JP3469178B2 - 圧縮機の最適負荷制御システム - Google Patents
圧縮機の最適負荷制御システムInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は圧縮機の最適負荷制
御システムに関し、サージを回避し、高圧力比で作動可
能として作動範囲を拡大するものである。
御システムに関し、サージを回避し、高圧力比で作動可
能として作動範囲を拡大するものである。
【０００２】
【従来の技術】図５は従来の軸流圧縮機の断面図であ
る。図において、５０はケーシングであり、ケーシング
５０の内壁周囲には各段において複数枚の静翼が設けら
れ、又、回転軸周囲には各段において複数枚の動翼が取
付けられ、これら静翼と動翼は軸方向に交互に配列して
いる。図の例では６段からなる圧縮機であり、入口には
吸入口を形成するためのストラット５１が周囲に複数設
けられ、その後流にはＩＧＶ（inlet guide vane）が設
けられる。各翼の配列は１段には動翼１Ｓ、静翼１Ｃ
が、２段には動翼２Ｓ、静翼２Ｃが、以降は同様に動翼
３Ｓ〜６Ｓ、静翼３Ｃ〜６Ｃがそれぞれ配置され、本例
では６段の圧縮機を構成している。
る。図において、５０はケーシングであり、ケーシング
５０の内壁周囲には各段において複数枚の静翼が設けら
れ、又、回転軸周囲には各段において複数枚の動翼が取
付けられ、これら静翼と動翼は軸方向に交互に配列して
いる。図の例では６段からなる圧縮機であり、入口には
吸入口を形成するためのストラット５１が周囲に複数設
けられ、その後流にはＩＧＶ（inlet guide vane）が設
けられる。各翼の配列は１段には動翼１Ｓ、静翼１Ｃ
が、２段には動翼２Ｓ、静翼２Ｃが、以降は同様に動翼
３Ｓ〜６Ｓ、静翼３Ｃ〜６Ｃがそれぞれ配置され、本例
では６段の圧縮機を構成している。
【０００３】上記の従来の軸流圧縮機では圧力比（出口
全圧／入口全圧）上昇時にサージに入ることを警戒し、
予測作動サージ作動点よりも低い圧力比で運転を行って
いる。図６に軸流圧縮機の段方向の負荷を示している
が、各段方向の負荷は翼の設定角度、その時の運転状況
によって決まり、いずれかの段の負荷が高くなり、サー
ジに近いと判断すると（予測制限値に達すると）サージ
回避のため、それ以上の圧力比上昇を断念していた。
全圧／入口全圧）上昇時にサージに入ることを警戒し、
予測作動サージ作動点よりも低い圧力比で運転を行って
いる。図６に軸流圧縮機の段方向の負荷を示している
が、各段方向の負荷は翼の設定角度、その時の運転状況
によって決まり、いずれかの段の負荷が高くなり、サー
ジに近いと判断すると（予測制限値に達すると）サージ
回避のため、それ以上の圧力比上昇を断念していた。
【０００４】即ち、図６の例では、６段の圧縮機であ
り、図中点線の１８が予測制限値であり、丸印が各段の
負荷分布である。従って、この例では４段目が予測制限
値まで達しており、これ以上の圧力上昇ではサージに入
ることを示している。その他の段では、それぞれ予測制
限値１８に対してマージンを保っており、これらの段で
は、まだ潜在的な昇圧能力を発揮せずに使用されてい
る。
り、図中点線の１８が予測制限値であり、丸印が各段の
負荷分布である。従って、この例では４段目が予測制限
値まで達しており、これ以上の圧力上昇ではサージに入
ることを示している。その他の段では、それぞれ予測制
限値１８に対してマージンを保っており、これらの段で
は、まだ潜在的な昇圧能力を発揮せずに使用されてい
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】前述のように、従来の
軸流圧縮機においては、圧力上昇時にサージに入ること
を警戒し、予測作動サージ作動点よりも低い圧力比で運
転を行っている。そのために、各段の予測制限値を設定
し、予測制限値に達すると圧力比上昇を断念し、低圧力
比の状態で運転するか、あるいは運転を停止していた。
このために、負荷がそれほど高くない段では予測制限値
に対してマージンを有しており、全体としてマージンに
余裕を持ち、潜在的な昇圧能力を発揮せずに運転を行っ
ていた。
軸流圧縮機においては、圧力上昇時にサージに入ること
を警戒し、予測作動サージ作動点よりも低い圧力比で運
転を行っている。そのために、各段の予測制限値を設定
し、予測制限値に達すると圧力比上昇を断念し、低圧力
比の状態で運転するか、あるいは運転を停止していた。
このために、負荷がそれほど高くない段では予測制限値
に対してマージンを有しており、全体としてマージンに
余裕を持ち、潜在的な昇圧能力を発揮せずに運転を行っ
ていた。
【０００６】そこで本発明では、静翼の各段を独立可変
翼として、各段におけるマージンを平均化して軸方向負
荷の変化が所定の範囲内で一定となるように静翼のスタ
ッガ角度を調整し、圧縮機の作動範囲を拡大することの
できる圧縮機の最適負荷制御システムを提供することを
課題としてなされたものである。
翼として、各段におけるマージンを平均化して軸方向負
荷の変化が所定の範囲内で一定となるように静翼のスタ
ッガ角度を調整し、圧縮機の作動範囲を拡大することの
できる圧縮機の最適負荷制御システムを提供することを
課題としてなされたものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は前述の課題を解
決するために次の（１）〜（３）の手段を提供する。
決するために次の（１）〜（３）の手段を提供する。
【０００８】（１）可変静翼を多段に構成してなる圧縮
機の負荷制御システムであって、前記各段のケーシング
内圧力を測定する複数のセンサと、前記各段の静翼のス
タッガ角度を調整する複数のアクチュエータと、同複数
のアクチュエータの駆動を制御するアクチュエータ制御
装置と、前記複数のセンサからの圧力信号を取込み前記
各段の静翼のスタッガ角度を演算し前記アクチュエータ
制御装置に出力するコンピュータとを備え、同コンピュ
ータは、前記各段の圧力信号のうち最も高い圧力比（負
荷）の段を選定し、選定した段の上流側の静翼のスタッ
ガ角を所定角度だけ大きく設定する信号を前記アクチュ
エータ制御装置へ出力し同制御装置により前記スタッガ
角度の設定を行わせしめるように制御し、同制御を順次
繰り返すことにより予め設定した予測制限値内で各段の
圧力比分布を所定の範囲内に設定するように制御するこ
とを特徴とする圧縮機の最適負荷制御システム。
機の負荷制御システムであって、前記各段のケーシング
内圧力を測定する複数のセンサと、前記各段の静翼のス
タッガ角度を調整する複数のアクチュエータと、同複数
のアクチュエータの駆動を制御するアクチュエータ制御
装置と、前記複数のセンサからの圧力信号を取込み前記
各段の静翼のスタッガ角度を演算し前記アクチュエータ
制御装置に出力するコンピュータとを備え、同コンピュ
ータは、前記各段の圧力信号のうち最も高い圧力比（負
荷）の段を選定し、選定した段の上流側の静翼のスタッ
ガ角を所定角度だけ大きく設定する信号を前記アクチュ
エータ制御装置へ出力し同制御装置により前記スタッガ
角度の設定を行わせしめるように制御し、同制御を順次
繰り返すことにより予め設定した予測制限値内で各段の
圧力比分布を所定の範囲内に設定するように制御するこ
とを特徴とする圧縮機の最適負荷制御システム。
【０００９】（２）可変静翼を多段に構成してなる圧縮
機の負荷制御システムであって、前記各段のケーシング
内圧力を測定する複数のセンサと、前記各段近傍のケー
シングを貫通する穴を設け、同穴にそれぞれ接続された
抽気用の配管と、同各配管に接続された制御弁と、同各
制御弁の開度を制御する弁制御装置と、前記複数のセン
サからの圧力信号を取込み前記各段のケーシング内の圧
力比（負荷）を設定するための前記制御弁の開度信号を
演算し前記弁制御装置へ出力するコンピュータとを備
え、前記コンピュータは、前記各段の圧力信号のうち最
も高い圧力比（負荷）の段を選定し、選定した段の圧力
を所定の圧力まで下げるための前記制御弁の開度信号を
前記弁制御装置へ出力し同弁制御装置により前記選定し
た段の圧力を低下させるように制御し、同制御を順次繰
り返すことにより予め設定した予測制限値内で各段の圧
力変動を所定の範囲内に設定するように制御することを
特徴とする圧縮機の最適負荷制御システム。
機の負荷制御システムであって、前記各段のケーシング
内圧力を測定する複数のセンサと、前記各段近傍のケー
シングを貫通する穴を設け、同穴にそれぞれ接続された
抽気用の配管と、同各配管に接続された制御弁と、同各
制御弁の開度を制御する弁制御装置と、前記複数のセン
サからの圧力信号を取込み前記各段のケーシング内の圧
力比（負荷）を設定するための前記制御弁の開度信号を
演算し前記弁制御装置へ出力するコンピュータとを備
え、前記コンピュータは、前記各段の圧力信号のうち最
も高い圧力比（負荷）の段を選定し、選定した段の圧力
を所定の圧力まで下げるための前記制御弁の開度信号を
前記弁制御装置へ出力し同弁制御装置により前記選定し
た段の圧力を低下させるように制御し、同制御を順次繰
り返すことにより予め設定した予測制限値内で各段の圧
力変動を所定の範囲内に設定するように制御することを
特徴とする圧縮機の最適負荷制御システム。
【００１０】（３）前記各段の制御弁を介した配管は、
抽気した空気がタービン冷却系統へ流れるように接続さ
れていることを特徴とする（２）記載の圧縮機の最適負
荷制御システム。
抽気した空気がタービン冷却系統へ流れるように接続さ
れていることを特徴とする（２）記載の圧縮機の最適負
荷制御システム。
【００１１】本発明の（１）においては、圧縮機圧力上
昇時には各段のセンサが計測した圧力信号はコンピュー
タへ入力され、コンピュータはこれら圧力信号に基づい
て各段の圧力（負荷）が平均化して軸方向の負荷が一定
となるような静翼の角度となるようにアクチュエータ制
御装置に信号を送り、各段の可変静翼アクチュエータを
駆動する。即ち、コンピュータは、測定された圧力信号
のうち最も圧力比（負荷）の高い段を選定し、選定した
段の上流側にある静翼のスタッガ角を大きく（クロー
ズ）するようにアクチュエータ制御装置を介して制御す
る。ある静翼のスタッガ角を大きくすると、その後流の
負荷が低下するので、選定した段の負荷を下げることが
できる。このような制御を順次繰り返し、最も高い圧力
（負荷）の段の圧力を低下させ軸方向の負荷分布の変動
が所定の範囲内となり、フラットにするように制御する
ことができる。又、コンピュータには予めサージが起こ
る危険のある予測制限値を有しており、各段の圧力がこ
の予測制限値を超えない範囲で圧力比を均一化すると共
に、上昇させるように制御するので、各段の持つ昇圧能
力を最大限に使用し、従来よりも高圧力比の運転が可能
となる。
昇時には各段のセンサが計測した圧力信号はコンピュー
タへ入力され、コンピュータはこれら圧力信号に基づい
て各段の圧力（負荷）が平均化して軸方向の負荷が一定
となるような静翼の角度となるようにアクチュエータ制
御装置に信号を送り、各段の可変静翼アクチュエータを
駆動する。即ち、コンピュータは、測定された圧力信号
のうち最も圧力比（負荷）の高い段を選定し、選定した
段の上流側にある静翼のスタッガ角を大きく（クロー
ズ）するようにアクチュエータ制御装置を介して制御す
る。ある静翼のスタッガ角を大きくすると、その後流の
負荷が低下するので、選定した段の負荷を下げることが
できる。このような制御を順次繰り返し、最も高い圧力
（負荷）の段の圧力を低下させ軸方向の負荷分布の変動
が所定の範囲内となり、フラットにするように制御する
ことができる。又、コンピュータには予めサージが起こ
る危険のある予測制限値を有しており、各段の圧力がこ
の予測制限値を超えない範囲で圧力比を均一化すると共
に、上昇させるように制御するので、各段の持つ昇圧能
力を最大限に使用し、従来よりも高圧力比の運転が可能
となる。
【００１２】本発明の（２）においては、各段の圧力信
号はコンピュータに入力されており、コンピュータは各
段の圧力（負荷）信号のうち最も圧力の高い段を選定
し、この選定した段の制御弁を所定の角度開く信号を弁
制御装置へ送り、弁制御装置は選定した段の制御弁を所
定の角度だけ開いて、この段から所定量の空気を抽気す
る。これにより、この段の圧力を低下させる。このよう
な制御を順次繰り返すことにより各段の軸方向の負荷
（圧力）の変動を所定の範囲内に設定し、均一化するこ
とができる。又、コンピュータは弁制御装置を介して各
段の制御弁の開度を制御し、予めサージが起こる危険の
ある予測制限値を有しており、各段の圧力がこの予測制
限値を超えない範囲で圧力比を均一化すると共に、上昇
させるように制御するので、各段の持つ昇圧能力を最大
限に使用し、従来よりも高圧力比の運転が可能となる。
号はコンピュータに入力されており、コンピュータは各
段の圧力（負荷）信号のうち最も圧力の高い段を選定
し、この選定した段の制御弁を所定の角度開く信号を弁
制御装置へ送り、弁制御装置は選定した段の制御弁を所
定の角度だけ開いて、この段から所定量の空気を抽気す
る。これにより、この段の圧力を低下させる。このよう
な制御を順次繰り返すことにより各段の軸方向の負荷
（圧力）の変動を所定の範囲内に設定し、均一化するこ
とができる。又、コンピュータは弁制御装置を介して各
段の制御弁の開度を制御し、予めサージが起こる危険の
ある予測制限値を有しており、各段の圧力がこの予測制
限値を超えない範囲で圧力比を均一化すると共に、上昇
させるように制御するので、各段の持つ昇圧能力を最大
限に使用し、従来よりも高圧力比の運転が可能となる。
【００１３】本発明の（３）では、抽気した空気はター
ビンの冷却系統へ流れ、冷却用空気として利用されるの
で、上記（２）の発明における圧縮空気の無駄がなくな
り圧縮機の効率低下を防止できる。
ビンの冷却系統へ流れ、冷却用空気として利用されるの
で、上記（２）の発明における圧縮空気の無駄がなくな
り圧縮機の効率低下を防止できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面に基づいて具体的に説明する。図１は本発明の実
施の第１形態に係る圧縮機の最適負荷制御システムの構
成図である。図において、９はアンプ、１０はコンピュ
ータ、１１はアクチュエータ制御装置であり、それぞれ
後述するようにセンサからの信号をアンプで増幅し、デ
ィジタル信号としてコンピュータ１０へ入力し、コンピ
ュータ１０で演算を行い、軸流圧縮機の軸方向の負荷
（以下、圧力比とも称する）が最適となるようにアクチ
ュエータ制御装置１１へ信号を出力し、アクチュエータ
制御装置１１で各可変静翼アクチュエータの角度を制御
するものである。
て図面に基づいて具体的に説明する。図１は本発明の実
施の第１形態に係る圧縮機の最適負荷制御システムの構
成図である。図において、９はアンプ、１０はコンピュ
ータ、１１はアクチュエータ制御装置であり、それぞれ
後述するようにセンサからの信号をアンプで増幅し、デ
ィジタル信号としてコンピュータ１０へ入力し、コンピ
ュータ１０で演算を行い、軸流圧縮機の軸方向の負荷
（以下、圧力比とも称する）が最適となるようにアクチ
ュエータ制御装置１１へ信号を出力し、アクチュエータ
制御装置１１で各可変静翼アクチュエータの角度を制御
するものである。
【００１５】１〜８は壁圧圧力センサであり、各段のケ
ーシング内の定常圧力を測定するものである。センサ１
は入口の圧力を、２は１段動翼１Ｓ入口の圧力を、３は
２段動翼２Ｓ入口の圧力を、同様にセンサ４，５，６，
７で各段の動翼３Ｓ，４Ｓ，５Ｓ，６Ｓの入口圧力をそ
れぞれ測定し、センサ８では圧縮機出口の圧力を測定す
るものである。
ーシング内の定常圧力を測定するものである。センサ１
は入口の圧力を、２は１段動翼１Ｓ入口の圧力を、３は
２段動翼２Ｓ入口の圧力を、同様にセンサ４，５，６，
７で各段の動翼３Ｓ，４Ｓ，５Ｓ，６Ｓの入口圧力をそ
れぞれ測定し、センサ８では圧縮機出口の圧力を測定す
るものである。
【００１６】１７はＩＧＶの翼角度調整用のアクチュエ
ータ、１６は１段静翼１Ｃの可変静翼アクチュエータ、
１５，１４，１３，１２も同様に２段静翼２Ｃ、３段静
翼３Ｃ、４段静翼４Ｃ、５段静翼５Ｃの可変静翼アクチ
ュエータであり、それぞれアクチュエータ制御装置１１
で制御される。
ータ、１６は１段静翼１Ｃの可変静翼アクチュエータ、
１５，１４，１３，１２も同様に２段静翼２Ｃ、３段静
翼３Ｃ、４段静翼４Ｃ、５段静翼５Ｃの可変静翼アクチ
ュエータであり、それぞれアクチュエータ制御装置１１
で制御される。
【００１７】上記構成のシステムにおいて、圧縮機圧力
比（出口全圧力／入口全圧力）上昇時に各段に取付けら
れた定常壁圧圧力センサ１〜８によって各段の圧力を計
測し、それら計測信号はアンプ９を通して増幅され、適
切なディジタル信号に変換してコンピュータ１０へ転送
される。コンピュータ１０では予め定められた予測制限
値と入力される計測値とを比較し、軸方向負荷が各段に
おいて均一となるように、即ち、所定の変動範囲内とな
るように平均化し、最適となるように各段の静翼の角度
を演算し、その結果をアクチュエータ制御装置１１へ出
力する。アクチュエータ制御装置１１はこれら信号を受
け、各段の可変静翼アクチュエータ１２〜１７へ信号を
送り、これらを駆動して各静翼の適切な角度を設定す
る。
比（出口全圧力／入口全圧力）上昇時に各段に取付けら
れた定常壁圧圧力センサ１〜８によって各段の圧力を計
測し、それら計測信号はアンプ９を通して増幅され、適
切なディジタル信号に変換してコンピュータ１０へ転送
される。コンピュータ１０では予め定められた予測制限
値と入力される計測値とを比較し、軸方向負荷が各段に
おいて均一となるように、即ち、所定の変動範囲内とな
るように平均化し、最適となるように各段の静翼の角度
を演算し、その結果をアクチュエータ制御装置１１へ出
力する。アクチュエータ制御装置１１はこれら信号を受
け、各段の可変静翼アクチュエータ１２〜１７へ信号を
送り、これらを駆動して各静翼の適切な角度を設定す
る。
【００１８】図２は圧縮機を所定の圧縮機全体圧力比で
運転した場合の各段の負荷分布を示す図である。図にお
いて、白丸印はπ１の圧力比の時のデータ、黒ぬりの四
角はπ２の圧力比の時のデータであり、黒ぬりの菱形は
本発明によって最適化した結果の運転条件π１のデータ
である。又、上限の点線は予測制限値１８であり、この
制限値以上の負荷ではサージが起きる可能性の大きい値
である。
運転した場合の各段の負荷分布を示す図である。図にお
いて、白丸印はπ１の圧力比の時のデータ、黒ぬりの四
角はπ２の圧力比の時のデータであり、黒ぬりの菱形は
本発明によって最適化した結果の運転条件π１のデータ
である。又、上限の点線は予測制限値１８であり、この
制限値以上の負荷ではサージが起きる可能性の大きい値
である。
【００１９】図２において、ある圧力比π１で運転して
いる圧縮機において、圧力センサ１〜８で各段壁圧を計
測し、図中、白丸印で示すように各段の圧力はアンプ９
を介してコンピュータ１０に取込まれる。これらデータ
を入力したコンピュータ１０は、任意のプログラム言語
を用いてほぼリアルタイムで各段方向の負荷をディスプ
レイに表示する。又、コンピュータ１０には予め予測制
限値１８（図中上限の点線で図示）を入力して記憶させ
ておく。
いる圧縮機において、圧力センサ１〜８で各段壁圧を計
測し、図中、白丸印で示すように各段の圧力はアンプ９
を介してコンピュータ１０に取込まれる。これらデータ
を入力したコンピュータ１０は、任意のプログラム言語
を用いてほぼリアルタイムで各段方向の負荷をディスプ
レイに表示する。又、コンピュータ１０には予め予測制
限値１８（図中上限の点線で図示）を入力して記憶させ
ておく。
【００２０】コンピュータ１０では、入力する各段の圧
力と予測制限値１８とを比較し、マージンが最も小さい
段、即ち４段のデータ１９を選定する。これまでの実験
によってある任意の静翼のスタッガ角（図７に示す静翼
Ｃと回転軸Ｒとのなす角度θ）を大きく（close ）する
と、その下流側の負荷が低下することが判明しているた
め、コンピュータ１０ではマージンの最も少ない段の上
流側の静翼のスタッガ角を大きく（close ）する。図２
の例では４段のマージンが最も小さいので、その上流側
の３段静翼３Ｃの可変静翼アクチュエータ１４を駆動
し、この静翼のスタッガ角を所定量大きく設定する。こ
の操作により４段の負荷が低下する。
力と予測制限値１８とを比較し、マージンが最も小さい
段、即ち４段のデータ１９を選定する。これまでの実験
によってある任意の静翼のスタッガ角（図７に示す静翼
Ｃと回転軸Ｒとのなす角度θ）を大きく（close ）する
と、その下流側の負荷が低下することが判明しているた
め、コンピュータ１０ではマージンの最も少ない段の上
流側の静翼のスタッガ角を大きく（close ）する。図２
の例では４段のマージンが最も小さいので、その上流側
の３段静翼３Ｃの可変静翼アクチュエータ１４を駆動
し、この静翼のスタッガ角を所定量大きく設定する。こ
の操作により４段の負荷が低下する。
【００２１】上記の操作が終わると、コンピュータ１０
は再度予測設定値と入力される計測値とを比較し、マー
ジンの最も小さい段を選定し、上記と同様の操作を繰り
返し、この操作を軸方向の負荷が所定の範囲内の変動と
なり、フラットになるまで繰り返し、最終的には図中黒
ぬりの菱形で示す点線のようにフラットな負荷が得られ
る。その後運転を継続していると負荷分布は圧力比π２
まで上昇し軸方向に再度分布を持つため、同様に負荷分
布がフラットとなるように上記の操作が繰り返される。
は再度予測設定値と入力される計測値とを比較し、マー
ジンの最も小さい段を選定し、上記と同様の操作を繰り
返し、この操作を軸方向の負荷が所定の範囲内の変動と
なり、フラットになるまで繰り返し、最終的には図中黒
ぬりの菱形で示す点線のようにフラットな負荷が得られ
る。その後運転を継続していると負荷分布は圧力比π２
まで上昇し軸方向に再度分布を持つため、同様に負荷分
布がフラットとなるように上記の操作が繰り返される。
【００２２】図３は上記に説明した本実施の第１形態に
おける最適負荷制御システムのコンピュータが実施する
制御フローチャートである。図において、スタート後、
コンピュータ１０は圧縮機各段の壁圧圧力センサ１〜８
の信号を取込み、ステップＳ１において、現状の負荷分
布で最も負荷の高い段を選定する。次に、Ｓ２におい
て、選定した段の上流側の静翼のスタッガ角を所定の角
度だけ大きく（クローズ）する信号をアクチュエータ制
御装置１１へ出力し、アクチュエータ制御装置１１は該
当する可変静翼アクチュエータを駆動してそのスタッガ
角を設定する。
おける最適負荷制御システムのコンピュータが実施する
制御フローチャートである。図において、スタート後、
コンピュータ１０は圧縮機各段の壁圧圧力センサ１〜８
の信号を取込み、ステップＳ１において、現状の負荷分
布で最も負荷の高い段を選定する。次に、Ｓ２におい
て、選定した段の上流側の静翼のスタッガ角を所定の角
度だけ大きく（クローズ）する信号をアクチュエータ制
御装置１１へ出力し、アクチュエータ制御装置１１は該
当する可変静翼アクチュエータを駆動してそのスタッガ
角を設定する。
【００２３】上記の操作により選択した段の負荷は下降
し、Ｓ３において各段の負荷分布を再度調べ、各段の負
荷分布の差が予め設定した値以下となり軸方向負荷の変
動が所定の範囲内になったか否か調べ、未だ負荷の差が
所定の値よりも大きいと、再びＳ１へ戻り、同様の操作
を繰り返す。
し、Ｓ３において各段の負荷分布を再度調べ、各段の負
荷分布の差が予め設定した値以下となり軸方向負荷の変
動が所定の範囲内になったか否か調べ、未だ負荷の差が
所定の値よりも大きいと、再びＳ１へ戻り、同様の操作
を繰り返す。
【００２４】軸方向負荷の変化が所定の範囲となると、
Ｓ４において各段の負荷分布は予測制限値以下であるか
否かを調べ、予測制限値以下であれば、Ｓ５において、
圧力比を上昇させる余裕有りと判定し、Ｓ１へ戻り、同
様の操作を行い、圧力比（負荷）の高い段の負荷を下げ
る操作を行い、軸方向の負荷分布を一定とする制御を行
う。Ｓ４において、各段の負荷分布が予測制限値と一致
するか、あるいは超えていればＳ６において圧力比上昇
を停止させる。
Ｓ４において各段の負荷分布は予測制限値以下であるか
否かを調べ、予測制限値以下であれば、Ｓ５において、
圧力比を上昇させる余裕有りと判定し、Ｓ１へ戻り、同
様の操作を行い、圧力比（負荷）の高い段の負荷を下げ
る操作を行い、軸方向の負荷分布を一定とする制御を行
う。Ｓ４において、各段の負荷分布が予測制限値と一致
するか、あるいは超えていればＳ６において圧力比上昇
を停止させる。
【００２５】上記に説明した実施の第１形態によれば、
各段の持つ昇圧能力を最大限に使用するように制御して
圧縮機を運転し、予測制限値を超えると圧力比上昇を停
止するように制御するので、従来よりも高圧力比の運転
が可能となるものである。
各段の持つ昇圧能力を最大限に使用するように制御して
圧縮機を運転し、予測制限値を超えると圧力比上昇を停
止するように制御するので、従来よりも高圧力比の運転
が可能となるものである。
【００２６】図４は本発明の実施の第２形態に係る圧縮
機の最適負荷制御システムの構成図である。図において
本実施の第２形態においては、各段の近辺にはケーシン
グ５０に貫通する穴３１〜３６を設け、各穴には制御弁
４１〜４６を介した配管を接続し、それぞれ制御弁４１
〜４６を所定の開度だけ開いて圧縮機内の空気を抽気し
て圧力を調整し、抽気した空気はタービン冷却系２２へ
流して冷却に供するようにした構成であり、図１に示す
実施の第１形態の可変静翼アクチュエータ１２〜１６に
代えて穴３１〜３６、抽気用の配管及び制御弁４１〜４
６を設けた構成である。
機の最適負荷制御システムの構成図である。図において
本実施の第２形態においては、各段の近辺にはケーシン
グ５０に貫通する穴３１〜３６を設け、各穴には制御弁
４１〜４６を介した配管を接続し、それぞれ制御弁４１
〜４６を所定の開度だけ開いて圧縮機内の空気を抽気し
て圧力を調整し、抽気した空気はタービン冷却系２２へ
流して冷却に供するようにした構成であり、図１に示す
実施の第１形態の可変静翼アクチュエータ１２〜１６に
代えて穴３１〜３６、抽気用の配管及び制御弁４１〜４
６を設けた構成である。
【００２７】図において、１〜８は図１と同じ壁圧圧力
センサでケーシング５０内の各段の壁に設けられ、その
検出信号はアンプ９を介してコンピュータ１０へ入力さ
れている。３１〜３６はケーシング５０に貫通して設け
られた穴であり、３１が１段、３２は２段、３３は３
段、３４は４段、３５は５段、３６は６段の各静翼の近
辺に設けられている。各穴３１〜３６にはそれぞれ配管
が接続され、制御弁４１〜４６を開してタービン冷却系
２２へ接続されている。各制御弁４１〜４６は弁制御装
置２１によりそれぞれ弁の開度が制御される。
センサでケーシング５０内の各段の壁に設けられ、その
検出信号はアンプ９を介してコンピュータ１０へ入力さ
れている。３１〜３６はケーシング５０に貫通して設け
られた穴であり、３１が１段、３２は２段、３３は３
段、３４は４段、３５は５段、３６は６段の各静翼の近
辺に設けられている。各穴３１〜３６にはそれぞれ配管
が接続され、制御弁４１〜４６を開してタービン冷却系
２２へ接続されている。各制御弁４１〜４６は弁制御装
置２１によりそれぞれ弁の開度が制御される。
【００２８】上記構成の実施の第２形態において、コン
ピュータ１０には各段の圧力がセンサ１〜８により検出
されて入力されており、実施の第１形態と同じく、コン
ピュータ１０は各段において最も圧力比（負荷）の高い
段を選定し、この段の圧力を所定の値まで低下させるべ
く該当する制御弁を所定の開度だけ開く信号を弁制御装
置２１へ送り、弁制御装置２１はその段から空気を抽気
して圧力を低下させ負荷を下げる。抽気した空気はター
ビン冷却系２２へ送り、タービンの翼やロータの冷却に
有効利用される。
ピュータ１０には各段の圧力がセンサ１〜８により検出
されて入力されており、実施の第１形態と同じく、コン
ピュータ１０は各段において最も圧力比（負荷）の高い
段を選定し、この段の圧力を所定の値まで低下させるべ
く該当する制御弁を所定の開度だけ開く信号を弁制御装
置２１へ送り、弁制御装置２１はその段から空気を抽気
して圧力を低下させ負荷を下げる。抽気した空気はター
ビン冷却系２２へ送り、タービンの翼やロータの冷却に
有効利用される。
【００２９】各段の制御弁４１〜４６を上記のように制
御することにより各段の負荷分布を所定の範囲内の変動
として一定とすることができ、実施の第１形態と同様に
各段の持つ昇圧能力を最大限に使用するように制御する
ことができ、万一各段のいずれかの負荷が予測制限値を
超えてサージが発生する危険性がある時には、該当する
制御弁を開放してその段の圧力を低下させ負荷を予測制
限値以下とすることができるので、各段の持つ昇圧能力
を最大限に使用し、従来よりも高圧力比の運転が可能と
なる。
御することにより各段の負荷分布を所定の範囲内の変動
として一定とすることができ、実施の第１形態と同様に
各段の持つ昇圧能力を最大限に使用するように制御する
ことができ、万一各段のいずれかの負荷が予測制限値を
超えてサージが発生する危険性がある時には、該当する
制御弁を開放してその段の圧力を低下させ負荷を予測制
限値以下とすることができるので、各段の持つ昇圧能力
を最大限に使用し、従来よりも高圧力比の運転が可能と
なる。
【００３０】
【発明の効果】本発明の圧縮機の最適負荷制御システム
は、（１）可変静翼を多段に構成してなる圧縮機の負荷
制御システムであって、前記各段のケーシング内圧力を
測定する複数のセンサと、前記各段の静翼のスタッガ角
度を調整する複数のアクチュエータと、同複数のアクチ
ュエータの駆動を制御するアクチュエータ制御装置と、
前記複数のセンサからの圧力信号を取込み前記各段の静
翼のスタッガ角度を演算し前記アクチュエータ制御装置
に出力するコンピュータとを備え、同コンピュータは、
前記各段の圧力信号のうち最も高い圧力比（負荷）の段
を選定し、選定した段の上流側の静翼のスタッガ角を所
定角度だけ大きく設定する信号を前記アクチュエータ制
御装置へ出力し同制御装置により前記スタッガ角度の設
定を行わせしめるように制御し、同制御を順次繰り返す
ことにより予め設定した予測制限値内で各段の圧力変動
を所定の範囲内に設定するように制御することを特徴と
している。
は、（１）可変静翼を多段に構成してなる圧縮機の負荷
制御システムであって、前記各段のケーシング内圧力を
測定する複数のセンサと、前記各段の静翼のスタッガ角
度を調整する複数のアクチュエータと、同複数のアクチ
ュエータの駆動を制御するアクチュエータ制御装置と、
前記複数のセンサからの圧力信号を取込み前記各段の静
翼のスタッガ角度を演算し前記アクチュエータ制御装置
に出力するコンピュータとを備え、同コンピュータは、
前記各段の圧力信号のうち最も高い圧力比（負荷）の段
を選定し、選定した段の上流側の静翼のスタッガ角を所
定角度だけ大きく設定する信号を前記アクチュエータ制
御装置へ出力し同制御装置により前記スタッガ角度の設
定を行わせしめるように制御し、同制御を順次繰り返す
ことにより予め設定した予測制限値内で各段の圧力変動
を所定の範囲内に設定するように制御することを特徴と
している。
【００３１】上記構成により、軸方向の負荷分布の変動
が所定の範囲内となり、フラットにするように制御する
ことができる。又、コンピュータには予めサージが起こ
る危険のある予測制限値を有しており、各段の圧力がこ
の予測制限値を超えない範囲で圧力比を均一化すると共
に、上昇させるように制御するので、各段の持つ昇圧能
力を最大限に使用し、従来よりも高圧比の運転が可能と
なる。
が所定の範囲内となり、フラットにするように制御する
ことができる。又、コンピュータには予めサージが起こ
る危険のある予測制限値を有しており、各段の圧力がこ
の予測制限値を超えない範囲で圧力比を均一化すると共
に、上昇させるように制御するので、各段の持つ昇圧能
力を最大限に使用し、従来よりも高圧比の運転が可能と
なる。
【００３２】本発明の（２）は、可変静翼を多段に構成
してなる圧縮機の負荷制御システムであって、前記各段
のケーシング内圧力を測定する複数のセンサと、前記各
段近傍のケーシングを貫通する穴を設け、同穴にそれぞ
れ接続された抽気用の配管と、同各配管に接続された制
御弁と、同各制御弁の開度を制御する弁制御装置と、前
記複数のセンサからの圧力信号を取込み前記各段のケー
シング内の圧力を設定するための前記制御弁の開度信号
を演算し前記弁制御装置へ出力するコンピュータとを備
え、前記コンピュータは、前記各段の圧力信号のうち最
も高い圧力比（負荷）の段を選定し、選定した段の圧力
を所定の圧力まで下げるための前記制御弁の開度信号を
前記弁制御装置へ出力し同弁制御装置により前記選定し
た段の圧力を低下させるように制御し、同制御を順次繰
り返すことにより予め設定した予測制限値内で各段の圧
力変動を所定の範囲内に設定するように制御することを
特徴としている。
してなる圧縮機の負荷制御システムであって、前記各段
のケーシング内圧力を測定する複数のセンサと、前記各
段近傍のケーシングを貫通する穴を設け、同穴にそれぞ
れ接続された抽気用の配管と、同各配管に接続された制
御弁と、同各制御弁の開度を制御する弁制御装置と、前
記複数のセンサからの圧力信号を取込み前記各段のケー
シング内の圧力を設定するための前記制御弁の開度信号
を演算し前記弁制御装置へ出力するコンピュータとを備
え、前記コンピュータは、前記各段の圧力信号のうち最
も高い圧力比（負荷）の段を選定し、選定した段の圧力
を所定の圧力まで下げるための前記制御弁の開度信号を
前記弁制御装置へ出力し同弁制御装置により前記選定し
た段の圧力を低下させるように制御し、同制御を順次繰
り返すことにより予め設定した予測制限値内で各段の圧
力変動を所定の範囲内に設定するように制御することを
特徴としている。
【００３３】上記の構成においても、各段の軸方向の負
荷分布の変動を所定の範囲内に設定し、均一化すること
ができる。又、コンピュータは弁制御装置を介して各段
の制御弁の開度を制御し、予めサージが起こる危険のあ
る予測制限値を有しており、各段の圧力がこの予測制限
値を超えない範囲で圧力比を均一化すると共に、上昇さ
せるように制御するので、各段の持つ昇圧能力を最大限
に使用し、従来よりも高圧力比の運転が可能となる。
荷分布の変動を所定の範囲内に設定し、均一化すること
ができる。又、コンピュータは弁制御装置を介して各段
の制御弁の開度を制御し、予めサージが起こる危険のあ
る予測制限値を有しており、各段の圧力がこの予測制限
値を超えない範囲で圧力比を均一化すると共に、上昇さ
せるように制御するので、各段の持つ昇圧能力を最大限
に使用し、従来よりも高圧力比の運転が可能となる。
【００３４】本発明の（３）では、抽気した空気はター
ビンの冷却系統へ流れ、冷却用空気として利用されるの
で、上記（２）の発明における圧縮空気の無駄がなくな
り圧縮機の効率低下を防止できる。
ビンの冷却系統へ流れ、冷却用空気として利用されるの
で、上記（２）の発明における圧縮空気の無駄がなくな
り圧縮機の効率低下を防止できる。
【図１】本発明の実施の第１形態に係る圧縮機の最適負
荷制御システムの構成図である。
荷制御システムの構成図である。
【図２】本発明の実施の第１形態に係る圧縮機の最適負
荷制御システムを適用した運転時の各段の負荷分布を示
す図である。
荷制御システムを適用した運転時の各段の負荷分布を示
す図である。
【図３】本発明の実施の第１形態に係る圧縮機の最適負
荷制御システムでの制御フローチャートである。
荷制御システムでの制御フローチャートである。
【図４】本発明の実施の第２形態に係る圧縮機の最適負
荷制御システムの構成図である。
荷制御システムの構成図である。
【図５】圧縮機の一般的な内部断面図である。
【図６】従来の圧縮機の運転時における各段の負荷分布
を示す図である。
を示す図である。
【図７】静翼のスタッガ角を示す説明図である。
１〜８ 壁圧圧力センサ
９ アンプ
１０ コンピュータ
１１ アクチュエータ制御装置
１２〜１７ 可変静翼アクチュエータ
２１ 弁制御装置
３１〜３６ 穴
４１〜４６ 制御弁
５０ ケーシング
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
F04D 27/02
F02C 7/057
Claims (3)
- 【請求項１】 可変静翼を多段に構成してなる圧縮機の
負荷制御システムであって、前記各段のケーシング内圧
力を測定する複数のセンサと、前記各段の静翼のスタッ
ガ角度を調整する複数のアクチュエータと、同複数のア
クチュエータの駆動を制御するアクチュエータ制御装置
と、前記複数のセンサからの圧力信号を取込み前記各段
の静翼のスタッガ角度を演算し前記アクチュエータ制御
装置に出力するコンピュータとを備え、同コンピュータ
は、前記各段の圧力信号のうち最も高い圧力比（負荷）
の段を選定し、選定した段の上流側の静翼のスタッガ角
を所定角度だけ大きく設定する信号を前記アクチュエー
タ制御装置へ出力し同制御装置により前記スタッガ角度
の設定を行わせしめるように制御し、同制御を順次繰り
返すことにより予め設定した予測制限値内で各段の圧力
比分布を所定の範囲内に設定するように制御することを
特徴とする圧縮機の最適負荷制御システム。 - 【請求項２】 可変静翼を多段に構成してなる圧縮機の
負荷制御システムであって、前記各段のケーシング内圧
力を測定する複数のセンサと、前記各段近傍のケーシン
グを貫通する穴を設け、同穴にそれぞれ接続された抽気
用の配管と、同各配管に接続された制御弁と、同各制御
弁の開度を制御する弁制御装置と、前記複数のセンサか
らの圧力信号を取込み前記各段のケーシング内の圧力を
設定するための前記制御弁の開度信号を演算し前記弁制
御装置へ出力するコンピュータとを備え、前記コンピュ
ータは、前記各段の圧力信号のうち最も高い圧力比（負
荷）の段を選定し、選定した段の圧力を所定の圧力まで
下げるための前記制御弁の開度信号を前記弁制御装置へ
出力し同弁制御装置により前記選定した段の圧力を低下
させるように制御し、同制御を順次繰り返すことにより
予め設定した予測制限値内で各段の圧力変動を所定の範
囲内に設定するように制御することを特徴とする圧縮機
の最適負荷制御システム。 - 【請求項３】 前記各段の制御弁を介した配管は、抽気
した空気がタービン冷却系統へ流れるように接続されて
いることを特徴とする請求項２記載の圧縮機の最適負荷
制御システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000248392A JP3469178B2 (ja) | 2000-08-18 | 2000-08-18 | 圧縮機の最適負荷制御システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000248392A JP3469178B2 (ja) | 2000-08-18 | 2000-08-18 | 圧縮機の最適負荷制御システム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002061594A JP2002061594A (ja) | 2002-02-28 |
| JP3469178B2 true JP3469178B2 (ja) | 2003-11-25 |
Family
ID=18738309
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000248392A Expired - Fee Related JP3469178B2 (ja) | 2000-08-18 | 2000-08-18 | 圧縮機の最適負荷制御システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3469178B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4910732B2 (ja) * | 2007-02-01 | 2012-04-04 | 株式会社日立製作所 | ガスタービンシステムの改造方法 |
| JP5202597B2 (ja) * | 2010-09-16 | 2013-06-05 | 株式会社日立製作所 | 軸流圧縮機，軸流圧縮機を備えたガスタービンシステム及び軸流圧縮機の改造方法 |
| JP5881390B2 (ja) * | 2011-12-01 | 2016-03-09 | 三菱重工業株式会社 | 回転機械 |
| DE102015223212A1 (de) | 2015-11-24 | 2017-05-24 | MTU Aero Engines AG | Verfahren, Verdichter und Strömungsmaschine |
| KR101921410B1 (ko) * | 2017-01-23 | 2018-11-22 | 두산중공업 주식회사 | 가스터빈의 서지 마진 제어 방법 및 가스터빈의 추기 장치 |
| JP2023179833A (ja) | 2022-06-08 | 2023-12-20 | 三菱重工業株式会社 | 圧縮機制御装置、圧縮機の制御方法、及び、圧縮機の制御プログラム |
-
2000
- 2000-08-18 JP JP2000248392A patent/JP3469178B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 松岡 増二，新航空工学講座 第８巻 ジェット・エンジン（構造偏），日本，社団法人 日本航空技術協会，１９９１年 ５月２０日，第１版 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2002061594A (ja) | 2002-02-28 |
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|---|---|---|---|
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