JPH0259318B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、ターボ圧縮機の制御装置に係り、特
に複数台のターボ圧縮機を設置した場合の省エネ
ルギ運転制御に関する。

〔発明の技術的背景〕

一般に負荷装置に圧縮空気を供給する空気供給
設備の配管系は第１図に示すように構成されてい
る。すなわち、吸込口１から吸込弁２を介してタ
ーボ圧縮機３に流入した空気は、このターボ圧縮
機３にて圧縮された後逆止弁４を介してヘツダー
５へ供給される。そしてヘツダー５から各工場の
図示しない負荷装置に各送気配管６を通じて圧縮
空気が供給されるようになつている。

そして、負荷容量よりターボ圧縮機の容量が大
きい場合には、吸込弁２の開放状態と全閉状態と
を繰返しながらヘツダー５内の空気圧を所定の許
容範囲に保ちつつ圧縮空気を送風する運転制御、
すなわち負荷−無負荷制御を行つている。

なお、周知のようにターボ圧縮機においては、
吸込側空気圧と吐出側空気圧との差が大きすぎる
と空気の振動によるサーザング現象が発生し、タ
ーボ圧縮機が破損するおそれがある。したがつ
て、前記のように負荷‐無負荷制御運転を行う場
合には、ターボ圧縮機３の吐出側に放風弁７を設
け、前記吸込弁２を全閉状態にする瞬間、すなわ
ち負荷運転から無負荷運転に切換える瞬間に上記
放風弁７を開くことによつて、ターボ圧縮機３の
吐出側空気圧を下げるようにしている。

このような負荷‐無負荷動作を行うターボ圧縮
機を複数台用いて負荷装置に圧縮空気を供給する
ターボ圧縮機の制御装置は第２図のように構成さ
れている。

すなわち、図中１１はヘツダー５内の空気圧を
検出する圧力検出部であり、この圧力検出部１１
にて検出された空気圧と負荷容量に対応して定め
られた設定空気圧との圧力差が圧力差算出部１２
にて算出される。そして吐出量算出部１３にて上
記圧力差算出部１２で算出された圧力差に応じて
ターボ圧縮機３の吐出量が算出され、絞り量制御
部１４にてターボ圧縮機３から吐出する圧縮空気
が上記吐出量になるように吸込弁２の絞り量を設
定する。一方、圧力差算出部１２にて算出された
圧力差が予め設定された許容範囲を越えた場合に
は、無負荷制御部１５又は負荷制御部１６にて無
負荷運転又は負荷運転を絞り量制御部１４に指令
すると、上記絞り量制御部１４は吸込弁２を全閉
放状態にして無負荷運転又は負荷運転を開始させ
る。

次にこのような構成の制御装置の負荷運転時と
無負荷運転時の各構成部の動きを具体例を用いて
説明する。今仮に、負荷容量が140の負荷装置に
定格容量が100の２台のターボ圧縮機Ａ，Ｂを並
列に接続して圧縮空気を供給するとする。ただ
し、上記ターボ圧縮機は前述したサーシング現象
の発生を防止するために、吸込弁２の絞り範囲が
上記定格量の100〜80％の範囲に限定されている。

まず、ターボ圧縮機Ａ，Ｂと負荷装置との間に
介在させたヘツダー５の空気圧が低下して時刻t₀
に第３図に示す許容範囲の下限値に達すると負荷
制御部１６からの指令により絞り量制御部１４に
てターボ圧縮機Ａ，Ｂの各吸込弁２が100％全開
され、上記ターボ圧縮機Ａ，Ｂは100の定格容量
で負荷運転される。第４図に示すように、ターボ
圧縮機Ａ，Ｂが各々100の定格容量で負荷運転を
開始すると、ヘツダー５の内部には、負荷容量が
140であるため、単位時間当り60の余乗空気が蓄
積される。したがつて、ヘツダー５内の空気圧は
一定の割合で上昇する。上記空気圧が時刻t₁に設
定空気圧に達し、さらに上昇していくと、圧力差
算出部１２からの圧力差に応じて吐出量算出部１
３を介して各吸込弁２の絞りが量制御部１４にて
絞り込まれて、ヘツダー５への空気流入量が減少
する。しかし、前述したように吸込弁２の最大絞
り限界が定格の80％であるので、ターボ圧縮機
Ａ，Ｂを各々80の容量で運転しても負荷容量１４
０との差、すなわち単位時間当り20の余乗空気が
蓄積され、その結果、ヘツダ５内の空気圧はさら
に上昇する。上記空気圧が時刻t₂に許容範囲の上
限値に達すると、無負荷制御部１５からの指令に
より絞り量制御部１４にていずれか１台のターボ
圧縮機、たとえばターボ圧縮機Ａの吸込弁２が閉
塞され、このターボ圧縮機Ａは負荷運転から無負
荷運転に切換えられる。ターボ圧縮機Ａが無負荷
運転を開始すると、ヘツダー５内への空気の供給
は80の容量で負荷運転されているターボ圧縮機Ｂ
のみでなされるので、単位時間当り60の空気不足
が生じる。したがつてヘツダー５内の空気圧は低
下する。上記空気圧が時刻t₃で設定空気圧に達
し、さらに低下していくと、前述と逆にターボ圧
縮機Ｂの吸込弁２の絞りが開かれ、ヘツダー５へ
の空気の流入量が増大する。しかし、ターボ圧縮
機Ｂの定格容量は100であるので、なお単位時間
当り４０の空気不足が残存し、その結果、ヘツダ
ー５内の空気圧はさらに低下する。上記空気圧が
時刻t₄に許容範囲の下限値に達すると、負荷制御
部１６からの指令にて、ターボ圧縮機Ａ，Ｂは
各々100の定格容量で負荷運転を開始する。

このように、ターボ圧縮機Ａに一定の周期T₀
＝（t₄−t₀）で負荷運転‐無負荷運転を繰返させ
ることによつて、ヘツダー５内の空気圧を所向の
範囲内に保つようにしている。

〔背景技術の問題点〕

しかしながら、上記のように構成された従来の
ターボ圧縮機の制御装置にあつては、次のような
問題があつた。

すなわち、前述したようにターボ圧縮機におい
ては、サージング発生を防止するために負荷運転
から無負荷運転への切換時に放風弁７を開くよう
にしている。前述の例では時刻t₂にてターボ圧縮
機Ａを負荷運転から無負荷運転に切換している。
この切換時に放風弁７を開放してターボ圧縮機Ａ
内の圧縮空気を大量に大気中に放出することは、
この空気供給設備全体にとつて大量のエネルギ損
失になり、結果的に設備の運転費が増大するおそ
れがある。

したがつて、圧縮空気放出による放風損失を減
少できるターボ圧縮機の制御装置の開発が待たれ
ていた。

〔発明の目的〕

本発明はこのような事情に基づいてなされたも
ので、その目的とするところは、負荷運転‐無負
荷運転の切換回数を減少することによつて、放風
損失を減少させることができ、もつて空気供給設
備全体の運転費を節減できるターボ圧縮機の制御
装置を提供することにある。

〔発明の概要〕

上記の目的を達成するために、本発明のターボ
圧縮機の制御装置は次のように構成されているこ
とを特徴としている。

すなわち、負荷に連通するヘツダータンクに並
列的に接続されそれぞれ負荷容量より吐出量の小
さな複数のターボ圧縮機と、これら各ターボ圧縮
機に設けられ上記各ターボ圧縮機へのガス流入量
を制御すべく所定の絞り範囲に設定された吸込弁
と、上記へツダータンク内の圧力を検出する圧力
検出部と、上記圧力検出部にて検出された圧力と
予め定められた設定圧力との圧力差を算出する圧
力差算出部と、上記圧力差が正値でかつ許容範囲
を上回つたとき一部のターボ圧縮機にその吸込弁
を閉寒して無負荷運転を開始させる無負荷制御部
と、上記圧力差が負値でかつ上記許容範囲を下回
つたとき全部のターボ圧縮機にその吸込弁を開放
して負荷運転を開始させる負荷制御部と、無負荷
運転期間中吸込弁が閉寒されていない残りのター
ボ圧縮機の吸込弁の絞りを全開状態に固定すると
共に、負荷運転期間中全ターボ圧縮機の吸込弁の
絞りを許容最小通路状態に固定するインターロツ
ク部とを具備し、前記各吸込弁の絞りが、それぞ
れ許容最小通流範囲にあるときの全ターボ圧縮機
の合計吐出量の前記負荷容量より大となるように
設定された構成とした。

〔発明の実施例〕

第５図は本発明の一実施例に係るターボ圧縮機
の制御装置のブロツク構成図であり、第２図と同
一部分は同一符号を付してある。したがつて重複
する部分の説明は省略する。

この実施例においては、無負荷制御部１５、負
荷制御部１６、および絞り量制御部１４にそれぞ
れ信号線で接続され次のように動作するインター
ロツク部１７が設置されている。すなわち、圧力
検出部１１からの信号に基づき無負荷制御部１５
にて一部のターボ圧縮機を無負荷運転させている
期間中に、上期負荷制御部１５からの指令にて絞
り量制御部１４に働きかけて残りのターボ圧縮機
の吸込弁２の絞りを全開状態に固定する。一方、
圧力検出部１１からの信号に基づき負荷制御部１
６にて全部のターボ圧縮機を負荷運転させている
期間中に、上記負荷制御部１６からの指令にて絞
り量制御部１４に働きかけて全ターボ圧縮機の吸
込弁２を許容最小通流状態に固定する。

なお、各ターボ圧縮機Ａ，Ｂの定格容量はそれ
ぞれ100であるのに対して負荷容量は140であり、
各ターボ圧縮機Ａ，Ｂの吐出量は負荷容量よりも
それぞれ小さな値に設定されている。また、許容
最小通流範囲にあるときの各吸込弁２の絞りはそ
れぞれ80％に設定され、ターボ圧縮機Ａ，Ｂから
の合計吐出量が、負荷容量よりも大きくなるよう
に各吸込弁２の開度が設定されている。

次にこのように構成された制御装置の負荷運転
時と無負荷運転時の各構成部の動きを、前述の具
体例を用いて説明する。

まず、ターボ圧縮機Ａ，Ｂと負荷装置とを間に
介在させたヘツダー５の空気圧が低下して時刻
t₁₀に第６図に示す許容範囲の下限値に達すると、
負荷制御部１６からの指令により絞り量制御部１
４にてターボ圧縮機Ａ，Ｂの各吸込弁２が開放さ
れるが、インターロツク部１７の指令にて各吸込
弁２の絞りは許容最小通流状態、すなわち各吸込
弁２の絞りはターボ圧縮機Ａ，Ｂが各々80の運転
容量になるように固定される。第７図の実線で示
すように、ターボ圧縮機Ａ，Ｂが各80の容量で運
転開始すると、ヘツダー５の内部には、負荷容量
が140であるので単位時間当り20の余乗空気が蓄
積される。したがつて、ヘツダー５内の空気圧は
第６図の実線で示すように上昇する。上記空気圧
が時刻t₁₁に設定空気圧に達し、さらに時刻t₁₂に
許容範囲の上限値に達する期間中、前記吸込弁２
の絞り値は変更されない。上記空気圧が上記上限
値に達すると、無負荷制御部１５からの指令によ
り絞り量制御部１４にてターボ圧縮機Ａの吸込弁
２が閉塞され、このターボ圧縮機Ａは負荷運転か
ら無負荷運転に切換えられる。一方、負荷運転を
続けるターボ圧縮機Ｂの吸込弁２の絞りは、イン
ターロツク部１７の指令にて全開状態に固定され
る。ターボ圧縮機Ａが無負荷運転を開始すると、
ヘツダー５内への空気供給は100の定格容量で負
荷運転されているターボ圧縮機Ｂのみでなされて
いるので、単位時間当り40の空気不足が生じ、ヘ
ツダー５内の空気圧は低下する。上記空気圧が時
刻t₁₃に設定空気圧に達し、さらに時刻t₁₄に許容
範囲の下限置に達する期間中、前記ターボ圧縮機
Ｂの吸込弁２の絞り値は変更されない。上記空気
圧が時刻t₁₄に許容範囲の下限値に達すると、負
荷制御部１６からの指令にて、ターボ圧縮機Ａ，
Ｂは負荷運転を開始する。したがつて、全体の周
期T₁は、T₁＝（t₁₄−t₁₀）となる。

なお、第６図および第７図中の点線はそれぞれ
従来の制御装置におけるヘツダー５内の空気圧お
よび吸込弁２の絞り開度を示すものである。

このように本実施例の制御装置においては、タ
ーボ圧縮機Ａ，Ｂの負荷運転期間の空気圧が下限
値から設定値に達するまでの間の単位時間当りの
余乗空気量は20であるので、従来の制御装置のそ
れの60に比較して上記余乗空気量を1/3に減少さ
せることができる。したがつて、上記下限値から
設定値に達するまでの所要時間（t₁₁−t₁₀）を従
来の所要時間（t₁−t₀）の３倍に伸ばすことがで
きる。

一方、ターボ圧縮機Ａの無負荷運転期間の空気
圧が上限値から設定値に達するまでの間の単位時
間当りの不足空気量は40であるので、従来の制御
装置のそれの60に比較して上記の不足空気量を2/
３に減少させることができる。したがつて、上記
上限値から設定値に達するまでの所要時間（t₁₃
−t₁₂）を従来の所要時間（t₃−t₂）の1.5倍に延ば
すことができる。

したがつて、負荷運転‐無負荷運転の周期T₁
＝（t₁₄−t₁₀）を従来の周期T₀＝（t₄−t₀）より長く
することができるので、制御装置を一定時間運転
中における負荷運転‐無負荷運転切換時に発生す
る放風損失を減少させることができる。その結
果、空気供給設備全体の運転費を節減することが
できる。

また、実施例においては、圧力差算出部１２に
て算出された圧力差が最初から許容範囲内であれ
ば、従来の制御装置で説明したように、圧力差に
応じてターボ圧縮機の吐出量が吐出量算出部１３
にて算出される。さらに絞り量制御部１４にて上
記ターボ圧縮機から吐出する圧縮空気が上記吐出
量になるように吸込弁２の絞り量を設定する。

なお、上記実施例では、各吸込弁２の絞りによ
つて負荷制御可能な絞り制御範囲外となる100〜
160の間に負荷容量が設定された場合を説明した
が、上記実施例の絞り制御範囲外となる０〜80の
間に負荷容量が設定された場合には、一方のター
ボ圧縮機を停止させ、もう一方のターボ圧縮機お
よびその吸込弁２を上記実施例同様に動作させて
負荷運転‐無負荷運転を切換える。また、負荷容
量が絞り制御範囲となる80〜100の間および160〜
200の間に設定された場合は、放風損失なしに運
転できるのは勿論である。

以上のように制御することによつて、種々の負
荷容量の負荷装置を接続することも可能である。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、負荷運
転時には、ターボ圧縮機の吸込弁を許容最小通路
状態に固定しているので、従来のように全てのタ
ーボ圧縮機の吸込弁を開放するのに比べて、ヘツ
ダータンク内の圧力の上昇速度を抑制できる。一
方、無負荷運転時には、一部の負荷運転している
ターボ圧縮機の吸込弁を全開状態に固定している
ので、従来のように許容最小通路状態で負荷運転
するのに比べて、ヘツダータンク内の圧力の低下
速度を抑制できる。したがつて、負荷運転‐無負
荷運転の切換周期を延ばすことができるので、切
換に伴う放風損を減少させることができ、もつて
空気供給設備全体の運転費を節減できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は空気供給設備の配管系統図、第２図は
従来のターボ圧縮機の制御装置のブロツク構成
図、第３図は同制御装置の特性を示す空気圧特性
図、第４図は同制御装置の動作を示す動作説明
図、第５図は本発明の一実施例に係るターボ圧縮
機の制御装置のブロツク構成図、第６図は同制御
装置の特性を示す空気圧特性図、第７図は同制御
装置の動作を示す動作説明図である。 １……吸込口、２……吸込弁、３……ターボ圧
縮機、５……ヘツダー、７……放風弁、１１……
圧力検出部、１２……圧力差算出部、１３……吐
出量算出部、１４……絞り量制御部、１５……無
負荷制御部、１６……負荷制御部、１７……イン
ターロツク部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 負荷に連通するヘツダータンクに並列的に接
   続されそれぞれ負荷容量より吐出量の小さな複数
   のターボ圧縮機と、これら各ターボ圧縮機に設け
   られ上記各ターボ圧縮機へのガス流入量を制御す
   べく所定の絞り範囲に設定された吸込弁と、上記
   へツダータンク内の圧力を検出する圧力検出部
   と、上記圧力検出部にて検出された圧力と予め定
   められた設定圧力との圧力差を算出する圧力差算
   出部と、上記圧力差が正値でかつ許容範囲を上回
   つたとき一部のターボ圧縮機にその吸込弁を閉塞
   して無負荷運転を開始させる無負荷制御部と、上
   記圧力差が負値でかつ上記許容範囲を下回つたと
   き全部のターボ圧縮機にその吸込弁を開放して負
   荷運転を開始させる負荷制御部と、無負荷運転期
   間中吸込弁が閉塞されていない残りのターボ圧縮
   機の吸込弁の絞りを全開状態に固定すると共に、
   負荷運転期間中全ターボ圧縮機の吸込弁の絞りを
   許容最小通流状態に固定するインターロツク部と
   を具備し、前記各吸込弁の絞りが、それぞれ許容
   最小通流範囲にあるときの全ターボ圧縮機の合計
   吐出量が前記負荷容量より大となるように設定さ
   れたターボ圧縮機の制御装置。