JPH0842491A - サージング検出装置 - Google Patents
サージング検出装置Info
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- JPH0842491A JPH0842491A JP7142500A JP14250095A JPH0842491A JP H0842491 A JPH0842491 A JP H0842491A JP 7142500 A JP7142500 A JP 7142500A JP 14250095 A JP14250095 A JP 14250095A JP H0842491 A JPH0842491 A JP H0842491A
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Landscapes
- Control Of Positive-Displacement Air Blowers (AREA)
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 流体機械の設計点流量より小流量で発生する
サージングを迅速かつ精度良く検出できるサージング検
出装置を提供する。 【構成】 流体機械の本体あるいは配管に取付けられ、
取扱い流体の流量、速度、圧力のいずれか一つまたはこ
れらのうちの複数の状態量を検出するセンサと、該セン
サの出力信号を処理して上記状態量の微小測定時間ごと
の変動値を算出し、サージングを検出する演算処理装置
とを備えた。
サージングを迅速かつ精度良く検出できるサージング検
出装置を提供する。 【構成】 流体機械の本体あるいは配管に取付けられ、
取扱い流体の流量、速度、圧力のいずれか一つまたはこ
れらのうちの複数の状態量を検出するセンサと、該セン
サの出力信号を処理して上記状態量の微小測定時間ごと
の変動値を算出し、サージングを検出する演算処理装置
とを備えた。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、遠心及び斜流形の流体
ポンプ、気体用のブロワ、圧縮機などの流体機械におけ
るサージング検出装置に関するものである。
ポンプ、気体用のブロワ、圧縮機などの流体機械におけ
るサージング検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】遠心または斜流のポンプを設計点より少
ない流量で運転すると、羽根車、ディフューザなどで流
れの剥離が起こり、流れに周期的な変動が発生する。さ
らにこれが引き金となって、系全体が大きく自励振動を
起こすサージングが発生するようになり、ポンプの運転
が不能となる。この現象を回避するためには、この現象
をポンプ運転時に迅速に検出して、何らかの方法を講じ
ることによりサージング現象を回避しなければならな
い。
ない流量で運転すると、羽根車、ディフューザなどで流
れの剥離が起こり、流れに周期的な変動が発生する。さ
らにこれが引き金となって、系全体が大きく自励振動を
起こすサージングが発生するようになり、ポンプの運転
が不能となる。この現象を回避するためには、この現象
をポンプ運転時に迅速に検出して、何らかの方法を講じ
ることによりサージング現象を回避しなければならな
い。
【０００３】サージングは配管系の自励振動であるため
に、配管内の流体及びポンプそれ自体が振動する。従っ
て、この振動そのものを検出すればサージングを速やか
に検出することができることは理解される。従来、サー
ジングを検出する方法としては、圧力、流量、温度、性
能の時間平均値を測定して、前もって測定してあった値
と比較することによって、サージング状態を判断してい
た。
に、配管内の流体及びポンプそれ自体が振動する。従っ
て、この振動そのものを検出すればサージングを速やか
に検出することができることは理解される。従来、サー
ジングを検出する方法としては、圧力、流量、温度、性
能の時間平均値を測定して、前もって測定してあった値
と比較することによって、サージング状態を判断してい
た。
【０００４】サージングを急激な温度上昇の検出で行う
ものとして、特公平５−５３９５６号、特開昭６２−１
１３８８９号、特開昭５９−７７０８９号、特開昭５９
−７９０９７号、特開昭５６−２４９６号などがある。
また圧力の上昇で検出を行うものとして特開昭６３−１
６１３６２号、特開昭５８−５７０９８号、特開昭５５
−１１４８９６号などがあり、ハブとシュラウドのディ
フューザの差圧で行うものとして特開平３−１９９７０
０号、ディフューザ羽根の圧力面と負圧面の圧力差で検
出するものとして特開昭６２−５１７９４号があり、ま
た圧力の波形で検出するものとして特開昭６３−９４０
９８号がある。さらに、翼の圧力係数の変化率で検出す
るものとして特開昭５７−１２９２９７号、軸振動の微
分で検出するものとして特開平４−４７１９７号、マイ
クロフォンで軸の振動を検知するものとして特開平３−
２１３６９６号がある。
ものとして、特公平５−５３９５６号、特開昭６２−１
１３８８９号、特開昭５９−７７０８９号、特開昭５９
−７９０９７号、特開昭５６−２４９６号などがある。
また圧力の上昇で検出を行うものとして特開昭６３−１
６１３６２号、特開昭５８−５７０９８号、特開昭５５
−１１４８９６号などがあり、ハブとシュラウドのディ
フューザの差圧で行うものとして特開平３−１９９７０
０号、ディフューザ羽根の圧力面と負圧面の圧力差で検
出するものとして特開昭６２−５１７９４号があり、ま
た圧力の波形で検出するものとして特開昭６３−９４０
９８号がある。さらに、翼の圧力係数の変化率で検出す
るものとして特開昭５７−１２９２９７号、軸振動の微
分で検出するものとして特開平４−４７１９７号、マイ
クロフォンで軸の振動を検知するものとして特開平３−
２１３６９６号がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】このような従来の方法
は、いずれも、圧力、温度等の時間平均値を測定して、
これを前もって測定しておいたサージング時の値と比較
するという間接的な方法であって、正確かつ迅速なサー
ジングの検出は困難であった。つまり、前もって性能試
験を行ってサージング点を規定しても、サージングの発
生点は配管系の容積により影響を受けるために、実際の
装置で性能試験の際と異なる容積の配管が用いられた場
合には、正確な検出ができないという問題があった。ま
た、各状態値の時間平均値を測定するため、検出に一定
の遅れが発生し、従って、迅速な対応ができず、実用性
に乏しかった。
は、いずれも、圧力、温度等の時間平均値を測定して、
これを前もって測定しておいたサージング時の値と比較
するという間接的な方法であって、正確かつ迅速なサー
ジングの検出は困難であった。つまり、前もって性能試
験を行ってサージング点を規定しても、サージングの発
生点は配管系の容積により影響を受けるために、実際の
装置で性能試験の際と異なる容積の配管が用いられた場
合には、正確な検出ができないという問題があった。ま
た、各状態値の時間平均値を測定するため、検出に一定
の遅れが発生し、従って、迅速な対応ができず、実用性
に乏しかった。
【０００６】本発明は上述の事情に鑑みてなされたもの
で、流体機械の設計点流量より小流量で発生するサージ
ングを迅速かつ精度良く検出できるサージング検出装置
を提供することを目的とする。
で、流体機械の設計点流量より小流量で発生するサージ
ングを迅速かつ精度良く検出できるサージング検出装置
を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】発明者らは、ポンプの吸
い込み配管、ディフューザ、吐出配管にそれぞれ圧力セ
ンサを取付けて、圧縮機の流量を変化させる実験を行っ
た。図７（ａ）は上記センサの出力の波形信号を示すも
のであり、左側がディフューザの周方向２カ所の位置で
測定した圧力変動、右側が吸込配管及び吐出配管で測定
した圧力変動の測定結果を示すものである。この図から
明らかなように、流量が設計点流量より少なくなると、
まずディフューザでの圧力の変動値が大きくなり（の
左図）、さらに流量を低下させると配管での変動が大き
くなり（の右図）、サージングが発生することがわか
る。
い込み配管、ディフューザ、吐出配管にそれぞれ圧力セ
ンサを取付けて、圧縮機の流量を変化させる実験を行っ
た。図７（ａ）は上記センサの出力の波形信号を示すも
のであり、左側がディフューザの周方向２カ所の位置で
測定した圧力変動、右側が吸込配管及び吐出配管で測定
した圧力変動の測定結果を示すものである。この図から
明らかなように、流量が設計点流量より少なくなると、
まずディフューザでの圧力の変動値が大きくなり（の
左図）、さらに流量を低下させると配管での変動が大き
くなり（の右図）、サージングが発生することがわか
る。
【０００８】また、図７（ｂ）は、設計流量を基準とし
た無次元流量と圧縮機のヘッドを設計流量でのヘッドを
基準として無次元化した無次元ヘッド係数との関係を示
す図である。図７（ｂ）における，，は、それぞ
れ図７（ａ）の３通りの流量，，に対応してい
る。
た無次元流量と圧縮機のヘッドを設計流量でのヘッドを
基準として無次元化した無次元ヘッド係数との関係を示
す図である。図７（ｂ）における，，は、それぞ
れ図７（ａ）の３通りの流量，，に対応してい
る。
【０００９】従って、このような状態量の変動を定量的
に把握することにより、適当なしきい値に基づいてサー
ジング発生を早期に検知し、迅速な対応が採れる。その
ためには、上記のような各箇所での状態量の変動の特性
を考慮した測定と、それに基づく算出方法の採用が必要
である。
に把握することにより、適当なしきい値に基づいてサー
ジング発生を早期に検知し、迅速な対応が採れる。その
ためには、上記のような各箇所での状態量の変動の特性
を考慮した測定と、それに基づく算出方法の採用が必要
である。
【００１０】本発明は、上記のような実験結果を踏まえ
てなされたもので、請求項１に記載の発明は、流体機械
の本体あるいは配管に取付けられ、取扱い流体の流量、
速度、圧力のいずれか一つまたはこれらのうちの複数の
状態量を検出するセンサと、該センサの出力信号を処理
して上記状態量の微小測定時間ごとの変動値を算出し、
サージングを検出する演算処理装置とを備えたことを特
徴とするサージング検出装置である。
てなされたもので、請求項１に記載の発明は、流体機械
の本体あるいは配管に取付けられ、取扱い流体の流量、
速度、圧力のいずれか一つまたはこれらのうちの複数の
状態量を検出するセンサと、該センサの出力信号を処理
して上記状態量の微小測定時間ごとの変動値を算出し、
サージングを検出する演算処理装置とを備えたことを特
徴とするサージング検出装置である。
【００１１】請求項２に記載の発明は、上記演算処理装
置が、上記変動値と予め求めた変動値のしきい値とを比
較してサージングを検出する演算処理装置とを備えたこ
とを特徴とする請求項１に記載のサージング検出装置で
ある。請求項３に記載の発明は、上記微小測定時間が、
羽根車の羽根の通過に起因する変動の影響を相殺するた
めの必要最小限の時間として設定されることを特徴とす
る請求項１又は２に記載のサージング検出装置である。
請求項４に記載の発明は、上記変動値が、上記微小測定
時間においてさらにこれを細分したサンプリング時間ご
とに得た状態量データの標準偏差として与えられること
を特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のサー
ジング検出装置である。
置が、上記変動値と予め求めた変動値のしきい値とを比
較してサージングを検出する演算処理装置とを備えたこ
とを特徴とする請求項１に記載のサージング検出装置で
ある。請求項３に記載の発明は、上記微小測定時間が、
羽根車の羽根の通過に起因する変動の影響を相殺するた
めの必要最小限の時間として設定されることを特徴とす
る請求項１又は２に記載のサージング検出装置である。
請求項４に記載の発明は、上記変動値が、上記微小測定
時間においてさらにこれを細分したサンプリング時間ご
とに得た状態量データの標準偏差として与えられること
を特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のサー
ジング検出装置である。
【００１２】請求項５に記載の発明は、上記サンプリン
グ時間が、羽根車の羽根の通過に起因する変動の影響を
相殺するための必要最大限の時間として設定されること
を特徴とする請求項４に記載のサージング検出装置であ
る。請求項６に記載の発明は、上記演算処理装置に、上
記微小測定時間又は上記サンプリング時間を設定するた
めの入力装置が設けられていることを特徴とする請求項
１ないし５のいずれかに記載のサージング検出装置であ
る。請求項７に記載の発明は、上記演算処理装置が、さ
らに、判断時点における流量変化に対する上記変動値の
変化量の比を算出し、これをも判断基準として用いるこ
とを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載のサ
ージング検出装置である。
グ時間が、羽根車の羽根の通過に起因する変動の影響を
相殺するための必要最大限の時間として設定されること
を特徴とする請求項４に記載のサージング検出装置であ
る。請求項６に記載の発明は、上記演算処理装置に、上
記微小測定時間又は上記サンプリング時間を設定するた
めの入力装置が設けられていることを特徴とする請求項
１ないし５のいずれかに記載のサージング検出装置であ
る。請求項７に記載の発明は、上記演算処理装置が、さ
らに、判断時点における流量変化に対する上記変動値の
変化量の比を算出し、これをも判断基準として用いるこ
とを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載のサ
ージング検出装置である。
【００１３】
【作用】請求項１に記載の発明においては、演算処理装
置がセンサからの出力信号を処理して状態量の微小測定
時間ごとの変動値を算出する。状態量の変動値はサージ
ングの有無を判断するための有効な指標値であることが
確認されており、従って、これに基づいてサージングの
検出が迅速になされる。請求項２に記載の発明において
は、演算処理装置が、上記変動値と予め求めた変動値の
しきい値とを比較してサージングを検出する。しきい値
は、その機械が製造された段階で求めておくことも、実
機として据え付けた状況で求めることもできる。請求項
３に記載の発明においては、上記微小測定時間を適当に
設定することにより、羽根車の羽根の通過に起因する変
動の影響を相殺し、正確なサージング検出の指標値が迅
速に得られる。
置がセンサからの出力信号を処理して状態量の微小測定
時間ごとの変動値を算出する。状態量の変動値はサージ
ングの有無を判断するための有効な指標値であることが
確認されており、従って、これに基づいてサージングの
検出が迅速になされる。請求項２に記載の発明において
は、演算処理装置が、上記変動値と予め求めた変動値の
しきい値とを比較してサージングを検出する。しきい値
は、その機械が製造された段階で求めておくことも、実
機として据え付けた状況で求めることもできる。請求項
３に記載の発明においては、上記微小測定時間を適当に
設定することにより、羽根車の羽根の通過に起因する変
動の影響を相殺し、正確なサージング検出の指標値が迅
速に得られる。
【００１４】請求項４に記載の発明においては、変動値
が、上記微小測定時間においてさらにこれを細分したサ
ンプリング時間ごとに得た状態量データの標準偏差とし
て与えられ、これがサージングを最も直接的に教える指
標値となる。請求項５に記載の発明においては、サンプ
リング時間を適当に設定することにより、羽根車の羽根
の通過に起因する変動の影響を相殺し、コンピュータに
負荷を掛けることなく、従って、正確なサージング検出
の指標値が迅速に得られる。請求項６に記載の発明にお
いては、入力装置を介して微小測定時間又はサンプリン
グ時間が適宜設定される。請求項７に記載の発明におい
ては、演算処理装置が、さらに、判断時点における流量
変化に対する上記変動値の変化量の比を判断基準として
用いるので、間違いのないサージングの検出がなされ
る。
が、上記微小測定時間においてさらにこれを細分したサ
ンプリング時間ごとに得た状態量データの標準偏差とし
て与えられ、これがサージングを最も直接的に教える指
標値となる。請求項５に記載の発明においては、サンプ
リング時間を適当に設定することにより、羽根車の羽根
の通過に起因する変動の影響を相殺し、コンピュータに
負荷を掛けることなく、従って、正確なサージング検出
の指標値が迅速に得られる。請求項６に記載の発明にお
いては、入力装置を介して微小測定時間又はサンプリン
グ時間が適宜設定される。請求項７に記載の発明におい
ては、演算処理装置が、さらに、判断時点における流量
変化に対する上記変動値の変化量の比を判断基準として
用いるので、間違いのないサージングの検出がなされ
る。
【００１５】
【実施例】以下、本発明に係るサージング検出装置の一
実施例を添付の図面を参照して説明する。図１は、本発
明のサージング検出装置が取付けられる単段遠心圧縮機
の縦断面図である。この図において、符号１はケーシン
グであり、ケーシング１内には回転軸３に取り付けられ
た羽根車２が回転自在に収容されている。符号４は、案
内羽根付きディフューザであり、案内羽根によって羽根
車から送られる流体をガイドしながら昇圧し、円環状の
スクロール５に送る。羽根車２の入口側の吸い込み配管
７の上流側には、入口案内羽根８が設けられ、これの開
度を変えることによって流体の流量を調整するようにな
っている。
実施例を添付の図面を参照して説明する。図１は、本発
明のサージング検出装置が取付けられる単段遠心圧縮機
の縦断面図である。この図において、符号１はケーシン
グであり、ケーシング１内には回転軸３に取り付けられ
た羽根車２が回転自在に収容されている。符号４は、案
内羽根付きディフューザであり、案内羽根によって羽根
車から送られる流体をガイドしながら昇圧し、円環状の
スクロール５に送る。羽根車２の入口側の吸い込み配管
７の上流側には、入口案内羽根８が設けられ、これの開
度を変えることによって流体の流量を調整するようにな
っている。
【００１６】図２は、本発明のサージング検出装置の構
成を示す図であり、流量、速度、圧力のいずれか一つま
たはこれらのうちの複数の状態量を検出するセンサがポ
ンプ本体あるいは配管に取付けられている。すなわち、
センサＳ1 は吸い込み配管７に取付けられ、センサＳ2
はディフューザ４の入口２カ所に取付けられ、センサＳ
3 は吐出配管９に取付けられている。
成を示す図であり、流量、速度、圧力のいずれか一つま
たはこれらのうちの複数の状態量を検出するセンサがポ
ンプ本体あるいは配管に取付けられている。すなわち、
センサＳ1 は吸い込み配管７に取付けられ、センサＳ2
はディフューザ４の入口２カ所に取付けられ、センサＳ
3 は吐出配管９に取付けられている。
【００１７】そして、これらセンサＳ1 ，Ｓ2 ，Ｓ3 か
らの変動波形信号は、信号増幅器１１に入力され、信号
増幅器１１で増幅された信号はローパスフィルタ（Ｌ．
Ｐ．Ｆ）１２を介して演算処理装置１３に入力されるよ
うになっている。演算処理装置１３の出力信号は、制御
装置１４に入力される。また、演算処理装置１３には、
後述する制御定数を入力するための定数入力装置１５が
設けられている。なお、センサＳ1 〜Ｓ3 に接続された
増幅器１１、フィルタ１２、入力インターフェース、演
算処理装置１３等の機能は、一つのマイクロプロセッサ
で行うことも可能である。
らの変動波形信号は、信号増幅器１１に入力され、信号
増幅器１１で増幅された信号はローパスフィルタ（Ｌ．
Ｐ．Ｆ）１２を介して演算処理装置１３に入力されるよ
うになっている。演算処理装置１３の出力信号は、制御
装置１４に入力される。また、演算処理装置１３には、
後述する制御定数を入力するための定数入力装置１５が
設けられている。なお、センサＳ1 〜Ｓ3 に接続された
増幅器１１、フィルタ１２、入力インターフェース、演
算処理装置１３等の機能は、一つのマイクロプロセッサ
で行うことも可能である。
【００１８】図３は、演算処理装置１３においてサージ
ングの発生の有無を検出する過程のフロー図を示すもの
で、Ｓｔ１においてポンプをまず設計点近傍の安定な流
量で運転し、Ｓｔ２において入口案内羽根８を閉じるこ
とにより流量を徐々に低下される。次に、Ｓｔ３におい
て、センサＳ1 ，Ｓ2 ，Ｓ3から入力した状態量信号を
処理して、系の振動状態の目安となる対象状態量の微小
時間ごとの変動値（Ｆｐ）を求める。次にＳｔ４におい
て、算出した変動値を事前に設定したしきい値γと比較
し、Ｆｐ＞γであればサージング発生と判断し（Ｓｔ
５）、そうでなければさらに流量を減じるかを判断し
（Ｓｔ６）、その必要があればＳｔ２に戻り、必要がな
ければその状態で運転を継続する（Ｓｔ７）。
ングの発生の有無を検出する過程のフロー図を示すもの
で、Ｓｔ１においてポンプをまず設計点近傍の安定な流
量で運転し、Ｓｔ２において入口案内羽根８を閉じるこ
とにより流量を徐々に低下される。次に、Ｓｔ３におい
て、センサＳ1 ，Ｓ2 ，Ｓ3から入力した状態量信号を
処理して、系の振動状態の目安となる対象状態量の微小
時間ごとの変動値（Ｆｐ）を求める。次にＳｔ４におい
て、算出した変動値を事前に設定したしきい値γと比較
し、Ｆｐ＞γであればサージング発生と判断し（Ｓｔ
５）、そうでなければさらに流量を減じるかを判断し
（Ｓｔ６）、その必要があればＳｔ２に戻り、必要がな
ければその状態で運転を継続する（Ｓｔ７）。
【００１９】上記の演算処理装置１３による判断の元と
なる変動値Ｆｐの求め方を図４を用いて説明する。この
図において、Ｔは１回の変動値を算出する微小時間であ
り、δｔは変動値を算出する元となる圧力値Ｐi（Ｑ，
ｔ）のサンプリングピッチである。変動値Ｆｐ，Ｆｐ*
は、時間Ｔの間にδｔのピッチで測定された状態量の単
位時間当たりの標準偏差であり、以下の式で与えられ
る。 Ｆｐ（Ｑ）＝［１／ＴΣ｛Ｐｉ（Ｑ，ｔ）−Ｍｉ
（Ｑ）｝2］1/2 ただし、 Ｍｉ（Ｑ）＝１／ＴΣＰｉ（Ｑ，ｔ） 一定のバイアスを持ついわゆるＤＣデータも、そうでな
いＡＣデータもいずれも上式で取り扱うことができる。
なる変動値Ｆｐの求め方を図４を用いて説明する。この
図において、Ｔは１回の変動値を算出する微小時間であ
り、δｔは変動値を算出する元となる圧力値Ｐi（Ｑ，
ｔ）のサンプリングピッチである。変動値Ｆｐ，Ｆｐ*
は、時間Ｔの間にδｔのピッチで測定された状態量の単
位時間当たりの標準偏差であり、以下の式で与えられ
る。 Ｆｐ（Ｑ）＝［１／ＴΣ｛Ｐｉ（Ｑ，ｔ）−Ｍｉ
（Ｑ）｝2］1/2 ただし、 Ｍｉ（Ｑ）＝１／ＴΣＰｉ（Ｑ，ｔ） 一定のバイアスを持ついわゆるＤＣデータも、そうでな
いＡＣデータもいずれも上式で取り扱うことができる。
【００２０】測定時間Ｔは、状態量の変動の指標値を精
度良く算出でき、しかも迅速な対応が採れるように短い
時間であることが必要である。この実施例では、このよ
うな時間Ｔを設定する目安として６０／ＺＮ（秒）を用
いる。ここで、Ｎは羽根車２の回転数（回／分）で、Ｚ
は羽根車２の羽根の枚数Ｚであり、従って、６０／ＺＮ
は、羽根車２が回転することによる本質的に発生する圧
力等の状態量の変動の周期である。Ｔは、このような本
質的変動による影響を受けない程度に大きく設定する必
要があり、従って、以下のような条件が課される。 Ｔ≧Ｋ1・６０／ＺＮ 従って、実際には、Ｔはこの下限値に設定すればよい。
ここで、Ｋ1は流体機械によって決まる定数で、当該機
械の試験時、あるいは量産品であればその代表品の性能
を予め調べ、定数入力装置１５によって設定しておく。
度良く算出でき、しかも迅速な対応が採れるように短い
時間であることが必要である。この実施例では、このよ
うな時間Ｔを設定する目安として６０／ＺＮ（秒）を用
いる。ここで、Ｎは羽根車２の回転数（回／分）で、Ｚ
は羽根車２の羽根の枚数Ｚであり、従って、６０／ＺＮ
は、羽根車２が回転することによる本質的に発生する圧
力等の状態量の変動の周期である。Ｔは、このような本
質的変動による影響を受けない程度に大きく設定する必
要があり、従って、以下のような条件が課される。 Ｔ≧Ｋ1・６０／ＺＮ 従って、実際には、Ｔはこの下限値に設定すればよい。
ここで、Ｋ1は流体機械によって決まる定数で、当該機
械の試験時、あるいは量産品であればその代表品の性能
を予め調べ、定数入力装置１５によって設定しておく。
【００２１】次に、サンプリングピッチであるδｔの設
定方法について述べる。このようなサンプリング周期δ
ｔは、正確な指標値を算出するという観点からは小さい
程好ましい。しかし、過度のサンプリングによりコンピ
ュータに負荷が掛かって算出に時間が掛かるのは却って
好ましくない。この実施例では、このような時間δｔを
設定する目安として、ここでも６０／ＺＮ（秒）を用い
る。すなわち、δｔを、羽根車２が回転することによる
本質的に発生する圧力等の状態量の変動による影響を受
けない程度に小さく設定する必要がある。従って、以下
のような条件が課される。 δｔ≦Ｋ・６０／ＺＮ
定方法について述べる。このようなサンプリング周期δ
ｔは、正確な指標値を算出するという観点からは小さい
程好ましい。しかし、過度のサンプリングによりコンピ
ュータに負荷が掛かって算出に時間が掛かるのは却って
好ましくない。この実施例では、このような時間δｔを
設定する目安として、ここでも６０／ＺＮ（秒）を用い
る。すなわち、δｔを、羽根車２が回転することによる
本質的に発生する圧力等の状態量の変動による影響を受
けない程度に小さく設定する必要がある。従って、以下
のような条件が課される。 δｔ≦Ｋ・６０／ＺＮ
【００２２】さらに、この実施例では、上述したよう
に、設計点の場合と、より低流量で運転が不安定にな
る及びの場合においてそれぞれ振幅周期が異なるこ
とに鑑み、設定を変えるようにしている。すなわち、
ヘッドが右上がりになる不安定領域を検出する場合のサ
ンプリング周期δｔは、Ｋ2・６０／ＺＮであり、サ
ージング現象を検出する場合のサンプリング周期δｔ
は、Ｋ3・６０／ＺＮである。ここで、Ｋ2，Ｋ3は流体
機械によって決まる定数で、Ｋ1の場合と同様に、当該
機械の試験時、あるいは量産品であればその代表品の性
能を予め調べ、定数入力装置１５によって設定してお
く。
に、設計点の場合と、より低流量で運転が不安定にな
る及びの場合においてそれぞれ振幅周期が異なるこ
とに鑑み、設定を変えるようにしている。すなわち、
ヘッドが右上がりになる不安定領域を検出する場合のサ
ンプリング周期δｔは、Ｋ2・６０／ＺＮであり、サ
ージング現象を検出する場合のサンプリング周期δｔ
は、Ｋ3・６０／ＺＮである。ここで、Ｋ2，Ｋ3は流体
機械によって決まる定数で、Ｋ1の場合と同様に、当該
機械の試験時、あるいは量産品であればその代表品の性
能を予め調べ、定数入力装置１５によって設定してお
く。
【００２３】流体機械の運転時の変動値は、その都度上
記のように算出されるが、サージング発生の判断基準と
なる変動値（しきい値γ）の求め方を以下に示す。図５
は本発明者の研究によって得られたデータで、横軸は、
各運転点の流量を設計点の流量で無次元化した無次元流
量、縦軸は圧力の変動値を設計点での変動値（＝Ｆ
ｐ*）で無次元化した無次元変動値を示す。図中の○印
はディフューザ壁面での圧力の測定結果から得られたも
の、□印は吸込配管での圧力の測定結果から得られたも
のを示す。ここでの条件は、以下の通りである。 Ｎ＝９０００ｒｐｍ， Ｚ＝１７ Ｋ1＝２０００， Ｋ2＝５， Ｋ3＝２０
記のように算出されるが、サージング発生の判断基準と
なる変動値（しきい値γ）の求め方を以下に示す。図５
は本発明者の研究によって得られたデータで、横軸は、
各運転点の流量を設計点の流量で無次元化した無次元流
量、縦軸は圧力の変動値を設計点での変動値（＝Ｆ
ｐ*）で無次元化した無次元変動値を示す。図中の○印
はディフューザ壁面での圧力の測定結果から得られたも
の、□印は吸込配管での圧力の測定結果から得られたも
のを示す。ここでの条件は、以下の通りである。 Ｎ＝９０００ｒｐｍ， Ｚ＝１７ Ｋ1＝２０００， Ｋ2＝５， Ｋ3＝２０
【００２４】この結果から、吸込配管での無次元変動値
が急激に大きくなってサージング状態（無次元変動値８
の点）に達する前に無次元変動値が大きくなり始めるこ
とがわかる。ここで、ポンプが安定的に運転できる限界
値を適宜設定してこれをしきい値とすればよい。この例
では、Ｆｐ／Ｆｐ*として１．５が限界となると判定
し、しきい値γとして１．５Ｆｐ*を用いる。上記で
は、吸込配管での測定圧力をもとにサージングの検出を
行なっているが、ディフューザでの圧力は、配管で圧力
変動が発生する以前からその変動値が大きくなってい
る。従って、この測定値をもとに変動値を算出し、これ
にしきい値を設定すればサージング突入を早期に予測す
ることが可能となる。この結果ではしきい値は２．５と
すれば良いことがわかる。
が急激に大きくなってサージング状態（無次元変動値８
の点）に達する前に無次元変動値が大きくなり始めるこ
とがわかる。ここで、ポンプが安定的に運転できる限界
値を適宜設定してこれをしきい値とすればよい。この例
では、Ｆｐ／Ｆｐ*として１．５が限界となると判定
し、しきい値γとして１．５Ｆｐ*を用いる。上記で
は、吸込配管での測定圧力をもとにサージングの検出を
行なっているが、ディフューザでの圧力は、配管で圧力
変動が発生する以前からその変動値が大きくなってい
る。従って、この測定値をもとに変動値を算出し、これ
にしきい値を設定すればサージング突入を早期に予測す
ることが可能となる。この結果ではしきい値は２．５と
すれば良いことがわかる。
【００２５】このように本実施例によれば、流量、速
度、圧力のいずれか一つまたはこれらのうちの複数の状
態量を検出できるセンサをポンプ本体あるいは配管に取
付け、これらのセンサＳ1 〜Ｓ3 の出力信号を演算処理
装置１３により処理して、微小時間ごとの振幅値の平均
値を算出することによりサージングを迅速かつ正確に検
出することができる。ポンプにサージングが発生する
と、軸も振動するので、軸振動を検出する装置を取付け
て、この変動を測定することも可能である。また、ディ
フューザ羽根が取付けられたポンプではこのディフュー
ザ羽根の表面、あるいはディフューザ羽根が取付けられ
た盤上にセンサを取付けることも可能である。
度、圧力のいずれか一つまたはこれらのうちの複数の状
態量を検出できるセンサをポンプ本体あるいは配管に取
付け、これらのセンサＳ1 〜Ｓ3 の出力信号を演算処理
装置１３により処理して、微小時間ごとの振幅値の平均
値を算出することによりサージングを迅速かつ正確に検
出することができる。ポンプにサージングが発生する
と、軸も振動するので、軸振動を検出する装置を取付け
て、この変動を測定することも可能である。また、ディ
フューザ羽根が取付けられたポンプではこのディフュー
ザ羽根の表面、あるいはディフューザ羽根が取付けられ
た盤上にセンサを取付けることも可能である。
【００２６】図６は、演算装置１３のフロー図の他の実
施例を示す図であり、サージングが発生したかどうかを
さらに精度良く判定し、かつそれに則り、所定の警報を
出すようになっている例である。図６に示す例において
は、先の実施例と同様に、Ｆｐとγの比較を行った後
に、さらに、対象運転流量と対象運転流量よりも大きな
流量との流量差（ｄＱ）と、対象運転流量と対象運転流
量よりも大きな流量における変動値差（ｄ（Ｆｐ））と
の比Ｂを計算し、このＢが負の値の場合は不安定現象と
判断する（Ｓｔ５’）。たとえ変動値がしきい値に達し
ていても、無次元変動値が無次元流量に対して減少して
いれば系は安定の方向に向かうのでサージングにはなら
ないからである。
施例を示す図であり、サージングが発生したかどうかを
さらに精度良く判定し、かつそれに則り、所定の警報を
出すようになっている例である。図６に示す例において
は、先の実施例と同様に、Ｆｐとγの比較を行った後
に、さらに、対象運転流量と対象運転流量よりも大きな
流量との流量差（ｄＱ）と、対象運転流量と対象運転流
量よりも大きな流量における変動値差（ｄ（Ｆｐ））と
の比Ｂを計算し、このＢが負の値の場合は不安定現象と
判断する（Ｓｔ５’）。たとえ変動値がしきい値に達し
ていても、無次元変動値が無次元流量に対して減少して
いれば系は安定の方向に向かうのでサージングにはなら
ないからである。
【００２７】この実施例では、対象信号を測定するセン
サの位置により不安定現象の重要度を変えており、上記
のＳｔ４とＳｔ５’の判断が吸込配管（羽根車入口部）
７においていずれもＹＥＳであれば（Ｓｔ６’）、警報
１が発せられる（Ｓｔ７’）。同様にディフューザでそ
のように判定されれば（Ｓｔ８’）、警報２が発せられ
（Ｓｔ９’）、吸込配管７でのデータを元にそのように
判断されれば（Ｓｔ１０’）、警報３が発せられる（Ｓ
ｔ１１’）とともにサージング発生と判断される（Ｓｔ
１２’）。図７からもわかるように、ディフューザ４で
は、吸込配管７の変動が始まる前に変動が起こるので、
ディフューザ４での変動が開始した点をとらえれば、サ
ージングが開始する前に何らかの防止処置が可能とな
る。また羽根車吸込口でも同様な対応が可能である。
サの位置により不安定現象の重要度を変えており、上記
のＳｔ４とＳｔ５’の判断が吸込配管（羽根車入口部）
７においていずれもＹＥＳであれば（Ｓｔ６’）、警報
１が発せられる（Ｓｔ７’）。同様にディフューザでそ
のように判定されれば（Ｓｔ８’）、警報２が発せられ
（Ｓｔ９’）、吸込配管７でのデータを元にそのように
判断されれば（Ｓｔ１０’）、警報３が発せられる（Ｓ
ｔ１１’）とともにサージング発生と判断される（Ｓｔ
１２’）。図７からもわかるように、ディフューザ４で
は、吸込配管７の変動が始まる前に変動が起こるので、
ディフューザ４での変動が開始した点をとらえれば、サ
ージングが開始する前に何らかの防止処置が可能とな
る。また羽根車吸込口でも同様な対応が可能である。
【００２８】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、流
体機械の設計点流量より小流量で発生するサージングを
迅速に、精度良く検出することができる。
体機械の設計点流量より小流量で発生するサージングを
迅速に、精度良く検出することができる。
【図１】本発明のサージング検出装置が取付けられる単
段遠心圧縮機の縦断面図である。
段遠心圧縮機の縦断面図である。
【図２】本発明に係るサージング検出装置の一実施例を
示すブロック図である。
示すブロック図である。
【図３】本発明に係るサージング検出装置の処理手順を
示すフローチャートである。
示すフローチャートである。
【図４】本発明に係るサージング検出装置における変動
値の求め方を説明するグラフである。
値の求め方を説明するグラフである。
【図５】本発明に係るサージング検出装置のしきい値の
求め方を示すグラフである。
求め方を示すグラフである。
【図６】本発明に係るサージング検出装置の処理手順を
示すフローチャートの第２の例である。
示すフローチャートの第２の例である。
【図７】ポンプの各所における圧力変動状態を示す図で
ある。
ある。
Ｓ1，Ｓ2，Ｓ3 センサ １ ケーシング ２ 羽根車 ４ 案内羽根付きディフューザ ７ 吸込配管 ９ 吐出配管 １１ 信号増幅器 １２ フィルタ １３ 演算処理装置
【手続補正書】
【提出日】平成７年８月１８日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１０】本発明は、上記のような実験結果を踏まえ
てなされたもので、請求項１に記載の発明は、流体機械
の本体あるいは配管に取付けられ、取扱い流体の流量、
速度、圧力のいずれか一つ若しくは軸振動またはこれら
のうちの複数の状態量を検出するセンサと、該センサの
出力信号を処理して上記状態量の微小測定時間ごとの変
動値を算出し、サージングを検出する演算処理装置とを
備えたことを特徴とするサージング検出装置である。
てなされたもので、請求項１に記載の発明は、流体機械
の本体あるいは配管に取付けられ、取扱い流体の流量、
速度、圧力のいずれか一つ若しくは軸振動またはこれら
のうちの複数の状態量を検出するセンサと、該センサの
出力信号を処理して上記状態量の微小測定時間ごとの変
動値を算出し、サージングを検出する演算処理装置とを
備えたことを特徴とするサージング検出装置である。
Claims (7)
- 【請求項１】 流体機械の本体あるいは配管に取付けら
れ、取扱い流体の流量、速度、圧力のいずれか一つまた
はこれらのうちの複数の状態量を検出するセンサと、 該センサの出力信号を処理して上記状態量の微小測定時
間ごとの変動値を算出し、サージングを検出する演算処
理装置とを備えたことを特徴とするサージング検出装
置。 - 【請求項２】 上記演算処理装置は、上記変動値と予め
求めた変動値のしきい値とを比較してサージングを検出
することを特徴とする請求項１に記載のサージング検出
装置。 - 【請求項３】 上記微小測定時間は、羽根車の羽根の通
過に起因する変動の影響を相殺するための必要最小限の
時間として設定されることを特徴とする請求項１又は２
に記載のサージング検出装置。 - 【請求項４】 上記変動値は、上記微小測定時間におい
てさらにこれを細分したサンプリング時間ごとに得た状
態量データの標準偏差として与えられることを特徴とす
る請求項１ないし３のいずれかに記載のサージング検出
装置。 - 【請求項５】 上記サンプリング時間は、羽根車の羽根
の通過に起因する変動の影響を相殺するための必要最大
限の時間として設定されることを特徴とする請求項４に
記載のサージング検出装置。 - 【請求項６】 上記演算処理装置には、上記微小測定時
間又は上記サンプリング時間を設定するための入力装置
が設けられていることを特徴とする請求項１ないし５の
いずれかに記載のサージング検出装置。 - 【請求項７】 上記演算処理装置は、さらに、判断時点
における流量変化に対する上記変動値の変化量の比を算
出し、これをも判断基準として用いることを特徴とする
請求項１ないし６のいずれかに記載のサージング検出装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14250095A JP3239327B2 (ja) | 1994-05-23 | 1995-05-17 | サージング検出装置 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6-132558 | 1994-05-23 | ||
| JP13255894 | 1994-05-23 | ||
| JP14250095A JP3239327B2 (ja) | 1994-05-23 | 1995-05-17 | サージング検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0842491A true JPH0842491A (ja) | 1996-02-13 |
| JP3239327B2 JP3239327B2 (ja) | 2001-12-17 |
Family
ID=26467100
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14250095A Expired - Fee Related JP3239327B2 (ja) | 1994-05-23 | 1995-05-17 | サージング検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3239327B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2022113666A1 (ja) * | 2020-11-27 | 2022-06-02 | 三菱重工業株式会社 | 制御装置、制御方法およびプログラム |
| JP2024027676A (ja) * | 2022-08-18 | 2024-03-01 | 株式会社川本製作所 | ポンプケーシング及びポンプ装置 |
-
1995
- 1995-05-17 JP JP14250095A patent/JP3239327B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2022113666A1 (ja) * | 2020-11-27 | 2022-06-02 | 三菱重工業株式会社 | 制御装置、制御方法およびプログラム |
| JP2022085282A (ja) * | 2020-11-27 | 2022-06-08 | 三菱重工業株式会社 | 制御装置、制御方法およびプログラム |
| JP2024027676A (ja) * | 2022-08-18 | 2024-03-01 | 株式会社川本製作所 | ポンプケーシング及びポンプ装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3239327B2 (ja) | 2001-12-17 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |