JP2011179413A - 流体機械運転制御装置、逆風圧抑制装置、流体機械運転方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】風路11内に配置され、回転翼15を電動モータ17で回転させることにより、気流を風路11の一方から他方に送る換気ファン10の運転制御を行う流体機械運転制御装置において、速度制御装置3と、通常制御機能を有する換気ファン運転操作制御装置1と、風路11に許容範囲外の外部圧力流体流が侵入した場合に速度制御装置3に通常制御機能を停止させ、回転体をフリーラン状態にさせる保護制御を指示する保護制御指示機能を有する換気ファン保護制御装置2と、機械式自動逆風圧抑制装置4を備えた。
【選択図】図11
Description
換気ファン101の軸動力が電動モータ103の定格軸動力を上回る場合には、電動モータ103が過負荷となるため継続運転できない。換気ファン101の運転を停止せず継続運転するためには次の対応を必要としていた。
・図4に示すように、ダンパ108を備えたバイパス流路106を設置する。
圧力風遮断装置110を閉じて流路100を遮断した場合、ダンパ108を開いて送風経路を切り換え、循環送風とし、換気ファン101の定格締切運転を回避する。
・換気ファン101の回転翼102の翼形式が固定翼の場合は回転数制御により回転翼102の回転数を減じ、風量及び全圧力を減じることにより軸動力を強制的に許容範囲に減じる。
・換気ファン101の回転翼102の翼形式が可動翼方式の場合は翼角度をねかせて風量及び全圧力を減じることにより、軸動力を強制的に許容範囲に減じる。
換気ファン101の軸動力が電動モータ103の定格軸動力を下回る場合には、電動モータ103は過負荷とはならないので、継続運転は制約されない。但し、締切運転は換気ファン101内部で気流が大きく乱れて強制的に循環されている状態のため、流体力のアンバランスが生じ、振動が大きくなるなどの悪影響により軸受等を劣化させる等の原因となるため好ましくない。従って、時間的な制限を設ける等の処置を必要としていた。
・流路100に外部から気流(風)が侵入するたびに圧力風遮断装置110を閉鎖する必要があるため、制御的に外部からの気流の侵入と、気流の影響低下を検知し、時間的余裕を確保して圧力風遮断装置110を開閉制御する必要がある。
・圧力風遮断装置110の閉鎖時には流路100は全く遮断状態となるため、換気機能が全く停止してしまう。
・圧力風遮断装置110が誤操作や故障した場合においては流路100を遮断できなくなる。この場合には程度により換気ファン101が損傷に至る。気流の方向よりそれぞれ以下の問題が発生する。
図5に示すように、矢印Aに示す方向に正常回転し、矢印Bに示す正流方向に気流を送っている換気ファン101に時刻t2で矢印Cに示す逆流方向の気流が侵入すると、換気ファン101の運転点(風量、圧力)は締め切り方向に移り、必要とする軸動力も換気ファン101の特性によって変化していく。更に時刻t3、t4と気流が強まると換気ファン101の内部を矢印Dに示すように逆流する領域に入り、相前後して電動モータ103の軸動力は定格軸動力値以上に達し、過負荷電流状態に至る。この過負荷状態になると、電路の保護装置により電路開閉器が開放され、以後、換気ファン101の回転体は気流の大きさに応じて無拘束にE方向に逆転し、ランナウエイ回転数に(換気ファン101が気流により回転させられる飽和回転数)に達する。
図6に示すように、矢印Aに示す方向に正常回転し、矢印Bに示す気流を送っている換気ファン101に時刻t2で矢印Dに示すように正流方向に気流(風)が侵入すると、換気ファン101の運転点(風量、圧力)は過大風量方向に移り、必要とする軸動力も換気ファン101の特性によって変化していく。更に時刻t3、t4と気流が強まると該気流による強制回転力が換気ファン101に回転力として作用しはじめ、著しくなると電動モータ103は発電機として仕事を始める。発電された電力は開閉器を通して逆送電(回生)を開始してしまう。回生を許容しない装置であれば、保護装置により電路開閉器が開放され、以後換気ファン101の回転体は無拘束に過回転し、ランナウェイ回転数(換気ファン101が気流により回転させられる飽和回転数)に達する。
図7に示す上記逆止ダンパである圧力風遮断装置110の構造は、ダンパ閉鎖時に逆風を許容しない構造となっている。即ち、閉鎖時に弁体132の弁座135部が合わさる(接触する)ことにより密閉性を確保する構造となっている。更に、正風側、逆風側共に無風の場合には弁体132が自重F等により自然に図9の破線で示す閉鎖位置となるようにしている。このような構造であるため、下記のような問題点がある。
過大な逆風が図10の矢印Eに示すように、短時間に発生する場合、弁体132の閉鎖動作が激しくなり、弁体132と弁座135が激しく衝突することになり、過大な衝撃と衝撃音が発生する。
逆風の発生頻度が多いと、衝撃と衝撃音を伴う閉鎖の頻度も多くなり、弁座135に該当する部分や荷重支持部が消耗・劣化して故障の確率が高くなる。
正風時において弁体132が風量、風圧の変動により弁体軸133を中心に揺動するため、弁体132の角度が閉鎖方向にある場合には通風抵抗を発生し、換気ファンの送風効率を阻害する。
図8に示す強制開閉機構(電動、空圧、油圧等)を有する強制開閉ダンパである圧力風遮断装置110の設置の場合は、弁体132の閉鎖動作を強制的に行うため、開閉動作は強制開閉機構によって所定の開閉速度に制御することができる。よって、弁体132の閉鎖速度は一定に保てるために逆止ダンパのように衝撃を伴う弁体132の閉鎖の問題はなくなる。また、弁体開度が常に制動されているため風量、圧力の変動に対して弁体が揺動することなく固定できる。しかしながら、開閉動作を強制開閉機構により行うため下記の問題点がある。
強制開閉ダンパである圧力風遮断装置110を動作させるためには、計装設備により逆風を検知し、制御装置により圧力風遮断装置110の動作を制御し、強制開閉機構により弁体を駆動する必要があるため、計装設備、制御設備、駆動設備のいずれかに故障が生じた場合、圧力風遮断装置110は正規の閉鎖動作に至らず、換気ファンに逆風が及んで著しい場合は破壊に至ってしまう。
L2
Ta=∫ P・W・l・dl
-L1
=(1/2)P・W・(L2 2−L1 2)
となる。
L4
Tb=∫ P・W・l・dl
-L3
=(1/2)P・W・(L4 2-L3 2)
となる。但し、Pは逆風Cの圧力(Pa)、Wは弁体42の幅を示す。回転力の関係はTa>Tbとなる。このように弁体42に逆風Cが作用して発生する回転力は弁体42に固定する弁体軸43の位置の弁体42の中心からのずれ、即ち弁体軸43のオフセット位置を調整することにより調整できる。
2 換気ファン保護制御装置
3 速度制御装置
4 機械式自動逆風圧抑制装置
10 換気ファン
11 風路
15 回転翼
17 電動モータ
31 制御対象信号発信器
32 運転・停止指令信号発信器
33 設定回転数発信器
35 インバータ
36 インバータ制御部
37 外力状態量発信器
40 逆風圧抑制機構
41 胴体
42 弁体
43 弁体軸
44 弁体軸受
45 弁体開閉レバー
46 弁体開閉リンク
50 弁体開度自動制御機構
51 バネ材
52 ブラケット
54 衝撃吸収機構(開側)
55 衝撃吸収機構(閉側)
57 初期閉鎖方向回転力付加装置
58 ストッパープレート
60 ストッパー支持バー
61 胴体側ストッパー
62 弁体側ストッパー
64 初期回転力付加装置
Claims (16)
- 流路内に配置され、回転翼を駆動機で回転させることにより、流体流を流路の一方から他方に送る流体機械の運転制御を行う流体機械運転制御装置において、
速度制御装置と、運転操作制御装置と、保護制御装置を備え、
前記速度制御装置は、通常は前記運転操作制御装置から指令される設定回転数で前記回転翼を回転させる動力を前記駆動機に出力する通常制御機能と、前記駆動機に出力する動力を無くし前記流体機械の前記回転翼を含む回転体を自由回転にさせるフリーラン制御機能とを備え、
運転操作制御装置は、前記通常制御時に前記速度制御装置に前記設定回転数信号を送り前記回転翼を設定回転数で回転させる通常制御指示機能を備え、
前記保護制御装置は、前記流路に許容範囲外の圧力を有する外部圧力流体流が侵入した場合に前記速度制御装置に前記通常制御機能を停止させ、前記回転体をフリーラン状態にさせる保護制御を指示する保護制御指示機能を備え、
たことを特徴とする流体機械運転制御装置。 - 請求項1に記載の流体機械運転制御装置において、
前記保護制御装置は、前記流路に作用する外部圧力流体の圧力が前記許容範囲内になった場合に前記保護制御指示機能を停止させ、前記速度制御装置による通常制御機能を再開させることを特徴とする流体機械運転制御装置。 - 請求項1又は2に記載の流体機械運転制御装置において、
前記速度制御装置に前記保護制御を指示した場合に前記運転操作制御装置に前記保護制御開始の信号を送る保護制御開始通知機能と、前記流路に作用する外部圧力流体の圧力が前記許容範囲内になった場合に保護制御終了の信号を送る保護制御終了通知機能を備え、
たことを特徴とする流体機械運転制御装置。 - 請求項2又は3に記載の流体機械運転制御装置において、
前記保護制御装置は、前記保護制御停止時に、前記回転体が逆回転している場合には、前記回転体の回転数が所定値以下に減速するまで前記フリーラン状態を維持することを特徴とする流体機械運転制御装置。 - 請求項2又は3に記載の流体機械運転制御装置において、
前記保護制御装置は、前記保護制御停止時に、前記回転体が逆回転している場合には、前記回転体の回転数が所定値以下に減速するまで、前記速度制御装置に制動指令信号を送信し、前記回転体を減速させることを特徴とする流体機械運転制御装置。 - 請求項2乃至5のいずれか1項に記載の流体機械運転制御装置において、
前記保護制御装置は、前記保護制御停止時に、前記回転体が正回転している場合には、直ちにフリーラン状態を終了させ、前記回転体が回転している状態のまま前記通常制御を再開させることを特徴とする流体機械運転制御装置。 - 請求項1乃至6のいずれか1項に記載の流体機械運転制御装置において、
更に、前記回転翼に作用する逆風圧を抑制する逆風圧抑制装置、若しくは、前記回転翼に作用する逆風圧を遮断する逆風圧遮断装置を備え、
たことを特徴とする流体機械運転制御装置。 - 風路内に配置され、回転翼を駆動機で回転させることにより、流体流を風路の一方から他方に送る流体機械に及ぶ逆風圧を抑制する逆風圧抑制装置であって、
逆風圧抑制機構と、弁体開度自動制御機構とを備え、
前記逆風圧抑制機構は、胴体と、1又は複数本の通風抵抗となる弁体を備え、前記弁体は該弁体に固定された弁体軸を有し、前記胴体内に並列に、且つ前記弁体軸を介して回動自在に配置され、複数本の前記弁体は前記逆風の風圧を受け回動するように構成され、
前記弁体開度自動制御機構は、前記逆風圧抑制機構の弁体が逆風の風圧を受けて回動する回動動作を所定の抑制力で抑制し、該弁体の開度を前記逆風圧に応じた開度に自動的に制御する機能を備えていることを特徴とする逆風圧抑制装置。 - 請求項8に記載の逆風圧抑制装置において、
複数本の前記弁体が前記風路に対して並列に位置する状態で、各前記弁体の後端部に前記逆風の方向に対して所定の角度で傾斜する傾斜部を設けるか、又は前記弁体の片側に前記逆風の方向に対して所定の角度で傾斜した傾斜面部を設けるか、又は前記弁体の断面形状を翼形状にするか、又は前記弁体を逆風の方向に対して所定角度だけ傾斜して配置して、前記逆風発生時に速やかに前記弁体に初動回転力を与える構成としたことを特徴とする逆風圧抑制装置。 - 風路内に配置され、回転翼を駆動機で回転させることにより、流体流を風路の一方から他方に送る流体機械に及ぶ逆風圧を抑制する逆風圧抑制装置であって、
逆風圧抑制機構と、衝撃吸収機構とを備え、
前記逆風圧抑制機構は、胴体と、複数本の通風抵抗となる弁体を備え、前記弁体は該弁体に固定された弁体軸を有し、前記胴体内に並列に、且つ前記弁体軸を介して回動自在に配置され、複数本の前記弁体は前記逆風の風圧を受け回動するよう構成され、
前記衝撃吸収機構は、前記逆風圧抑制機構の弁体の弁開度がそれぞれ最少付近、最大付近となる位置で前記弁体の回動を抑制し、前記弁体の急激な回動停止の衝撃を吸収することを特徴とする逆風圧抑制装置。 - 請求項10に記載の逆風圧抑制装置において、
前記逆風圧抑制機構の複数本の前記弁体は弁体開閉リンク機構により前記逆風の風圧を受け同一方向に、同一開度で回動するようになっており、前記衝撃吸収機構は前記弁体開閉リンク機構とそれぞれ前記弁開度が最少付近、最大付近で係合し、前記弁体の回動を抑制する開側衝撃吸収機構、閉側衝撃吸収機構とを備えていることを特徴とする逆風圧抑制装置。 - 請求項8乃至11のいずれか1項に記載の逆風圧抑制装置において、
前記逆風圧抑制機構の弁体軸の軸芯は前記弁体の断面重心と一致することを特徴とする逆風圧抑制装置。 - 請求項8乃至12のいずれか1項に記載の逆風圧抑制装置において、
前記逆風圧抑制機構は前記風路に流れる風が前記逆風と反対方向の正風である時、前記各弁体は前記正風の方向と平行に位置し、通風抵抗の小さい弁体形状にて最低限の通風抵抗を発生すると共に、前記通風抵抗が最大となる前記弁体の開度が最大位置では、互いに隣接する前記弁体と弁体との間に所定間隔の間隙が形成される構成であることを特徴とする逆風圧抑制装置。 - 請求項8乃至13のいずれか1項に記載の逆風圧抑制装置において、
前記胴体側に固定された胴体側ストッパーを備え、前記弁体と前記胴体側ストッパーとは、前記弁体の開度が最大位置近傍で係合し、前記弁体軸に対するねじりを抑制する構成としたことを特徴とする逆風圧抑制装置。 - 流路内に配置され、回転翼を駆動回転させることにより、気流を流路の一方から他方に送る流体機械の運転制御を行う流体機械運転方法において、
通常は設定回転数で前記流体機械の回転翼を含む回転体を回転させ、
前記流路内に許容範囲外の圧力を有する外部圧力流体流が侵入した場合に前記回転体を無拘束で前記外部圧力流体流により回転させるフリーラン状態にし、
前記外部圧力流体流の圧力が前記許容範囲内になった場合前記フリーラン状態を終了させることを特徴とする流体機械運転方法。 - 請求項15に記載の流体機械運転方法において、
前記回転体のフリーラン状態が終了した時点で該回転体に制動をかけて回転を停止させた後、前記流体機械を再加速させて運転すること特徴とする流体機械運転方法。
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KR101516265B1 (ko) | 2013-09-24 | 2015-05-04 | 삼성중공업 주식회사 | 풍향 감응식 윈드 가이드 |
CN114060295A (zh) * | 2020-07-31 | 2022-02-18 | 广东芬尼克兹节能设备有限公司 | 一种风机启动控制方法、装置、电子设备及存储介质 |
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