JPH0442556B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は多段流体機械、主として格段の吸込側
に開度調節可能なベーンをそれぞれ設けた多段遠
心圧縮機および軸流圧縮段と遠心圧縮段を有する
複合圧縮機などに用いられる容量調節装置に関す
るものである。

〔従来技術〕

従来の容量調節装置を有する多段流体機械とし
て特開昭55−123394号公報に開示されているもの
があり、例えば４段遠心圧縮機では、第１図に示
すように圧縮機１〜４の各段間に冷却器５〜７が
設けられると共に、各圧縮器１〜４の吸入側には
ベーン駆動装置１２〜１５を介して駆動されるベ
ーン８〜１１がそれぞれ設けられている。前記ベ
ーン駆動装置１２〜１５はコントローラ２９から
ベーン開度指令信号２２を各ベーン８〜１１を駆
動するための機械的な力に変換する作用を行う。

一方、最終段圧縮機４から吐出される流量は、
吐出側に設けたオリフイス１６の差圧と、オリフ
イス１６の上流側に設けた検出器（図示せず）に
よる吐出温度および吐出圧力などにより計測され
る。これらの計測値は変換器１９〜１７によりそ
れぞれ電気信号に変換された後、演算器２０に入
力され、ここで吐出流量信号に変換される。その
演算器２０から出力される流量信号２３はコント
ローラ２９にフイードバツクされる。このコント
ローラ２９には圧縮機の目応流量信号２１が入力
されているため、この目標流量信号２１と前記流
量信号２３との偏差分だけをベーン開度指令信号
２２として、各ベーン駆動装置１２〜１５へ指令
することにより、圧縮機の容量調節を行うことが
できる。

また圧縮機の性能は、通常ベーンが全開に近い
流量付近で最適効率がえられるように、流体の流
れが圧縮機内形状に最もよく鉄応するように設計
されている。しかるに、プラントの要求量の減少
により圧縮機流量も減少すると、圧縮機内部の取
扱い流体の流れ角が設計状態より変化し、損失は
増大するから効率が低下する。

圧縮機の容量調節方法には、回転数制御、吸込
絞り、吐出絞りおよびベーンコントローラなどが
あるが、これらのうち回転数制御は上記効率低下
を小さくするのに最適である。ところが、この方
法は吐出圧力の低下が大きいから、吐出圧力が一
定に近い一般のプラントに対しては有効でない。
一方、ベーンコントローラは吐出圧力の低下が少
なく、かつ減量時の効率の低下も回転数制御につ
いてよいから広く用いられている。

近年の世界的な省資源および省エネルギなどの
見地より、設計点効率はもちろん部分負荷効率の
向上が非常に重要になり、僅かに１％の効率であ
つても年間１億円レベルの損益となるプラントが
少なくない。また空気分離プラントなどでは、プ
ラント動力の約６割を圧縮機が占めるため、圧縮
機の効率向上は非常に重要である。したがつて、
ベーンコントローラによる容量調節においても、
さらに効率のよい方法が必要となつた。

ベーンを複数段に設けることは容易であり、ま
た運転員あるいは自動制御器などによる自動制御
も可能であるが、調節信号は１つにした方がよ
い。その理由を第２図を参照して説明するに、プ
ラントの要求する圧縮機状態は流量Ｑと圧力pd
で表わされる一点Ａに対し、この状態を満足させ
るベーン開度の組合せは無数にあるためである。
なお図中の２７，２８は圧縮機特性曲線およびプ
ラント抵抗ラインを示す。そこで、ベーンが複数
段あつても独立には制御せず、相対的な動作関係
を固定して一つの指令信号で運動するようにす
る。

このため従来のベーン開度調節による容量調節
では、圧縮機の入口温度変化および冷却水の温度
変化などの状態変化により生ずるベーン開度の最
適相対関係を変えることは不可能であり、前記の
か酷な効率向上の必要に応じられない欠点があつ
た。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、圧縮機の入口温度（初段吸込
温度）が変化しても、常に最高効率付近で運転す
ることのできる多段流体機械の容量調節装置を得
ることにある。

〔発明の概要〕

上記目的を達成するため本発明は、各段の吸込
側に開度調節可能なベーンをそれぞれ設けた多段
流体機械において、前記各ベーンを複数個にグル
ープ化し、これらの各グループのベーンに接続し
た複数個のベーン駆動装置をベーンコントローラ
にそれぞれ接続すると共に、前記ベーン駆動装置
のうちの任意の入力ラインに比例設定器を設け、
この比例設定器は、前記ベーンコントローラから
の開度指令信号の大きさを、初段吸込側の吸込温
度に応じて調節してベーン駆動装置に与えるよう
にしたものである。

〔発明の実施例〕

以下本発明の一実施例を図面について説明す
る。第３図に示す符号のうち第１図に示す符号と
同一のものは同一部分を示すものとする。

第３図は本実施例の容量調節装置を備える４段
遠心圧縮機の系統図で、各段の吸込側に設けられ
たベーン８〜１１をベーン８とベーン９〜１１の
前・後段の二つのグループとなし、この両グルー
プのベーン、すなわし前段グループのベーン８を
前段ベーン駆動装置１２により、後段グループの
ベーン９〜１１を後単ベーン駆動装置２４により
それぞれ駆動させる。これらのベーン駆動装置１
２，２４はベーン開度指令信号２２をベーンを駆
動するための機械的な力に変換する作用を行う。
その前段ベーン駆動装置１２はベーンコントロー
ラ２９に直結されているが、後段ベーン駆動装置
２４は比例設定器２６を介してベーンコントロー
ラ２９に接続されている。前記比例設定器２６は
初段圧縮機１吸込側に連結する温度検出器２５に
接続されている。その他の構造は第１図に示す従
来例と同一であるから説明を省略する。

次に上記のような構成からなる本実施例の作用
について説明する。

ベーンコントローラ２９に入力される演算器２
０からの流量フイードハツク信号（圧縮機流量）
２３が、同ベーンコントローラ２９に入力される
目標流量信号（目標流量）２１より大であると、
ベーン開度指令信号２２がベーンコントローラ２
９から前段ベーン駆動装置１２へ直接に出力され
ると同時に、比例設定器２６を介して後段ベーン
駆動装置２４へ出力される。その比例設定器２６
がない場合には、前・後段グループベーン８と９
〜１１の開度関係は第４図の直線ａに示すように
なる。

ところが、プラントの要求流量が同一であつて
も、圧縮機の環境条件は常に同一ではない。いま
取扱い流体を空気とすると、昼間と夜間および夏
と冬では、吸入温度および冷却水の温度が異なる
ばかりでなく、湿度が異なる。これらのうち圧縮
機の効率に最も強く影響するのは、１段吸入温度
と各段吸込温度（クーラ出口温度）との相対関係
の相違である。これは、待機の温度変化に対して
冷却水の温度変化が緩慢なため、クーラ出口温度
の変化も緩慢であるからである。

一方、多段圧縮機の設計点では、ある一つの１
段吸入温度および各段吸入温度（クーラ出口温
度）を条件として最適効率がえられるように設計
してあるので、最適効率をうるベーン開度の相対
関係もずれる。すなわち第５図に示すように前段
開度と後段開度の組合せにより、圧縮機の効率が
あらわせるので、ある運転条件のときの各組合せ
における効率を求め、等高線を画くと第５図に示
す線ｄのようになり、この等高線を結ぶと線ｅの
ようになる。前記等高線ｄは１段吸込温度と各段
クーラ出口温度との相対的変化により変る。いこ
の等効率曲線ｄが移動するに伴つて、その尾根も
ｅからｇに変化する（第５図）。前記運転条件下
で容量調節を行うとき、尾根ｅに沿う前、後段ベ
ーン開度の組合せを選べば常に最適効率運転を行
うことができる。

上記等高線ｄの尾根の移動は、上述ちなように
クーラ出口温度が緩慢まであるため、１段圧縮機
の吸込温度による影響が大である。そこで後段グ
ループベーン駆動装置に、１段の吸込温度により
後段グループの開度信号の大きさを調節する比例
設定器２６を設けることにより、第４図に示すよ
うに前段と後段グループの相対開度関係を、第４
図に示すように直線ａ〜ｃに変えることができ
る。

前記のように運転条件は一定でなく変化するの
で、この変化に対応して前・後ベーン開度組合せ
における効率も変化する。すなわち前記等高線ｄ
および尾根ｅも変化し、この変化の一例を等高線
ｆと尾根ｇで示す。このように本発明では尾根の
変化に対応し、かつ尾根と一致するように前段と
後段のベーン開度組合せを、第４図に示す線ａ〜
ｃに示すように調節できるので、運転条件の変化
に関係なく常に最高効率で運転できる。

本実施例では後段グループの開度指令信号は一
つであるが、ベーン開度はベーン開閉リンク機構
のアームの長さを調節することにより相対的に変
えることができる。

また複数段にベーン駆動装置に設け、２段以降
のベーン駆動装置の上流側にそれぞれ１段吸込温
度により調節される比例設定器を設けてもよい。
さらに本実施例では全段にベーンを設けたが、複
数段であれば全段に設けなくともよい。

本発明は上述した多段の遠心圧縮機に限定され
ず、軸流段と遠心段とを備え、その段間に冷却器
を設けた複合形圧縮機のように多段流体機械にも
適用可能であることはもちろんである。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、複数個
にグループ化された任意のグループのベーン駆動
装置の入力ラインに比例設定器を設け、ベーンコ
ントローラからの開度指令信号の大きさを、初段
吸込側の吸込温度に応じて調節して比例設定器の
あるラインのベーン駆動装置に与えるので、圧縮
機の初段吸込温度が変化した場合でも、その吸込
温度における前、後段ベーンの開度組み合わせ
を、圧縮機の効率が常に最高になるように調節で
き、したがつて初段吸込温度の変化に関係なく、
常に多段流体機械の最高効率付近で運転できると
いう効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は従来の容量調節装置を備
える多段流体機械の系統図および運転状態図、第
３図は本発明の容量調節装置の一実施例を備える
多段流体機械の系統図、第４図および第５図は同
実施例の動作説明図である。 １〜４……圧縮機、８〜１１……ベーン、１
２，２４……ベーン駆動装置、２１……目標流量
信号、２２……ベーン開度指令信号、２３……流
量フイードバツク信号、２６……比例設定器、２
９……ベーンコントローラ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 各段の吸込側に開度調節可能なベーンをそれ
   ぞれ設けた多段流体機械において、前記各ベーン
   を複数個にグループ化し、これらの各グループの
   ベーンに接続した複数個のベーン駆動装置をベー
   ンコントローラにそれぞれ接続すると共に、前記
   ベーン駆動装置のうちの任意の入力ラインに比例
   設定器を設け、この比例設定器は、前記ベーンコ
   ントローラからの開度指令信号の大きさを、初段
   吸込側の吸込温度に応じて調節してベーン駆動装
   置に与えるものであることを特徴とする多段流体
   機械の容量調節装置。 ２ 前記各ベーンを初段と２段以降の２つにグル
   ープ化し、この両グループのベーンを二個のベー
   ン駆動装置にそれぞれ接続し、前記後段グループ
   のベーン駆動装置に比例設定器を設けていること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の多段
   流体機械の容量調節装置。