタービンシステムであれば、高温水供給先を増湿塔とすることができる。高湿分利用ガスタービンシステムは増湿塔で圧縮ガス１０６に湿分を付与することがシステム効率向上のカギとなる。増湿塔が圧縮ガス１０６に効率よく湿分を添加するためには高温水を流下するのが良いとされる。
【０１４４】
そこで、高温水を得るため、エコノマイザを設け、ガスタービン排ガスから熱回収する構成が考えられている。実施例５によればケーシング熱交換器１１４からの高温水を利用することで、エコノマイザの伝熱面積を縮小可能となる。エコノマイザの伝熱面積が縮小すれば、コンパクト化、排気圧損低減による効率向上が期待できる。
【０１４５】
あるいは太陽熱アシストガスタービンへの適用が考えられる。太陽熱アシストガスタービンの吸気噴霧冷却器は、噴霧水に１００℃以上の高温水を利用することで噴霧液滴の微粒化を図っている。高温水は太陽熱から得るものとしており、天候によっては高温水の取得量が減少するため、蓄熱槽に高温水を貯蔵する構成が望ましいとされている。実施例５の構成を太陽熱アシストガスタービンへ適用すれば、ケーシング熱交換器１１４からも高温水を供給できるため、蓄熱槽に貯蔵する高温水量のさらなる安定化を図ることができる。
【０１４６】
つまり、本発明の実施例５は、実施例１と同様な効果を得ることができる他、上述のような効果を得ることができる。
【０１４７】
（実施例６）
次に、本発明の実施例６について、図９を参照して説明する。
【０１４８】
実施例１と同様の構成部分については説明を省略する。実施例１と異なる部分は、図９に示すように、吸気噴霧冷却器１０７の噴霧ノズルにアクチュエータ９０１が取り付けられており、噴霧ノズルの噴霧方向を変更可能とした。アクチュエータ９０１へは間隙制御装置１２０からの方向指令９０２を受信して噴霧ノズルの方向を修正する。
【０１４９】
間隙制御装置１２０はケーシング１１２の複数位置の温度を計測する。計測位置は回転軸１０４に対して周方向に分布して配置するのが望ましい。間隙制御装置１２０は計測信号１１９から温度が高い点を選出し、その向きへの水噴霧量を増やせるよう方向指令９０２を生成する。計測信号１１９から方向指令９０２を生成では予め変換テーブルを与えてもよいし、関数で与えてもよい。変換の過程では他の計測情報を利用しても良い。
【０１５０】
以下に、実施例６の効果を説明する。
【０１５１】
実施例６によれば、吸気噴霧冷却器１０７の増加時にケーシング１１２に付着する液滴をケーシング１１２の特定の部位に集中させることができる。したがって、ケーシング１１２の特定の部位を集中して冷却することができる。ケーシング１１２は運転中、特に周方向の温度偏差が大きくなるとケーシング１１２の熱応力も大きくなる。このとき、アクチュエータ９０１により高温部方向への水噴霧量を増加することで、噴霧液滴によりケーシング１１２の高温部を冷却し、ケーシング１１２の温度分布を平滑化し、熱応力を緩和することができる。
【０１５２】
つまり、本発明の実施例６は、実施例１と同様な効果を得ることができる他、上述のような効果を得ることができる。
【符号の説明】
【０１５３】
１０１・・・吸い込みガス、１０２・・・吸気ダクト、１０３・・・圧縮機、１０４・・・回転軸、１０５・・・動翼、１０６・・・圧縮ガス、１０７・・・吸気噴霧冷却器、１０８・・・配管、１０９・・・調整弁、１１０・・・回転数計測器、１１１・・・温度計、１１２・・・ケーシング、１１３・・・温度計、１１４・・・ケーシング熱交換器、１１５・・・計測器、１１６、１１７、１１８、１１９・・・計測信号、１２０・・・間隙制御装置、１２１・・・熱交換量指令、δ・・・間隙量、δｒｅｆ・・・間隙量目標値、ε・・・間隙量誤差、εｒｅｆ・・・間隙量許容誤差、ｆ１、ｆ２、ｆ３・・・関数、Ｎ・・・回転数、Ｑｒｅｆ・・・ケーシング熱交換器目標伝熱量、ＴＧ・・・圧縮ガス温度、ＴＲ・・・ケーシング温度、Ｔｒｅｆ・・・ケーシング目標温度、３０１・・・液滴、ΔＲｃ・・・ケーシング熱交換器の冷却によるケーシング縮み量、ΔＲｗ・・・ケーシング液滴付着によるケーシング縮み量、ｔ０・・・圧縮機運転開始時刻、ｔ０ｗ・・・吸気噴霧冷却器の水噴霧開始時刻、ｔ１・・・圧縮機定格動力到達時刻、ｔ１ｗ・・・吸気噴霧冷却器の水噴霧増量開始時刻、δ０・・・初期間隙量、ΔＴ・・・ケーシング温度低下、ｆ４、ｆ５、ｆ６・・・関数、Ｔｄｒｙ・・・乾球温度、Ｔｗｅｔ・・・湿球温度、５０１・・・アンチサージ弁、５０２・・・弁制御装置、５０３・・・流量計、５０４・・・圧力計、５０５・・・計測器、５０６、５０７、５０８・・・計測信号、５０９…保護信号、ｄＴＲ…変化率、ｄＴＲｌｉｍ…変化率上限、Ｇｗ…水噴霧量、ｉ…ステップ数、ＰＧ…圧縮ガス圧力、１１３ａ、１１３ｂ、１１３ｃ、１１３ｄ・・・温度計、１１４、１１４ａ、１１４ｂ、１１４ｃ、１１４ｄ・・・ケーシング熱交換器、１１９ａ、１１９ｂ、１１９ｃ、１１９ｄ・・・計測信号、１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ、１２０ｄ・・・間隙制御装置、１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃ、１２１ｄ・・・熱交換量指令、１２２・・・制御アクチュエータ、１２３・・・タービン、８０１・・・給水タンク、８０２・・・加圧ポンプ、８０３・・・流量調整弁、８０４・・・貯蔵タンク、９０１・・・アクチュエータ、９０２・・・方向指令
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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