JPH0819918B2

JPH0819918B2 - ターボ冷凍機のサージング防止装置

Info

Publication number: JPH0819918B2
Application number: JP2091030A
Authority: JP
Inventors: 安功足立
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 1990-04-05
Filing date: 1990-04-05
Publication date: 1996-03-04
Anticipated expiration: 2011-03-04
Also published as: JPH03290093A

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63−31292号公報に記載されたものが知られ
ており、この応報記載のものは、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）からの出力の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
けるサクショ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、前記バイパス路（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）におけるサクションベーンの開度を、
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ツトガスをバイパ
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
（kal/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（kcal/kg）を、横軸に
風量（m³/min）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、前記サクショ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ィフューザー
入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、前記ディフューザー入口部でのハ
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）にモータ軸を中心に回転するインペラー（13）と
ディフューザー（14）とを設けると共に、該ディフュー
ザー（14）における流路入口近くにおいてモータ軸方向
に相対向す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（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ものである。

（作用）前記差圧検出器（７）でターボ圧縮機（１）のディフ
ューザー（14）における流路入口近くにおいてモータ軸
方向に相対向する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、
該圧力機（１）の仕事量を減少し、見掛け上の風量を増
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すること
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、ホットガスバイ
パス弁（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、このインペラーの（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ィ
フューザー（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（1
5）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、前記ディフューザー（14）
における流路入口近くで、モータ軸方向に相対向する位
置に、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（kcal/kg）を、横軸に
風量（m³/min）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、ほぼ同一の差圧
（第４図では0.28kg/cm²）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（kcal/kg）が上昇することに伴
い、前記ディフューザー（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10,20,40,80,100％
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（0.28kg/cm²）を越えた領域
でサージングが発生する。

また、前記ディフューザー（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/cm²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/cm²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/cm²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
ディフューザー（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）にモータ軸を中心に回転
するインペラー（13）とディフューザー（14）とを設け
ると共に、該ディフューザー（14）における流路入口近
くにおいてモータ軸方向に相対向す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（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（13）……インペラー（14）……ディフューザー（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

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項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、ターボ圧縮機（１）にモータ軸を中心に回転するインペ
ラー（13）とディフューザー（14）とを設けると共に、
該ディフューザー（14）における流路入口近くにおいて
モータ軸方向に相対向す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（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。