JP2016169772A

JP2016169772A - Bearing system for development drilling gas compressor and development drilling gas compression system, and magnetic bearing control method for development drilling gas compressor

Info

Publication number: JP2016169772A
Application number: JP2015048670A
Authority: JP
Inventors: 泰憲時政; Yasunori Tokimasa; 貝漕　高明; Takaaki Kaikogi; 高明貝漕
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2015-03-11
Filing date: 2015-03-11
Publication date: 2016-09-23

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a bearing system for development drilling gas compressor showing a superior tracking characteristic in control of a magnetic bearing.SOLUTION: A bearing system for a development drilling gas compressor is a bearing system for a compressor for increasing pressure of development drilling gas. The system comprises a thrust magnetic bearing including a magnetic force generating part for acting magnetic force against a thrust collar arranged at a rotating shaft of the compressor, a displacement sensor for detecting a relative displacement between the thrust magnetic bearing and the rotating shaft and a controller for controlling the magnetic force generating part to adjust the magnetic force on the basis of a result of detection of the displacement sensor. The controller includes an instruction value calculating part for calculating a feedback instruction value on the basis of a deflection between the result of detection by the displacement sensor and the target value of the relative displacement and a correction amount calculating part for calculating a correction value of the feedback instruction value on the basis of state quantity of the development drilling gas at an inlet upstream side of the compressor.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本開示は、採掘ガス圧縮機の軸受システム及び採掘ガス圧縮システム並びに採掘ガス圧縮機の磁気軸受制御方法に関する。 The present disclosure relates to a bearing system for a mining gas compressor, a mining gas compression system, and a magnetic bearing control method for the mining gas compressor.

磁気軸受によって回転軸が支持される回転機械では、通常、回転軸を非接触支持するために生成する磁力を調節するために、回転軸の変位に基づくフィードバック制御が行われる。
例えば、特許文献１には、磁性体で構成させるロータを、電磁石の吸引力を利用して非接触支持する磁気軸受装置が記載されている。この磁気軸受装置では、変位センサによって検出されたロータの変位量と目標値との偏差に基づいて励磁電流値が演算されて、その演算結果に基づいて磁気軸受部の電磁石のコイルに励磁電流を与えることで、ロータを非接触支持するための磁力が調節されるようになっている。 In a rotating machine in which a rotating shaft is supported by a magnetic bearing, feedback control based on the displacement of the rotating shaft is usually performed in order to adjust the magnetic force generated to support the rotating shaft in a non-contact manner.
For example, Patent Document 1 describes a magnetic bearing device that supports a rotor made of a magnetic material in a non-contact manner using an attractive force of an electromagnet. In this magnetic bearing device, the excitation current value is calculated based on the deviation between the displacement amount of the rotor detected by the displacement sensor and the target value, and the excitation current is applied to the electromagnet coil of the magnetic bearing unit based on the calculation result. By giving, the magnetic force for supporting the rotor in a non-contact manner is adjusted.

特許第４９２９２０８号明細書Japanese Patent No. 4929208

ところで、圧縮機においては、圧縮対象の流体の状態量（例えば密度）が変化すると、圧縮機の回転軸に作用する流体スラスト力が変化する。スラスト軸受として磁気軸受が用いられる場合、このような流体スラスト力の変化が生じた場合には、該流体スラスト力の変化により生じる回転軸の変位に基づいて、上述したようなフィードバック制御により、回転軸に作用させる磁力（軸受反力）を適切に調節できる場合がある。しかしながら、圧縮対象の流体が天然ガスなどの採掘ガスである場合、流体の状態量に変化が生じやすく、圧縮機の回転軸に作用する流体スラスト力の変化が急激となることがある。この場合、磁気軸受の制御の追従性が十分でなく、回転体と回転体の周囲の部材（電磁石等）とが接触するおそれがある。 By the way, in the compressor, when the state quantity (for example, density) of the fluid to be compressed changes, the fluid thrust force acting on the rotation shaft of the compressor changes. When a magnetic bearing is used as the thrust bearing, when such a change in fluid thrust force occurs, the rotation is performed by feedback control as described above based on the displacement of the rotating shaft caused by the change in fluid thrust force. In some cases, the magnetic force (bearing reaction force) acting on the shaft can be adjusted appropriately. However, when the fluid to be compressed is a mining gas such as natural gas, the state quantity of the fluid is likely to change, and the change of the fluid thrust force acting on the rotating shaft of the compressor may be abrupt. In this case, the followability of the control of the magnetic bearing is not sufficient, and the rotating body and members around the rotating body (such as an electromagnet) may come into contact.

上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、磁気軸受の制御の追従性が良好な採掘ガス圧縮機の軸受システムを提供することを目的とする。 In view of the above circumstances, an object of at least one embodiment of the present invention is to provide a bearing system for a mining gas compressor that has good followability in control of a magnetic bearing.

（１）本発明の少なくとも一実施形態に係る採掘ガス圧縮機の軸受システムは、
採掘ガスを昇圧するための圧縮機の軸受システムであり、
前記圧縮機の回転軸に設けられたスラストカラーに対して磁力を作用させるための磁力生成部を含むスラスト磁気軸受と、
前記スラスト磁気軸受と前記回転軸との相対変位を検出するための変位センサと、
前記変位センサの検出結果に基づいて、前記磁力生成部を制御して前記磁力を調節するように構成されたコントローラと、を備え、
前記コントローラは、
前記変位センサによる検出結果と前記相対変位の目標値との偏差に基づいて、フィードバック指令値を算出するための指令値算出部と、
前記圧縮機の入口上流側における前記採掘ガスの状態量に基づいて前記フィードバック指令値の補正量を算出するための補正量算出部と、
を含む。 (1) A bearing system for a mining gas compressor according to at least one embodiment of the present invention,
A compressor bearing system for boosting mining gas,
A thrust magnetic bearing including a magnetic force generation unit for causing a magnetic force to act on a thrust collar provided on a rotation shaft of the compressor;
A displacement sensor for detecting a relative displacement between the thrust magnetic bearing and the rotary shaft;
A controller configured to control the magnetic force generation unit and adjust the magnetic force based on a detection result of the displacement sensor, and
The controller is
A command value calculation unit for calculating a feedback command value based on a deviation between a detection result by the displacement sensor and a target value of the relative displacement;
A correction amount calculation unit for calculating a correction amount of the feedback command value based on a state amount of the mining gas on the inlet upstream side of the compressor;
including.

上記（１）の構成によれば、磁気軸受と回転軸との相対変位に基づくフィードバック指令値を、圧縮機入口上流側における採掘ガスの状態量に基づいて補正する。すなわち、磁気軸受と回転軸との相対変位に基づくフィードバック制御において、圧縮機に実際に流入する前の採掘ガスの状態量の変化による流体スラスト力の変化を当該採掘ガスの圧縮機への到達に先立って考慮するので、フィードバック指令値を補正しない場合に比べて、磁気軸受の制御の追従性が良好となる。 According to the configuration of (1) above, the feedback command value based on the relative displacement between the magnetic bearing and the rotary shaft is corrected based on the state quantity of the mining gas on the upstream side of the compressor inlet. In other words, in feedback control based on the relative displacement between the magnetic bearing and the rotating shaft, the change in fluid thrust force due to the change in the state quantity of the mining gas before actually flowing into the compressor is reached in reaching the compressor of the mining gas. Since it is considered in advance, the followability of the control of the magnetic bearing becomes better than when the feedback command value is not corrected.

（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、前記採掘ガスの前記状態量は、前記採掘ガスの密度又は前記採掘ガスの圧力の少なくとも一方を含む。
圧縮機に導入される採掘ガスの密度または圧力に応じて、圧縮機の回転軸に作用する流体スラスト力は変化する。上記（２）の構成によれば、採掘ガスの密度又は圧力に応じてフィードバック指令値の補正量を算出するので、適切な補正量を算出することができる。このため、磁気軸受の制御の追従性が良好となる。 (2) In some embodiments, in the configuration of (1), the state quantity of the mining gas includes at least one of the density of the mining gas or the pressure of the mining gas.
Depending on the density or pressure of the mining gas introduced into the compressor, the fluid thrust force acting on the rotating shaft of the compressor changes. According to the configuration of (2) above, the correction amount of the feedback command value is calculated according to the density or pressure of the mining gas, so that an appropriate correction amount can be calculated. For this reason, the followability of control of a magnetic bearing becomes favorable.

（３）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（２）の構成において、
前記圧縮機は、前記圧縮機の上流側に設けられた気液分離器を通過した前記採掘ガスの気体成分を圧縮するように構成され、
前記補正量算出部は、前記気液分離器と前記圧縮機との間における前記気体成分の前記状態量に基づいて前記補正量を算出するように構成される。
採掘現場にて採掘された採掘ガスは、気体成分と液体成分が混合した気液混合流体である場合がある。上記（３）の構成によれば、採掘ガスのうち、圧縮機に導入されて、回転軸に作用する流体スラスト力に影響を及ぼす気体成分の状態量に基づいてフィードバック指令値の補正量を算出するようにしたので、適切な補正量を算出することができる。このため、磁気軸受の制御の追従性が良好となる。 (3) In some embodiments, in the above configuration (1) or (2),
The compressor is configured to compress a gas component of the mined gas that has passed through a gas-liquid separator provided on the upstream side of the compressor,
The correction amount calculation unit is configured to calculate the correction amount based on the state amount of the gas component between the gas-liquid separator and the compressor.
The mining gas mined at the mining site may be a gas-liquid mixed fluid in which a gas component and a liquid component are mixed. According to the configuration of (3) above, the correction amount of the feedback command value is calculated based on the state quantity of the gas component that is introduced into the compressor and affects the fluid thrust force acting on the rotating shaft among the mined gas. As a result, an appropriate correction amount can be calculated. For this reason, the followability of control of a magnetic bearing becomes favorable.

（４）幾つかの実施形態では、上記（３）の構成において、
前記コントローラは、
前記気液分離器の上流側にて前記採掘ガスが採掘される採掘現場と、前記気液分離器との間における前記採掘ガスの状態量の変化速度が規定範囲内であるとき、前記フィードバック指令値を前記磁力生成部に対して出力し、
前記採掘現場と前記気液分離器との間における前記採掘ガスの前記状態量の前記変化速度が前記規定範囲外のとき、前記フィードバック指令値を前記補正量によって補正して得た補正指令値を前記磁力生成部に対して出力する
ように構成される。
上記（４）の構成によれば、比較的採掘現場に近い位置における採掘ガスの状態量の変化速度が比較的大きいときにのみ、フィードバック指令値を気体成分の状態量に基づいて補正した補正指令値が磁力生成部に与えられるとともに、採掘ガスの状態量の変化速度が比較的小さいときには、補正されないフィードバック指令値が磁力生成部に与えられる。このように、採掘ガスの状態量の変化速度に応じて、磁力生成部に与える指令値としてフィードバック指令値又は補正指令値の何れかを選択することで、フィードバック制御だけでは磁気軸受の制御の追従性が十分でなくフィードバック指令値の補正が必要な場合に限って、フィードバック指令値の補正を有効化することができる。 (4) In some embodiments, in the configuration of (3) above,
The controller is
When the change rate of the state quantity of the mining gas between the mining site where the mining gas is mined on the upstream side of the gas-liquid separator and the gas-liquid separator is within a specified range, the feedback command Output a value to the magnetic force generator,
When the change rate of the state quantity of the mining gas between the mining site and the gas-liquid separator is outside the specified range, a correction command value obtained by correcting the feedback command value by the correction amount is obtained. It is comprised so that it may output with respect to the said magnetic force generation part.
According to the configuration of (4) above, the correction command that corrects the feedback command value based on the state quantity of the gas component only when the change rate of the state quantity of the mining gas at a position relatively close to the mining site is relatively large. When the value is given to the magnetic force generation unit and the change rate of the mining gas state quantity is relatively small, an uncorrected feedback command value is given to the magnetic force generation unit. Thus, by selecting either the feedback command value or the correction command value as the command value given to the magnetic force generation unit according to the change rate of the state quantity of the mining gas, the control of the magnetic bearing can be tracked only by the feedback control. The correction of the feedback command value can be validated only when the correction is not sufficient and the correction of the feedback command value is necessary.

（５）本発明の少なくとも一実施形態に係る採掘ガス圧縮システムは、
採掘ガスを昇圧するための圧縮機と、
前記圧縮機の回転軸を支持するように構成された前記（１）〜（４）の何れかの構成の軸受システムと、を備える。 (5) A mining gas compression system according to at least one embodiment of the present invention includes:
A compressor for boosting the mining gas;
A bearing system having any one of the constitutions (1) to (4) configured to support a rotating shaft of the compressor.

上記（５）の構成によれば、磁気軸受と回転軸との相対変位に基づくフィードバック指令値を、圧縮機入口上流側における採掘ガスの状態量に基づいて補正する。すなわち、磁気軸受と回転軸との相対変位に基づくフィードバック制御において、圧縮機に実際に流入する前の採掘ガスの状態量の変化による流体スラスト力の変化を当該採掘ガスの圧縮機への到達に先立って考慮するので、フィードバック指令値を補正しない場合に比べて、磁気軸受の制御の追従性が良好となる。 According to the configuration of (5) above, the feedback command value based on the relative displacement between the magnetic bearing and the rotary shaft is corrected based on the state quantity of the mining gas on the upstream side of the compressor inlet. In other words, in feedback control based on the relative displacement between the magnetic bearing and the rotating shaft, the change in fluid thrust force due to the change in the state quantity of the mining gas before actually flowing into the compressor is reached in reaching the compressor of the mining gas. Since it is considered in advance, the followability of the control of the magnetic bearing becomes better than when the feedback command value is not corrected.

（６）本発明の少なくとも一実施形態に係る採掘ガスの磁気軸受制御方法は、
採掘ガスを昇圧するための圧縮機の磁気軸受の制御方法であって、
前記圧縮機は、前記圧縮機の回転軸に設けられたスラストカラーに対して磁力を作用させるための磁力生成部を含むスラスト磁気軸受を備え、
前記スラスト磁気軸受と前記回転軸との相対変位を検出する変位検出ステップと、
前記変位検出ステップで検出された前記相対変位に基づいて、前記磁力生成部を制御して前記磁力を調節する制御ステップと、を備え、
前記制御ステップは、
前記変位検出ステップにおいて検出された前記相対変位と前記相対変位の目標値との偏差に基づいて、フィードバック指令値を算出するフィードバック指令値算出ステップと、
前記圧縮機の入口上流側における前記採掘ガスの状態量に基づいて前記フィードバック指令値の補正量を算出する補正量算出ステップと、を含む。 (6) A magnetic bearing control method for mining gas according to at least one embodiment of the present invention includes:
A method of controlling a magnetic bearing of a compressor for boosting mining gas,
The compressor includes a thrust magnetic bearing including a magnetic force generation unit for causing a magnetic force to act on a thrust collar provided on a rotation shaft of the compressor,
A displacement detecting step for detecting a relative displacement between the thrust magnetic bearing and the rotary shaft;
A control step of adjusting the magnetic force by controlling the magnetic force generation unit based on the relative displacement detected in the displacement detection step,
The control step includes
A feedback command value calculating step for calculating a feedback command value based on a deviation between the relative displacement detected in the displacement detecting step and a target value of the relative displacement;
A correction amount calculating step of calculating a correction amount of the feedback command value based on a state amount of the mining gas on the upstream side of the inlet of the compressor.

上記（６）の方法によれば、磁気軸受と回転軸との相対変位に基づくフィードバック指令値を、圧縮機入口上流側における採掘ガスの状態量に基づいて補正する。すなわち、磁気軸受と回転軸との相対変位に基づくフィードバック制御において、圧縮機に実際に流入する前の採掘ガスの状態量の変化による流体スラスト力の変化を当該採掘ガスの圧縮機への到達に先立って考慮するので、フィードバック指令値を補正しない場合に比べて、磁気軸受の制御の追従性が良好となる。 According to the above method (6), the feedback command value based on the relative displacement between the magnetic bearing and the rotating shaft is corrected based on the state quantity of the mining gas on the upstream side of the compressor inlet. In other words, in feedback control based on the relative displacement between the magnetic bearing and the rotating shaft, the change in fluid thrust force due to the change in the state quantity of the mining gas before actually flowing into the compressor is reached in reaching the compressor of the mining gas. Since it is considered in advance, the followability of the control of the magnetic bearing becomes better than when the feedback command value is not corrected.

（７）幾つかの実施形態では、上記（６）の方法において、前記採掘ガスの前記状態量は、前記採掘ガスの密度又は前記採掘ガスの圧力の少なくとも一方を含む。
圧縮機に導入される採掘ガスの密度または圧力に応じて、圧縮機の回転軸に作用する流体スラスト力は変化する。上記（７）の方法によれば、採掘ガスの密度又は圧力に応じてフィードバック指令値の補正量を算出するので、適切な補正量を算出することができる。このため、磁気軸受の制御の追従性が良好となる。 (7) In some embodiments, in the method of (6), the state quantity of the mining gas includes at least one of a density of the mining gas or a pressure of the mining gas.
Depending on the density or pressure of the mining gas introduced into the compressor, the fluid thrust force acting on the rotating shaft of the compressor changes. According to the above method (7), the correction amount of the feedback command value is calculated according to the density or pressure of the mining gas, so that an appropriate correction amount can be calculated. For this reason, the followability of control of a magnetic bearing becomes favorable.

（８）幾つかの実施形態では、上記（６）又は（７）の方法において、
前記圧縮機の上流側に設けられた気液分離器により前記採掘ガスを気体部分と液体部分とに分離する気液分離ステップをさらに備え、
前記補正量算出ステップでは、前記気液分離ステップで分離された前記気体成分の前記圧縮機の入口上流側における前記状態量に基づいて前記補正量を算出する。
採掘現場にて採掘された採掘ガスは、気体成分と液体成分が混合した気液混合流体である場合がある。上記（８）の方法によれば、採掘ガスのうち、圧縮機に導入されて、回転軸に作用する流体スラスト力に影響を及ぼす気体成分の状態量に基づいてフィードバック指令値の補正量を算出するようにしたので、適切な補正量を算出することができる。このため、磁気軸受の制御の追従性が良好となる。 (8) In some embodiments, in the above method (6) or (7),
A gas-liquid separation step of separating the mined gas into a gas part and a liquid part by a gas-liquid separator provided on the upstream side of the compressor;
In the correction amount calculation step, the correction amount is calculated based on the state amount of the gas component separated in the gas-liquid separation step on the inlet upstream side of the compressor.
The mining gas mined at the mining site may be a gas-liquid mixed fluid in which a gas component and a liquid component are mixed. According to the above method (8), the correction amount of the feedback command value is calculated based on the state quantity of the gas component that is introduced into the compressor and affects the fluid thrust force acting on the rotating shaft among the mined gas. As a result, an appropriate correction amount can be calculated. For this reason, the followability of control of a magnetic bearing becomes favorable.

（９）幾つかの実施形態では、上記（８）の構成において、
前記制御ステップは、前記磁力生成部に対して指令値を出力する指令値出力ステップをさらに含み、
前記指令値出力ステップでは、
前記気液分離器の上流側にて前記採掘ガスが採掘される採掘現場と、前記気液分離器との間における前記採掘ガスの状態量の変化速度が規定範囲内であるとき、前記フィードバック指令値算出ステップで算出された前記フィードバック指令値を前記指令値として前記磁力生成部に対して出力し、
前記採掘現場と前記気液分離器との間における前記採掘ガスの前記状態量の前記変化速度が前記規定範囲外のとき、前記フィードバック指令値算出ステップで算出された前記フィードバック指令値を前記補正量算出ステップで算出された前記補正量によって補正して得た補正指令値を前記指令値として前記磁力生成部に対して出力する
ように構成される。
上記（９）の方法によれば、比較的採掘現場に近い位置における採掘ガスの状態量の変化速度が比較的大きいときにのみ、フィードバック指令値を気体成分の状態量に基づいて補正した補正指令値が磁力生成部に与えられるとともに、採掘ガスの状態量の変化速度が比較的小さいときには、補正されないフィードバック指令値が磁力生成部に与えられる。このように、採掘ガスの状態量の変化速度に応じて、磁力生成部に与える指令値としてフィードバック指令値又は補正指令値の何れかを選択することで、フィードバック制御だけでは磁気軸受の制御の追従性が十分でなくフィードバック指令値の補正が必要な場合に限って、フィードバック指令値の補正を有効化することができる。 (9) In some embodiments, in the configuration of (8) above,
The control step further includes a command value output step of outputting a command value to the magnetic force generation unit,
In the command value output step,
When the change rate of the state quantity of the mining gas between the mining site where the mining gas is mined on the upstream side of the gas-liquid separator and the gas-liquid separator is within a specified range, the feedback command Outputting the feedback command value calculated in the value calculating step to the magnetic force generation unit as the command value;
When the rate of change of the state quantity of the mining gas between the mining site and the gas-liquid separator is outside the specified range, the feedback command value calculated in the feedback command value calculating step is the correction amount. A correction command value obtained by correcting with the correction amount calculated in the calculation step is output to the magnetic force generation unit as the command value.
According to the above method (9), the correction command for correcting the feedback command value based on the state quantity of the gas component only when the change rate of the state quantity of the mining gas at a position relatively close to the mining site is relatively large. When the value is given to the magnetic force generation unit and the change rate of the mining gas state quantity is relatively small, an uncorrected feedback command value is given to the magnetic force generation unit. Thus, by selecting either the feedback command value or the correction command value as the command value given to the magnetic force generation unit according to the change rate of the state quantity of the mining gas, the control of the magnetic bearing can be tracked only by the feedback control. The correction of the feedback command value can be validated only when the correction is not sufficient and the correction of the feedback command value is necessary.

本発明の少なくとも一実施形態によれば、磁気軸受の制御の追従性が良好な採掘ガス圧縮機の軸受システムが提供される。 According to at least one embodiment of the present invention, there is provided a bearing system for a mining gas compressor with good followability in control of a magnetic bearing.

一実施形態に係る採掘ガス圧縮システムの全体構成を示す概略図である。1 is a schematic diagram illustrating an overall configuration of a mining gas compression system according to an embodiment. 一実施形態に係る圧縮機の構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of the compressor which concerns on one Embodiment. 一実施形態に係るコントローラの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the controller which concerns on one Embodiment. 一実施形態に係る採掘ガスの磁気軸受の制御フロー図である。It is a control flow figure of the magnetic bearing of the mining gas which concerns on one Embodiment. 一実施形態に係る採掘ガス圧縮機の軸受システムのブロック線図である。It is a block diagram of the bearing system of the mining gas compressor which concerns on one Embodiment. 回転軸に作用するスラスト力を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the thrust force which acts on a rotating shaft. 一実施形態に係る採掘ガスの磁気軸受の制御フロー図である。It is a control flow figure of the magnetic bearing of the mining gas which concerns on one Embodiment.

以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。 Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, etc. of the components described in the embodiments or shown in the drawings are not intended to limit the scope of the present invention, but are merely illustrative examples. Absent.

図１は、一実施形態に係る採掘ガス圧縮システムの全体構成を示す概略図であり、図２は、一実施形態に係る圧縮機の構成を示す概略図である。図１に示すように、採掘ガス圧縮システム１は、採掘現場２６で採掘された採掘ガスを昇圧するための圧縮機４と、圧縮機４の回転軸３を支持するように構成された軸受システム２と、を備える。圧縮機４で圧縮する採掘ガスは、採掘現場２６にて、地下や海底に存在する資源層２８（例えばガス層や油層等）から採掘される。圧縮機４の上流側には気液分離器２４が設けられており、採掘現場２６で採掘された採掘ガスは気液分離器２４にて気体成分と液体成分とに分離される。圧縮機４には、気液分離器２４で分離された気体成分が供給されて、この気体成分が圧縮機４によって昇圧されるようになっている。 FIG. 1 is a schematic diagram illustrating an overall configuration of a mining gas compression system according to an embodiment, and FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a configuration of a compressor according to an embodiment. As shown in FIG. 1, the mining gas compression system 1 includes a compressor 4 for boosting the mining gas mined at the mining site 26 and a bearing system configured to support the rotating shaft 3 of the compressor 4. 2 is provided. The mining gas to be compressed by the compressor 4 is mined at the mining site 26 from a resource layer 28 (for example, a gas layer or an oil layer) that exists underground or on the seabed. A gas-liquid separator 24 is provided upstream of the compressor 4, and the mined gas mined at the mining site 26 is separated into a gas component and a liquid component by the gas-liquid separator 24. The gas component separated by the gas-liquid separator 24 is supplied to the compressor 4, and the pressure of the gas component is increased by the compressor 4.

図２に示すように、圧縮機４は、回転軸３と、回転軸３に取り付けられたインペラ５と、回転軸３及びインペラ５を収容するとともにガスを流す流路３８を形成するケーシング３２と、を含む。回転軸３は、中心軸Ｏの周りを回転可能にラジアル磁気軸受１０（１０Ａ，１０Ｂ）及びスラスト磁気軸受６によって支持される。また、ケーシング３２には、気体を圧縮機４に導入するための入口３４及び気体を圧縮機４の外部に排出するための出口３６が設けられる。
圧縮機４の入口３４から流入したガスは、回転軸３とともに回転するインペラ５を通過する際に遠心力により昇圧されて、出口３６から圧縮機４の外部に排出される。なお、圧縮機の入口３４及び出口３６は、ケーシング３２に形成される。 As shown in FIG. 2, the compressor 4 includes a rotating shaft 3, an impeller 5 attached to the rotating shaft 3, and a casing 32 that houses the rotating shaft 3 and the impeller 5 and forms a flow path 38 through which gas flows. ,including. The rotary shaft 3 is supported by a radial magnetic bearing 10 (10A, 10B) and a thrust magnetic bearing 6 so as to be rotatable around a central axis O. Further, the casing 32 is provided with an inlet 34 for introducing gas into the compressor 4 and an outlet 36 for discharging the gas to the outside of the compressor 4.
The gas flowing in from the inlet 34 of the compressor 4 is pressurized by centrifugal force when passing through the impeller 5 that rotates together with the rotating shaft 3, and is discharged from the outlet 36 to the outside of the compressor 4. The compressor inlet 34 and outlet 36 are formed in the casing 32.

回転軸３を支持するための軸受システム２（図１及び図２参照）は、磁力によって回転軸３を支持するように構成されたスラスト磁気軸受６と、スラスト磁気軸受６と回転軸３との相対変位を検出するための変位センサ２２と、磁力を調節するためのコントローラ１００とを備える。 A bearing system 2 (see FIGS. 1 and 2) for supporting the rotating shaft 3 includes a thrust magnetic bearing 6 configured to support the rotating shaft 3 by a magnetic force, a thrust magnetic bearing 6 and the rotating shaft 3. A displacement sensor 22 for detecting relative displacement and a controller 100 for adjusting magnetic force are provided.

スラスト磁気軸受６は、圧縮機４の回転軸３に設けられたスラストカラー８に対して磁力を作用させるための磁力生成部９を含む。
磁力生成部９は、スラストカラー８の側方に設けられる電磁石（７ａ，７ｂ）と、電磁石（７ａ，７ｂ）を駆動するための電磁石ドライバ（不図示）とを含む。電磁石ドライバによって電磁石（７ａ，７ｂ）のコイルに通電すると、電磁石（７ａ，７ｂ）が励磁されて電磁力が生じ、磁性体であるスラストカラー８に吸引力を作用させて、電磁石とスラストカラー８との間にギャップが形成されるようにスラストカラー８を浮上させる。このように、スラスト磁気軸受６は、回転軸３に設けられたスラストカラー８に対して磁力を作用させて回転軸３のスラスト荷重を受けるように構成される。 The thrust magnetic bearing 6 includes a magnetic force generator 9 for applying a magnetic force to the thrust collar 8 provided on the rotary shaft 3 of the compressor 4.
The magnetic force generator 9 includes electromagnets (7a, 7b) provided on the side of the thrust collar 8 and an electromagnet driver (not shown) for driving the electromagnets (7a, 7b). When the coil of the electromagnet (7a, 7b) is energized by the electromagnet driver, the electromagnet (7a, 7b) is excited to generate an electromagnetic force, and an attractive force is applied to the thrust collar 8 which is a magnetic body. The thrust collar 8 is floated so that a gap is formed between them. In this manner, the thrust magnetic bearing 6 is configured to receive a thrust load of the rotating shaft 3 by applying a magnetic force to the thrust collar 8 provided on the rotating shaft 3.

変位センサ２２は、スラスト磁気軸受６と回転軸３との相対変位（すなわち、回転軸３の軸方向における変位、又は、スラストカラー８と電磁石（７ａ，７ｂ）との間のギャップの変化量）を検出するように構成される。 The displacement sensor 22 is a relative displacement between the thrust magnetic bearing 6 and the rotary shaft 3 (that is, the displacement in the axial direction of the rotary shaft 3 or the amount of change in the gap between the thrust collar 8 and the electromagnets (7a, 7b)). Configured to detect.

コントローラ１００は、変位センサ２２の検出結果に基づいて磁力生成部９を制御して、スラストカラー８に作用させる磁力を調節するように構成される。図３は、一実施形態に係るコントローラの構成を示す図である。図３に示すように、コントローラ１００は、フィードバック指令値を算出するための指令値算出部１１０と、指令値算出部１１０で算出されたフィードバック指令値の補正量を算出するための補正量算出部１２０と、を備える。 The controller 100 is configured to control the magnetic force generation unit 9 based on the detection result of the displacement sensor 22 and adjust the magnetic force applied to the thrust collar 8. FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of a controller according to an embodiment. As shown in FIG. 3, the controller 100 includes a command value calculation unit 110 for calculating a feedback command value, and a correction amount calculation unit for calculating a correction amount of the feedback command value calculated by the command value calculation unit 110. 120.

図４は、一実施形態に係る採掘ガスの磁気軸受の制御フロー図である。図４の制御フロー図に沿って、一実施形態に係る採掘ガスの磁気軸受の制御の概要について説明する。
まず、スラスト磁気軸受６と回転軸３との相対変位を変位センサ２２を用いて検出する（Ｓ２）。そして、指令値算出部１１０により、Ｓ２で検出されたスラスト磁気軸受６と回転軸３との相対変位と、該相対変位の目標値との偏差に基づいて、スラストカラー８に対して作用させる磁力をフィードバック制御するためのフィードバック指令値を算出する（Ｓ４）。次に、圧縮機４の入口３４の上流側において状態量センサ９２で取得された採掘ガスの状態量に基づいて、Ｓ４で算出されたフィードバック指令値の補正量を算出する（Ｓ６）。そして、Ｓ４で算出されたフィードバック指令値をＳ６で算出された補正量によって補正して得られる補正指令値を磁力生成部９に対して出力することによって、スラストカラー８に作用させる磁力を調節する（Ｓ８）。 FIG. 4 is a control flow diagram of a magnetic bearing for mining gas according to an embodiment. The outline of control of the magnetic bearing for the mining gas according to the embodiment will be described with reference to the control flow chart of FIG.
First, the relative displacement between the thrust magnetic bearing 6 and the rotary shaft 3 is detected using the displacement sensor 22 (S2). Then, based on the deviation between the relative displacement between the thrust magnetic bearing 6 and the rotary shaft 3 detected at S2 and the target value of the relative displacement detected by the command value calculation unit 110, the magnetic force to be applied to the thrust collar 8. A feedback command value for feedback control is calculated (S4). Next, the correction amount of the feedback command value calculated in S4 is calculated based on the mining gas state quantity acquired by the state quantity sensor 92 on the upstream side of the inlet 34 of the compressor 4 (S6). Then, the magnetic force applied to the thrust collar 8 is adjusted by outputting a correction command value obtained by correcting the feedback command value calculated in S4 with the correction amount calculated in S6 to the magnetic force generation unit 9. (S8).

図５は、一実施形態に係る採掘ガス圧縮機の軸受システムのブロック線図である。以下、図５を参照して、一実施形態に係る採掘ガスの磁気軸受の制御についてより詳細に説明する。 FIG. 5 is a block diagram of a bearing system for a mining gas compressor according to an embodiment. Hereinafter, with reference to FIG. 5, the control of the magnetic bearing of the mining gas according to the embodiment will be described in more detail.

図５に示す実施形態において、変位センサ２２から出力される検出信号（スラスト磁気軸受６と回転軸３との相対変位を示す検出信号）は、コントローラ１００に送られる。コントローラ１００は、上述した指令値算出部１１０と補正量算出部１２０のほかに、ノイズカットフィルタ１３２と位相補償フィルタ１３６とを含む。 In the embodiment shown in FIG. 5, a detection signal (a detection signal indicating a relative displacement between the thrust magnetic bearing 6 and the rotary shaft 3) output from the displacement sensor 22 is sent to the controller 100. The controller 100 includes a noise cut filter 132 and a phase compensation filter 136 in addition to the command value calculation unit 110 and the correction amount calculation unit 120 described above.

ノイズカットフィルタ１３２は、変位センサ２２から出力される検出信号におけるノイズを低減又は除去するためのものである。
また、位相補償フィルタ１３６は、必要に応じて（例えば、指令値算出部１１０にて微分要素に関する演算を行わない場合に）、位相補償を行なって固有振動数に対応する不安定化力を減衰させるものである。 The noise cut filter 132 is for reducing or removing noise in the detection signal output from the displacement sensor 22.
Further, the phase compensation filter 136 attenuates the destabilizing force corresponding to the natural frequency by performing phase compensation as necessary (for example, when the calculation regarding the differential element is not performed by the command value calculation unit 110). It is something to be made.

指令値算出部１１０は、変位センサ２２から出力されてノイズカットフィルタ１３２を通過した検出信号を受け取って、この検出信号の示すスラスト磁気軸受６と回転軸３との相対変位と、該相対変位の目標値との偏差に基づいて、フィードバック指令値を算出する。そして、指令値算出部１１０は、算出したフィードバック指令値を制御信号として出力する。
指令値算出部１１０によって算出されるフィードバック指令値は、スラストカラー８に対して作用させる磁力をフィードバック制御するために磁力生成部９に与える指令値である。一実施形態では、該フィードバック指令値は、電磁石ドライバ１８から電磁石７のコイルに与えられる励磁電流の指令値である。他の実施形態では、該フィードバック指令値は、電磁石ドライバ１８によって電磁石７のコイルに与えられる電圧の指令値であり、あるいは、電磁石ドライバ１８によって電磁石７のコイルに通電することによって生じる磁力の指令値である。 The command value calculation unit 110 receives the detection signal output from the displacement sensor 22 and passed through the noise cut filter 132, the relative displacement between the thrust magnetic bearing 6 and the rotary shaft 3 indicated by the detection signal, and the relative displacement. A feedback command value is calculated based on the deviation from the target value. Then, the command value calculation unit 110 outputs the calculated feedback command value as a control signal.
The feedback command value calculated by the command value calculation unit 110 is a command value given to the magnetic force generation unit 9 in order to feedback control the magnetic force that acts on the thrust collar 8. In one embodiment, the feedback command value is a command value of an excitation current given from the electromagnet driver 18 to the coil of the electromagnet 7. In another embodiment, the feedback command value is a command value of a voltage applied to the coil of the electromagnet 7 by the electromagnet driver 18 or a command value of a magnetic force generated by energizing the coil of the electromagnet 7 by the electromagnet driver 18. It is.

指令値算出部１１０から出力されて、必要に応じて位相補償フィルタ２３を経た制御信号は、スラスト磁気軸受６の電磁石７を駆動する電磁石ドライバ１８に供給される。そして、この電磁石ドライバ１８によって電磁石７のコイルが励磁されることによって電磁石７から回転軸３に作用する磁力（支持力）が調整される。
その後、上述の制御や外力により生じるスラスト磁気軸受６と回転軸３との相対変位は変位センサ２２により再度検出され、その変位量に基づき電磁石７のコイル（磁力生成部９）に対して供給する励磁電流値を再演算して調整するというフィードバック制御により、スラスト磁気軸受６と回転軸３との相対変位を目標値にするようにしている。なお、図１において符号３で示すものは、入力されたスラスト磁気軸受６の支持力に対して変位する回転軸３を制御系の一要素（質量に生じる加速度に対応する伝達関数）として模式的に示したブロックである。 The control signal output from the command value calculation unit 110 and passed through the phase compensation filter 23 as necessary is supplied to an electromagnet driver 18 that drives the electromagnet 7 of the thrust magnetic bearing 6. Then, when the coil of the electromagnet 7 is excited by the electromagnet driver 18, the magnetic force (supporting force) acting on the rotary shaft 3 from the electromagnet 7 is adjusted.
Thereafter, the relative displacement between the thrust magnetic bearing 6 and the rotary shaft 3 caused by the above-described control or external force is detected again by the displacement sensor 22 and supplied to the coil (magnetic force generation unit 9) of the electromagnet 7 based on the displacement amount. The relative displacement between the thrust magnetic bearing 6 and the rotary shaft 3 is set to a target value by feedback control in which the excitation current value is recalculated and adjusted. In FIG. 1, what is indicated by reference numeral 3 is a schematic diagram in which the rotating shaft 3 that is displaced with respect to the input support force of the thrust magnetic bearing 6 is used as one element of the control system (a transfer function corresponding to the acceleration generated in the mass). It is the block shown in.

上述の指令値算出部１１０は、変位センサ２２によって検出されたスラスト磁気軸受６と回転軸３との相対変位と、該相対変位の目標値との偏差に基づいて、該偏差に比例した動作を演算する比例要素（Ｐ）、該偏差の時間積分に比例した動作を演算する積分要素（Ｉ）、及び、該偏差の時間的変化に比例した動作を演算する微分要素（Ｄ）を求め、これら要素と予め設定しておいたプロセス式とから、電磁石７のコイル（磁力生成部９）に対して供給する励磁電流値（フィードバック指令値）を算出する。
また、指令値算出部１１０では、比例要素（Ｐ）、積分要素（Ｉ）、微分要素（Ｄ）の制御定数であるゲイン（Ｋｐ、Ｋｉ、Ｋｄ）がそれぞれ設定されており、このゲインの設定値によって制御系の位相を調整して応答性を上げる又は下げることができる。 The command value calculation unit 110 described above performs an operation proportional to the deviation based on the deviation between the relative displacement between the thrust magnetic bearing 6 and the rotary shaft 3 detected by the displacement sensor 22 and the target value of the relative displacement. A proportional element (P) to be calculated, an integral element (I) for calculating an operation proportional to the time integration of the deviation, and a differential element (D) for calculating an operation proportional to the temporal change of the deviation are obtained. An excitation current value (feedback command value) to be supplied to the coil of the electromagnet 7 (magnetic force generation unit 9) is calculated from the elements and a preset process formula.
In the command value calculation unit 110, gains (Kp, Ki, Kd), which are control constants of the proportional element (P), the integral element (I), and the derivative element (D), are set. The phase of the control system can be adjusted according to the value to increase or decrease the responsiveness.

補正量算出部１２は、圧縮機４の入口３４の上流側において状態量センサ９２によって検出される採掘ガスの状態量（図１に示すように、気液分離器２４を通過した採掘ガスが圧縮機４に導入される場合には、気体成分の状態量）に基づいてフィードバック指令値の補正量を算出する。指令値算出部１１０において算出されたフィードバック指令値は、補正量算出部１２０で算出される補正量によって補正されて、補正されたフィードバック指令値（補正指令値）として磁力生成部９に出力される。
ここで、採掘ガスの状態量とは、その変化によってスラスト力に影響を及ぼす状態量のことであり、例えば、採掘ガスの密度又は圧力の少なくとも一方である。なお、以下の説明において、「採掘ガス」又は「気体成分」を単に「ガス」と記載することもある。 The correction amount calculation unit 12 compresses the mining gas state quantity detected by the state quantity sensor 92 on the upstream side of the inlet 34 of the compressor 4 (as shown in FIG. 1, the mining gas passing through the gas-liquid separator 24 is compressed. When introduced into the machine 4, the correction amount of the feedback command value is calculated based on the state quantity of the gas component. The feedback command value calculated by the command value calculation unit 110 is corrected by the correction amount calculated by the correction amount calculation unit 120 and is output to the magnetic force generation unit 9 as a corrected feedback command value (correction command value). .
Here, the state quantity of the mining gas is a state quantity that affects the thrust force due to the change, and is, for example, at least one of the density and the pressure of the mining gas. In the following description, “mining gas” or “gas component” may be simply referred to as “gas”.

補正量算出部１２０では、圧縮機４の入口３４の上流側のガスの状態量から、圧縮機４の回転軸に作用するスラスト力を推定する。そして、状態量センサ９２によって検出されるガスの状態量が急変し、これによってスラスト力が大きく変動すると推定される場合に、スラスト力の変動に対応する補正量を算出して、これをスラスト力補正信号として指令値算出部１１０での積分器出力に印加する。このようにして、ガスの状態量の変化に起因するスラスト力の変動による回転軸３の応答を低減させる。 The correction amount calculation unit 120 estimates the thrust force acting on the rotating shaft of the compressor 4 from the state quantity of the gas upstream of the inlet 34 of the compressor 4. Then, when the state quantity of the gas detected by the state quantity sensor 92 changes suddenly, and it is estimated that the thrust force fluctuates greatly, a correction amount corresponding to the fluctuation of the thrust force is calculated, and this is calculated as the thrust force. The correction signal is applied to the integrator output in the command value calculation unit 110. In this way, the response of the rotating shaft 3 due to fluctuations in thrust force due to changes in the state quantity of gas is reduced.

ここで、採掘ガスの密度又は圧力によって回転軸３に作用するスラスト力が変動することについて説明する。図６は、回転軸３に作用するスラスト力を説明するための図であり、図６（ａ）（ｂ）には、圧縮機４の部分的な断面図が示されている。図６（ａ）において、Ａ_１は圧縮機４の入口側領域及び入口側面積を示し、Ａ_３は圧縮機４の出口側領域を示す。また、Ａ_２は、圧縮機４の入口側領域Ａ_１と出口側領域Ａ_３とを接続する部分の領域を示す。図６（ａ）に示すシール（４２，４４）により、入口側領域Ａ_１と出口側領域Ａ_３との間には差圧が発生する。また、領域Ａ_２における圧力は、出口側領域Ａ_３の圧力と等しくなる。ここで、圧縮機４の入口圧力をＰ_ｓ、圧縮機４の出口圧力をＰ_ｄとすると、図６（ｂ）からわかるように、回転軸３に作用するスラスト力Ｆは、圧縮機４の入口側面積Ａ_１を用いて、Ｆ＝Ａ_１×（Ｐ_ｄ−Ｐ_ｓ）で表すことができる。ここで、圧縮機４の出口圧力Ｐ_ｄ［ｋｇｆ／ｃｍ^２Ａ］は、圧縮機４の入口圧力Ｐ_ｓを用いて下記式で表される。

ただし、上記式において、ｎ：ガスのポリトロープ指数、Ｈ_ｐ：ガスのポリトロープヘッド、Ｚ_Ｓ：圧縮機出口におけるガスの圧縮係数、Ｒ：ガス定数＝８４７．８／ｍ［ｋｇｆ・ｍ／ｋｇｆ・Ｋ］、ｍ：ガスの分子量、Ｔ_Ｓ：圧縮機の出口温度、である。
上記式からわかるように、Ｈ_ｐ、Ｚ_ｓ、及びＴ_ｓが一定であるとみなせば、圧縮機４の出口圧力Ｐ_ｄは、圧縮機４の機入口圧力Ｐ_ｓとガス定数Ｒの関数であり、すなわち、回転軸３に作用するスラスト力は、圧縮機４の入口圧力Ｐ_ｓと、ガス定数Ｒの関数であることがわかる。
ここで、ガス定数Ｒは、ガスの分子量ｍの関数である。ガスの分子量ｍは、圧縮機の上流のガスの密度及び圧力から算出できる。つまり、圧縮機４の回転軸３には、圧縮機４の入口３４から流入するガスの密度及び圧力に応じたスラスト力が作用する。よって、圧縮機４の上流におけるガスの密度及び圧縮機上流側の圧力（≒圧縮機入口圧力Ｐ_ｓ）は、回転軸３に作用するスラスト力の指標となる。 Here, the fact that the thrust force acting on the rotating shaft 3 varies depending on the density or pressure of the mining gas will be described. FIG. 6 is a view for explaining the thrust force acting on the rotating shaft 3, and FIGS. 6A and 6B are partial sectional views of the compressor 4. In FIG. 6A, A ₁ indicates the inlet side region and the inlet side area of the compressor 4, and A ₃ indicates the outlet side region of the compressor 4. Also, A ₂ represents a region of the portion connecting the inlet-side region A ₁ and the outlet area A ₃ of the compressor 4. The seal (42, 44) shown in FIG. 6 (a), the differential pressure is generated between the inlet side region _{A 1} and the outlet side region _{A 3.} The pressure in the region A ₂ is equal to the pressure on the outlet side region A _3. Here, _assuming that the inlet pressure of the compressor 4 is P _s and the outlet pressure of the compressor 4 is P _d , the thrust force F acting on the rotating shaft 3 is as shown in FIG. using inlet-side area _{a 1,} can be expressed by _{_{F = a 1 × (P d}} -P s). Here, the outlet pressure P _d [kgf / cm ² A] of the compressor 4 is expressed by the following equation using the inlet pressure P _s of the compressor 4.

In the above formula, n: gas polytropic index, H _p : gas polytropic head, Z _S : gas compression coefficient at the compressor outlet, R: gas constant = 847.8 / m [kgf · m / kgf · K], m: molecular weight of gas, T _S : outlet temperature of compressor.
As can be seen from the above equation, if it is assumed that H _p , Z _s , and T _s are constant, the outlet pressure P _d of the compressor 4 is a function of the inlet pressure P _s of the compressor 4 and the gas constant R. There, i.e., the thrust force acting on the rotary shaft 3, the inlet pressure P _s of the compressor 4, it is seen that a function of the gas constant R.
Here, the gas constant R is a function of the molecular weight m of the gas. The molecular weight m of the gas can be calculated from the density and pressure of the gas upstream of the compressor. That is, a thrust force corresponding to the density and pressure of the gas flowing from the inlet 34 of the compressor 4 acts on the rotary shaft 3 of the compressor 4. Therefore, the gas density upstream of the compressor 4 and the pressure upstream of the compressor (≈compressor inlet pressure P _s ) are indicators of the thrust force acting on the rotating shaft 3.

よって、上述のように、指令値算出部１１０で算出されるフィードバック指令値を、圧縮機４の入口上流側における採掘ガスの状態量に基づいて補正することで、スラスト磁気軸受６と回転軸３との相対変位に基づくフィードバック制御において、圧縮機４に実際に流入する前の採掘ガスの状態量（例えば、密度又は圧力の少なくとも一方）の変化による流体スラスト力の変化を当該採掘ガスの圧縮機４への到達に先立って考慮することができる。これにより、フィードバック指令値を補正しない場合に比べて、スラスト磁気軸受６の制御の追従性が良好となる。 Therefore, as described above, the thrust magnetic bearing 6 and the rotary shaft 3 are corrected by correcting the feedback command value calculated by the command value calculation unit 110 based on the state quantity of the mining gas on the upstream side of the inlet of the compressor 4. In the feedback control based on the relative displacement to the compressor 4, the change in the fluid thrust force due to the change in the state quantity (for example, at least one of density or pressure) of the mining gas before actually flowing into the compressor 4 is detected. Can be considered prior to reaching 4. Thereby, the followability of the control of the thrust magnetic bearing 6 becomes better than when the feedback command value is not corrected.

一実施形態では、気液分離器２４よりも上流側に設けられた上流側状態量センサ９４（図１参照）によって、採掘現場２６と気液分離器２４との間における採掘ガスの状態量（すなわち、気液分離器２４で気体成分と液体成分に分離される前の状態での状態量）を検出し、この状態量の変化速度に基づいて、コントローラ１００から磁力生成部９に出力される指令値を決定してもよい。より具体的には、該状態量の変化速度が規定範囲内であり、比較的小さい場合には、指令値算出部１１０で算出されたフィードバック指令値を磁力生成部９に出力し、該状態量の変化速度が規定範囲外であり、比較的大きい場合には、指令値算出部１１０で算出されたフィードバック指令値を、補正量算出部１２０で算出した補正量によって補正した補正指令値を磁力生成部９に出力するようにしてもよい。
この場合、比較的採掘現場２６に近い位置における採掘ガスの状態量の変化速度に応じて、磁力生成部９に与える指令値としてフィードバック指令値又は補正指令値の何れかを選択することで、フィードバック制御だけでは磁気軸受の制御の追従性が十分でなくフィードバック指令値の補正が必要な場合に限って、フィードバック指令値の補正を有効化することができる。 In one embodiment, the state quantity of the mining gas between the mining site 26 and the gas-liquid separator 24 (see FIG. 1) by the upstream state quantity sensor 94 (see FIG. 1) provided upstream of the gas-liquid separator 24. That is, a state quantity before being separated into a gas component and a liquid component by the gas-liquid separator 24 is detected, and output from the controller 100 to the magnetic force generation unit 9 based on the change rate of the state quantity. The command value may be determined. More specifically, when the rate of change of the state quantity is within a specified range and is relatively small, the feedback command value calculated by the command value calculation unit 110 is output to the magnetic force generation unit 9, and the state quantity When the change rate of the value is out of the specified range and is relatively large, the correction command value obtained by correcting the feedback command value calculated by the command value calculation unit 110 with the correction amount calculated by the correction amount calculation unit 120 is generated as a magnetic force. You may make it output to the part 9. FIG.
In this case, feedback is selected by selecting either a feedback command value or a correction command value as a command value to be given to the magnetic force generation unit 9 according to the change rate of the state quantity of the mining gas at a position relatively close to the mining site 26. The correction of the feedback command value can be validated only when the control is not sufficient to follow the control of the magnetic bearing and the correction of the feedback command value is necessary.

図７は、上述の実施形態に係る採掘ガスの磁気軸受の制御フロー図である。この制御フローでは、まず、スラスト磁気軸受６と回転軸３との相対変位を変位センサ２２を用いて検出する（Ｓ１２）。そして、指令値算出部１１０により、Ｓ１２で検出されたスラスト磁気軸受６と回転軸３との相対変位と、該相対変位の目標値との偏差に基づいて、スラストカラー８に対して作用させる磁力をフィードバック制御するためのフィードバック指令値を算出する（Ｓ１４）。次に、圧縮機４の入口３４の上流側において状態量センサ９２で取得された採掘ガスの状態量に基づいて、Ｓ１４で算出されたフィードバック指令値の補正量を算出する（Ｓ１６）。 FIG. 7 is a control flow diagram of the mining gas magnetic bearing according to the above-described embodiment. In this control flow, first, the relative displacement between the thrust magnetic bearing 6 and the rotary shaft 3 is detected using the displacement sensor 22 (S12). Then, based on the deviation between the relative displacement between the thrust magnetic bearing 6 and the rotating shaft 3 detected in S12 and the target value of the relative displacement, the command value calculation unit 110 acts on the thrust collar 8. A feedback command value for performing feedback control is calculated (S14). Next, based on the mining gas state quantity acquired by the state quantity sensor 92 on the upstream side of the inlet 34 of the compressor 4, the correction amount of the feedback command value calculated in S14 is calculated (S16).

次に、気液分離器２４よりも上流側に設けられた上流側状態量センサ９４で取得された採掘ガスの状態量の変化速度が規定範囲内であるか否かを判定する（Ｓ１８）。Ｓ１８において変化速度が規定範囲内であれば（Ｓ１８のＹＥＳ）、Ｓ１４で算出されたフィードバック指令値を磁力生成部９に対して出力することによって、スラストカラー８に作用させる磁力を調節する（Ｓ２０Ａ）。また、Ｓ１８において変化速度が規定範囲外であれば（Ｓ１８のＮＯ）、Ｓ１４で算出されたフィードバック指令値をＳ１６で算出された補正量によって補正して得られる補正指令値を磁力生成部９に対して出力することによって、スラストカラー８に作用させる磁力を調節する（Ｓ２０Ｂ）。 Next, it is determined whether or not the change rate of the mining gas state quantity acquired by the upstream state quantity sensor 94 provided upstream of the gas-liquid separator 24 is within a specified range (S18). If the change speed is within the specified range in S18 (YES in S18), the magnetic force applied to the thrust collar 8 is adjusted by outputting the feedback command value calculated in S14 to the magnetic force generator 9 (S20A). ). If the change speed is outside the specified range in S18 (NO in S18), a correction command value obtained by correcting the feedback command value calculated in S14 with the correction amount calculated in S16 is input to the magnetic force generation unit 9. On the other hand, the magnetic force applied to the thrust collar 8 is adjusted by outputting it (S20B).

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to embodiment mentioned above, The form which added the deformation | transformation to embodiment mentioned above and the form which combined these forms suitably are included.

本明細書において、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
また、本明細書において、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
また、本明細書において、一の構成要素を「備える」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。 In this specification, an expression representing a relative or absolute arrangement such as “in a certain direction”, “along a certain direction”, “parallel”, “orthogonal”, “center”, “concentric” or “coaxial”. Represents not only such an arrangement strictly but also a state of relative displacement with tolerance or an angle or a distance to obtain the same function.
For example, an expression indicating that things such as “identical”, “equal”, and “homogeneous” are in an equal state not only represents an exactly equal state, but also has a tolerance or a difference that can provide the same function. It also represents the existing state.
In this specification, expressions representing shapes such as quadrangular shapes and cylindrical shapes not only represent shapes such as quadrangular shapes and cylindrical shapes in a strict geometric sense, but also within a range where the same effects can be obtained. In addition, a shape including an uneven portion or a chamfered portion is also expressed.
In this specification, the expression “comprising”, “including”, or “having” one constituent element is not an exclusive expression for excluding the existence of another constituent element.

１採掘ガス圧縮システム
２軸受システム
３回転軸
４圧縮機
５インペラ
６スラスト磁気軸受
７電磁石
８スラストカラー
９磁力生成部
１０ラジアル磁気軸受
１２補正量算出部
１８電磁石ドライバ
２２変位センサ
２３位相補償フィルタ
２４気液分離器
２６採掘現場
２８資源層
３２ケーシング
３４入口
３６出口
３８流路
９２状態量センサ
９４上流側状態量センサ
１００コントローラ
１１０指令値算出部
１２０補正量算出部
１３２ノイズカットフィルタ
１３６位相補償フィルタ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Mining gas compression system 2 Bearing system 3 Rotating shaft 4 Compressor 5 Impeller 6 Thrust magnetic bearing 7 Electromagnet 8 Thrust collar 9 Magnetic force generation part 10 Radial magnetic bearing 12 Correction amount calculation part 18 Electromagnet driver 22 Displacement sensor 23 Phase compensation filter 24 Air Liquid separator 26 Mining site 28 Resource layer 32 Casing 34 Inlet 36 Outlet 38 Flow path 92 State quantity sensor 94 Upstream state quantity sensor 100 Controller 110 Command value calculator 120 Correction quantity calculator 132 Noise cut filter 136 Phase compensation filter

Claims

採掘ガスを昇圧するための圧縮機の軸受システムであり、
前記圧縮機の回転軸に設けられたスラストカラーに対して磁力を作用させるための磁力生成部を含むスラスト磁気軸受と、
前記スラスト磁気軸受と前記回転軸との相対変位を検出するための変位センサと、
前記変位センサの検出結果に基づいて、前記磁力生成部を制御して前記磁力を調節するように構成されたコントローラと、を備え、
前記コントローラは、
前記変位センサによる検出結果と前記相対変位の目標値との偏差に基づいて、フィードバック指令値を算出するための指令値算出部と、
前記圧縮機の入口上流側における前記採掘ガスの状態量に基づいて前記フィードバック指令値の補正量を算出するための補正量算出部と、
を含む
ことを特徴とする採掘ガス圧縮機の軸受システム。 A compressor bearing system for boosting mining gas,
A thrust magnetic bearing including a magnetic force generation unit for causing a magnetic force to act on a thrust collar provided on a rotation shaft of the compressor;
A displacement sensor for detecting a relative displacement between the thrust magnetic bearing and the rotary shaft;
A controller configured to control the magnetic force generation unit and adjust the magnetic force based on a detection result of the displacement sensor, and
The controller is
A command value calculation unit for calculating a feedback command value based on a deviation between a detection result by the displacement sensor and a target value of the relative displacement;
A correction amount calculation unit for calculating a correction amount of the feedback command value based on a state amount of the mining gas on the inlet upstream side of the compressor;
A bearing system for a mining gas compressor.

前記採掘ガスの前記状態量は、前記採掘ガスの密度又は前記採掘ガスの圧力の少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項１に記載の採掘ガス圧縮機の軸受システム。 The bearing system for a mining gas compressor according to claim 1, wherein the state quantity of the mining gas includes at least one of the density of the mining gas or the pressure of the mining gas.

前記圧縮機は、前記圧縮機の上流側に設けられた気液分離器を通過した前記採掘ガスの気体成分を圧縮するように構成され、
前記補正量算出部は、前記気液分離器と前記圧縮機との間における前記気体成分の前記状態量に基づいて前記補正量を算出するように構成されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の採掘ガス圧縮機の軸受システム。 The compressor is configured to compress a gas component of the mined gas that has passed through a gas-liquid separator provided on the upstream side of the compressor,
The correction amount calculation unit is configured to calculate the correction amount based on the state amount of the gas component between the gas-liquid separator and the compressor. 2. A bearing system for a mining gas compressor according to 2.

前記コントローラは、
前記気液分離器の上流側にて前記採掘ガスが採掘される採掘現場と、前記気液分離器との間における前記採掘ガスの状態量の変化速度が規定範囲内であるとき、前記フィードバック指令値を前記磁力生成部に対して出力し、
前記採掘現場と前記気液分離器との間における前記採掘ガスの前記状態量の前記変化速度が前記規定範囲外のとき、前記フィードバック指令値を前記補正量によって補正して得た補正指令値を前記磁力生成部に対して出力する
ように構成されたことを特徴とする請求項３に記載の採掘ガス圧縮機の軸受システム。 The controller is
When the change rate of the state quantity of the mining gas between the mining site where the mining gas is mined on the upstream side of the gas-liquid separator and the gas-liquid separator is within a specified range, the feedback command Output a value to the magnetic force generator,
When the change rate of the state quantity of the mining gas between the mining site and the gas-liquid separator is outside the specified range, a correction command value obtained by correcting the feedback command value by the correction amount is obtained. The bearing system for a mining gas compressor according to claim 3, wherein the bearing system is configured to output to the magnetic force generation unit.

採掘ガスを昇圧するための圧縮機と、
前記圧縮機の回転軸を支持するように構成された請求項１乃至４の何れか一項に記載の軸受システムと、を備えることを特徴とする採掘ガス圧縮システム。 A compressor for boosting the mining gas;
A mining gas compression system comprising: the bearing system according to any one of claims 1 to 4 configured to support a rotating shaft of the compressor.

採掘ガスを昇圧するための圧縮機の磁気軸受の制御方法であって、
前記圧縮機は、前記圧縮機の回転軸に設けられたスラストカラーに対して磁力を作用させるための磁力生成部を含むスラスト磁気軸受を備え、
前記スラスト磁気軸受と前記回転軸との相対変位を検出する変位検出ステップと、
前記変位検出ステップで検出された前記相対変位に基づいて、前記磁力生成部を制御して前記磁力を調節する制御ステップと、を備え、
前記制御ステップは、
前記変位検出ステップにおいて検出された前記相対変位と前記相対変位の目標値との偏差に基づいて、フィードバック指令値を算出するフィードバック指令値算出ステップと、
前記圧縮機の入口上流側における前記採掘ガスの状態量に基づいて前記フィードバック指令値の補正量を算出する補正量算出ステップと、を含む
ことを特徴とする採掘ガス圧縮機の磁気軸受制御方法。 A method of controlling a magnetic bearing of a compressor for boosting mining gas,
The compressor includes a thrust magnetic bearing including a magnetic force generation unit for causing a magnetic force to act on a thrust collar provided on a rotation shaft of the compressor,
A displacement detecting step for detecting a relative displacement between the thrust magnetic bearing and the rotary shaft;
A control step of adjusting the magnetic force by controlling the magnetic force generation unit based on the relative displacement detected in the displacement detection step,
The control step includes
A feedback command value calculating step for calculating a feedback command value based on a deviation between the relative displacement detected in the displacement detecting step and a target value of the relative displacement;
And a correction amount calculating step of calculating a correction amount of the feedback command value based on a state amount of the mining gas on the upstream side of the inlet of the compressor, and a magnetic bearing control method for a mining gas compressor.

前記採掘ガスの前記状態量は、前記採掘ガスの密度又は前記採掘ガスの圧力の少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項６に記載の採掘ガス圧縮機の磁気軸受制御方法。 The magnetic bearing control method for a mining gas compressor according to claim 6, wherein the state quantity of the mining gas includes at least one of the density of the mining gas or the pressure of the mining gas.

前記圧縮機の上流側に設けられた気液分離器により前記採掘ガスを気体部分と液体部分とに分離する気液分離ステップをさらに備え、
前記補正量算出ステップでは、前記気液分離ステップで分離された前記気体成分の前記圧縮機の入口上流側における前記状態量に基づいて前記補正量を算出することを特徴とする請求項６又は７に記載の採掘ガス圧縮機の磁気軸受制御方法。 A gas-liquid separation step of separating the mined gas into a gas part and a liquid part by a gas-liquid separator provided on the upstream side of the compressor;
The correction amount calculation step calculates the correction amount based on the state amount of the gas component separated in the gas-liquid separation step on the upstream side of the inlet of the compressor. A magnetic bearing control method for a mining gas compressor according to claim 1.

前記制御ステップは、前記磁力生成部に対して指令値を出力する指令値出力ステップをさらに含み、
前記指令値出力ステップでは、
前記気液分離器の上流側にて前記採掘ガスが採掘される採掘現場と、前記気液分離器との間における前記採掘ガスの状態量の変化速度が規定範囲内であるとき、前記フィードバック指令値算出ステップで算出された前記フィードバック指令値を前記指令値として前記磁力生成部に対して出力し、
前記採掘現場と前記気液分離器との間における前記採掘ガスの前記状態量の前記変化速度が前記規定範囲外のとき、前記フィードバック指令値算出ステップで算出された前記フィードバック指令値を前記補正量算出ステップで算出された前記補正量によって補正して得た補正指令値を前記指令値として前記磁力生成部に対して出力する
ように構成されたことを特徴とする請求項８に記載の採掘ガス圧縮機の磁気軸受制御方法。 The control step further includes a command value output step of outputting a command value to the magnetic force generation unit,
In the command value output step,
When the change rate of the state quantity of the mining gas between the mining site where the mining gas is mined on the upstream side of the gas-liquid separator and the gas-liquid separator is within a specified range, the feedback command Outputting the feedback command value calculated in the value calculating step to the magnetic force generation unit as the command value;
When the rate of change of the state quantity of the mining gas between the mining site and the gas-liquid separator is outside the specified range, the feedback command value calculated in the feedback command value calculating step is the correction amount. The mining gas according to claim 8, wherein a correction command value obtained by correcting with the correction amount calculated in the calculation step is output to the magnetic force generation unit as the command value. Compressor magnetic bearing control method.