JPH04301200A - 流体機械のサージング制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はターボブロワあるいは圧
縮機などの流体機械のサージング制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ターボブロワあるいは圧縮機では流量が
限界値より減少するか、ターボブロワあるいは圧縮機前
後の圧力上昇が限界値を超えると、いわゆるサージング
現象をおこし、特徴的な周期音，激しい振動あるいは騒
音を発生する。このサージング現象に伴う激しい振動あ
るいは騒音は大容量の機種では機器の破損，故障の原因
になる。このようなサージング発生防止については、た
とえば生井、井上著『ターボ送風機と圧縮機』、コロナ
社昭６３−８、５９８ページないし６００ページに述べ
られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このため運転流量，圧
力上昇を常時監視しこれらの量が限界を超えた場合はバ
イパス制御などによる流量増加，機器の停止などを行い
サージング現象の発生を防止する。しかしながらサージ
ング発生限界の流量，圧力上昇はターボブロワあるいは
圧縮機の吸込温度，回転数変動、さらには羽根車の汚れ
などによって変化する。このため通常、運転状態が実際
のサージング発生限界に達する以前にサージング発生防
止の運転操作を行わねばならずバイパス制御などによる
エネルギー損失の増加、あるいは機器の停止回数の低減
が困難であった。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は流体機械の内部
あるいは外部に圧力センサー，マイクロホンあるいは流
体機械壁面の振動を測定する加速度センサーを設置して
測定した圧力，音響あるいは振動の周波数スペクトルを
分析する手段と、分析した周波数スペクトル分布を判別
する手段と（１）可動可変に構成した羽根車羽根あるい
は静止構造物の一方あるいは両方を可変制御する手段。 （２）回転数制御を制御する手段。（３）ターボブロワ
あるいは圧縮機の吸入側吐出側間の圧力差を制御する手
段。（４）流量を制御する手段。の一種あるいは二種以
上の組合せによって流体機械の流量と圧力上昇の両方あ
るいは一方を制御する手段から成る。

【０００５】

【作用】ターボブロワあるいは圧縮機などの流体機械で
は一般に、運転状態がサージング発生限界に近づくと羽
根車あるいはディフューザ旋回失速が発生する。旋回失
速は羽根車回転数の数分の１程度の周波数の明瞭な圧力
変動を発生するためサージング発生限界検出にはこの圧
力変動を検出することが有効であるが、旋回失速発生の
極めて初期の段階では旋回失速が間欠的かつ極めて短い
時間発生する。この状態では旋回失速に起因する圧力変
動は極めて短い時間継続するのみであり観測は困難であ
る。しかしながらターボブロワあるいは圧縮機の内部あ
るいは外部で測定した圧力，音響あるいはターボブロワ
あるいは圧縮機壁面の振動の周波数スペクトルの羽根車
羽根数と羽根車回転数の積とその整数倍の成分は極めて
短い時間継続する旋回失速の圧力変動に対してもスペク
トル高さ，スペクトル幅の一方あるいは両方が増加する
。このスペクトル変化の検出によってサージング発生限
界を高精度に検出しサージング防止制御を開始する限界
とする。また（１）可動可変に構成した羽根車羽根ある
いは静止構造物の一方あるいは両方の可変制御。 （２）回転数制御。（３）ターボブロワあるいは圧縮機
の吸入側吐出側間の圧力差の制御。（４）流量制御。の
一種あるいは二種以上の組合せによってターボブロワあ
るいは圧縮機の流量と圧力上昇の両方あるいは一方を制
御することにより運転状態がサージング防止制御を開始
する限界に達した状態よりサージング状態に近づくこと
がないように制御を行う。

【０００６】

【実施例】以下に述べる実施例では簡単のためターボブ
ロワあるいは圧縮機などの流体機械を単にブロワと呼ぶ
。実施例を図１乃至図４によって説明する。図１はブロ
ワの外部で測定した音響によってサージング発生限界を
高精度で検出しサージング防止制御を開始する限界とす
る場合を示す。ブロワ１は供給先８に圧縮気体を供給す
る。供給先８の必要気体流量がブロワ１のサージング発
生限界流量以下の場合は放風弁６を開いて圧縮気体を放
風管７に流出させてブロワ１の通過気体流量を増加させ
てサージングの発生を防止する構成である。サージング
発生限界の判別のためブロワ１の外部にはマイクロホン
２が設置されブロワ１の発生する音響を測定する。マイ
クロホン２で測定した音響信号は周波数分析器３によっ
てスペクトル分析される。コントローラ４は周波数分析
器３によって得られたスペクトルによってブロワ１の運
転状態がサージング発生限界に達しているか否かを判別
し、サージング発生限界に達している場合は弁駆動機５
により放風弁６を開きブロワ１がサージングに入らない
ようにする。サージング発生限界判別の動作は連続的で
も間歇的でも良い。以下に判別法の詳細および放風弁６
の操作をのべる。

【０００７】図２はブロワ１の特性を示す図である。ブ
ロワ運転点の流量と圧力上昇の関係が領域ａにある場合
、ブロワは正常な状態である。図３はこの状態のスペク
トル分布を示す。羽根車羽根数と羽根車回転数の積ωｒ
とその整数倍に高いスペクトルが現れる。ωｒの整数倍
の高いスペクトルは羽根車の下流直後に静止翼を設けた
場合に明瞭に現れる。運転点が領域ｂにある場合、羽根
車あるいはディフューザで旋回失速が発生する。旋回失
速は羽根車回転数の数分の１程度の周波数の明瞭な圧力
変動を発生するがωｒとその整数倍のスペクトルも変化
する。図４は運転点が領域ｂにある場合のスペクトルを
示す。旋回失速が発生するとブロワ内部流れ乱れの大幅
な増加によって旋回失速周波数以外の変動も増加する。 このためスペクトル高さは全体に高くなるがωｒとその
整数倍のスペクトルは高さの増加が著しいのに加えスペ
クトル幅が増加する。またスペクトル幅の増加は低周波
側に大きい。従ってωｒとその整数倍のスペクトルの高
さ、あるいは幅もしくは両方の値が基準状態である領域
ａの状態を超えるか否かによって旋回失速発生の有無、
従って運転点が領域ａにあるのか領域ｂにあるかの判断
が可能になる。

【０００８】放風弁６の操作法は、いくつかある。ブロ
ワ１が高圧気体を圧縮する機種あるいは高速回転する機
種の場合、多くの場合、旋回失速自身も激しい振動ある
いは騒音を発生するため長時間の運転は好ましくない。 このような場合は、運転点が領域ｂに入ったことを判別
後、直ちに領域ａの状態になるまで放風弁６を開き運転
点を、たとえば図２のＭ点の位置まで移動させる。

【０００９】旋回失速に伴う振動あるいは騒音の増加が
少ない場合は運転点を直ちに領域ａの状態ブロワにする
必要はないから、運転点が領域ｂに入ったことを判別後
放風弁６を僅かに開く。この後、前記の方法によって運
転点が依然として領域ｂにあればさらに放風弁６を僅か
に開く。こうした動作をくりかえして運転点が領域ａと
領域ｂの境界Ｒに達するまで放風弁６を開いて行く。

【００１０】また運転点が領域ｂに入ったことを判別後
、上記の操作とともに警報を発するか警報は発するが放
風弁操作は別に設けた制御系を用いる方法もある。

【００１１】一般に領域ｂはサージング発生限界Ｓの近
くに限られ領域ａに比較して著しく狭いから、サージン
グ発生限界の検出を高精度で行いサージング発生防止の
ためのエネルギー損失の増加、あるいは機器の停止回数
を低減できる。

【００１２】実施例は放風制御によるブロワ運転点の制
御を行うが他の制御方法を用いても同様の効果が得られ
る。図５はブロワで圧縮したガスを機器の外部に放出で
きない場合に適した実施例である。即ちブロワの吸入側
と吐出側を、戻し管９で接続したうえ中間に戻し弁１０
を設ける。戻し弁１０を開く吸入側と吐出側の間の圧力
差が減少しブロワ通過流量が増加する。従って戻し弁１
０の制御方法は図１の実施例の放風弁と全く同様である
。

【００１３】図６は大容量の機種に適した実施例であり
ブロワを通過する流量が減少してサージング発生限界に
達した場合には以下の方法の組合せによってサージング
発生を回避する。（１）ブロワを駆動する電動機１２が
可変速になっており、ブロワを通過する流量が減少して
サージング発生限界に達した場合は回転数コントローラ
１１によって回転数を低下させる。（２）入口静翼１３
が静翼駆動機１５によって回転可動に支持されており、
ブロワを通過する流量が減少してサージング発生限界に
達した場合は入口静翼を羽根車の回転軸方向から離れる
方向に回転させる。（３）羽根車に装着される動翼１４
が動翼駆動機１６によって回転可動に支持されており、
ブロワを通過する流量が減少してサージング発生限界に
達した場合は、コントローラ４で発生させた制御信号を
スリップリング１７を介して動翼駆動機１６に伝え動翼
１４を羽根車の回転軸方向から離れる方向に回転させる
。この実施例ではブロワを通過する流量が減少するので
通過気体を昇圧するのに必要な動力そのものも減少しエ
ネルギー効率が良好である。

【００１４】また運転状態の検出は音響に限らず、内部
あるいは外部の圧力変動，ブロワ壁面の振動を用いても
同様の効果が得られる。ブロワ１は１枚の羽根車を持つ
１台のブロワに限られず多数の羽根車を持つブロワ、多
数のブロワでもよい。

【００１５】

【発明の効果】本発明によればサージング発生限界の検
出を高精度で行うことが可能になるともに、サージング
発生防止の運転操作回数を低減することによりサージン
グ発生防止のためのエネルギー損失の増加、あるいは機
器の停止回数を低減することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す構成図。

【図２】ブロワの流量と圧力上昇の関係を示す図。

【図３】ブロワの正常な運転状態にえける音響スペクト
ルを示す図。

【図４】ブロワの発生限界の運転状態における音響スペ
クトルを示す図。

【図５】本発明の他の実施例を示す構成図。

【図６】本発明の更に他の実施例を示す構成図。

【符号の説明】

１…ブロワ、２…マイクロホン、３…周波数分析器、４
…コントローラ、５…弁駆動機、６…放風弁、７…放風
管、８…供給先、９…戻し管、１０…戻し弁、１１…回
転数コントローラ、１２…電動機、１３…入口静翼、１
４…動翼、１５…静翼駆動機、１６…動翼駆動機、１７
…スリップリング。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】流体機械の圧力，音響壁面の振動を測定す
   る手段と、測定した圧力，音響振動の周波数スペクトル
   を分析する手段と、分析した周波数スペクトル分布によ
   ってサージング発生の前兆現象を検出してターボブロワ
   あるいは圧縮機の流量と圧力上昇を制御してサージング
   の発生を防止するターボブロワ及び圧縮機において、分
   析した周波数スペクトルの羽根車羽根数と羽根車回転数
   の積の成分とその整数倍の両方あるいは一方のスペクト
   ル高さが臨界値を超えた状態をサージング防止制御を開
   始する限界とすることを特徴とする流体機械のサージン
   グ制御方法。