(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターボ冷凍機の出口圧力を検出する出口圧力検出器からの出口圧力と、入口圧力を検出する入口圧力検出器からの入口圧力とを入力して差圧を求める差圧演算器と、
前記入口圧力検出器からの入口圧力と、入口温度を検出する入口温度検出器からの入口温度と、主電動機の電流を検出する電流検出器からの電動機電流と、前記差圧演算器からの差圧とを入力して換算風量を演算する換算風量演算器と、
換算風量と差圧の関係から決まるターボ冷凍機のサージングラインが予め入力されていて前記換算風量の入力に対応したサージング発生差圧を出力する出力回路と、
前記差圧演算器からの差圧と出力回路からのサージング発生差圧とを比較する比較器と、
比較器からの比較結果に応じてサージング発生の可能性を予測する予測判断装置とを備えたことを特徴とするターボ冷凍機のサージング予測装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はターボ冷凍機のサージング予測装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ターボ冷凍機は、運転状態などによってサージングを発生する場合がある。サージングが発生した場合にはターボ冷凍機を突然停止させる必要が生じたり、場合によってはターボ冷凍機を損傷することがあるために、サージングの発生を予測できるようにして、サージングの発生を回避する手段が講じられるようにすることが望まれる。
【０００３】
ターボ冷凍機の特性は、ターボ冷凍機の入口の流体圧力と出口の流体圧力との差圧と、風量とによって決まリ、また従来より、風量と差圧との関係からターボ冷凍機固有のサージングが発生することが知られており、特に風量が少ない状態で差圧が大きくなった場合にサージングが発生し易くなっている。
【０００４】
このため、従来では次のような手段によってターボ冷凍機のサージングに対処していた。
【０００５】
ａ）ターボ冷凍機の吐出流量を流量計で計測し、且つ該流量計で検出した吐出流量を出口圧力と出口温度で補正し、該補正された吐出流量と、前記出口圧力とからターボ冷凍機のサージングを予測する方法。
【０００６】
ｂ）ターボ冷凍機の出口圧力または入口圧力、或いは出口温度または入口温度の急激な変化を検出して、サージングの発生を検出する方法。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来の方法においては、夫々次のような問題点を有していた。
【０００８】
ａ）の方法においては、ターボ冷凍機の吐出流量を計測するために高価な流量計を取り付ける必要があり、更に吐出流量を出口圧力と出口温度で補正するようにしているが、この補正が難しく、実際の値と大きくかけ離れてしまう可能性がある。
【０００９】
また、吐出流量と出口圧力に基づいてサージングの発生を予測する方法であり、風量と差圧に基づいてターボ冷凍機のサージングを予測するものではないために、ターボ冷凍機の運転状態によっては、サージングの発生を正確に予測できない場合がある。
【００１０】
ｂ）の方法においては、ターボ冷凍機の出口圧力または入口圧力、或いは出口温度または入口温度の急激な変化を検出して、サージングの発生を検出する方法であるために、実際にサージングが発生してから検出されるものであって、サージングの発生を予測することはできない。
【００１１】
本発明は、かかる従来の問題点を解決すべくなしたもので、ターボ冷凍機のサージングの発生を、一般に備えられている計測器を用いることによって設備費を増加することなしに精度良く予測できるターボ冷凍機のサージング予測装置を提供することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ターボ冷凍機の出口圧力を検出する出口圧力検出器からの出口圧力と、入口圧力を検出する入口圧力検出器からの入口圧力とを入力して差圧を求める差圧演算器と、
前記入口圧力検出器からの入口圧力と、入口温度を検出する入口温度検出器からの入口温度と、主電動機の電流を検出する電流検出器からの電動機電流と、前記差圧演算器からの差圧とを入力して換算風量を演算する換算風量演算器と、
換算風量と差圧の関係から決まるターボ冷凍機のサージングラインが予め入力されていて前記換算風量の入力に対応したサージング発生差圧を出力する出力回路と、
前記差圧演算器からの差圧と出力回路からのサージング発生差圧とを比較する比較器と、
比較器からの比較結果に応じてサージング発生の可能性を予測する予測判断装置とを備えたことを特徴とするターボ冷凍機のサージング予測装置、に係るものである。
【００１４】
本発明によれば、入口圧力と、入口温度と、電動機電流と、差圧とから換算風量を演算し、換算風量と差圧の関係から決まるターボ冷凍機のサージングラインを求めておき、現在の換算風量から前記サージングラインを用いてサージング発生差圧を求め、該サージング発生差圧と演算して求めた差圧とを比較し、その比較結果からサージングの発生を予測するようにしたので、サージングの発生を精度良く予測し得る。
【００１５】
また、従来からターボ冷凍機に備えられている既設の計測器を利用しているので、簡略な構成にてサージングの発生を精度良く予測できる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１７】
図１は本発明を適用するターボ冷凍機の一例を示したもので、図中１は主電動機２によって回転駆動されるインペラであり、該インペラ１の軸方向に設けられている入口管３には蒸発器４にて蒸発した蒸発媒体が供給されてインペラ１により圧縮され、凝縮媒体となって出口管５から排出され、冷却手段を備えた凝縮器６により液化されるようになっている。
【００１８】
上記ターボ冷凍機の出口管５に、凝縮媒体の出口圧力を検出する出口圧力検出器７を設け、また前記入口管３に蒸発媒体の入口圧力を検出する入口圧力検出器８を設け、前記出口圧力検出器７からの出口圧力７ａと、入口圧力検出器８からの入口圧力８ａとをサージング予測装置９に入力するようにしている。
【００１９】
更に、前記入口管３に入口温度検出器１０を設けて該入口温度検出器１０で検出した入口温度１０ａを前記サージング予測装置９に入力すると共に、前記主電動機２の電動機電流を計測する電流検出器１１を設けて該電流検出器１１で検出した電動機電流１１ａを前記サージング予測装置９に入力するようにしている。
【００２０】
図２は図１とは異なる検出方式を示したものであり、図２に示すように、入口管３の圧力Ｐ2を蒸発器４で検出するように変更しても同じ効果が得られる。また入口管３の温度Ｔを蒸発器４で検出しても同じ効果が得られる。同様に出口管５の圧力Ｐ1を凝縮器６で検出しても同じ効果が得られる。
【００２１】
これら３ヵ所の検出点の組み合せは８通り考えられるが、いずれの組み合せを採用しても入力した信号の処理方式を変えることなく扱うことができ、しかもほぼ等しいサージング予測結果を得ることができる。
【００２２】
図３は前記サージング予測装置９の制御ブロック図であリ、図中１２は差圧演算器、１３は換算風量演算器、１４は出力回路、１５は比較器、１６は予測判断装置である。
【００２３】
前記差圧演算器１２には、前記出口圧力検出器７からの出口圧力７ａと、前記入口圧力検出器８からの入口圧力８ａが入力されており、差圧演算器１２は、出口圧力７ａと入口圧力８ａとの差圧μ0を求めて出力するようになっている。
【００２４】
前記換算風量演算器１３には、前記入口圧力検出器８からの入口圧力８ａと、入口温度検出器１０からの入口温度１０ａと、電流検出器１１からの電動機電流１１ａと、前記差圧演算器１２からの差圧μ0とが入力されており、換算風量演算器１３は、換算風量Φ’を演算して出力するようになっている。
【００２５】
前記出力回路１４には、換算風量Φ’と差圧μ0の関係から決まるターボ冷凍機のサージングラインＳが予め入力されており、出力回路１４に前記換算風量演算器１３で演算された換算風量Φ’が入力されることにより、該換算風量Φ’に対応したサージング発生差圧Ｘを出力するようになっている。サージングラインＳは、差圧μ0がサージングラインＳより下側の値であればサージングが発生せず、サージングラインＳより上側の値であればサージングが発生するという境を表わしている。例えば換算風量Φ’としてΦ’1の値が出力回路１４に入力されると、その換算風量Φ’1に応じた値のサージング発生差圧Ｘが出力されるようになっている。
【００２６】
前記比較器１５は、前記差圧演算器１２からの差圧μ0と出力回路１４からのサージング発生差圧Ｘとを比較して偏差１７を求めるようになっている。
【００２７】
前記予測判断装置１６は、前記比較器１５による比較結果、即ち偏差１７に基づいてサージング発生の可能性を予測するようになっている。即ち、偏差１７が小さくなるほど現在の差圧μ0がサージング発生差圧Ｘに近づいてサージングが発生し易い状態になっていることを示している。
【００２８】
以下に上記形態例の作用を説明する。
【００２９】
ターボ冷凍機の特性は風量と差圧によって記述することができ、ターボ冷凍機の消費電力Ｌについて下記式（１）のように記述することができる。
【数１】
Ｌ＝ρsｕ23Ｄ22Φμ0・・・（１）
ｕ2：周速＝πＤＮ／６０
Ｎ：インペラ回転数（ターボ冷凍機固有の定数）
Ｄ2：インペラ径（ターボ冷凍機固有の定数）
ρs：入口流体密度
Φ：風量
μ0：差圧
【００３０】
ここで、ターボ冷凍機固有の定数をｋとおけば、ターボ冷凍機の消費電力Ｌは下記式（２）と書き表わされる。
【数２】
Ｌ＝ｋρsΦμ0・・・（２）
【００３１】
風量Φについて（２）式を解くと、下記式（３）と書き表わされる。
【数３】
Φ＝（ｋ・Ｌ）／（ρsμ0）・・・（３）
【００３２】
ターボ冷凍機において、消費電力Ｌ、入口流体密度ρs、風量Φは直接計測することができないため、次のように考える。
【００３３】
Ｉ）消費電力Ｌ
ターボ冷凍機の駆動機に誘導電動機が使用される場合、主電動機に供給される電圧及び主電動機の力率・効率はほぼ一定であることから、消費電力Ｌは電動機電流Ｉに比例し、下記式（４）で表わされる。
【数４】
Ｌ＝Ｋ1・Ｉ・・・（４）
Ｋ1：定数
【００３４】
ＩＩ）入口流体密度ρs
インぺラ吸入側の温度と蒸発器温度との差は微小であり等価と考えられるため、冷媒は飽和蒸気状態であると仮定すれば、蒸発温度Ｔvを使って、使用冷媒の飽和蒸気密度関数ｆから下記式（５）のように入口流体密度ρsを間接的に求めることができる。
【数５】
ρs＝ｆ（Ｔv）・・・（５）
【００３５】
ＩＩＩ）風量Φ
風量は（３）式で表されるから、（４）、（５）式よリ下記式（６）のように表わされる。
【数６】
Φ＝（Ａ・Ｉ）／（ｆ（Ｔv）・μ0）・・・（６）
Ａ：定数
【００３６】
さらに、ターボ冷凍機の蒸発温度は運転状態により変化するため、特定条件（例えば温度０℃、圧力１．０３３ＭＰａ  ａｂｓ）に変換すると、前記式（６）は下記式（７）
【数７】
Φ’＝（１．０３３（Ｔv＋２７３））／（２７３Ｐv）・・・（７）
Ｐv：蒸発圧力
となり、換算風量Φ’は、電動機電流Ｉ、蒸発温度Ｔv、差圧μ0、蒸発圧力Ｐvを使って表現することができる。
【００３７】
従って、サージングラインＳを換算風量Φ’と差圧μ0の関係についてまとめれば、ターボ冷凍機のサージングを起こす境を示すサージングラインＳを求めることができる。このようにして求めたサージングラインＳを出力回路１４に予め入力しておく。
【００３８】
すると、換算風量演算器１３によって演算した現在の換算風量Φ’を出力回路１４に入力することにより、その換算風量Φ’の時にサージングが発生するサージング発生差圧Ｘが求められる。
【００３９】
上記出力回路１４で求められたサージング発生差圧Ｘと、前記差圧演算器１２で求めた現在の差圧μ0とが比較器１５で比較されて偏差１７が求められる。
【００４０】
予測判断装置１６は、前記偏差１７が大きいと、現在の差圧μ0がサージング発生差圧Ｘと大きく離れていることによりサージングは発生しないと判断し、また前記偏差１７が小さいと、現在の差圧μ0がサージング発生差圧Ｘに接近していてサージングが発生し易い状態にあることを判断する。サージングが発生し易い状態にあることが判断された場合には、図１、図２の出口管５に備えた図示しないバイパス管を開けるなどの従来から実施されている種々のサージング回避方法によってサージングの発生を回避する。
【００４１】
前記出口圧力検出器７、入口圧力検出器８、入口温度検出器１０、電流検出器１１は、夫々一般にターボ冷凍機の運転制御のために備えられているものであり、本発明によれば上記したような既設の計測器を利用した簡略な構成によってサージングの発生を精度良く予測することができる。
【００４２】
尚、本発明は上記形態例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００４３】
【発明の効果】
本発明によれば、入口圧力と、入口温度と、電動機電流と、差圧とから換算風量を演算し、換算風量と差圧の関係から決まるターボ冷凍機のサージングラインを求めておき、現在の換算風量から前記サージングラインを用いてサージング発生差圧を求め、該サージング発生差圧と演算して求めた差圧とを比較し、その比較結果からサージングの発生を予測するようにしたので、サージングの発生を精度良く予測し得る効果がある。
【００４４】
また、従来からターボ冷凍機に備えられている既設の計測器を利用しているので、簡略な構成にてサージングの発生を精度良く予測できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用するターボ冷凍機の一例を示すブロック図である。
【図２】図１とは異なる検出方式を示すブロック図である。
【図３】サージング予測装置の制御ブロック図である。
【符号の説明】
２  主電動機
７ａ        出口圧力
８  入口圧力検出器
８ａ        入口圧力
９  サージング予測装置
１０  入口温度検出器
１０ａ        入口温度
１１  電流検出器
１１ａ        電動機電流
１２  差圧演算器
１３  換算風量演算器
１４  出力回路
１５  比較器
１６  予測判断装置
１７  偏差（比較結果）
Φ’  換算風量
μ0   差圧
【図１】
0004374634.tif 000002
【図２】
0004374634.tif 000003
【図３】
0004374634.tif 000004