JPH03290093A - ターボ冷凍機のサージング防止装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、ターボ冷凍機のサージング防止装置に関する
。

（従来の技術） 従来、ターボ冷凍機のサージング防止装置として、例え
ば実開昭Ｅ１３−３１２９２号公報に記載されたものが
知られており、この公報記載のものは、第７図に示した
ように、ターボ圧縮機（Ａ）の高圧ガス域から分岐する
分岐配管の途中に、サージング防止弁（Ｂ）を介装する
と共に、前記ターボ圧縮機（Ａ）に備えたモータ（Ｍ）
への入力電流を測定する測定器（Ｃ）を設け、また、該
測定器（Ｃ）で測定する入力電流と、吐出圧力や風量の
関係で設定される基準電流とを比較する調整器（Ｄ）を
設けて、この調整器（Ｄ）からの出力に基づき前記サー
ジング防止弁（Ｂ）を作動させて、前記ターボ圧縮機（
Ａ）側でのサージングを防止するようにしている。即ち
、前記モータ（Ｍ）の入力電流により前記圧縮機（Ａ）
に設けるサクンロンベーンの開度を検出し、このベーン
開度により前記サージング防止弁（Ｂ）、即ち、減圧弁
（図示せず）を側路するバイパス路（Ｅ）に介装する前
記サージング防止弁（Ｂ）を開き、前記バィバス路（Ｅ
）を介してホットガスをバイパスさせて、前記圧縮機（
Ａ）における仕事量を減少して見掛けの風量を増大する
ことにより前記圧縮機（Ａ）を停止することなくサージ
ングを防止できるようにしたものである。

（発明が解決しようとする課題） 所で、以上のサージング防止装置では、以上のように前
記圧縮機（Ａ）におけるサクシタンベーンの開度を、前
記モータ（Ｍ）の電流値で検出し、前記ベーンの開度に
より前記サージング防止弁（Ｂ）を作動させ、前記減圧
弁（３）を側路するバイパス路にホットガスをバイパス
させているため、ターボ冷凍機の配管内にスケールが付
着したり、また、該配管内を通る冷媒中に空気が混入し
たりして、前記ターボ圧縮機（Ａ）側での断熱ヘッド（
１ｃａｌ　／　ｋｇ　）が上昇した場合、前記ベーンの
開度では対応することができずに、前記サージング防止
弁（Ｂ）が作動する以前に、このターボ圧縮機（Ａ）が
サージング域に達したりすることがあった。

そこで、実際の運転に際しては、前記ターボ圧縮機（Ａ
）側でのサージングを防止するために、次のようにして
行う必要がある。

第８図は、縦軸に断熱ヘッド（ｂｌ　／　ｋｇ　）を、
横軸に風量（＋、ｉ’／＊＋）をとった容量制御形ター
ボ圧縮機（Ａ）のサージング発生状態を示している。

しかして、前記ターボ圧縮機（Ａ）を例えばベーン開度
４０％でサージング防止弁（Ｂ）を開くようにセットし
た場合、配管内へのスケール付着などによって断熱ヘッ
ドが上昇して、サージングラインを越えた例えば（ニ）
点に達することになる。

このため、実際の運転にあたっては、前記サージング防
止弁（Ｂ）が開くベーン開度４０％に対しスケールの付
着によるヘッド上昇分を加味して前記サージング防止弁
（Ｂ）が開くベーン開度、例えば６０％開度にセットす
る必要がある。

このため、前記サクシタンベーンのベーン開度の下限値
を、前記した６０％より小さくすることができなくなり
、前記圧縮機（Ａ）の容量制御の運転下限が高くなる問
題があった。

本発明は、以上の問題を解決するために各種試験を行っ
た結果、ターボ圧縮機においては、そのインペラーの出
口側における流れがサージングラインに近づくにつれて
乱れ、前記インペラーの出口側に臨むデイフユーザ−人
口部のハブ側圧力とシュラウド側圧力との間に差圧増大
現象が発生することを知り、換言すれば、サージングラ
インから充分に離れた状態で運転されている場合には、
前記インペラーの出口側での乱れが起こらず、流れが均
衡しているため、前記デイフユーザ−人口部でのハブ側
圧力とシュラウド側圧力との差圧はほぼ零になるのに対
し、サージングラインに近づくと、流れに乱れが生じて
前記差圧が増大すること、即ち、該差圧とサージングと
の間には互いに相関関係があることを知り、このことを
利用してサージング発生を防止するためのホットガスバ
イパス弁を制御しようとするもので、目的は、ベーン開
度に関係なく、サージングラインに近づくことを正確に
検出してホットガスバイパス弁を制御できるようにし、
スケール等の付着の影響を受けることなくホットガスの
バイパスができ、しかもサージング余裕を小さくして、
その運転下限域を拡大できるサージング防止装置を提供
することを目的とする。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するため、本発明は、ターボ圧縮機（１
）の高圧ガス域と減圧弁（３）の二次側との間に前記減
圧弁（３）を側路するホットガスバイパス弁（５）を備
えたホットガスバイパス路（６）を設けたターボ冷凍機
のサージング防止装置において、前記ターボ圧縮機（１
）のシュラウド側圧力とハブ側圧力との差圧を検出する
差圧検出器（７）を設け、この差圧検出器（７）の検出
結果に基づき、前記差圧がサージング発生時の差圧に近
づいたとき、動作信号を出力する出力部（８）を設けて
、前記出力部（８）を前記ホットガスバイパス弁（５）
に接続したことを特徴とするものである。

（作用） 前記差圧検出器（７）でターボ圧縮機（１）のシュラウ
ド側圧力とハブ側圧力との差圧が検出され、この差圧が
サージング発生時の差圧に近づいたとき、前記出力部（
８）から動作信号が前記ホットガスバイパス弁（５）に
出力されて、該ホットガスバイパス弁（５）が開動作さ
れ、前記ホットガスバイパス路（６）を介して高圧ガス
の一部が前記減圧弁（３）を側路してターボ圧縮機（１
）の吸込側にバイパスされ、該圧縮機（１）の仕事量を
減少し、見掛は上の風量を増大することによりサージン
グが防止される。従って、容量制御運転を行う場合には
、後で詳述するように、ベーン開度に係わりなく、サー
ジング発生時の差圧がほぼ一定であるため、この差圧よ
り低い差圧を設定し、前記差圧検出器（７）で検出され
る差圧が前記設定差圧に至ったとき、前記出力部（８）
からホットガスバイパス弁（５）に動作信号を出力する
ことにより、如何なる容量制御運転を行っている場合で
も、即ち、ベーン開度に拘らず前記差圧によりサージン
グ発生を正確に予測し、サージング発生前に前記ホット
ガスバイパス弁（５）の制御を行って、前記圧縮機（１
）のサージングを防止できるのである。従って、サージ
ング余裕を小さくとることができるので、ベーン開度を
より小さくでき、その結果、運転下限域が拡大されるの
である。

（実施例） 第１図はターボ冷凍機の冷凍サイクルを示しており、タ
ーボ圧縮機（１）の冷媒吐出側に、凝縮器（２）と減圧
弁（３）及び蒸発器（４）をそれぞれ接続し、該蒸発器
（４）の吐出側を前記圧縮機（１）の吸入側に接続する
と共に、前記圧縮機（１）の高圧ガス域、即ち、凝縮器
（２）の入口側と、前記減圧弁（３）の二次側、第１図
では蒸発器（４）の入口側との間に、ホットガスノくイ
ノ〈ス弁（５）を備えたホットガスバイパス路（６）を
配管して、前記ホットガスバイパス弁（５）の開動作で
前記圧縮機（１）から吐出される高圧ガスの一部を、前
記ホットガスバイパス路（６）を介して前記減圧弁（３
）を側路して蒸発器（４）へとバイパスすることにより
、該圧縮機（１）の仕事量を少なくして、サージングを
防止するようにしている。

前記ターボ圧縮機（１）は、第２図で詳しく示したよう
に、ハウジング（１１）の中心部に、モータ（図示せず
）に連動するギヤマウント組付体（１２）を介してハブ
（１３ａ）を備えたインペラー（１３）を回転可能に支
持すると共に、このインペラー（１３）の出口（１３ｂ
）側に、ノ＼ブ側入口部とシュラウド側入口部とをもっ
たデイフユーザ−（１４）を臨ませる一方、前記インペ
ラー（３）の入口（１３ｃ）側に風量調整用ガイドベー
ン（１５）を設けて、該ベーン（１５）の開度をモータ
（１６）で調整することにより、前記圧縮機（１）の容
量制御運転を可能としている。

尚、同図において、（１７）はリングギヤカップリング
、（１８）はオイルポンプ、（１９）はオイル配管、（
２０）は吐出管である。

しかして以上のターボ冷凍機において、第２図及び第３
図で詳しく示したように、前記デイフユーザ−（１４）
の入口近くに、ハブ側圧力を導くハブ側導管（２１）と
、シュラウド側圧力を導くシュラウド側圧力導管（２２
）とをそれぞれ開口させて、この各導管（２１）（２２
）を差圧検出器（７）に接続すると共に、該差圧検出器
（７）に前記ホットガスバイパス弁（５）に接続される
出力部（８）を設けて、前記検出器（７）で検出される
ハブ側圧力とシュラウド側圧力との差圧が、サージング
発生時の差圧に近づいたとき、前記出力部（８）からホ
ットガスバイパス弁（５）に動作信号を出力して、該ホ
ットガスバイパス弁（５）を開動作させるように構成し
たのである。

第４図は、縦軸に断熱ヘッド（７／　ｋｇ　）を、横軸
に風量（−？　／　−Ｉｌｌ　）をとった容量制御形タ
ーボ圧縮機（１）のサージング発生状態を示している。

しかして、前記ターボ圧縮機（１）側での風量は前記ベ
ーン（１５）の開度で制御され、そのベーン開度に対応
した前記圧縮機（１）の容量制御運転時には、そのヘッ
ド上昇に伴い、各ベーン開度（１０％〜１００％）に対
応した風量ラインが、同図で示したサージングラインに
近付き、このす−ジングラインを越えたときに、前記圧
縮機（１）側でサージングが発生するのである。

所で、前記ハブ側圧力とシュラウド側圧力との差圧は、
前記各風量ラインがサージングラインに近づくに従って
増大し、このサージングライン上における差圧は、前記
ベーン（１５）の開度とは関係なく、はぼ同一の差圧（
第４図では０．２８ｋｇ／ｃＪ）となるのである。

即ち、第５図で示したように、前記ターボ圧縮機（１）
の断熱ヘッド（ｋａｌ　／　ｋｇ　）が上昇することに
伴い、前記デイフユーザ−（１４）の入口部を通過する
流れに歪みが発生し、このため、その入口近くのハブ側
圧力とシュラウド側圧力との差圧が増大し、同一機種の
ターボ圧縮機（１）では、ベーン開度が１０．２０．４
０，８０．１００％において前記差圧の変化は異なるが
、何れの場合でも同差圧は増大し、所定の差圧（０，２
８ｋｇ／ｃＪ）を越えた領域でサージングが発生する。

また、前記デイフユーザ−（１４）の形状が異なるター
ボ圧縮機（１）においても、第６図で示したように、そ
のヘッド上昇に伴い、各ベーン開度に対応した差圧が増
大するのであって、この場合のサージング発生差圧は、
０．３８ｋｇ／ｃＪである。

従って、各種ターボ圧縮機（１）におけるサージング発
生時の差圧を求め、サージングライン上の差圧より低い
差圧、例えば第４図に示したように、サージングライン
上の差圧が０．２８ｋｇ／ｃＪの場合には、同図の点線
で示したように、前記差圧より低い０．２８ｋｇ／ｃＪ
を設定差圧としてこの設定差圧と、前記差圧検出器（７
）で検出されるデイフユーザ−（１４）のハブ側圧力と
シュラウド側圧力の実測差圧とを比較し、この実測差圧
が前記設定差圧に至ったとき、前記出力部（８）から前
記ホットガスバイパス弁（５）に出力し、該ホットガス
バイパス弁（５）を開動作させて、前記圧縮機（１）の
サージングを防止するのである。

従って、前記ベーン（１５）の開度に係わりなく、サー
ジングライン上の差圧はほぼ一定であって、この差圧よ
り低い設定差圧に基づき、ホットガスバイパス弁（５）
の制御が行われるため、如何なる容量制御運転を行って
いる場合でも、例えば第４図に示したように、ベーン開
度１０％で容量制御運転を行っているときにでも、サー
ジングラインに近づいたとき、前記ホットガスバイパス
弁（５）の制御が行われ、ベーン開度に拘らず前記圧縮
機（１）でのサージングが確実に防止され、その運転継
続時間を長くできるのであり、しかも、従来例のように
、スケールの付着による余裕をとる必要がないため、ベ
ーン開度は小さい開度にまで制御可能となり、この結果
、前記圧縮機（１）の運転下限域が拡大されて、広範囲
にわたる容量制御運転が可能となるのである。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明にかかるサージング防止装
置では、ターボ圧縮機（１）のシュラウド側圧力とハブ
側圧力との差圧を検出する差圧検出器（７）を設け、こ
の検出器（７）の検出結果に基づき、前記差圧がサージ
ング発生時の差圧に近づいたとき、動作信号を出力する
出力部（８）を設けて、前記出力部（８）をホットガス
バイパス弁（５）に接続したから、差力がサージング発
生時の差圧に近づくことで、前記ホットガスバイパス弁
（５）を開動作させられ、この結果、スケール付着に影
響されることなくターボ圧縮機側でのサージング発生を
未然に確実に防止することができ、しかも、ベーン開度
に拘らず、前記差圧でホットガスバイパス弁（５）を開
動作させるので、従来例のようにスケールの付着による
余裕をとる必要がないから、容量制御運転時の運転下限
域を拡大できて、広範囲にわたる容量制御運転が可能と
なるに至ったのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のサージング防止装置を適用したターボ
冷凍機の冷凍回路図、第２図は同冷凍機のターボ圧縮機
を示す断面図、第３図は要部の拡大断面図、第４図はサ
ージング発生状態を示す説明図、第５図及び第６図はそ
れぞれ機種の異なる圧縮機のヘッドと差圧との関係を示
す説明図、第７図は従来のサージング防止装置を示す回
路図、第８図は同従来例によるサージング発生状態を説
明する説明図である。 （１）・・・・・ターボ圧縮機 （４）・・・・・蒸発器 （５）・・・・・ホットガスバイパス弁（６）・・・・
・ホットガスバイパス路（７）・・・・・差圧検出器 （８）・・・・・出力部 第１ ７：差圧校皮暮 ８：出力芥 横型（ｋｇ／ｃｍ　） 玲東（ｋｇ／ｃｍ２）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）ターボ圧縮機（１）の高圧ガス域と減圧弁（３）の
   二次側との間に前記減圧弁（３）を側路するホットガス
   バイパス弁（５）を備えたホットガスバイパス路（６）
   を設けたターボ冷凍機のサージング防止装置であって、
   前記ターボ圧縮機（１）のシュラウド側圧力とハブ側圧
   力との差圧を検出する差圧検出器（７）を設け、この差
   圧検出器（７）の検出結果に基づき、前記差圧がサージ
   ング発生時の差圧に近づいたとき、動作信号を出力する
   出力部（８）を設けて、該出力部（８）を前記ホットガ
   スバイパス弁（５）に接続したことを特徴とするターボ
   冷凍機のサージング防止装置。