(57)【要約】【課題】本発明の圧縮機システムは、変化する運転条件に対応させることができる。【解決手段】圧縮機システムは、モータのロータとともに回転することで作動流体を圧縮するインペラ２２を有する圧縮機２を備える。圧縮機２は、インペラ２２に作動流体を流入させる流入流路２５、及び、インペラ２２によって圧送される作動流体が流通する排出流路２７が形成されたハウジング２３と、流入流路２５に設けられて角度を変更可能なガイドベーン２５１と、排出流路２７に設けられて角度を変更可能なディフューザベーン２７１と、ガイドベーン２５１及びディフューザベーン２７１の角度を制御する制御部６と、を有する。制御部６は、要求される圧力及び流量の値である要求ＰＱ特性値とインペラ２２の回転数とに基づいて、ガイドベーン２５１及びディフューザベーン２７１の少なくとも一方の角度を制御する。【選択図】図２
2016173085.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸線回りに回転するロータと、前記ロータの外周側に配置されたステータとを有するモータと、
前記ロータとともに回転することで作動流体を圧縮するインペラを有する圧縮機と、を備え、
前記圧縮機は、
前記インペラに作動流体を流入させる流入流路、及び、前記インペラによって圧送される作動流体が流通する排出流路が形成されたハウジングと、
前記流入流路に設けられて角度を変更可能なガイドベーンと、
前記排出流路に設けられて角度を変更可能なディフューザベーンと、
前記ガイドベーン及びディフューザベーンの角度を制御する制御部と、を有し、
前記制御部は、
要求される圧力及び流量の値である要求ＰＱ特性値と前記インペラの回転数とに基づいて、前記ガイドベーン及び前記ディフューザベーンの少なくとも一方の角度を制御する圧縮機システム。
【請求項２】
制御部は、前記インペラの回転数が予め定めた基準よりも小さい場合に、前記流入流路から前記インペラに流入する前記作動流体の流入方向に対する相対角度が小さくなるように前記ガイドベーンの角度を制御する請求項１に記載の圧縮機システム。
【請求項３】
制御部は、前記インペラの回転数が予め定めた基準よりも大きい場合に、前記インペラから前記排出流路に流入する前記作動流体の流入方向に対する相対角度が小さくなるように前記ディフューザベーンの角度を制御する請求項１に記載の圧縮機システム。
【請求項４】
前記制御部は、前記要求ＰＱ特性値が予め定めた基準を満たした場合に、前記流入流路から前記インペラに流入する前記作動流体の流入方向に対する相対角度が小さくなるように前記ガイドベーンの角度を制御する請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の圧縮機システム。
【請求項５】
前記制御部は、前記要求ＰＱ特性値が予め定めた基準を満たした場合に、前記インペラから前記排出流路に流入する前記作動流体の流入方向に対する相対角度が小さくなるように前記ディフューザベーンの角度を制御する請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の圧縮機システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧縮機システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
モータと圧縮機とが一体となっている圧縮機システムは、空気やガス等の気体を圧縮する圧縮機と、圧縮機を駆動させるモータとを有している。圧縮機システムでは、圧縮機のケーシングから延在する回転軸と、モータのケーシングから同様に延在するモータの回転軸とが接続され、モータの回転が圧縮機に伝達される。このモータ及び圧縮機の回転軸は、複数の軸受により支持されることで安定して回転する。
【０００３】
このような圧縮機システムは、例えば、非特許文献１のような海底生産システム（Ｓｕｂｓｅａ  Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ）や、非特許文献２のような浮体式海洋石油貯蔵設備（Ｆｌｏａｔｉｎｇ  Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  Ｓｔｏｒａｇｅ  ａｎｄ  Ｏｆｆｌｏａｄｉｎｇ、ＦＰＳＯ）に使用される。海底生産システムに使用される際には、圧縮機システムは、海底に設置され、海底から数千ｍの深さまで掘削した生産井から原油や天然ガス等が混在した生産流体を海上に送り出している。また、浮体式海洋石油貯蔵設備に使用される際には、圧縮機システムは、船舶等の海上設備に設置されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】三菱重工技報  Ｖｏｌ．３４  Ｎｏ．５  Ｐ３１０−Ｐ３１３
【非特許文献２】Ｔｕｒｂｏｍａｃｈｉｎｅｒｙ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ／Ｏｃｔｏｂｅｒ  ２０１４  Ｐ１８−Ｐ２４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、海底生産システムや浮体式海洋石油貯蔵設備で使用される圧縮機システムでは、海底の生産井から採掘した原油や天然ガス等が混在した生産流体が流体として、圧縮機に流入する。この生産流体は、採掘中に原油等の油分の含有量が変動することで、特性が変わってしまうおそれがある。流入する生産流体の特性が変わってしまうと、圧縮機の運転可能な範囲が変化してしまい、圧縮機の運転条件が変わってしまう。
【０００６】
本発明は、上記要望を解決するためになされたものであって、変化する運転条件に対応可能な圧縮機システムを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提案している。
本発明の第一の態様に係る圧縮機システムは、軸線回りに回転するロータと、前記ロータの外周側に配置されたステータとを有するモータと、前記ロータとともに回転することで作動流体を圧縮するインペラを有する圧縮機と、を備え、前記圧縮機は、前記インペラに作動流体を流入させる流入流路、及び、前記インペラによって圧送される作動流体が流通する排出流路が形成されたハウジングと、前記流入流路に設けられて角度を変更可能なガイドベーンと、前記排出流路に設けられて角度を変更可能なディフューザベーンと、前記ガイドベーン及びディフューザベーンの角度を制御する制御部と、を有し、前記制御部は、要求される圧力及び流量の値である要求ＰＱ特性値と前記インペラの回転数とに基づいて、前記ガイドベーン及び前記ディフューザベーンの少なくとも一方の角度を制御する。
【０００８】
このような構成によれば、要求ＰＱ特性値とインペラの回転数とに基づいて、ガイドベーン及びディフューザベーンの少なくとも一方の角度を制御することで、流入流路からインペラに流入する作動流体の流入角度またはインペラから排出流路に流入する作動流体の流入角度の少なくとも一方を小さくすることができる。これにより、運転中にＰＱ特性を向上させるようにサージコントロールラインを変化させることができ、圧縮機の運転範囲を広げることができる。
【０００９】
また、上記圧縮機システムでは、制御部は、前記インペラの回転数が予め定めた基準よりも小さい場合に、前記流入流路から前記インペラに流入する前記作動流体の流入方向に対する相対角度が小さくなるように前記ガイドベーンの角度を制御してもよい。
【００１０】
このような構成によれば、インペラの回転数が予め定めた基準よりも小さい場合に、インペラへの作動流体の流入側である流入流路からインペラに流入する作動流体の流入方向に対するガイドベーンの相体角度を小さくすることで、効率的にＰＱ特性を向上させることができる。これにより、ガイドベーンの角度を調整することで、低圧及び低流量の領域で効率的に圧縮機の運転範囲を広げることができる。
【００１１】
また、上記圧縮機システムでは、制御部は、前記インペラの回転数が予め定めた基準よりも大きい場合に、前記インペラから前記排出流路に流入する前記作動流体の流入方向に対する相対角度が小さくなるように前記ディフューザベーンの角度を制御してもよい。
【００１２】
このような構成によれば、インペラの回転数が予め定めた基準よりも大きい場合に、インペラからの作動流体の流出側である排出流路に流入する作動流体の流入角度に対するディフューザベーンの相対角度を小さくすることで、効率的にＰＱ特性を向上させることができる。これにより、高圧及び高流量の領域で効率的に圧縮機の運転範囲を広げることができる。
【００１３】
また、上記圧縮機システムでは、前記制御部は、前記要求ＰＱ特性値が予め定めた基準を満たした場合に、前記流入流路から前記インペラに流入する前記作動流体の流入方向に対する相対角度が小さくなるように前記ガイドベーンの角度を制御していてもよい。
【００１４】
このような構成によれば、必要な場合のみＰＱ特性を向上させるように変化させることができ、効率的に圧縮機の運転範囲を広げることができる。
【００１５】
また、上記圧縮機システムでは、前記制御部は、前記要求ＰＱ特性値が予め定めた基準を満たした場合に、前記インペラから前記排出流路に流入する前記作動流体の流入方向に対する相対角度が小さくなるように前記ディフューザベーンの角度を制御してもよい。
【００１６】
このような構成によれば、必要な場合のみＰＱ特性を向上させるように変化させることができ、効率的に圧縮機の運転範囲を広げることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の圧縮機システムによれば、ガイドベーン及びディフューザベーンの少なくとも一方の角度を制御することで、圧縮機の運転範囲を広げて、変化する運転条件に対応させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態における圧縮機システムを説明する模式図である。
【図２】本発明の実施形態における圧縮機の内部構造を示す模式図である。
【図３】本発明の実施形態における圧縮機での流量と圧力との関係図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明に係る実施形態について図１から図３を参照して説明する。
圧縮機システム１は、海洋油ガス田開発方式の一つである海底生産システム（Ｓｕｂｓｅａ  Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ）に使用されて海底に設けられていたり、浮体式海洋石油貯蔵設備（Ｆｌｏａｔｉｎｇ  Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  Ｓｔｏｒａｇｅ  ａｎｄ  Ｏｆｆｌｏａｄｉｎｇ、ＦＰＳＯ）に使用されて海上に設けられていたりする。圧縮機システム１は、海底数百から数千ｍに存在する油ガス田の生産井から採取された油・ガス等の生産流体を作動流体として圧送する。
【００２０】
圧縮機システム１は、図１に示すように、回転軸として軸線Ｏ方向（図１左右方向）に延在するシャフト２１を有する圧縮機２と、シャフト２１に直接的に接続されるロータ３１を有するモータ３と、シャフト２１を支持する軸受部４と、モータ３と圧縮機２とを収容するケーシング５と、モータ３及び圧縮機２を制御する制御部６とを備えている。
【００２１】
圧縮機２は、ケーシング５内に収容され、ロータ３１とともにシャフト２１が軸線Ｏ回りに回転することで作動流体を圧縮する。本実施形態の圧縮機２は、軸線Ｏ方向に延在するシャフト２１と、シャフト２１の外周面に固定されてロータ３１とともに回転することで作動流体を圧縮するインペラ２２と、インペラ２２を外側から覆うハウジング２３とを有している。
【００２２】
シャフト２１は、軸線Ｏ方向に延在する回転軸であり、軸線Ｏ回りに回転可能にケーシング５に支持されている。シャフト２１は、ハウジング２３を軸線Ｏ方向に貫通しており、両端がハウジング２３から延出している。シャフト２１は、後述するケーシング５内において軸線Ｏ方向に延在している。
【００２３】
インペラ２２は、シャフト２１とともに回転し、内部に形成されたインペラ流路２２ａを通過する作動流体を圧縮して圧縮流体を生成する。インペラ２２は、シャフト２１の外周面に軸線Ｏ方向に間隔を空けて複数並んで固定されている。なお、図１において、インペラ２２が複数設けられている場合の一例を示しているが、圧縮機２においてインペラ２２は、少なくとも１つ以上設けられていればよい。
【００２４】
インペラ流路２２ａは、図２に示すように、インペラ２２の軸線Ｏ方向の一方側である上流側（図１及び図２紙面右側）を向く端部に形成された入口部分から、インペラ２２の軸線Ｏを基準とする径方向の外側を向く端部に形成された出口部分に向けて作動流体を流通させる。
【００２５】
ハウジング２３は、圧縮機２の外装であり、インペラ２２を内部に収容している。ハウジング２３は、ケーシング５内に収容されている。ハウジング２３は、縮径及び拡径を繰り返す内部空間２３ａが複数設けられている。この内部空間２３ａには、それぞれインペラ２２が収容されている。内部空間２３ａでは、インペラ２２がハウジング２３に対して所定の間隔を隔てて配置されている。ハウジング２３には、軸線Ｏ方向の上流側に配置されたインペラ２２から軸線Ｏ方向の他方側である下流側（図１及び図２紙面左側）に隣接するインペラ２２に作動流体を流通させるハウジング流路２４が形成されている。
【００２６】
ハウジング流路２４は、図２に示すように、軸線Ｏ方向の最も上流側に配置されてインペラ２２に対して作動流体を外部から流入させる吸込流路２５と、複数のインペラ２２同士の間に形成される中間流路２６と、軸線Ｏ方向の最も下流側に配置されたインペラ２２から圧縮された作動流体を外部に吐出する吐出流路（不図示）とを有している。
【００２７】
吸込流路２５は、軸線Ｏ方向の最も上流側に配置されたインペラ２２よりも上流側の位置に形成されている。吸込流路２５は、軸線Ｏ方向の最も上流側に配置されたインペラ２２に作動流体を流入させる流入流路である。吸込流路２５は、ハウジング２３の軸線Ｏ方向の上流側の周方向の一部に形成された開口から径方向の内側に向かって延び、インペラ流路２２ａの入口に向かって作動流体を流通させる。吸込流路２５には、ハウジング２３の外部から吸い込まれた作動流体を所望の方向へ転向させてインペラ流路２２ａに案内するインレットガイドベーン２５１（ガイドベーン）が設けられている。
【００２８】
インレットガイドベーン２５１は、不図示の動作機構によって、角度を変更可能とされている。インレットガイドベーン２５１における所望の方向とは、例えば、外部から吸い込まれた作動流体に予旋回を加える方向であり、径方向に向かうにしたがってインペラ２２の回転方向の前方側に傾斜する方向である。本実施形態のインレットガイドベーン２５１は、制御部６から信号に基づいて、インペラ流路２２ａに流入する作動流体の流入方向に対する相対角度が小さくなるように角度が調整される。
【００２９】
中間流路２６は、軸線Ｏ方向に隣接するインペラ２２の間を繋ぐように形成されている。中間流路２６は、ハウジング２３の外部には連通せず、ハウジング２３の内部に形成されている。中間流路２６は、インペラ流路２２ａの出口部分から径方向の外側に向かって延びるディフューザ流路２７と、ディフューザ流路２７に接続され、隣接するインペラ２２のインペラ流路２２ａの入口部分に向かって延びるリターン流路２８とを有している。
【００３０】
ディフューザ流路２７は、入口がインペラ流路２２ａの出口部分と対向しており、インペラ流路２２ａから排出された作動流体を径方向の外側に向かって流通させる。ディフューザ流路２７は、インペラ２２によって圧送される作動流体が流通する排出流路である。ディフューザ流路２７には、インペラ流路２２ａから排出された作動流体を所望の方向へ転向させるディフューザベーン２７１が設けられていている。
【００３１】
ディフューザベーン２７１は、不図示の動作機構によって、角度を変更可能とされている。ディフューザベーン２７１における所望の方向とは、流通する作動流体の動圧を静圧として回復させる方向であり、径方向に向かうにしたがってインペラ２２の回転方向の前方側に傾斜する方向である。本実施形態のディフューザベーン２７１は、制御部６から信号に基づいて、インペラ流路２２ａからディフューザ流路２７に流入する作動流体の流入方向に対する相対角度が小さくなるように角度が調整される。
【００３２】
リターン流路２８は、ディフューザ流路２７を流通した作動流体をインペラ流路２２ａに流入させる流入流路である。リターン流路２８は、ディフューザ流路２７の径方向の外側の端部に接続された曲り流路２８１と、曲り流路２８１の端部に接続された直線流路２８２とを有している。
【００３３】
曲り流路２８１は、ディフューザ流路２７の径方向の外側に対して連続して形成されている。曲り流路２８１は、径方向の外側に延びた後に径方向の内側に湾曲するように延びている。曲り流路２８１は、径方向の外側へ向かう作動流体の流れを、径方向の内側に向かう流れに転向する。
【００３４】
直線流路２８２は、曲り流路２８１からインペラ流路２２ａの入口部分に向かって径方向の内側に向かって延びている。直線流路２８２は、曲り流路２８１のディフューザ流路２７との接続部分とは逆側に対して連続して形成されている。直線流路２８２には、ディフューザ流路２７を流通した作動流体を所望の方向へ転向させるリターンベーン２８２ａが設けられていている。
【００３５】
モータ３は、図１に示すように、圧縮機２に対して軸線Ｏ方向に間隔を空けてケーシング５内に収容されている。モータ３は、シャフト２１と一体をなすように固定されたロータ３１と、ロータ３１の外周側に配置されるステータ３２とを有している。
【００３６】
ロータ３１は、シャフト２１と一体となって軸線Ｏ回りに回転可能とされている。ロータ３１は、圧縮機２のシャフト２１に対してギア等を介さずに一体となって回転するように、軸線Ｏを基準とする周方向の外側であるシャフト２１の外周側に直接的に接続されている。ロータ３１は、例えば、ステータ３２が回転磁界を生成することで誘導電流が流れる回転子鉄心（不図示）を有している。
【００３７】
ステータ３２は、ロータ３１を外周側から覆うように周方向に隙間を空けて設けられている。ステータ３２は、例えばロータ３１の周方向に沿って複数配置された固定子鉄心（不図示）と、固定子鉄心に巻回された固定子巻線（不図示）とを有している。ステータ３２は、外部から電流が流れることで回転磁場を生成してロータ３１を回転させる。ステータ３２は、ケーシング５内に固定されている。
【００３８】
軸受部４は、ケーシング５内に収容され、シャフト２１を回転可能に支持する。本実施形態の軸受部４は、複数のジャーナル軸受４１及びスラスト軸受４２を備えている。
【００３９】
ジャーナル軸受４１は、シャフト２１に対して径方向に作用する荷重を支持する。ジャーナル軸受４１は、軸線Ｏ方向からモータ３及び圧縮機２を挟み込むようにシャフト２１の軸線Ｏ方向の両端に配置されている。ジャーナル軸受４１は、圧縮機２が設けられた領域とモータ３が設けられた領域との間であって、後述するシール部材５１よりもモータ３側にも配置されている。
【００４０】
スラスト軸受４２は、シャフト２１に形成されたスラストカラー２１ａを介して、シャフト２１に対して軸線Ｏ方向に作用する荷重を支持する。スラスト軸受４２は、圧縮機２が設けられた領域とモータ３が設けられた領域との間であって、後述するシール部材５１よりも圧縮機２側に配置されている。
【００４１】
ケーシング５は、圧縮機２とモータ３とを内部に収容している。ケーシング５は、軸線Ｏに沿った円筒形状をなしている。ケーシング５の内面は、軸線Ｏ方向の圧縮機２とモータ３との間でシャフト２１に向かって突出している。ケーシング５は、圧縮機２が設けられた領域とモータ３が設けられた領域との間をシールするシール部材５１が突出した部分に設けられている。
【００４２】
制御部６は、予め定めた運転条件で圧縮機２が運転するように、圧縮機２及びモータ３を制御する。制御部６は、インレットガイドベーン２５１及びディフューザベーン２７１の角度を制御する。制御部６は、モータ３のロータ３１の回転数を制御する。制御部６は、図２に示すように、要求される圧力及び流量の値である要求ＰＱ特性値と要求されるインペラ２２の回転数である要求回転数とが入力される入力部６１と、入力された要求ＰＱ特性値及び要求回転数が予め定めた基準を満たしているか否かを判定する判定部６２と、判定部６２での判定結果に基づいて、モータ３、インレットガイドベーン２５１、及び、ディフューザベーン２７１に信号を送る出力部６３とを有している。
【００４３】
入力部６１は、入力された要求ＰＱ特性値及び要求回転数を判定部６２に出力する。
判定部６２は、要求回転数が予め定めた基準を満たしているか否かを判定するとともに、要求ＰＱ特性値が初期運転範囲に収まっているか否かを判定する。判定部６２は、判定結果に基づいて、インレットガイドベーン２５１またはディフューザベーン２７１の角度をどれだけ調整するか出力部６３に指示を送る。
【００４４】
ここで、初期運転範囲とは、初期設定状態の圧縮機２がサージを起こさずに運転可能な範囲である。初期運転範囲は、図３に示す圧縮機２の圧力−流量の関係を示す曲線において、初期値として定めた角度のインレットガイドベーン２５１及びディフューザベーン２７１によって定められるサージコントロールライン（Ｓｕｒｇｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｌｉｎｅ）ＳＣＬ１１、ＳＣＬ１２や、後述する角度を変更した後のインレットガイドベーン２５１及びディフューザベーン２７１によって定められるサージコントロールラインＳＣＬ２１、ＳＣＬ２２よりも右側の領域である。なお、これらサージコントロールラインよりも左側の領域では、サージが発生する。
【００４５】
具体的には、本実施形態の判定部６２は、入力された要求回転数が予め定めた第一基準を下回っているか否かを判定する。判定部６２は、入力された要求回転数が予め定めた第二基準を上回っているか否かを判定する。
【００４６】
ここで、第一基準とは、定格運転時の回転数を１００％とした場合に、回転数１００％の状態よりも低圧及び低流量の領域で圧縮機２が運転される回転数である。逆に、第二基準とは、回転数１００％の状態よりも高圧及び高流量の領域で圧縮機２が運転される回転数である。
本実施形態では、第一基準を回転数１００％とし、第二基準を回転数１１０％とする。
【００４７】
判定部６２は、入力された要求回転数が第一基準である回転数１００％よりも小さい場合にインレットガイドベーン２５１を調整するよう出力部６３に指示を送る。判定部６２は、要求回転数が第一基準よりも小さいと判定した場合には、入力された要求ＰＱ特性値が、初期運転範囲の低圧及び低流量の領域の低域側サージコントロールラインＳＣＬ１２よりも右側の領域に収まっているか否かを判定する。したがって、例えば、要求ＰＱ特性値が図３のαの領域の値である場合には、要求ＰＱ特性値が低域側サージコントロールラインＳＣＬ１２を超えていると判定する。この場合、判定部６２は、吸込流路２５からインペラ流路２２ａに流入する作動流体の流入方向に対する相対角度が小さくなるようにインレットガイドベーン２５１の角度を調整するよう出力部６３に指示を送る。
【００４８】
判定部６２は、入力された要求回転数が第二基準である回転数１１０％よりも大きい場合にディフューザベーン２７１を調整するよう出力部６３に指示を送る。判定部６２は、要求回転数が第二基準よりも大きいと判定した場合には、入力された要求ＰＱ特性値が、初期運転範囲の高圧及び高流量の領域の高域側サージコントロールラインＳＣＬ１１よりも右側の領域に収まっているか否かを判定する。したがって、例えば、要求ＰＱ特性値が図３のβの領域の値である場合には、要求ＰＱ特性値が高域側サージコントロールラインＳＣＬ１１を超えていると判定する。この場合、判定部６２は、インペラ流路２２ａからディフューザ流路２７に流入する作動流体の流入方向に対する相対角度が小さくなるようにディフューザベーン２７１の角度を調整するよう出力部６３に指示を送る。
【００４９】
判定部６２は、入力された要求回転数が第一基準よりも大きく第二基準よりも小さい場合には、インレットガイドベーン２５１及びディフューザベーン２７１のいずれの角度も調整しないよう出力部６３に指示を送る。判定部６２は、入力された要求ＰＱ特性値が初期運転範囲を超えていない場合にも、インレットガイドベーン２５１及びディフューザベーン２７１のいずれの角度も調整しないよう出力部６３に指示を送る。
【００５０】
出力部６３は、判定部６２を介して入力部６１から入力された要求回転数に基づいて、モータ３にロータ３１の回転数を変更するよう指示を送る。出力部６３は、判定部６２での判定結果に基づいて、インレットガイドベーン２５１またはディフューザベーン２７１に角度を変更するように指示を送る。なお、インレットガイドベーン２５１またはディフューザベーン２７１に角度の変化量は、要求ＰＱ特性値と現状のＰＱ特性値との差から適宜設定されればよい。
【００５１】
本実施形態では、出力部６３からの指示を受けてインレットガイドベーン２５１の角度が調整されることで、図３の示すように、低圧及び低流量の領域の低域側サージコントロールラインＳＣＬ１２の位置がＳＣＬ２２に変化する。また、出力部６３からの指示を受けてディフューザベーン２７１の角度が調整されることで、高圧及び高流量の領域の高域側サージコントロールラインＳＣＬ１１の位置がＳＣＬ１２に変化する。
【００５２】
上記のような圧縮機システム１によれば、制御部６の入力部６１に入力された要求ＰＱ特性値及び要求回転数に基づいて、図示しない発電機等の外部装置によってステータ３２に電流に供給されると、供給された電流に基づいて回転磁界が生成され、モータ３のロータ３１がシャフト２１とともに要求回転数で回転を開始する。シャフト２１が高速で回転することで、圧縮機２では、圧縮機２内に軸線Ｏ方向の上流側から流入する作動流体をシャフト２１と共に回転するインペラ２２が圧縮して軸線Ｏ方向の下流側から要求ＰＱ特性値を満たした圧縮流体を排出する。
【００５３】
ここで、例えば、圧縮機システム１の運転中に生産流体中の油分の含有量等の状態量が変動した場合には、圧縮機２に流入する作動流体の特性が変わってしまい、圧縮機２の吐出圧力が変化する。そのため、圧縮機２の吐出圧力を一定に保つように制御部６の入力部６１に要求ＰＱ特性値及び要求回転数を入力する。要求ＰＱ特性値及び要求回転数が入力されることで、出力部６３は、要求回転数にしたがってモータ３にロータ３１の回転数を変化させるように指示を送り、ロータ３１を介してインペラ２２の回転数を調整する。同時に、判定部６２では、要求回転数が第一基準を下回っていると判定した場合には、要求ＰＱ特性値が低域側サージコントロールラインＳＣＬ１２を超えているか否かを判定する。要求回転数が第一基準を下回っており、要求ＰＱ特性値が低域側サージコントロールラインＳＣＬ１２を超えている場合には、判定部６２から出力部６３にインレットガイドベーン２５１の角度を調整するよう信号を送る。出力部６３からの信号を受けたインレットガイドベーン２５１は、吸込流路２５からインペラ流路２２ａに流入する作動流体の流入方向に対する相対角度が小さくなるように角度を調整する。インレットガイドベーン２５１の角度が変化することで、低域側サージコントロールラインＳＣＬ１２の位置がＳＣＬ２２まで変化する。同時に、回転数１１０％の運転領域は線Ｌ１１１から線Ｌ１１２に変化する。したがって、低圧及び低流量の領域におけるＰＱ特性を向上させることができる。
【００５４】
また、判定部６２では、要求回転数が第二基準を上回っていると判定した場合には、要求ＰＱ特性値が高域側サージコントロールラインＳＣＬ１１を超えているか否かを判定する。要求回転数が第二基準を上回っており、要求ＰＱ特性値が高域側サージコントロールラインＳＣＬ１１を超えている場合には、判定部６２から出力部６３にディフューザベーン２７１の角度を調整するよう信号を送る。出力部６３からの信号を受けたディフューザベーン２７１は、インペラ流路２２ａからディフューザ流路２７に流入する作動流体の流入方向に対する相対角度が小さくなるように角度を調整する。ディフューザベーン２７１の角度が変化することで、高域側サージコントロールラインＳＣＬ１１の位置がＳＣＬ１２まで変化する。同時に、回転数１１０％の運転領域は線Ｌ１１１から線Ｌ１１２に変化する。したがって、高圧及び高流量の領域におけるＰＱ特性を向上させることができる。
【００５５】
即ち、運転中にＰＱ特性を向上させるようにサージコントロールラインを変化させることができる。そのため、インペラ流路２２ａに流入する作動流体の状態量が変化した場合であっても、吐出圧力を一定とするような運転を広範囲にわたって圧縮機２に実施させることができる。したがって、圧縮機２の運転範囲を広げることで、変化する運転条件に対応させることができる。
【００５６】
また、要求回転数が低い場合には、インペラ２２が低回転数で回転するために、圧縮機２は低圧及び低流量の領域で運転される。即ち、要求回転数が低い場合には、インペラ２２による作動流体の圧縮効率が低いために、インペラ流路２２ａを流通する作動流体の体積流量が多くなる。そのため、要求回転数が低い場合では、インペラ流路２２ａに流入する作動流体の流入方向が圧縮機２の運転範囲に大きく影響を与える。したがって、要求回転数が予め定めた第一基準よりも小さい場合に、インペラ流路２２ａへの作動流体の流入側である吸込流路２５からインペラ流路２２ａに流入する作動流体の流入方向に対するインレットガイドベーン２５１の相体角度を小さくすることで、効率的にＰＱ特性を向上させることができる。これにより、インレットガイドベーン２５１の角度を調整することで、低圧及び低流量の領域でディフューザベーン２７１を調整するよりも効率的に圧縮機２の運転範囲を広げることができる。
【００５７】
また、要求回転数が高い場合には、圧縮機２は高圧及び高流量の領域で運転される。即ち、要求回転数が高い場合には、作動流体の圧縮効率が高いために、インペラ流路２２ａを流通する作動流体の体積流量が少なくなる。そのため、高圧及び高流量の領域では、インペラ流路２２ａから流出する作動流体のディフューザ流路２７への流入角度が圧縮機２の運転範囲に大きく影響を与える。したがって、要求回転数が予め定めた第二基準よりも大きい場合に、インペラ流路２２ａからの作動流体の流出側であるディフューザ流路２７に流入する作動流体の流入角度に対するディフューザベーン２７１の相対角度を小さくすることで、効率的にＰＱ特性を向上させることができる。これにより、ディフューザベーン２７１の角度を調整することで、高圧及び高流量の領域でインレットガイドベーン２５１を調整するよりも効率的に圧縮機２の運転範囲を広げることができる。
【００５８】
また、要求ＰＱ特性値が初期運転範囲を超えている場合のみインレットガイドベーン２５１やディフューザベーン２７１の角度を判定することで、必要な場合のみＰＱ特性を向上させるように変化させることができ、効率的に圧縮機２の運転範囲を広げることができる。
【００５９】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、各実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。また、本発明は実施形態によって限定されることはなく、特許請求の範囲によってのみ限定される。
【００６０】
なお、ガイドベーンは、本実施形態のように吸込流路２５に設けられたインレットガイドベーン２５１であることに限定されるものではなく、流入流路に設けられてインペラ流路２２ａに流入する作動流体を所望の方向へ転向させることができればよい。例えば、ガイドベーンは、リターン流路２８の直線流路２８２に設けられたリターンベーン２８２ａであってもよい。
【００６１】
また、本実施形態では、ガイドベーンであるインレットガイドベーン２５１とディフューザベーン２７１とを共に配置した構成としたが、このような構成に限定されるものではない。即ち、圧縮機２には、ガイドベーンのみを設けてもよく、ディフューザベーン２７１のみを設けてもよい。
【００６２】
また、ガイドベーン及びディフューザベーン２７１は、インペラ２２が複数設けられている場合に、全てのインペラ２２に対して設けられていることに限定されるものではなく、運転範囲を調整したい任意の段のインペラ２２周りにのみ配置してもよい。
【００６３】
また、本実施形態の判定部６２では、予め定めた運転範囲に収まっているか否かを判定する基準として、第一基準と第二基準との異なった基準を用いたが、これに限定されるものではない。例えば、一つの基準を用いて予め定めた運転範囲に収まっているか否かを判定してもよい。
【符号の説明】
【００６４】
１…圧縮機システム  Ｏ…軸線  ２…圧縮機    ２１…シャフト  ２２…インペラ  ２２ａ…インペラ流路  ２３…ハウジング  ２３ａ…内部空間  ２４…ハウジング流路  ２５…吸込流路  ２５１…インレットガイドベーン  ２６…中間流路  ２７…ディフューザ流路  ２７１…ディフューザベーン  ２８…リターン流路  ２８１…曲り流路  ２８２…直線流路  ２８２ａ…リターンベーン  ３…モータ  ３１…ロータ  ３２…ステータ  ３３…隙間  ４…軸受部  ４１…ジャーナル軸受  ４２…スラスト軸受  ５…ケーシング５  ５１…シール部材  ６…制御部  ６１…入力部  ６２…判定部  ６３…出力部
【図１】
2016173085.tif 000003
【図２】
2016173085.tif 000004
【図３】
2016173085.tif 000005