JPH03290094A - ターボ冷凍機のサージング発生予測時間表示装置及びサージング予防装置 - 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予防装置に関する
。

（従来の技術） 従来、ターボ冷凍機にサージングが発生したとき、この
サージングを検出して吐出圧力をカットすることにより
、サージングからの自動脱出を行うようにしたサージン
グ自動脱出装置として、例えば特公昭５８−１５６３９
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９図に示したごとく、吐出管（Ａ）に、吐
出圧力の急激な低下を検出する圧力検出器（Ｂ）を介装
すると共に、予め設定した時間内に２度以上の急激な圧
力低下があったとき、サージングと判定するサージング
判定回路（Ｃ）を設け、この判定回路（Ｃ）からの出力
でサージング防止装置１ｉｍ　（Ｄ）を作動させるよう
にしている。

また、サージング発生以前にサージングの発生を防止す
る防止装置として、例えば実開昭６３−３１２９２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１０図に示したように、ターボ圧縮機（Ｅ）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（Ｆ）を介装すると共に、前記ターボ圧縮機（Ｅ
）に備えたモータ（Ｍ）への入力電流を測定する測定器
（Ｇ）を設け、また、該測定器（Ｇ）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（Ｈ）を設けて、この調整器（Ｈ）から
の出力に基づき前記サージング防止弁（Ｆ）を作動させ
て、前記ターボ圧縮機（Ｅ）ＩＩでのサージングを防止
するようにしている。

（発明が解決しようとする課題） 所で、前者（特公昭５８−１５６３９号）のものでは、
サージングが発生した後に初めてサージングからの自動
脱出を行うものであって、サージング発生前にサージン
グを未然に防止することができず、また、サージングの
予測もできないのである。

また、後者（実開昭６３−３１２９２号）のものでは、
前記モータ（Ｍ）への入力電流と、予め吐出圧力などに
基づいて設定される基準電流とを前記調整器（Ｈ）で比
較して、この調整器（Ｈ）からの出力により前記サージ
ング防止弁（Ｆ）を作動させるようにしているため、前
述した前者の問題は解決できるのであるが、一方、サー
ジングヘッドは、前記基準電流の基礎となる吐出圧力の
みならず、吸入圧力との間にも比例関係があり、従って
、吸入圧力が変動したときのサージングヘッドの誤差が
大きくなり、しかも、風量や吐出圧力を基礎とした基準
電流に基づいてサージングを予測する場合に、風量変化
は電流変化に近似しているが、この近似値は電圧変動に
より影響を受けて誤差が発生するため、正確なサージン
グ防止ができない問題があった。

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
利用してターボ圧縮機側でのサージング発生を予測でき
るようにするもので、目的は、簡単な構成で、正確にサ
ージング発生の予測ができ、サージングの発生を未然に
防止することができるサージング予防装置を提供するこ
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、本発明のサージング予防装置
は、ターボ圧縮機（１）における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（５）と、この
差圧検出器（５）からの検出結果から差圧を演算し、こ
の差圧変化からサージング発生に至る時間を演算して予
測するコントローラ（６）と、該コントローラ（６）に
接続され、このコントローラ（６）で演算したサージン
グ発生予測時間を表示するディスプレイ（７）とを備え
たものである。

また、前記ターボ圧縮機（１）には、そのサクションベ
ーン（１５）の開度を調整する開度調整機構（１６）を
設けると共に、前記コントローラ（８）に、７ユラウド
側圧力とハブ側圧力との差圧がサージング発生差圧に近
づいたとき、前記開度調整機構（１６）に動作信号を出
力して、前記ベーン（１５）の開度を開方向に制御する
出力部（８）を設けることが好ましい。

（作用） 前記ターボ圧縮機（１）のシュラウド側圧力とハブ側圧
力との差圧が前記差圧検出器（５）で検出されて、前記
コントローラ（６）に入力され、該コントローラ（６）
により差圧変化が演算されて、この演算値に基づきサー
ジングに至る時間が予測され、そのサージング発生予測
時間がディスプレイ（７）に正確に表示されるのであり
、従って、該ディスプレイ（７）に表示されたサージン
グ発生予測時間に基づきサージング防止処置を施すので
ある。即ち、前記圧縮機（１）側でのサージングは、冷
凍配管内にエアーが混入したとき、冷凍配管内にスケー
ルが付着したとき、また、冷凍サイクルの凝縮器に配管
された冷却パイプの水量が減少したようなときに、主に
発生するのであり、従って、抽気ポンプを作動させたり
、スケール除去を行ったり、また、水量の調整を行うこ
とにより、サージングの発生が未然に防止されるのであ
る。

また、前記ターボ圧縮機（１）側に、そのサクシａンベ
ーン（１５）の開度調整を行う開度調整機構（１６）を
設けると共に、前記コントローラ（６）に、シュラウド
側圧力とハブ側圧力との差圧がサージング発生差圧に近
づいたとき、前記開度調整機構（１６）に動作信号を出
力して、前記ベーン（１５）の開度を開方向に制御する
出力部（８）を設けるときには、前記圧縮機（１）がサ
ージング発生領域に近づいた場合に、前記コントローラ
（８）の出力部（８）から前記開度調整機構（１６）に
動作信号が出力されて、前記ベーン（１５）が開方向に
制御され、該ベーン（１５）の開動作に伴い前記圧縮機
（１）側のサージングヘッドがサージングラインから遠
ざかって、この圧縮機（１）でのサージングが自動的に
回避されるのである。

（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）に、凝縮器（２）と膨張弁（３）及び
蒸発器（４）をそれぞれ冷凍配管を介して接続している
。前記凝縮器（２）には、該凝縮器（２）を通過する冷
媒との間で熱交換して温水を取出すための暖房用空気調
和機（２Ａ）を接続すると共に、前記凝縮器（２）の通
過冷媒を冷却するためのクーリングタワー（２Ｂ）を接
続しており、また、前記蒸発器（４）には、該蒸発器（
４）を通過する冷媒との間で熱交換して冷却水を取出す
ための冷房用空気調和機（４Ａ）を接続させている。

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、ハ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（１３）の入口（１３ｃ）側にサクションベーン（１
５）を配設して、該ベーン（１５）の開度ををモータか
ら成る開度調整機構（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（５）に接続すると共に、この検出器（
５）の出力側に、該検出器（５）で検出されるハブ側圧
力とシュラウド側圧力との差圧変化を演算し、その演算
値に基づいてサージング発生に至る時間を演算して予測
するコントローラ（６）を接続する一方、このコントロ
ーラ（６）の出力側に、該コントローラ（６）で演算さ
れたサージング発生予測時間を表示するディスプレイ（
７）を接続するのである。そして、前記ディスプレイ（
７）に表示されるサージング発生予測時間に基づき、冷
凍配管内のエアー抜きを行うべく油気ポンプを作動させ
たり、また、冷凍配管内の付着スケールを除去したり、
更に、前記クーリングタワー（２Ｂ）から凝縮器（２）
に至る冷却用水量を調整することにより、サージング発
生を未然に防止するのである。

また、前記コントローラ（８）には、前記差圧検出器（
５）で検出されるシュラウド側圧力とハブ側圧力との差
圧がサージング発生差圧に近づいたとき、前記開度調整
機構（１６）に動作信号を出力し、前記ベーン（１５）
の開度を強制的に開方向に制御する出力部（８）を設け
て、前記圧縮機（１）がサージング発生領域に近づいた
とき、前記出力部（８）から前記開度調整機構（１６）
に動作信号を出力して、前記ベーン（１５）を開動作さ
せることにより、前記圧縮機（１）　（＋１１１のサー
ジングヘッドをサージングラインから遠ざけ、この圧縮
機（１）でのサージングを自動的に回避させるようにな
すのである。

第４図は、縦軸に断熱ヘッド（’ｔｄ　／　ｋｇ　）を
、横軸に風量（ＩＩ＋’　／　ｍｎ　）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（工５）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、このサー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）
のヘッド（ｋｎｌ　／　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太し、同一機種のター
ボ圧縮機（１）では、ベーン開度が１０．２０．４０．
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（例えば０．
２８ｋｇ／ｅＪ）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
大し、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
生時の差圧を予め求め、設定すると共に前記差圧検出器
（５）で検出される前記デイフユーザ−（１４）におけ
る差圧変化を、前記コントローラ（６）で比較演算する
ことにより、サージング発生に至る時間を予測し、この
サージング発生予測時間を前記ディスプレイ（７）に表
示するのであって、該ディスプレイ（７）の表示に基づ
いてサージング防止処置が施せるのである。

また、前記サージング発生時の差圧を予め求め、このサ
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　、２８
　ｋｇ／　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０．２６ｋｇ／ｄを設定差圧として
前記コントローラ（６）に入力し、この入力された設定
差圧と、前記差圧検出器（５）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
圧とを前記コントローラ（６）で比較し、この実測差圧
が前記設定差圧に至ったとき、前記コントローラ（６）
の出力部（８）から前記ベーン（１５）の開度調整機＋
Ｒ（１Ｂ　）に動作信号を出力して、前記ベーン（１５
）を強制的に開動作させ、第４図で明らかなように、前
記圧縮機（１）側のサージングヘッドをサージングライ
ンから遠ざけることにより、前記圧縮機（１）でのサー
ジングを自動的に回避させ得るのである。また、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、この差圧より低い設定差圧に基づ
き、前記コントローラ（６）で前記ベーン（１５）の開
動作が行われるため、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
１ｏ％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、前記コントローラ（６）で
前記ベーン（１５）の開動作が行われ、前記圧縮機（１
）でのサージングが未然に確実に防止されるのであり、
従って、該圧縮機（１）の継続運転時間を長くできるの
である。

次に、以上の作用を、第７図に示したフローチャートに
基づいて説明する。

先ず、スタート（ステップ１）に伴う定常運転（ステッ
プ２）時に、ステップ３において、シュラウド側圧力Ｐ
ｌｏとハブ側圧力Ｐ２ｏとが前記コントローラ（６）に
読み込まれ、この後ステップ４において初期設定が行わ
れるのであって、この初期設定は、カウンターｒ＝ｏ、
サージングライン上の差圧ΔＰ　ＭＡＸ　＋前記シュラ
ウド側圧力とハブ側圧力との運転開始時における実測差
圧ΔＰＩ＝ＡＢＳ　（絶対値）・（Ｐ□。−Ｐ２゜）、
警報を出力するときのアラーム出力差圧ΔＰ、Ｌ、前記
差圧ΔＰＭＡＸよりやや低めの前記した設定差圧ΔＰ　
ＭＡＸ’Ｎが入力される。次に、以上の初期設定を行っ
た後に、ステップ５において、タイマーにより分オーダ
ーの時間ΔＴを設定し、カウンターをＩ＝Ｉ十１に設定
する。又、ステップ６において各時間における前記シュ
ラウド側圧力ＰＨＩとハブ側圧力Ｐ２■とが読み込まれ
る。この後、ステップ７において、各時間における差圧
ΔＰＩ＝ＡＢＳ・（ｐＨ−Ｐ２１）に基づいて、差圧変
化（圧力勾配）ｍ＝　（Ｐ□Ｉ−Ｐ２１）／ΔＴが前記
コントローラ（６）で演算され、この演算結果に基づき
サージング発生予測時間Ｔ＝ΔＰ　ＭＡＸ−ΔＰＩ／ｍ
が算出され、コノサージング発生予測時間Ｔが、ステッ
プ８で前記ティスプレィ（７）に表示される。次に、ス
テップ９で、前記アラーム出力差圧ΔＰａＬより前記差
圧ΔＰＩが高いか否かが判断され、ノーの場合は前記ス
テップ５からのルーチンを繰り返し、イエスの場合には
、ステップ１ｏにおいて、前記ディスプレイ（７）又は
、その他の表示装置にサージングアラームを表示し、又
、ステップ１１で、抽気ポンプを駆動させる。また、前
記ステップ９において、イエスの場合には、前記差圧Ａ
ＰＩが前記設定差圧ΔＰＭＡＸ−Ｎより小さいか否かが
ステップ１２で判断され、イエスの場合は、ステップ１
３において、前記ベーン（１５）のコントロールが行わ
れ、又、ノーの場合には、前記差圧ΔＰＩが設定差圧Δ
ＰＭＡＸ−Ｎより大であるか同等であるかがステップ１
４で判断され、ノーの場合には、前記ステップ５からの
ルーチンを繰り返し、又、イエスの場合には、危険域に
達したとして前記圧縮機（１）が停止され、その停止が
前記ディスプレイ（７）に表示される。

また、前記ステップ１３でのベーンコントロールは、第
８図に示したサブルーチンに基づいて行われるのであり
、即ち、先ず、ステップ２１において、現在のベーン開
度ΦＫかに＝Ｏであることが読み込まれ、次に、ステッ
プ２２において、前記アラーム出力差圧ΔＰａｔより前
記差圧ΔＰＩが高いか否かが判断され、ノーの場合は前
記ステップ２１からのルーチンを繰り返し、イエスの場
合には、ステップ２３において、前記ベーン開度Φに＝
Φ３−０＋ΔΦ（開度変化量）が設定されて、この後前
記圧縮機（１）のモータ電流ＩＭがステップ２４で読み
込まれ、次に、ステップ２５において、前記モータ電流
ＩＭが、その定格電流Ｉ６アに係数１．０５を乗算した
値より小さいか否かが判断され、イエスの場合には、前
記ステップ２１からのルーチンを繰り返し、ノーの場合
には、ステップ２６において、前記ベーン（１５）の開
度が保持されるのである。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明のサージング予防装置は、
ターボ圧縮機（１）における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（５）と、この差圧
検出器（５）からの検出結果から差圧を演算し、この差
圧変化からサージング発生に至る時間を演算して予測す
るコントローラ（６）と、該コントローラ（６）に接続
され、このコントローラ（６）で演算したサージング発
生予測時間を表示するディスプレイ（７）とを備えたか
ら、前記圧縮機（１）側でのサージング発生を正確に予
測して、前記ディスプレイ（７）に時間表示することが
でき、この表示に基づいてサージング発生を確実に防止
できるに至ったのである。

また、前記ターボ圧縮機（１）側に、そのサクシ、７ベ
ーン（１５）の開度調整を行う開度調整機構（１６）を
設けると共に、前記コントローラ（６）に、シュラウド
側圧力とハブ側圧力との差圧がサージング発生差圧に近
づいたとき、前記開度調整機構（１６）に動作信号を出
力して、前記ベーン（１５）の開度を開方向に制御する
出力部（８）を設けることにより、前記圧縮機（１）が
サージング発生領域に近づいたとき、前記開度調整機構
（１８）で前記ベーン（１５）を開動作させ、前記圧縮
機（１）側のサージングヘッドをサージングラインから
遠ざけて、該圧縮機（１）でのサージングを自動的に回
避できるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のサージング予防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説明する説明図、第５図及び第６図
はそれぞれ機種の異なる圧縮機の断熱ヘッドと差圧との
関係を示す説明図、第７図は同予防装置の制御態様を示
すフローチャート図、第８図はベーンコントロールを行
う場合のサブルーチンを示すフローチャート図、第９図
及び第１０図は従来例を説明する図面である。 （１）　・ （１５） （１Ｂ） （５）　・ （６）　・ （７）　・ （８）　・ ・ターボ圧縮機 ・サクシロンベーン ・開度調整機構 ・差圧検出器 ・コントローラ ・ディスプレイ ・出力部 第１図 １　：　クー７ｙ’ＪＥ烏羽賢 ５：も【険出惹 ６：　コ〉トローラ ７；　　テ１スフ′トイ ８：　ｔカ（↑ 箔（東（ｋｇ／ｃｍ　） ＊１υｋｇ／ｃｍ”）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）ターボ圧縮機（１）における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（５）と、この
   差圧検出器（５）からの検出結果から差圧を演算し、こ
   の差圧変化からサージング発生に至る時間を演算して予
   測するコントローラ（６）と、該コントローラ（６）に
   接続され、このコントローラ（６）で演算したサージン
   グ発生予測時間を表示するディスプレイ（７）とを備え
   ているターボ冷凍機のサージング予防装置。 ２）ターボ圧縮機（１）におけるサクションベーン（１
   ５）の開度を調整する開度調整機構（１６）を備え、コ
   ントローラ（６）に、シュラウド側圧力とハブ側圧力と
   の差圧がサージング発生差圧に近づいたとき、前記開度
   調整機構（１６）に動作信号を出力して、前記ベーン（
   １５）の開度を開方向に制御する出力部（８）を備えて
   いる請求項１記載のターボ冷凍機のサージング予防装置
   。