JP4374634B2 - ターボ圧縮機のサージング予測装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明はターボ冷凍機のサージング予測装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
ターボ冷凍機は、運転状態などによってサージングを発生する場合がある。サージングが発生した場合にはターボ冷凍機を突然停止させる必要が生じたり、場合によってはターボ冷凍機を損傷することがあるために、サージングの発生を予測できるようにして、サージングの発生を回避する手段が講じられるようにすることが望まれる。
【0003】
ターボ冷凍機の特性は、ターボ冷凍機の入口の流体圧力と出口の流体圧力との差圧と、風量とによって決まリ、また従来より、風量と差圧との関係からターボ冷凍機固有のサージングが発生することが知られており、特に風量が少ない状態で差圧が大きくなった場合にサージングが発生し易くなっている。
【0004】
このため、従来では次のような手段によってターボ冷凍機のサージングに対処していた。
【0005】
a)ターボ冷凍機の吐出流量を流量計で計測し、且つ該流量計で検出した吐出流量を出口圧力と出口温度で補正し、該補正された吐出流量と、前記出口圧力とからターボ冷凍機のサージングを予測する方法。
【0006】
b)ターボ冷凍機の出口圧力または入口圧力、或いは出口温度または入口温度の急激な変化を検出して、サージングの発生を検出する方法。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来の方法においては、夫々次のような問題点を有していた。
【0008】
a)の方法においては、ターボ冷凍機の吐出流量を計測するために高価な流量計を取り付ける必要があり、更に吐出流量を出口圧力と出口温度で補正するようにしているが、この補正が難しく、実際の値と大きくかけ離れてしまう可能性がある。
【0009】
また、吐出流量と出口圧力に基づいてサージングの発生を予測する方法であり、風量と差圧に基づいてターボ冷凍機のサージングを予測するものではないために、ターボ冷凍機の運転状態によっては、サージングの発生を正確に予測できない場合がある。
【0010】
b)の方法においては、ターボ冷凍機の出口圧力または入口圧力、或いは出口温度または入口温度の急激な変化を検出して、サージングの発生を検出する方法であるために、実際にサージングが発生してから検出されるものであって、サージングの発生を予測することはできない。
【0011】
本発明は、かかる従来の問題点を解決すべくなしたもので、ターボ冷凍機のサージングの発生を、一般に備えられている計測器を用いることによって設備費を増加することなしに精度良く予測できるターボ冷凍機のサージング予測装置を提供することを目的としている。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ターボ冷凍機の出口圧力を検出する出口圧力検出器からの出口圧力と、入口圧力を検出する入口圧力検出器からの入口圧力とを入力して差圧を求める差圧演算器と、
前記入口圧力検出器からの入口圧力と、入口温度を検出する入口温度検出器からの入口温度と、主電動機の電流を検出する電流検出器からの電動機電流と、前記差圧演算器からの差圧とを入力して換算風量を演算する換算風量演算器と、
換算風量と差圧の関係から決まるターボ冷凍機のサージングラインが予め入力されていて前記換算風量の入力に対応したサージング発生差圧を出力する出力回路と、
前記差圧演算器からの差圧と出力回路からのサージング発生差圧とを比較する比較器と、
比較器からの比較結果に応じてサージング発生の可能性を予測する予測判断装置とを備えたことを特徴とするターボ冷凍機のサージング予測装置、に係るものである。
【0014】
本発明によれば、入口圧力と、入口温度と、電動機電流と、差圧とから換算風量を演算し、換算風量と差圧の関係から決まるターボ冷凍機のサージングラインを求めておき、現在の換算風量から前記サージングラインを用いてサージング発生差圧を求め、該サージング発生差圧と演算して求めた差圧とを比較し、その比較結果からサージングの発生を予測するようにしたので、サージングの発生を精度良く予測し得る。
【0015】
また、従来からターボ冷凍機に備えられている既設の計測器を利用しているので、簡略な構成にてサージングの発生を精度良く予測できる。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態を図面に基づいて説明する。
【0017】
図1は本発明を適用するターボ冷凍機の一例を示したもので、図中1は主電動機2によって回転駆動されるインペラであり、該インペラ1の軸方向に設けられている入口管3には蒸発器4にて蒸発した蒸発媒体が供給されてインペラ1により圧縮され、凝縮媒体となって出口管5から排出され、冷却手段を備えた凝縮器6により液化されるようになっている。
【0018】
上記ターボ冷凍機の出口管5に、凝縮媒体の出口圧力を検出する出口圧力検出器7を設け、また前記入口管3に蒸発媒体の入口圧力を検出する入口圧力検出器8を設け、前記出口圧力検出器7からの出口圧力7aと、入口圧力検出器8からの入口圧力8aとをサージング予測装置9に入力するようにしている。
【0019】
更に、前記入口管3に入口温度検出器10を設けて該入口温度検出器10で検出した入口温度10aを前記サージング予測装置9に入力すると共に、前記主電動機2の電動機電流を計測する電流検出器11を設けて該電流検出器11で検出した電動機電流11aを前記サージング予測装置9に入力するようにしている。
【0020】
図2は図1とは異なる検出方式を示したものであり、図2に示すように、入口管3の圧力P2を蒸発器4で検出するように変更しても同じ効果が得られる。また入口管3の温度Tを蒸発器4で検出しても同じ効果が得られる。同様に出口管5の圧力P1を凝縮器6で検出しても同じ効果が得られる。
【0021】
これら3ヵ所の検出点の組み合せは8通り考えられるが、いずれの組み合せを採用しても入力した信号の処理方式を変えることなく扱うことができ、しかもほぼ等しいサージング予測結果を得ることができる。
【0022】
図3は前記サージング予測装置9の制御ブロック図であリ、図中12は差圧演算器、13は換算風量演算器、14は出力回路、15は比較器、16は予測判断装置である。
【0023】
前記差圧演算器12には、前記出口圧力検出器7からの出口圧力7aと、前記入口圧力検出器8からの入口圧力8aが入力されており、差圧演算器12は、出口圧力7aと入口圧力8aとの差圧μ0を求めて出力するようになっている。
【0024】
前記換算風量演算器13には、前記入口圧力検出器8からの入口圧力8aと、入口温度検出器10からの入口温度10aと、電流検出器11からの電動機電流11aと、前記差圧演算器12からの差圧μ0とが入力されており、換算風量演算器13は、換算風量Φ’を演算して出力するようになっている。
【0025】
前記出力回路14には、換算風量Φ’と差圧μ0の関係から決まるターボ冷凍機のサージングラインSが予め入力されており、出力回路14に前記換算風量演算器13で演算された換算風量Φ’が入力されることにより、該換算風量Φ’に対応したサージング発生差圧Xを出力するようになっている。サージングラインSは、差圧μ0がサージングラインSより下側の値であればサージングが発生せず、サージングラインSより上側の値であればサージングが発生するという境を表わしている。例えば換算風量Φ’としてΦ’1の値が出力回路14に入力されると、その換算風量Φ’1に応じた値のサージング発生差圧Xが出力されるようになっている。
【0026】
前記比較器15は、前記差圧演算器12からの差圧μ0と出力回路14からのサージング発生差圧Xとを比較して偏差17を求めるようになっている。
【0027】
前記予測判断装置16は、前記比較器15による比較結果、即ち偏差17に基づいてサージング発生の可能性を予測するようになっている。即ち、偏差17が小さくなるほど現在の差圧μ0がサージング発生差圧Xに近づいてサージングが発生し易い状態になっていることを示している。
【0028】
以下に上記形態例の作用を説明する。
【0029】
ターボ冷凍機の特性は風量と差圧によって記述することができ、ターボ冷凍機の消費電力Lについて下記式(1)のように記述することができる。
【数1】
L=ρsu2 3D2 2Φμ0・・・(1)
u2:周速=πDN/60
N:インペラ回転数(ターボ冷凍機固有の定数)
D2:インペラ径(ターボ冷凍機固有の定数)
ρs:入口流体密度
Φ:風量
μ0:差圧
【0030】
ここで、ターボ冷凍機固有の定数をkとおけば、ターボ冷凍機の消費電力Lは下記式(2)と書き表わされる。
【数2】
L=kρsΦμ0・・・(2)
【0031】
風量Φについて(2)式を解くと、下記式(3)と書き表わされる。
【数3】
Φ=(k・L)/(ρsμ0)・・・(3)
【0032】
ターボ冷凍機において、消費電力L、入口流体密度ρs、風量Φは直接計測することができないため、次のように考える。
【0033】
I)消費電力L
ターボ冷凍機の駆動機に誘導電動機が使用される場合、主電動機に供給される電圧及び主電動機の力率・効率はほぼ一定であることから、消費電力Lは電動機電流Iに比例し、下記式(4)で表わされる。
【数4】
L=K1・I・・・(4)
K1:定数
【0034】
II)入口流体密度ρs
インぺラ吸入側の温度と蒸発器温度との差は微小であり等価と考えられるため、冷媒は飽和蒸気状態であると仮定すれば、蒸発温度Tvを使って、使用冷媒の飽和蒸気密度関数fから下記式(5)のように入口流体密度ρsを間接的に求めることができる。
【数5】
ρs=f(Tv)・・・(5)
【0035】
III)風量Φ
風量は(3)式で表されるから、(4)、(5)式よリ下記式(6)のように表わされる。
【数6】
Φ=(A・I)/(f(Tv)・μ0)・・・(6)
A:定数
【0036】
さらに、ターボ冷凍機の蒸発温度は運転状態により変化するため、特定条件(例えば温度0℃、圧力1.033MPa abs)に変換すると、前記式(6)は下記式(7)
【数7】
Φ’=(1.033(Tv+273))/(273Pv)・・・(7)
Pv:蒸発圧力
となり、換算風量Φ’は、電動機電流I、蒸発温度Tv、差圧μ0、蒸発圧力Pvを使って表現することができる。
【0037】
従って、サージングラインSを換算風量Φ’と差圧μ0の関係についてまとめれば、ターボ冷凍機のサージングを起こす境を示すサージングラインSを求めることができる。このようにして求めたサージングラインSを出力回路14に予め入力しておく。
【0038】
すると、換算風量演算器13によって演算した現在の換算風量Φ’を出力回路14に入力することにより、その換算風量Φ’の時にサージングが発生するサージング発生差圧Xが求められる。
【0039】
上記出力回路14で求められたサージング発生差圧Xと、前記差圧演算器12で求めた現在の差圧μ0とが比較器15で比較されて偏差17が求められる。
【0040】
予測判断装置16は、前記偏差17が大きいと、現在の差圧μ0がサージング発生差圧Xと大きく離れていることによりサージングは発生しないと判断し、また前記偏差17が小さいと、現在の差圧μ0がサージング発生差圧Xに接近していてサージングが発生し易い状態にあることを判断する。サージングが発生し易い状態にあることが判断された場合には、図1、図2の出口管5に備えた図示しないバイパス管を開けるなどの従来から実施されている種々のサージング回避方法によってサージングの発生を回避する。
【0041】
前記出口圧力検出器7、入口圧力検出器8、入口温度検出器10、電流検出器11は、夫々一般にターボ冷凍機の運転制御のために備えられているものであり、本発明によれば上記したような既設の計測器を利用した簡略な構成によってサージングの発生を精度良く予測することができる。
【0042】
尚、本発明は上記形態例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【0043】
【発明の効果】
本発明によれば、入口圧力と、入口温度と、電動機電流と、差圧とから換算風量を演算し、換算風量と差圧の関係から決まるターボ冷凍機のサージングラインを求めておき、現在の換算風量から前記サージングラインを用いてサージング発生差圧を求め、該サージング発生差圧と演算して求めた差圧とを比較し、その比較結果からサージングの発生を予測するようにしたので、サージングの発生を精度良く予測し得る効果がある。
【0044】
また、従来からターボ冷凍機に備えられている既設の計測器を利用しているので、簡略な構成にてサージングの発生を精度良く予測できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を適用するターボ冷凍機の一例を示すブロック図である。
【図2】図1とは異なる検出方式を示すブロック図である。
【図3】サージング予測装置の制御ブロック図である。
【符号の説明】
2 主電動機
7a 出口圧力
8 入口圧力検出器
8a 入口圧力
9 サージング予測装置
10 入口温度検出器
10a 入口温度
11 電流検出器
11a 電動機電流
12 差圧演算器
13 換算風量演算器
14 出力回路
15 比較器
16 予測判断装置
17 偏差(比較結果)
Φ’ 換算風量
μ0 差圧
Claims (1)
- ターボ冷凍機の出口圧力を検出する出口圧力検出器からの出口圧力と、入口圧力を検出する入口圧力検出器からの入口圧力とを入力して差圧を求める差圧演算器と、
前記入口圧力検出器からの入口圧力と、入口温度を検出する入口温度検出器からの入口温度と、主電動機の電流を検出する電流検出器からの電動機電流と、前記差圧演算器からの差圧とを入力して換算風量を演算する換算風量演算器と、
換算風量と差圧の関係から決まるターボ冷凍機のサージングラインが予め入力されていて前記換算風量の入力に対応したサージング発生差圧を出力する出力回路と、
前記差圧演算器からの差圧と出力回路からのサージング発生差圧とを比較する比較器と、
比較器からの比較結果に応じてサージング発生の可能性を予測する予測判断装置とを備えたことを特徴とするターボ冷凍機のサージング予測装置。
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