JPS5810593B2 - Turbine phenomenon prevention control device for centrifugal compressors - Google Patents
Turbine phenomenon prevention control device for centrifugal compressorsInfo
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- JPS5810593B2 JPS5810593B2 JP1613779A JP1613779A JPS5810593B2 JP S5810593 B2 JPS5810593 B2 JP S5810593B2 JP 1613779 A JP1613779 A JP 1613779A JP 1613779 A JP1613779 A JP 1613779A JP S5810593 B2 JPS5810593 B2 JP S5810593B2
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は遠心式圧縮機の吐出側圧力が低下したとき圧縮
機の最終段附近の回転翼に生じるタービン現象を防止す
る遠心式圧縮機のタービン現象防止制御装置に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a turbine phenomenon prevention control device for a centrifugal compressor that prevents a turbine phenomenon occurring in a rotor blade near the final stage of a centrifugal compressor when the discharge side pressure of the centrifugal compressor decreases.
一般に、製鉄所などにおいて高圧酸素を得るのに遠心式
圧縮機が用いられている。Generally, centrifugal compressors are used to obtain high pressure oxygen in steel mills and the like.
高圧酸素は転炉の溶鉄の反応を促進させる酸素吹錬など
に使用される。High-pressure oxygen is used in oxygen blowing to accelerate the reaction of molten iron in converters.
この場合、圧縮機より送出された気体酸素は一旦圧力槽
に貯えられた後に複数の転炉に供給される。In this case, gaseous oxygen delivered from the compressor is once stored in a pressure tank and then supplied to a plurality of converters.
ところで、遠心式圧縮機は負荷の急変によりその吐出側
圧力が実吐出圧力より急激に低下すると最終段附近の回
転翼が回転力を受けるという、いわゆるタービン現象を
発生する。By the way, in a centrifugal compressor, when the discharge side pressure suddenly decreases from the actual discharge pressure due to a sudden change in load, a so-called turbine phenomenon occurs in which the rotor blades near the final stage are subjected to rotational force.
ここで、平常時における吐出側圧力は配管の損失を無視
すれば圧縮機の実吐出圧力と等しくなるが、本明細書に
おいてはタービン現象を説明する観点から制御弁の圧縮
機側の圧力を吐出側圧力と称し、圧縮機の実吐出圧力と
区別して説明する。Here, the discharge side pressure under normal conditions is equal to the actual discharge pressure of the compressor if piping losses are ignored, but in this specification, from the perspective of explaining the turbine phenomenon, the pressure on the compressor side of the control valve is expressed as the pressure on the compressor side. It is called side pressure and will be explained separately from the actual discharge pressure of the compressor.
タービン現象を生じると圧縮機は異常振動を生じ破損す
ることがある。When a turbine phenomenon occurs, the compressor may generate abnormal vibrations and be damaged.
また、特に、酸素圧縮機においては異常振動によってス
ケールがはく離落下し回転翼に衝突することにより発生
する火花によって酸素が爆発するという重大事故を惹起
する。Furthermore, especially in oxygen compressors, abnormal vibrations cause scales to peel off and fall, and when they collide with the rotor blades, the sparks generated cause oxygen to explode, causing a serious accident.
従来、このようなタービン現象を防止するため圧縮機の
吐出側圧力が所定値となるように制御弁の開度を制御し
ている。Conventionally, in order to prevent such a turbine phenomenon, the opening degree of a control valve is controlled so that the pressure on the discharge side of the compressor becomes a predetermined value.
この従来装置を第1図により説明する。This conventional device will be explained with reference to FIG.
第1図において、酸素プラント1から発生する気体酸素
(通常一定量)は吸入弁2を介して圧縮機3に流入する
。In FIG. 1, gaseous oxygen (usually a constant amount) generated from an oxygen plant 1 flows into a compressor 3 via an intake valve 2. In FIG.
圧縮機3に流入した気体酸素は昇圧され、逆止弁4およ
び制御弁5を介して圧力槽6に送り込まれる。Gaseous oxygen flowing into the compressor 3 is pressurized and sent to the pressure tank 6 via the check valve 4 and the control valve 5.
気体酸素は圧力槽6に一旦貯えられ各負荷に供給される
。Gaseous oxygen is temporarily stored in a pressure tank 6 and supplied to each load.
圧縮機3はしゃ断器10を介して交流電源11に接続さ
れている交流電動機(誘導機あるいは同期機)により駆
動される。The compressor 3 is driven by an AC motor (induction machine or synchronous machine) connected to an AC power supply 11 via a breaker 10.
この場合、圧縮機3は吐出圧力の変動が大きくなるなど
の理由から回転数制御を行わないのが一般的である。In this case, the rotation speed of the compressor 3 is generally not controlled for reasons such as large fluctuations in discharge pressure.
したがって、交流電動機9はその極数と電源周波数で定
まる定格速度(一定速度)で運転するようにしている。Therefore, the AC motor 9 is operated at a rated speed (constant speed) determined by the number of poles and the power supply frequency.
さて、上述したタービン現象を防止するには制御弁5の
開度を制御する。Now, in order to prevent the above-mentioned turbine phenomenon, the opening degree of the control valve 5 is controlled.
すなわち、圧縮機3の吐出側圧力を圧力伝送器7で検出
しPI調節計8に入力する。That is, the pressure on the discharge side of the compressor 3 is detected by the pressure transmitter 7 and input to the PI controller 8 .
調節計8は吐出側圧力の実測値と設定値を比較し制御弁
5の開度を制御する。The controller 8 compares the measured value of the discharge side pressure with a set value and controls the opening degree of the control valve 5.
例えば、吐出側圧力の圧力が設定値より小さくなると制
御弁5の開度を小さくする。For example, when the pressure on the discharge side becomes smaller than a set value, the opening degree of the control valve 5 is reduced.
ここで、吸入弁2は圧縮機3に流入する酸素流量を制限
し、圧縮機3に流入する酸素の圧力を一定とすることに
より酸素の純度が低下するのを防止するものである。Here, the suction valve 2 restricts the flow rate of oxygen flowing into the compressor 3, and by keeping the pressure of the oxygen flowing into the compressor 3 constant, prevents the purity of oxygen from decreasing.
また、逆止弁4は圧縮機3を停止する場合に圧力槽6か
らの逆流を防止するものである。Further, the check valve 4 prevents backflow from the pressure tank 6 when the compressor 3 is stopped.
逆止弁4は制御弁5の圧力槽6側に設けられることもあ
る。The check valve 4 may be provided on the pressure tank 6 side of the control valve 5.
なお、圧縮機3には吐出側圧力が設定値よりも上昇した
場合にバイパスさせるバイパス弁も設けられているが図
示を省略しである。Note that the compressor 3 is also provided with a bypass valve that bypasses the valve when the discharge side pressure rises above a set value, but this valve is not shown.
さて、以上のように圧縮機の吐出側圧力が設定値となる
ように制御弁開度を制御することによりタービン現象を
防止している。Now, as described above, the turbine phenomenon is prevented by controlling the opening degree of the control valve so that the pressure on the discharge side of the compressor becomes a set value.
ところが、吐出側圧力が設定値となるように制御してい
るため圧縮機の回転速度が変化した場合に次のような問
題点を有する。However, since the discharge side pressure is controlled to be a set value, the following problems occur when the rotational speed of the compressor changes.
上述したように、交流電動機は電源周波数で定まる速度
で運転される。As mentioned above, the AC motor is operated at a speed determined by the power supply frequency.
したがって、電源周波数が変動すると、それに伴い交流
電動機、つまり圧縮機の回転速度も変化する。Therefore, when the power supply frequency changes, the rotational speed of the AC motor, that is, the compressor, changes accordingly.
電源周波数が低下すると回転速度も低下する。When the power supply frequency decreases, the rotation speed also decreases.
ところで、圧縮機の吐出圧力と流量の関係は回転速度を
パラメータにとると第2図のようになる。By the way, the relationship between the discharge pressure and the flow rate of the compressor is as shown in FIG. 2 when the rotation speed is taken as a parameter.
第2図において、曲線C2は予め定めた定格速度時の特
性で、曲線C1は回転数変動による最高速度時の特性で
ある、曲線C3は最低速度時の特性である。In FIG. 2, the curve C2 is the characteristic at a predetermined rated speed, the curve C1 is the characteristic at the maximum speed due to rotation speed fluctuation, and the curve C3 is the characteristic at the lowest speed.
なお、第2図においてQNは定格流量である。In addition, in FIG. 2, QN is the rated flow rate.
一方、タービン現象の生じる原因を第3図において説明
すると、圧縮機回転軸3Sには例えば9個のブレードB
1〜B9が取付けられ、回転により酸素を圧縮する。On the other hand, to explain the cause of the turbine phenomenon in FIG. 3, for example, there are nine blades B on the compressor rotating shaft 3S.
1 to B9 are attached and compress oxygen by rotation.
圧縮機の吸入圧力はブレードB1.〜B9の各段により
昇圧し、最終段のブレードB9を通過したときに定格圧
力PNになる。The suction pressure of the compressor is blade B1. The pressure is increased through each stage from B9 to B9, and reaches the rated pressure PN when passing through the final stage blade B9.
この状態において圧縮機の吐出側圧力が例えばP2に低
下したとするとブレードB8.B9の近辺では圧縮され
た気体が吐出側に流出する。In this state, if the pressure on the discharge side of the compressor drops to, for example, P2, blade B8. Near B9, compressed gas flows out to the discharge side.
したがって、タービン現象を呈することになる。Therefore, a turbine phenomenon will be exhibited.
この第3図の説明は定格速度の場合で第2図の曲線C2
の場合であるが、曲線C1,C3の場合においてタービ
ン現象を発生する吐出側圧力はPl。The explanation of this figure 3 is for the case of rated speed, curve C2 in figure 2.
In the case of curves C1 and C3, the discharge side pressure that causes the turbine phenomenon is Pl.
P3のようになる。It will look like P3.
このように、圧縮機の回転数によりタービン現象を発生
する吐出側圧力もPl。In this way, the discharge side pressure that causes the turbine phenomenon depending on the rotation speed of the compressor is also Pl.
P2.P3と変動する。P2. It fluctuates to P3.
したがって、調節計8に設定する吐出側圧力設定値を定
格速度時の吐出側圧力P2に設定した場合、速度低下す
ると圧縮機の吐出流量が零となり、圧縮機は回転してい
るが負荷に気体を圧送しないことになる。Therefore, if the discharge side pressure setting value set in the controller 8 is set to the discharge side pressure P2 at the rated speed, when the speed decreases, the discharge flow rate of the compressor becomes zero, and although the compressor is rotating, there is no gas in the load. This means that the material will not be pumped.
一方、速度が上昇するとタービン現象を生じることにな
る。On the other hand, increasing speed will result in a turbine phenomenon.
これは、曲線C1の圧力限界値P2がPlより小さいこ
とから明らかである。This is clear from the fact that the pressure limit value P2 of the curve C1 is smaller than Pl.
このことを解決するには回転速度変動の最高速度のとき
の圧力に設定すれば良いが、このようにすると制御弁の
開度を小さくした状態となるため吐出流量が少なくなり
、運転効率が低下する。To solve this problem, it is possible to set the pressure at the maximum speed of the rotational speed fluctuation, but if this is done, the opening degree of the control valve will be reduced, which will reduce the discharge flow rate and reduce operating efficiency. do.
以上のように、吐出側圧力を一点に設定して制御弁開度
を制御したのでは圧縮機の回転速度が変動した場合に良
好にタービン現象を防止できないという問題点を有する
。As described above, if the control valve opening degree is controlled by setting the discharge side pressure at one point, there is a problem that the turbine phenomenon cannot be satisfactorily prevented when the rotational speed of the compressor fluctuates.
本発明は上記点に対処して成されたもので、その目的と
するところは回転速度が変動してもタービン現象を良好
に防止できる遠心式圧縮機のタービン現象防止制御装置
を提供することにある。The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and its purpose is to provide a turbine phenomenon prevention control device for a centrifugal compressor that can effectively prevent the turbine phenomenon even when the rotational speed fluctuates. be.
本発明の特徴とするところは圧縮機の回転速度と吐出側
圧力設定値を変更し、実吐出圧力と吐出側圧力との差が
所定値以内になるように制御弁開度を制御することにあ
る。The feature of the present invention is that the rotational speed of the compressor and the discharge side pressure set value are changed, and the control valve opening degree is controlled so that the difference between the actual discharge pressure and the discharge side pressure is within a predetermined value. be.
本発明の一実施例を第4図により説明する。An embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
第4図において第1図と同一記号のものは相当物を示し
、12は設定値を外部条件により可変できる、いわゆる
カスケード設定形の調節計、13は変成器、14は交流
電源11の周波数Fを検出し、第5図に示す如く周波数
Fに比例した信号Vを出力する周波数変換器、15は信
号Vに比例し第5図の如く吐出圧設定値PSを出力する
比率設定器である。In Fig. 4, the same symbols as in Fig. 1 indicate equivalents, 12 is a so-called cascade setting type controller whose set value can be varied depending on external conditions, 13 is a transformer, and 14 is the frequency F of the AC power supply 11. A frequency converter 15 outputs a signal V proportional to the frequency F as shown in FIG. 5, and a ratio setter 15 outputs a discharge pressure set value PS proportional to the signal V as shown in FIG.
なお、設定値PS1.PS2.PS3は第2図に示す限
界値P1.P2.P3より若干大きく設定される。Note that the set value PS1. PS2. PS3 is the limit value P1. shown in FIG. P2. It is set slightly larger than P3.
かかる構成において、交流電源11が定格周波数FNで
あれば比率設定器15から吐出圧設定値P82が調節計
12に与えられる。In this configuration, if the AC power supply 11 has the rated frequency FN, the discharge pressure set value P82 is given to the controller 12 from the ratio setter 15.
調節計12は吐出側圧力が設定値P82になるように制
御弁5の開度を制御する。The controller 12 controls the opening degree of the control valve 5 so that the discharge side pressure becomes a set value P82.
設定値PS2は第2図のタービン現象を生じる吐出側圧
力P2より若干大きく設定されている。The set value PS2 is set slightly larger than the discharge side pressure P2 that causes the turbine phenomenon shown in FIG.
したがって、タービン現象になることはない。Therefore, no turbine phenomenon occurs.
今、交流電源11の周波数Fが高くなり、例えばFHに
なると、調節計12には設定値PS1が与えられる。Now, when the frequency F of the AC power source 11 becomes high, for example FH, the set value PS1 is given to the controller 12.
したがって、調節計12は制御弁5の開度を吐出側圧力
が設定値PS1となるような開度に制御する。Therefore, the controller 12 controls the opening degree of the control valve 5 to such an opening degree that the discharge side pressure becomes the set value PS1.
また、調節計12は周波数FがFLになると吐出側圧力
PS3となるよう制御弁5を制御する。Further, the controller 12 controls the control valve 5 so that the discharge side pressure becomes PS3 when the frequency F becomes FL.
このように、電源周波数の変動、つまり圧縮機の回転速
度に応じて吐出側圧力の設定値を変更しているので吐出
流量が零になったり、圧縮機の運転効率を低下させるこ
となく安定にタービン現象を防止できる。In this way, the set value of the discharge side pressure is changed according to fluctuations in the power supply frequency, that is, the rotational speed of the compressor, so the discharge flow rate can be stabilized without becoming zero or reducing the operating efficiency of the compressor. Turbine phenomenon can be prevented.
なお、上述の実施例においては圧縮機の回転速度の変動
を電源周波数によって検出しているが、圧縮機あるいは
電動機に速度検出器を取り付けて回転速度を検出しても
同様に行える。In the above-described embodiment, fluctuations in the rotational speed of the compressor are detected using the power supply frequency, but the same effect can be achieved by attaching a speed detector to the compressor or the electric motor and detecting the rotational speed.
以上説明したように、本発明によれば圧縮機の運転効率
を低下させることなく良好にタービン現象を防止できる
。As explained above, according to the present invention, the turbine phenomenon can be effectively prevented without reducing the operating efficiency of the compressor.
なお、上述の説明は圧縮機の回転速度変動が電源周波数
の場合について述べたが他の原因で変動した場合でも同
様にして行えるのは勿論である。Although the above description has been made regarding the case where the rotational speed of the compressor fluctuates due to the power supply frequency, it goes without saying that the same method can be used even when the rotational speed fluctuates due to other causes.
第1図は従来装置の一例を示す構成図、第2図は圧縮機
の圧力−流量特性図、第3図は遠心式圧縮機の圧縮工程
図、第4図は本発明の一実施例を示す構成図、第5図は
第4図における周波数検出器と比率設定器の入出力特性
図である。
3・・・・・・圧縮機、5・・・・・・制御弁、6・・
・・・・圧力槽、7・・・・・・圧力伝送器、9・・・
・・・交流電動機、11・・・・・・交流電源、12・
・・・・・PI調節計、14・・・・・・周波数検出器
、15・・・・・・比率設定器。Fig. 1 is a configuration diagram showing an example of a conventional device, Fig. 2 is a pressure-flow characteristic diagram of a compressor, Fig. 3 is a compression process diagram of a centrifugal compressor, and Fig. 4 is an example of an embodiment of the present invention. The configuration diagram shown in FIG. 5 is an input/output characteristic diagram of the frequency detector and ratio setter in FIG. 4. 3... Compressor, 5... Control valve, 6...
...Pressure tank, 7...Pressure transmitter, 9...
...AC motor, 11...AC power supply, 12.
...PI controller, 14...Frequency detector, 15...Ratio setter.
Claims (1)
圧縮機の吐出側に設けられる制御弁と、前記圧縮機の吐
出側圧力が設定値となるように、前記制御弁の開度を制
御する弁制御装置とを備え、前記圧縮機の回転速度を検
出し、この回転速度に応じて前記吐出側圧力設定値を変
更し、圧縮機の実吐出圧力と吐出側圧力との差が所定値
以内になるようにしたことを特徴とする遠心式圧縮機の
タービン現象防止制御装置。 2 圧縮機の回転速度は該圧縮機を駆動する交流電動機
の交流電源周波数により検出するようにしたことを特徴
とする特許請求の範囲第1項記載の遠心式圧縮機のター
ビン現象防止制御装置。[Scope of Claims] 1. A centrifugal compressor that compresses and discharges incoming gas; a control valve provided on the discharge side of the compressor; and a valve control device that controls the opening degree of the control valve, detects the rotation speed of the compressor, changes the discharge side pressure set value according to this rotation speed, and adjusts the actual discharge pressure of the compressor and the discharge side pressure. A turbine phenomenon prevention control device for a centrifugal compressor, characterized in that the difference between the pressure and the pressure is within a predetermined value. 2. The turbine phenomenon prevention control device for a centrifugal compressor according to claim 1, wherein the rotational speed of the compressor is detected based on the AC power frequency of an AC motor that drives the compressor.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1613779A JPS5810593B2 (en) | 1979-02-16 | 1979-02-16 | Turbine phenomenon prevention control device for centrifugal compressors |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1613779A JPS5810593B2 (en) | 1979-02-16 | 1979-02-16 | Turbine phenomenon prevention control device for centrifugal compressors |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS55109798A JPS55109798A (en) | 1980-08-23 |
| JPS5810593B2 true JPS5810593B2 (en) | 1983-02-26 |
Family
ID=11908098
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1613779A Expired JPS5810593B2 (en) | 1979-02-16 | 1979-02-16 | Turbine phenomenon prevention control device for centrifugal compressors |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5810593B2 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5620894U (en) * | 1979-07-23 | 1981-02-24 |
-
1979
- 1979-02-16 JP JP1613779A patent/JPS5810593B2/en not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS55109798A (en) | 1980-08-23 |
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