JPH0819919B2

JPH0819919B2 - 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

Info

Publication number: JPH0819919B2
Application number: JP9103190A
Authority: JP
Inventors: 哲生岡; 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: JPH03290094A

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発生予測時間表
示装置及び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（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
記憶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）側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
ジングは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
流電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、正確なサージング予
測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ィフューザー
入口部のモータ軸方向に相対向する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ターボ圧縮機
側でのサージング発生を予測ができるようにするもので
ある。

本発明の第１の目的は、簡単な構成で、正確にサージ
ング発生の予測ができるサージング発生予測時間表示装
置を提供することにより、正確な予測結果に基づいてサ
ージング防止のための処置を適切に行えるようにするこ
とにあり、また、第２の目的は、サージングの発生を正
確に予測してサージングの発生を自動的に未然に防止す
ることができるサージング予防装置を提供することにあ
る。

（課題を解決するための手段）上記第１目的を達成するため、本発明のサージング発
生予測時間表示装置は、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（５）と、この差圧検出器（５）からに検出結果か
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）とを設けたのである。

また、上記第２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
（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、前記ター
ボ圧縮機（１）におけるサクションベーン（15）の開度
を調整する開度調整機構（16）とを設け、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）を設けたのである。

（作用）請求項１記載の発明では、前記ターボ圧縮機（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る。

従って、使用者は、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適切なサージング防
止処置を施すことが可能となる。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、正確なサージング発生予測時間に基づいて、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、水量の調整を行う等して、適切なサージングの発生
の防止を未然に行えるのである。

また、請求項２記載の発明では、前記ターボ圧縮機
（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、この演算部に基
づき前記差圧がサージング発生差圧に近づいたときに
は、前記コントローラ（６）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）と膨脹弁（３）及
び蒸発部（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ィフュ
ーザー（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（15）を配設して、
該ベーン（15）の開度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、前記ディフューザー（14）
の入口近くで、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（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）を接続して、サージン
グ発生予測時間表示装置を構成するのである。

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、例えば、冷凍配管内のエア
ー抜きを行うべく抽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
ることが可能となり、本実施例では、抽気ポンプを作動
させるようにしている。

また、前記コントローラ（６）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）側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（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（例えば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
大し、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ィフューザー（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0.28kg/c
m²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）の開度調整機構（16）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フ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
P₁₀とハブ側圧力P₂₀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Ｉ＝0,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）・（P₁₀-P₂₀），警報を出力するときのアラ
ーム出力差圧ΔP_aL，前記差圧ΔP_MAX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＋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P₁Ｉとハブ
側圧力P₂Ｉ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・（P₁I-P₂Ｉ）に
基づいて、差圧変化（圧力勾配）ｍ＝（P₁I-P₂Ｉ）／Δ
Ｔ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、このサージング発生予測時間Ｔが、ステッ
プ８で前記ディスプレイ（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ΔP_aL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10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ΔPIが前記設定差圧ΔP_MAX・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13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ΔP_MAX・
Ｎより大であるか同等であるかがステップ14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、こ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がＫ＝０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ΔP_aL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ΦＫ＝Φ_K-1＋Δ
Φ（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I_ST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発生予測時
間表示装置は、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（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）
とを設けたから、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）に正確な
予測時間を表示することができるのである。

従って、使用者は、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、サージングが発生
する前に、適切なサージング防止処置を施すことが可能
となるのである。

また、本発明のサージング予防装置では、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（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、前記ターボ圧縮機（１）におけるサクショ
ンベーン（15）の開度を調整する開度調整機構（16）と
を設け、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）を設けたから、前記ターボ圧縮機（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
圧を前記差圧検出器（５）で検出して、前記コントロー
ラ（６）に入力し、該コントローラ（６）で差圧変化を
演算し、この演算値に基づき前記差圧がサージング発生
差圧に近づいたときには、前記コントローラ（６）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）を開方向に制御し、該ベー
ン（15）の開動作に伴い前記圧縮機（１）側のサージン
グヘッドをサージングラインから遠ざけて、この圧縮機
（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）……ターボ圧縮機（13）……インペラー（14）……ディフューザー（15）……サクションベーン（16）……開度調整機構（５）……差圧検出器（６）……コントローラ（７）……ディスプレイ（８）……出力部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平２−181096（ＪＰ，Ａ) 特開昭58−15793（ＪＰ，Ａ) 実開昭49−123606（ＪＰ，Ｕ) 実開昭63−31292（ＪＰ，Ｕ) 実開昭59−156199（ＪＰ，Ｕ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】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（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）とを備えていることを特徴とするター
ボ冷凍機のサージング発生予測時間表示装置。
【請求項２】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（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、前記ターボ圧縮機（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）とを備え、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）を備え
ていることを特徴とするターボ冷凍機のサージング予防
装置。