JP6071449B2 - Condition monitoring system for axial-flow rotating machine and axial-flow rotating machine - Google Patents
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Description
本発明は、軸流送風機、軸流圧縮機等の軸流式回転機械の状態監視に関する。 The present invention relates to state monitoring of an axial flow type rotating machine such as an axial flow fan or an axial flow compressor.
軸流式のブロア、軸流圧縮機等の軸流式回転機械においては、入口圧力に対する出口圧力の比（圧力比）が所定の値を上回る運転状態となるとサージングが発生する。このため、このような好ましくない運転状態を回避するための様々な手立てが講じられている。 In an axial flow type rotary machine such as an axial flow type blower or an axial flow compressor, surging occurs when the ratio of the outlet pressure to the inlet pressure (pressure ratio) exceeds the predetermined value. For this reason, various measures are taken to avoid such an undesirable driving state.
具体的には例えば、圧縮機入口の一点及び出口の一点における圧力を計測して圧力比を算出し、この圧力比と予め設定した所定値（サージング発生のおそれがある圧力比の値）との差異を比較・判断して、運転点がサージ点に到達しないように圧力比の増加を抑制する方法がある。 Specifically, for example, the pressure ratio is calculated by measuring the pressure at one point of the compressor inlet and one point of the outlet, and this pressure ratio and a predetermined value (pressure ratio value at which surging may occur) There is a method of suppressing the increase in pressure ratio so that the operating point does not reach the surge point by comparing and judging the difference.
また、特許文献１に開示された装置では、ガスタービン圧縮機の各段の圧力、温度をセンサによって監視し、予め設定した設定値と比較してこれら圧力、温度の値がこの設定値を超過した場合にサージングが発生したと判断することでより早急なサージング発生の検出を可能としている。 In addition, in the apparatus disclosed in Patent Document 1, the pressure and temperature of each stage of the gas turbine compressor are monitored by sensors, and these pressure and temperature values exceed this set value compared with preset values. In this case, it is possible to detect surging more quickly by determining that surging has occurred.
しかしながら、圧縮機入口の一点及び出口の一点における圧力を計測して圧力比を算出する場合には、出口における流体の流れは一様となっていないため、出口圧力の計測精度が低下してしまう。即ち、この手法では入口と出口での平均的な圧力でしか監視ができないため、正確な運転状態を把握することが難しい。さらに、上記所定値（サージング発生のおそれがある圧力比の値）を設定する際には、この所定値は翼がクリーンな状態である初期運転時を基準として設定される。このため、翼に汚れが付着する等によって運転性能が低下して運転範囲が狭くなっている場合には、計測、算出した圧力比とこの所定値とを比較しても運転点がサージングに近くなっていることを確実に把握できないおそれがある。
また、特許文献１に開示された方法では、センサの設置数量が多くなり、設置の手間やコスト面で好ましくない。
However, when the pressure ratio is calculated by measuring the pressure at one point of the compressor inlet and one point of the outlet, the flow rate of the fluid at the outlet is not uniform, so the measurement accuracy of the outlet pressure is reduced. . In other words, this method can only monitor the average pressure at the inlet and outlet, so it is difficult to grasp the exact operating state. Furthermore, when setting the predetermined value (pressure ratio value at which surging may occur), the predetermined value is set based on the initial operation in which the blades are in a clean state. For this reason, when the operating performance is reduced due to dirt attached to the blades and the operating range is narrow, the operating point is close to surging even if the measured and calculated pressure ratio is compared with this predetermined value. There is a risk that it will not be possible to grasp for sure.
Further, the method disclosed in Patent Document 1 is not preferable in terms of installation effort and cost because the number of sensors to be installed increases.
本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、簡易な構成によってサージングの発生を予測することが可能な軸流式回転機械の状態監視システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in consideration of such circumstances, and an object thereof is to provide a state monitoring system for an axial-flow rotating machine capable of predicting the occurrence of surging with a simple configuration.
上記課題を解決するため、本発明は以下の手段を採用している。
即ち、本発明に係る軸流式回転機械の状態監視システムは、軸流式回転機械のディフューザ内における軸方向の動圧値を検出し、該動圧値に基づく動圧信号を出力する一つの動圧検出部と、該動圧信号が入力される制御装置と、を備え、前記一つの動圧検出部は、前記ディフューザの径方向内側面からの距離が、前記ディフューザの前記径方向内側面から前記ディフューザの径方向外側面までの距離の２０％以下の位置での動圧を検出し、前記制御装置は、予め定めた閾値を境界として、前記動圧信号に基づく値が前記境界を跨ぐように変化したか否かを判断する判別部と、前記動圧信号に基づく値が前記境界を跨いだと前記判別部が判断した際に、前記軸流式回転機械の入口の圧力に対する出口の圧力の比である圧力比を制限するための圧力比制限信号を生成する圧力比制限信号生成部と、を有することを特徴とする。
In order to solve the above problems, the present invention employs the following means.
That is, the axial flow type rotary machine state monitoring system according to the present invention detects a dynamic pressure value in the axial direction in the diffuser of the axial flow type rotary machine and outputs a dynamic pressure signal based on the dynamic pressure value . A dynamic pressure detection unit; and a control device to which the dynamic pressure signal is input, wherein the one dynamic pressure detection unit is configured such that a distance from a radial inner surface of the diffuser is the radial inner surface of the diffuser. The control device detects a dynamic pressure at a position equal to or less than 20% of the distance from the diffuser to the radially outer surface of the diffuser, and the control device uses a predetermined threshold as a boundary, and a value based on the dynamic pressure signal crosses the boundary When the determination unit determines that the value based on the dynamic pressure signal has crossed the boundary, the determination unit determines whether or not the change has occurred, the outlet of the axial flow type rotary machine with respect to the pressure of the inlet Pressure to limit the pressure ratio, which is the ratio of pressure And the pressure ratio limit signal generator for generating a specific limit signal, and having a.
このような状態監視システムによると、動圧検出部からの動圧信号を制御装置で受け、閾値を跨いで動圧信号に基づく値が変化したか否かを判断する。即ち、動圧信号に基づく値が閾値よりも小さい値から大きい値へ変化したか否か、及び、閾値よりも大きい値から小さい値へ変化したか否かを判断する。
ここで、軸流式回転機械の運転点がサージング発生状態に近づくと、ディフューザ内では内周側から外周側へ向かう二次流れが強くなる傾向があるため、ディフューザ内の流れが外周側へ偏在することとなる。そして最終的には内周側において軸方向の下流へ向かって流れが無くなり、上流側に向かう逆流が発生しサージングへと発展する。このような状態では、ディフューザ内の動圧値が内周側では減少し、外周側では動圧値が増大する。
従って、運転点がサージ点となってしまわないような動圧値に対応する閾値を設定し、ディフューザ内周側では、制御装置における判別部において動圧信号に基づく値がこの閾値を跨いで小さい値となったか否かを、又は、ディフューザ外周側では動圧信号に基づく値がこの閾値を跨いで大きい値となったか否かを判断することで、サージングが発生する前に、圧力比制限信号生成部が圧力比を制限する圧力比制限信号を生成することができる。よって、この圧力比制限信号を用いて圧力比を制限するように運転を制御することが可能である。
According to such a state monitoring system, the dynamic pressure signal from the dynamic pressure detection unit is received by the control device, and it is determined whether or not the value based on the dynamic pressure signal has changed across the threshold value. That is, it is determined whether or not the value based on the dynamic pressure signal has changed from a value smaller than the threshold value to a larger value, and whether or not the value has changed from a value larger than the threshold value to a smaller value.
Here, when the operating point of the axial flow type rotating machine approaches the surging state, the secondary flow from the inner peripheral side to the outer peripheral side tends to become stronger in the diffuser, so the flow in the diffuser is unevenly distributed to the outer peripheral side. Will be. Eventually, there is no flow toward the downstream in the axial direction on the inner peripheral side, and a reverse flow toward the upstream side is generated to develop surging. In such a state, the dynamic pressure value in the diffuser decreases on the inner peripheral side, and the dynamic pressure value increases on the outer peripheral side.
Accordingly, a threshold value corresponding to a dynamic pressure value that does not cause the operating point to become a surge point is set, and on the inner peripheral side of the diffuser, a value based on the dynamic pressure signal is small across the threshold value in the determination unit of the control device Pressure ratio limit signal before surging occurs by judging whether or not the value is based on the dynamic pressure signal on the outer periphery side of the diffuser The generation unit can generate a pressure ratio limiting signal for limiting the pressure ratio. Therefore, it is possible to control the operation so as to limit the pressure ratio using this pressure ratio limiting signal.
また、他の発明に係る軸流式回転機械の状態監視システムは、軸流式回転機械のディフューザ内における軸方向の動圧値を検出し、該動圧値に基づく動圧信号を出力する動圧計測装置と、該動圧信号が入力される制御装置と、を備え、前記動圧計測装置は、前記ディフューザ内での動圧値を検出する第一動圧検出部と、前記ディフューザ内で前記第一動圧検出部が動圧値を検出する位置から径方向に離間する位置での動圧値を検出する第二動圧検出部と、を有し、前記第一動圧検出部で検出された動圧値と前記第二動圧検出部で検出された動圧値との差分に基づく信号を前記動圧信号として出力し、前記第一動圧検出部及び前記第二動圧検出部は、いずれも、前記ディフューザの径方向内側面からの距離が、前記ディフューザの前記径方向内側面から前記ディフューザの径方向外側面までの距離の８０〜９０％の位置での動圧を検出し、前記制御装置は、予め定めた閾値を境界として、前記動圧信号に基づく値が前記境界を跨ぐように変化したか否かを判断する判別部と、
前記動圧信号に基づく値が前記境界を跨いだと前記判別部が判断した際に、前記軸流式回転機械の入口の圧力に対する出口の圧力の比である圧力比を制限するための圧力比制限信号を生成する圧力比制限信号生成部と、を有することを特徴とする。
A state monitoring system for an axial flow rotary machine according to another invention detects a dynamic pressure value in an axial direction in a diffuser of the axial flow rotary machine and outputs a dynamic pressure signal based on the dynamic pressure value. A pressure measuring device, and a control device to which the dynamic pressure signal is input, wherein the dynamic pressure measuring device detects a dynamic pressure value in the diffuser, and in the diffuser. A second dynamic pressure detection unit that detects a dynamic pressure value at a position that is radially separated from a position at which the first dynamic pressure detection unit detects the dynamic pressure value, and the first dynamic pressure detection unit A signal based on a difference between the detected dynamic pressure value and the dynamic pressure value detected by the second dynamic pressure detection unit is output as the dynamic pressure signal, and the first dynamic pressure detection unit and the second dynamic pressure detection are output. In any case, the distance from the radially inner side surface of the diffuser is within the radial direction of the diffuser. Detecting a dynamic pressure at a position of 80 to 90% of a distance from the surface to the radially outer surface of the diffuser, and the control device sets a value based on the dynamic pressure signal as the boundary with a predetermined threshold as a boundary. A discriminator for judging whether or not it has changed so as to cross
A pressure ratio for limiting a pressure ratio that is a ratio of an outlet pressure to an inlet pressure of the axial-flow rotary machine when the determination unit determines that a value based on the dynamic pressure signal crosses the boundary. A pressure ratio limiting signal generating unit that generates a limiting signal.
軸流式回転機械の運転点がサージング発生状態に近づくと、ディフューザ内の径方向で動圧値の差が小さくなる部分が発生する。ここで、このように差の小さくなる二点の動圧値の差分に関し、運転点がサージ点となってしまわないような差分に対応する閾値を設定する。そして、二点における動圧値の差圧の動圧信号に基づく値が、この閾値を跨いで変化したか否か、即ち、動圧信号に基づく値が閾値よりも大きい値から小さい値へ変化したか否かを判別部で判断する。このようにすることで、サージングが発生する前に、圧力比制限信号生成部が圧力比を制限する圧力比制限信号を生成することができ、圧力比を制限するように軸流式回転機械を制御することが可能となり、サージングの発生を確実に防止できる。なお、このようなディフューザ内で動圧値の差が小さくなる現象は、特に外周側において顕著であるため、これに対応して二点の位置を適宜選択する。 When the operating point of the axial flow type rotary machine approaches the surging state, a portion where the difference in the dynamic pressure value becomes small in the radial direction in the diffuser occurs. Here, regarding the difference between the two dynamic pressure values at which the difference becomes small, a threshold value corresponding to the difference at which the operating point does not become the surge point is set. Then, whether or not the value based on the dynamic pressure signal of the differential pressure between the dynamic pressure values at the two points has changed across the threshold value, that is, the value based on the dynamic pressure signal has changed from a value larger than the threshold value to a smaller value. The determination unit determines whether or not it has been performed. In this way, before surging occurs, the pressure ratio limit signal generator can generate a pressure ratio limit signal for limiting the pressure ratio, and the axial flow type rotary machine can be set so as to limit the pressure ratio. It becomes possible to control, and the occurrence of surging can be surely prevented. Note that such a phenomenon that the difference in the dynamic pressure values in the diffuser becomes small is particularly remarkable on the outer peripheral side, and accordingly, the positions of the two points are appropriately selected.
本発明に係る軸流式回転機械は、上記の状態監視システムを備えることを特徴とする。 An axial-flow-type rotating machine according to the present invention includes the above-described state monitoring system.
このような軸流式回転機械によると、制御装置における判別部において動圧信号に基づく値が閾値を跨いだか否かを判断することで、サージングが発生する前に、圧力比制限信号生成部が圧力比を制限する圧力比制限信号を生成することができる。従って、この圧力比制限信号を用いて圧力比を制限するように軸流式回転機械を制御することが可能である。 According to such an axial flow type rotary machine, the pressure ratio limiting signal generation unit can determine whether the value based on the dynamic pressure signal has crossed the threshold in the determination unit in the control device before surging occurs. A pressure ratio limiting signal that limits the pressure ratio can be generated. Therefore, it is possible to control the axial flow type rotary machine so as to limit the pressure ratio using the pressure ratio limiting signal.
本発明の軸流式流体機械の状態監視システム、及び軸流式流体機械によると、ディフューザ内に動圧検出部を設け、動圧値を検出することによって、簡易な構成でサージングの発生を予測することが可能となる。 According to the state monitoring system of the axial flow type fluid machine and the axial flow type fluid machine of the present invention, the occurrence of surging can be predicted with a simple configuration by providing the dynamic pressure detection unit in the diffuser and detecting the dynamic pressure value. It becomes possible to do.
〔第一実施形態〕
以下、本発明の実施形態に係る軸流圧縮機（軸流式回転機械）１について説明する。
図１に示すように、軸流圧縮機１は、例えばガスタービン等に適用され、内部で空気等のガスＧを下流に向かって流通させる間に、このガスＧを圧縮して昇圧する。
[First embodiment]
Hereinafter, an axial compressor (axial flow type rotary machine) 1 according to an embodiment of the present invention will be described.
As shown in FIG. 1, the axial flow compressor 1 is applied to, for example, a gas turbine or the like, and compresses and boosts the pressure of the gas G while the gas G such as air is circulated downstream in the inside.
この軸流圧縮機１は、円筒状をなすケーシング２と、ケーシング２に覆われるようにして支持された回転軸３と、ケーシング２に設けられて回転軸３の延在方向に間隔をあけて配された複数段の静翼列４と、回転軸３に設けられて静翼列４と軸線Ｏの方向に交互に配された複数段の動翼列５とを備えている。
さらに軸流圧縮機１は、これら複数段の動翼列５、静翼列４よりも下流側に設けられたディフューザ６と、ディフューザ６に設けられてディフューザ６の内部の状態を監視する状態監視システム１０とを備えている。
The axial flow compressor 1 includes a cylindrical casing 2, a rotating
Further, the axial flow compressor 1 includes a
ケーシング２は、軸線Ｏを中心とした円筒状をなして軸線Ｏの方向に延在し、軸流圧縮機１の外壁を構成している。 The casing 2 has a cylindrical shape centered on the axis O, extends in the direction of the axis O, and constitutes the outer wall of the axial compressor 1.
回転軸３は、軸線Ｏを中心とした円柱状をなして軸線Ｏの方向に延在しており、ケーシング２によって軸線Ｏの径方向外側から覆われるとともに、不図示の軸受によってケーシング２との間で相対回転可能となるように、ケーシング２に支持されている。
The
複数段の静翼列４は、径方向内側に向かって、即ち回転軸３に向かってケーシング２から突出するようにケーシング２に固定されて、軸線Ｏの方向に間隔をあけて配された翼部材である。また各々の静翼列４は、軸線Ｏの周方向に間隔をあけて配された複数の静翼４ａから構成されている。
A plurality of stages of
複数段の動翼列５は、径方向外側に向かって、即ちケーシング２に向かって回転軸３から突出するように回転軸３に固定されて、軸線Ｏの方向に間隔をあけて配された翼部材である。また、これら動翼列５は、隣接する静翼列４同士の間に一つずつ配されており、これによって静翼列４と動翼列５とが軸線Ｏの方向に交互に配されている。また、各々の動翼列５は、軸線Ｏの周方向に間隔をあけて配された複数の動翼５ａから構成されている。
The plurality of
そして、これら複数段の静翼列４、動翼列５の配された空間がガスＧの流路ＦＣとなっており、不図示の吸気口から取り込まれたガスＧがこの流路ＦＣ内を軸線Ｏに沿って上流から下流に向かってこれら静翼列４、動翼列５を通過しながら流通することで、このガスＧが圧縮される。
A space in which the plurality of stages of the
ディフューザ６は、最も下流側に位置する静翼列４、即ち最終段の静翼列４の下流側に設けられてケーシング２に固定されており、軸線Ｏを中心として環状空間を内部に画成するとともに、外径が下流に向かうに従って拡径している。そして上記流路ＦＣを流通して昇圧されたガスＧを上記環状空間内に導入して、外部へ向けて排気する。
The
次に、状態監視システム１０について説明する。
図２に示すように、状態監視システム１０は、ディフューザ６内部の動圧値を検出して動圧信号Ｓ１を出力する動圧計測装置（動圧検出部）１１と、動圧信号Ｓ１が入力される制御装置１２とを備えている。
Next, the
As shown in FIG. 2, the
動圧計測装置１１は、本実施形態ではピトー管が適用され、ディフューザ６内の内周側となる径方向内側の位置に設置されて、この位置における全圧と静圧との差分から軸線Ｏ方向の動圧値を検出し、この動圧値に基づく動圧信号Ｓ１を出力する。
In this embodiment, the dynamic
ここで、軸流圧縮機１の運転点がサージング発生状態に近づくと、ディフューザ６内では内周側から外周側へ向かう二次流れが強くなる傾向がある。このため、ディフューザ６内の流れが外周側へ偏在することとなり、最終的には内周側において軸線Ｐ方向下流へ向かう流れが無くなり、上流側に向かう逆流が発生してサージングへと発展する。
Here, when the operating point of the axial flow compressor 1 approaches the surging occurrence state, the secondary flow from the inner peripheral side to the outer peripheral side tends to become stronger in the
即ち、サージングが発生する際には、図３の破線のグラフに示す状態Ａ（設計点）から、一点鎖線のグラフに示す状態Ｂとなり、最終的にサージング発生直前の実線のグラフに示す状態Ｃへと移行する。即ち、サージング発生状態に近づくにつれてディフューザ６の内周側で動圧値が減少し、一方で外周側では動圧値が増加する。
That is, when surging occurs, the state A (design point) shown in the broken line graph in FIG. 3 changes to the state B shown in the one-dot chain line graph, and finally the state C shown in the solid line graph just before surging occurs. Migrate to That is, as the surging state is approached, the dynamic pressure value decreases on the inner peripheral side of the
このようなディフューザ６の内周側での動圧値減少は、特に径方向内側からの距離が２０％以下の範囲で顕著であるため、動圧計測装置１１で動圧値を検出する位置は、例えばこのような２０％以下の位置とすることが好ましい。
Such a decrease in the dynamic pressure value on the inner peripheral side of the
制御装置１２は、動圧計測装置１１からの動圧信号Ｓ１を入力してこの動圧信号Ｓ１に基づく値を判断する判別部１４と、この判別部１４での判断を元に軸流圧縮機１の入口圧力（上記吸気口での圧力）に対する出口圧力（ディフューザ６での圧力）の比である圧力比を制限するための圧力比制限信号Ｓ２を生成する圧力比制限信号生成部１５とを有している。
The
判別部１４は、予め設定された閾値を記憶しており、動圧計測装置１１からの動圧信号Ｓ１とこの閾値との比較を行う。動圧信号Ｓ１は連続的、又は間欠的に検出されており、動圧信号Ｓ１に基づく値が閾値よりも小さい値となったか否かを判断する。即ち、閾値を境界としてこの境界を跨いで動圧信号Ｓ１に基づく値が変化したか否かを判断する。
The
この閾値については、運転点がサージ点となってしまわないような動圧値に対応する数値に設定される。具体例としては、軸流圧縮機１の設計点（正常運転点）での動圧値の７．５〜１２．５％に対応する値が第一閾値として設定され、設計点での動圧値の２．５〜７．５％に対応する値が第二閾値に設定される。 About this threshold value, it sets to the numerical value corresponding to the dynamic pressure value so that an operating point may not become a surge point. As a specific example, a value corresponding to 7.5 to 12.5% of the dynamic pressure value at the design point (normal operating point) of the axial compressor 1 is set as the first threshold value, and the dynamic pressure at the design point is set. A value corresponding to 2.5 to 7.5% of the value is set as the second threshold value.
圧力比制限信号生成部１５は、動圧信号Ｓ１に基づく値が閾値よりも小さい値となったと判別部１４で判別された場合に、上記圧力比を制限するように圧力比制限信号Ｓ２を生成する。
The pressure ratio limit
このような軸流圧縮機１においては、動圧計測装置１１からの動圧信号Ｓ１を制御装置１２で受け、閾値を跨いで動圧信号Ｓ１に基づく値が小さくなったか否かを判別部１４で判断し、圧力比制限信号生成部１５で圧力比制限信号Ｓ２を生成することができる。そしてこの圧力比制限信号Ｓ２を用いて、圧力比を制限することが可能となる。
In such an axial compressor 1, the
圧力比を制限する具体例としては、動圧信号Ｓ１に基づく値が上記第一閾値よりも小さい値となった場合には、圧力比制限信号Ｓ２によって、ディフューザ６に接続されてディフューザ６内外を連通する不図示のバイパス流路のバルブを開放する。そして、このバイパス流路からガスＧを排気することで出口圧力を低減することができる。
As a specific example of limiting the pressure ratio, when the value based on the dynamic pressure signal S1 is smaller than the first threshold value, the pressure ratio limiting signal S2 is connected to the
さらに、動圧信号Ｓ１に基づく値が上記第一閾値を超えて、上記第二閾値よりも小さい値となった場合には、圧力比制限信号Ｓ２によって、例えば静翼４ａの開度を増大させてガスＧの流量を増大させることができる。
Further, when the value based on the dynamic pressure signal S1 exceeds the first threshold value and becomes smaller than the second threshold value, for example, the opening of the
そして、動圧信号Ｓ１に基づく値が設計点の動圧値の０％に対応する値、即ち動圧値が０に近づいた場合には、圧力比制限信号Ｓ２によって、例えば回転軸３の回転数を抑え、最終的に運転を非常停止することができる。
When the value based on the dynamic pressure signal S1 corresponds to 0% of the dynamic pressure value at the design point, that is, when the dynamic pressure value approaches 0, for example, the rotation of the
本実施形態の軸流圧縮機１によると、動圧計測装置１１としてピトー管を設置することによって、ディフューザ６内の局所的な一点の動圧を検出するのみの簡易な構成で圧力比制限信号Ｓ２を生成し、サージングの発生を予測可能となる。
また、圧力比制限信号Ｓ２を用いて様々な処置方法を選択でき、サージングの発生防止をより確実なものとすることができる。
According to the axial flow compressor 1 of the present embodiment, by installing a Pitot tube as the dynamic
Further, various treatment methods can be selected using the pressure ratio limit signal S2, and the occurrence of surging can be more reliably prevented.
なお、本実施形態では、動圧計測装置１１はディフューザ６内の内周側の位置で動圧値を検出しているが、検出位置はこの位置には限定されない。例えば、図３に示すように、ディフューザ６の外周側においては、サージングの発生状態に近づくと動圧値が増加する。従って、例えば、動圧値を外周側で検出することも可能であり、この場合、閾値を適宜設定し、検出された動圧値がこの閾値よりも小さい値から大きい値へと移行した際に圧力比制限信号生成部１５が圧力比制限信号Ｓ２を生成するようにすれば、この圧力比制限信号Ｓ２に基づいて圧力比を低減するような処置を実行するようにすることもできる。即ち、検出位置は本実施形態の場合に限定されない。
In this embodiment, the dynamic
〔第二実施形態〕
次に、本発明の第二実施形態に係る軸流圧縮機２１について説明する。
なお、第一実施形態と共通の構成要素には同一の符号を付して詳細説明を省略する。
本実施形態では、状態監視システム２３における動圧計測装置２４が第一実施形態とは異なっている。
[Second Embodiment]
Next, the
In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same component as 1st embodiment, and detailed description is abbreviate | omitted.
In this embodiment, the dynamic
図４に示すように、動圧計測装置２４が、全圧管によって構成されている。この全圧管はピトー管とは異なり、管状部材６ａによって全圧のみを検出して、また、ディフューザ６の内外を貫通して形成された貫通孔６ｂによってディフューザ６内の静圧を検出し、これら全圧と静圧との差分を算出することで動圧値を検出する。本実施形態では、管状部材が設けられた位置よりも軸線Ｏ方向の上流側となる位置でディフューザ６の径方向内側の壁面に貫通孔６ｂが形成されている。
As shown in FIG. 4, the dynamic
本実施形態の軸流圧縮機２１によると、第一実施形態と同様に、動圧計測装置２４によって、ディフューザ６内の局所的な一点の動圧値を検出するのみの簡易な構成によって、サージングの発生を予測可能となる。
また、動圧信号Ｓ１に基づいて生成された出力圧力比制限信号Ｓ２を用いて、様々な処置方法を選択でき、サージングの発生防止をより確実なものとすることができる。
According to the
In addition, various treatment methods can be selected using the output pressure ratio limit signal S2 generated based on the dynamic pressure signal S1, and surging can be prevented more reliably.
ここで、本実施形態のように動圧計測装置２４に全圧管を用いた場合には、全圧の検出位置と、静圧の検出位置とで検出位置が異なってしまう。しかし、静圧はディフューザ６内でほぼ一様となっており、十分な動圧値の検出精度を得ることができる。
Here, when a total pressure tube is used for the dynamic
また、全圧管はピトー管に比べて構造が簡易であるため、メンテナンスを容易化でき、コスト低減も可能となる。 In addition, since the total pressure tube has a simpler structure than the Pitot tube, maintenance can be facilitated and costs can be reduced.
〔第三実施形態〕
次に、本発明の第三実施形態に係る軸流圧縮機３１について説明する。
なお、第一実施形態及び第二実施形態と共通の構成要素には同一の符号を付して詳細説明を省略する。
本実施形態では、状態監視システム３３における動圧計測装置３４が第一実施形態及び第二実施形態とは異なっている。
[Third embodiment]
Next, the
In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same component as 1st embodiment and 2nd embodiment, and detailed description is abbreviate | omitted.
In this embodiment, the dynamic
図５に示すように、動圧計測装置３４は、ディフューザ６内の外周側となる径方向外側の位置に設置されて、径方向に互いに離間する二点（図５及び図６における点Ｐ１、Ｐ２）の位置で動圧値を検出し、これら動圧値同士の差分に基づく信号を動圧信号Ｓ２１として制御装置３５の判別部３６へ出力する。
As shown in FIG. 5, the dynamic
この動圧計測装置３４には、例えば二つのピトー管や二つの全圧管が適用される。二つの全圧管が適用される場合には、全圧同士の差分を算出することになるが、この場合でも、静圧は点Ｐ１、Ｐ２でほぼ同じとなるため、この差分は動圧値の差分とみなす。
For example, two Pitot tubes or two total pressure tubes are applied to the dynamic
ここで軸流圧縮機３１の運転点がサージング発生状態に近づくと、上述したようにディフューザ６内の流れが外周側へ偏在するため、ディフューザ６内の径方向に動圧値の差が小さくなる部分が発生する。
Here, when the operating point of the
即ち、サージングが発生する際には、図６の破線のグラフに示す状態Ａ（設計点）から、一点鎖線のグラフに示す状態Ｂとなり、最終的にサージング発生直前の実線のグラフに示す状態Ｃへと移行し、状態Ｃではディフューザ６内の外周側で動圧値の差が小さくなる。
That is, when surging occurs, the state A (design point) shown in the broken line graph in FIG. 6 changes to the state B shown in the one-dot chain line graph, and finally the state C shown in the solid line graph just before surging occurs. In the state C, the difference in the dynamic pressure value on the outer peripheral side in the
このように、ディフューザ６内で動圧値の差が小さくなる現象は、特に径方向内側からの距離が８０〜９０％の範囲で顕著であるため、動圧計測装置３４で検出するディフューザ６内の径方向の位置は、例えばこのような８０〜９０％の位置とすることが好ましい。
Thus, the phenomenon in which the difference in the dynamic pressure value becomes small in the
そして、制御装置３５の判別部３６は、予め設定された閾値を記憶しており、動圧計測装置３４からの動圧信号Ｓ２１とこの閾値との比較を行い、動圧信号Ｓ２１に基づく値が閾値よりも小さい値となったか否かを判断する。即ち、閾値を境界としてこの境界を跨いで動圧信号Ｓ２１に基づく値が変化したか否かを判断する。
And the discrimination |
この閾値については、運転点がサージ点となってしまわないような差分に対応する値に設定される。 About this threshold value, it sets to the value corresponding to the difference which an operation point does not become a surge point.
このような軸流圧縮機３１においては、点Ｐ１、Ｐ２おける動圧値の差圧に基づく信号を動圧信号Ｓ２１として、閾値を跨いでこの動圧信号Ｓ２１に基づく値が小さくなったか否かを制御装置３５の判別部３６で判断し、圧力比制限信号生成部３７で圧力比制限信号Ｓ２２を生成し、この圧力比制限信号Ｓ２２によって圧力比を制限することが可能となる。
In such an
即ち、簡易な構成でサージングの発生を予測することが可能となり、また、サージングが発生する前に圧力比を制限するように、例えば第一実施形態で説明したバイパス流路の利用や静翼４ａの開度調節、そして最終的に運転停止するなどの運転制御が可能となり、サージングの発生を確実に防止できる。
That is, it is possible to predict the occurrence of surging with a simple configuration, and use of the bypass flow path or the
なお、本実施形態では、ディフューザ６内の外周側での二点Ｐ１、Ｐ２で動圧値を検出していたが、閾値を適宜設定することで、例えばサージング発生の際に動圧値の差分が小さくなる他の二点で検出することも可能であり、検出位置は本実施形態の場合に限定されない。
In this embodiment, the dynamic pressure value is detected at the two points P1 and P2 on the outer peripheral side in the
以上、本発明の実施形態について詳細を説明したが、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内において、多少の設計変更も可能である。
例えば、ディフューザ６内の上流側ではガスＧが最終段の静翼列４の影響を受けて流れが乱れている一方で、下流側では流れが比較的安定するため、動圧計測装置１１（２４、３４）はディフューザ６内の下流側に設置する方がよく、この場合には、より正確な動圧値を検出することができ、サージング発生をさらに確実に防止可能となる。
Although the embodiment of the present invention has been described in detail above, some design changes can be made without departing from the technical idea of the present invention.
For example, on the upstream side in the
また、上述の実施形態では軸流式回転機械が軸流圧縮機１（２１、３１）である場合について説明を行ったが、例えば軸流ファン、軸流ブロア等の送風機にも適用可能である。 Moreover, although the above-mentioned embodiment demonstrated the case where an axial flow type rotary machine is the axial flow compressor 1 (21, 31), it is applicable also to air blowers, such as an axial flow fan and an axial flow blower, for example. .
１…軸流圧縮機（軸流式回転機械） ２…ケーシング ３…回転軸 ４…静翼列 ５…動翼列 ６…ディフューザ １０…状態監視システム １１…動圧計測装置（動圧検出部） １２…制御装置 １４…判別部 １５…圧力比制限信号生成部 Ｏ…軸線 Ｇ…ガス ＦＣ…流路 Ｓ１…動圧信号 Ｓ２…圧力比制限信号 ２１…軸流圧縮機 ２３…状態監視システム ２４…動圧計測装置 ６ａ…管状部材 ６ｂ…貫通孔 ３１…軸流圧縮機 ３３…状態監視システム ３４…動圧計測装置 Ｓ２１…動圧信号 Ｓ２２…圧力比制限信号 ３５…制御装置 ３６…判別部 ３７…圧力比制限信号生成部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Axial flow compressor (axial flow type rotary machine) 2 ...
Claims (3)
該動圧信号が入力される制御装置と、
を備え、
前記一つの動圧検出部は、前記ディフューザの径方向内側面からの距離が、前記ディフューザの前記径方向内側面から前記ディフューザの径方向外側面までの距離の２０％以下の位置での動圧を検出し、
前記制御装置は、
予め定めた閾値を境界として、前記動圧信号に基づく値が前記境界を跨ぐように変化したか否かを判断する判別部と、
前記動圧信号に基づく値が前記境界を跨いだと前記判別部が判断した際に、前記軸流式回転機械の入口の圧力に対する出口の圧力の比である圧力比を制限するための圧力比制限信号を生成する圧力比制限信号生成部と、
を有することを特徴とする軸流式回転機械の状態監視システム。 One dynamic pressure detection unit for detecting a dynamic pressure value in the axial direction in the diffuser of the axial flow type rotary machine and outputting a dynamic pressure signal based on the dynamic pressure value;
A control device to which the dynamic pressure signal is input;
With
The one dynamic pressure detecting unit has a dynamic pressure at a position where the distance from the radially inner surface of the diffuser is 20% or less of the distance from the radially inner surface of the diffuser to the radially outer surface of the diffuser. Detect
The control device includes:
A determination unit that determines whether or not a value based on the dynamic pressure signal has changed across the boundary with a predetermined threshold as a boundary,
A pressure ratio for limiting a pressure ratio that is a ratio of an outlet pressure to an inlet pressure of the axial-flow rotary machine when the determination unit determines that a value based on the dynamic pressure signal crosses the boundary. A pressure ratio limit signal generator for generating a limit signal;
A state monitoring system for an axial-flow rotating machine, comprising:
該動圧信号が入力される制御装置と、
を備え、
前記動圧計測装置は、前記ディフューザ内での動圧値を検出する第一動圧検出部と、前記ディフューザ内で前記第一動圧検出部が動圧値を検出する位置から径方向に離間する位置での動圧値を検出する第二動圧検出部と、を有し、前記第一動圧検出部で検出された動圧値と前記第二動圧検出部で検出された動圧値との差分に基づく信号を前記動圧信号として出力し、
前記第一動圧検出部及び前記第二動圧検出部は、いずれも、前記ディフューザの径方向内側面からの距離が、前記ディフューザの前記径方向内側面から前記ディフューザの径方向外側面までの距離の８０〜９０％の位置での動圧を検出し、
前記制御装置は、
予め定めた閾値を境界として、前記動圧信号に基づく値が前記境界を跨ぐように変化したか否かを判断する判別部と、
前記動圧信号に基づく値が前記境界を跨いだと前記判別部が判断した際に、前記軸流式回転機械の入口の圧力に対する出口の圧力の比である圧力比を制限するための圧力比制限信号を生成する圧力比制限信号生成部と、
を有することを特徴とする軸流式回転機械の状態監視システム。 A dynamic pressure measuring device for detecting a dynamic pressure value in an axial direction in a diffuser of an axial flow type rotating machine and outputting a dynamic pressure signal based on the dynamic pressure value ;
A control device to which the dynamic pressure signal is input;
With
The dynamic pressure measuring device includes a first dynamic pressure detection unit that detects a dynamic pressure value in the diffuser, and a radial distance from a position in the diffuser where the first dynamic pressure detection unit detects the dynamic pressure value. A dynamic pressure value detected by the first dynamic pressure detection unit and a dynamic pressure detected by the second dynamic pressure detection unit A signal based on a difference from the value is output as the dynamic pressure signal,
The first dynamic pressure detection unit and the second dynamic pressure detection unit both have a distance from the radially inner surface of the diffuser from the radially inner surface of the diffuser to the radially outer surface of the diffuser. Detect dynamic pressure at 80-90% of the distance,
The control device includes:
A determination unit that determines whether or not a value based on the dynamic pressure signal has changed across the boundary with a predetermined threshold as a boundary,
A pressure ratio for limiting a pressure ratio that is a ratio of an outlet pressure to an inlet pressure of the axial-flow rotary machine when the determination unit determines that a value based on the dynamic pressure signal crosses the boundary. A pressure ratio limit signal generator for generating a limit signal;
A state monitoring system for an axial-flow rotating machine, comprising:
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-
2012
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