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技術 ターボ圧縮機と容積圧縮機の組合せ台数制御方法及び装置並びに圧縮機設備空気源

出願人 株式会社日立製作所
発明者 松野秀紀酒井春樹
出願日 1994年6月2日 (25年9ヶ月経過) 出願番号 1994-121365
公開日 1995年12月22日 (24年2ヶ月経過) 公開番号 1995-332248
状態 未査定
技術分野 非容積形送風機の制御 容積形ポンプの制御 容積形ポンプの制御
主要キーワード アンロード指令 レシーバータンク内 吐出し圧 繰り返し頻度 容積圧縮 圧縮空気貯蔵 吐出圧力設定値 圧力調節計
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(1995年12月22日)のものです。
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目的

本発明の目的は、ターボ圧縮機容積圧縮機の組合台数制御方法及び装置において、ターボスクリュー或いはレシプロ圧縮機制御を干渉させずに圧力一定制御とし、ターボの放風による損失の無く効率の良い運転を行い、ターボのロードアンロード切換を少なくし、レシーバータンク小形化を図ることにある。

構成

本発明の台数制御装置圧縮機設備は、定風圧制御のターボ圧縮機と、ロード、アンロード切換制御の容積圧縮機と、圧縮空圧貯蔵するレシーバータンクと、タンク内圧を検出する圧力センサと、圧力に応じて各圧縮機をロード、アンロード或いは、起動、停止させるとともに、ターボの制御圧力切換え台数制御盤により構成される。

効果

本発明によれば、ターボ圧縮機と容積圧縮機の制御を干渉せずに圧力一定制御とし、ターボの放風による損失無く効率の良い運転を行い、ターボのロード、アンロード切換を少なくは、レシーバータンクを小形化できる。

概要

背景

圧縮機の台数制御装置の従来技術としては「日立評論Vol.70 No.2(1988年2月第41〜46頁)」に記載の技術がある。上記従来技術は、複数台スクリュー形あるいはレシプロ形の容積形圧縮機の台数制御装置であり、圧縮空気貯蔵レシーバタンクで行ない、さらにロード運転時間から圧縮機の負荷状態を算出した圧縮機を起動、停止させる装置となっている。なお本装置スクリュー或はレシプロ形の容積形圧縮機の代わりに、負荷無負荷切換制御のターボ圧縮機を使用した例もある。

ターボ圧縮機の台数制御装置としては、定風圧制御のターボ圧縮機複数台の圧送流量を検出し、圧送流量の増減に応じて圧縮機をロード、アンロード切換運転を行なうか、或いは起動、停止させる装置もある。

また、定風圧制御のターボ圧縮機とスクリュー或いはレシプロ形の容積圧縮機を起動、停止させる台数制御装置もある。また、定風圧制御のターボ圧縮機と、スクリュー或いはレシプロ形の容積圧縮機を組合わせた台数制御装置としては、ターボ圧縮機とレシプロ或いはスクリュー形の容積形圧縮機の制御が干渉しないよう、ターボ圧縮機の制御圧力をスクリュー或いはレシプロ形の圧縮機の制御圧力よりも高めた台数制御装置がある。

なお、この種の装置として関連するものには例えば特開昭56−77583号、特開昭56−77584号、特開昭60−1394号、特開昭61−53479号、特開昭63−239399号公報等が挙げられる。

概要

本発明の目的は、ターボ圧縮機と容積圧縮機の組合せ台数制御方法及び装置において、ターボとスクリュー或いはレシプロ圧縮機制御を干渉させずに圧力一定制御とし、ターボの放風による損失の無く効率の良い運転を行い、ターボのロードアンロード切換を少なくし、レシーバータンク小形化を図ることにある。

本発明の台数制御装置の圧縮機設備は、定風圧制御のターボ圧縮機と、ロード、アンロード切換制御の容積圧縮機と、圧縮空圧貯蔵するレシーバータンクと、タンク内圧を検出する圧力センサと、圧力に応じて各圧縮機をロード、アンロード或いは、起動、停止させるとともに、ターボの制御圧力を切換え台数制御盤により構成される。

本発明によれば、ターボ圧縮機と容積圧縮機の制御を干渉せずに圧力一定制御とし、ターボの放風による損失無く効率の良い運転を行い、ターボのロード、アンロード切換を少なくは、レシーバータンクを小形化できる。

目的

本発明の第1の目的は、ターボ圧縮機と容積圧縮機のスクリュー或いはレシプロ圧縮機等とを組合せた台数制御方法及び装置並びに圧縮機設備及び工場空気源で、レシーバータンクを大容量化せずにロード,アンロード切換の回数を抑えることにある。本発明の第2の目的は、ターボ圧縮機と容積圧縮機のスクリュー或いはレシプロ圧縮機等の制御を干渉させずに、かつ容積圧縮機のスクリュー或いはレシプロ圧縮機等が全台アンロード或いは停止時の圧力上昇を抑えることにある。本発明の第3の目的は、ターボ圧縮機の放風による損失が無く効率良く、台数制御を行うことにある。本発明の第4の目的は、容積圧縮機のスクリュー或いはレシプロ圧縮機等のロード、アンロード切換制御からターボ圧縮機の定風圧制御への切換時の圧力低下を防止することにある。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
4件

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請求項1

上限制御圧力P4、P2が設定され、この制御圧力で運転して定風圧制御を行うターボ圧縮機と、上下限制御圧力P3、P1が設定され、この制御圧力の範囲でロードとアンロードとのいずれか一方を選択しながらの運転とロード、アンロード切換による運転とを随時組合せて運転される容積圧縮機とを備え、ターボ圧縮機の上下限制御圧力P4、P2と容積圧縮機の上下限制御圧力P3、P1とをP4>P3>P2>P1としてなるターボ圧縮機と容積圧縮機の組合せ台数制御方法

請求項2

定風圧制御を行うターボ圧縮機と、ロードとアンロードとのいずれか一方を選択しながらの運転とロード、アンロード切換による運転とを随時組合せて運転される容積圧縮機とを備え、上記ロード、アンロード切換による容積圧縮機の運転中にあっては、作動中のターボ圧縮機は予め定めた上限制御圧力のもとで運転させて干渉防止をはかるターボ圧縮機と容積圧縮機の組合せ台数制御方法。

請求項3

上下限制御圧力P4、P2が設定され、この制御圧力による2値で運転して定風圧制御を行うターボ圧縮機と、上下限制御圧力P3、P1(但しP4>P3>P2>P1の関係)が設定され、この制御圧力の範囲でロードとアンロードとのいずれか一方を選択しながらの運転とロード、アンロード切換による運転とを随時組合せて運転される容積圧縮機とを備え、上記ロード、アンロード切換による容積圧縮機の運転中にあっては、作動中のターボ圧縮機は上記上限制御圧力P4のもとで運転させて干渉防止をはかるターボ圧縮機と容積圧縮機の組合せ台数制御方法。

請求項4

上下限制御圧力P4、P2が設定され、この制御圧力による2値で運転して定風圧制御を行うターボ圧縮機と、上下限制御圧力P3、P1(但しP4>P3>P2>P1の関係)が設定され、この制御圧力の範囲でロードとアンロードとのいずれか一方を選択しながらの運転とロード、アンロード切換による運転とを随時組合せて運転される容積圧縮機とを備え、上記ロード、アンロード切換による容積圧縮機の運転中にあっては、ターボ圧縮機を強制的に全負荷運転させて干渉防止をはかるターボ圧縮機と容積圧縮機の組合せ台数制御方法。

請求項5

請求項1から請求項4のいずれかに記載のターボ圧縮機と容積圧縮機の組合せ台数制御方法において、容積圧縮機が全台アンロード運転中で且つ圧送圧力が上限制御圧力P3よりも上昇した場合にはターボ圧縮機を下限制御圧力P2で運転するようにしたターボ圧縮機と容積圧縮機の組合せ台数制御方法。

請求項6

請求項1から5のいずれかに記載のターボ圧縮機と容積圧縮機の組合せ台数制御方法において、ターボ圧縮機が全負荷運転中で且つ圧送圧力が下限制御圧力P2よりも低下した場合には容積圧縮機をロード運転し且つターボ圧縮機を上限制御圧力P4で運転するようにしたターボ圧縮機と容積圧縮機の組合せ台数制御方法。

請求項7

上下限制御圧力P4、P2が設定され、この制御圧力による2値で運転して定風圧制御を行うターボ圧縮機と、上下限制御圧力P3、P1(但しP4>P3>P2>P1の関係)が設定され、この制御圧力の範囲でロードとアンロードとのいずれか一方を選択しながらの運転とロード、アンロード切換による運転とを随時組合せて運転される容積圧縮機とを備え、上記ロード、アンロード切換による容積圧縮機の運転中にあっては、作動中のターボ圧縮機は上記上限制御圧力P4のもとで運転させる制御手段を有するターボ圧縮機と容積圧縮機の組合せ台数制御装置

請求項8

上下限制御圧力P4、P2が設定され、この制御圧力による2値で運転して定風圧制御を行うターボ圧縮機と、上下限制御圧力P3、P1(但しP4>P3>P2>P1の関係)が設定され、この制御圧力の範囲でロードとアンロードとのいずれか一方を選択しながらの運転とロード、アンロード切換による運転とを随時組合せて運転される容積圧縮機とを備え、上記ロード、アンロード切換による容積圧縮機の運転中にあっては、ターボ圧縮機を強制的に全負荷運転させる制御手段を有するターボ圧縮機と容積圧縮機の組合せ台数制御装置。

請求項9

請求項7または8記載のターボ圧縮機と容積圧縮機の組合せ台数制御装置において、容積圧縮機が全台アンロード運転中で且つ圧送圧力が上下限制御圧力P3よりも上昇し場合にはターボ圧縮機を下限制御圧力P2で運転する制御手段と、ターボ圧縮機が全負荷運転中で且つ圧送圧力が下限制御圧力P2よりも低下した場合には容積圧縮機をロード運転し且つターボ圧縮機を上限制御圧力P4で運転する制御手段とを有するターボ圧縮機と容積圧縮機の組合せ台数制御装置。

請求項10

容積圧縮機はスクリュー圧縮機である請求項7から請求項9のいずれかに記載のターボ圧縮機と容積圧縮機の組合せ台数制御装置。

請求項11

容積圧縮機はレシプロ圧縮機である請求項7から請求項9のいずれかに記載のターボ圧縮機と容積圧縮機の組合せ台数制御装置。

請求項12

ターボ圧縮機とレシプロ圧縮機の吐出配管の間にレシーバータンクを設置した請求項11記載のターボ圧縮機と容積圧縮機の組合せ台数制御装置。

請求項13

ターボ圧縮機の負荷が減少しターボ圧縮機の吸込絞り弁が絞られてサージングに入らない下限開度に達した場合に、該ターボ圧縮機をアンロードさせる制御手段を有する請求項7から請求項12のいずれかに記載のターボ圧縮機と容積圧縮機の組合せ台数制御装置。

請求項14

容積圧縮機の負荷率がターボ圧縮機のサージング風量を超える負荷に達した場合に、ターボ圧縮機を起動或はオンロードさせてターボ圧縮機の定風圧制御に切換ると共に、容積圧縮機をアンロードする制御手段を有する請求項7から請求項13のいずれかに記載のターボ圧縮機と容積圧縮機の組合せ台数制御装置。

請求項15

請求項7から請求項14のいずれかに記載のターボ圧縮機と容積圧縮機の組合せ台数制御装置を用いた圧縮機設備

請求項16

請求項7から請求項14のいずれかに記載のターボ圧縮機と台数制御装置により圧送された気体を使用する工場空気源

技術分野

0001

本発明は、工場空気源等一般産業用に用いられる圧縮機設備係り、特に様々な負荷変動に応じて効率良く圧縮機を稼動させ、かつ各圧縮機の制御を干渉させずに圧力一定制御を行うターボ圧縮機容積圧縮機の組合台数制御方法及び装置並びに圧縮機設備及び工場空気源に関するものである。

背景技術

0002

圧縮機の台数制御装置の従来技術としては「日立評論Vol.70 No.2(1988年2月第41〜46頁)」に記載の技術がある。上記従来技術は、複数台スクリュー形あるいはレシプロ形の容積形圧縮機の台数制御装置であり、圧縮空気貯蔵レシーバタンクで行ない、さらにロード運転時間から圧縮機の負荷状態を算出した圧縮機を起動、停止させる装置となっている。なお本装置スクリュー或はレシプロ形の容積形圧縮機の代わりに、負荷無負荷切換制御のターボ圧縮機を使用した例もある。

0003

ターボ圧縮機の台数制御装置としては、定風圧制御のターボ圧縮機複数台の圧送流量を検出し、圧送流量の増減に応じて圧縮機をロード、アンロード切換運転を行なうか、或いは起動、停止させる装置もある。

0004

また、定風圧制御のターボ圧縮機とスクリュー或いはレシプロ形の容積圧縮機を起動、停止させる台数制御装置もある。また、定風圧制御のターボ圧縮機と、スクリュー或いはレシプロ形の容積圧縮機を組合わせた台数制御装置としては、ターボ圧縮機とレシプロ或いはスクリュー形の容積形圧縮機の制御が干渉しないよう、ターボ圧縮機の制御圧力をスクリュー或いはレシプロ形の圧縮機の制御圧力よりも高めた台数制御装置がある。

0005

なお、この種の装置として関連するものには例えば特開昭56−77583号、特開昭56−77584号、特開昭60−1394号、特開昭61−53479号、特開昭63−239399号公報等が挙げられる。

発明が解決しようとする課題

0006

前記従来の技術では次のような問題がある。すなわち、レシーバタンクの圧力の増減に応じて圧縮機をロード、アンロード切換運転を行なう方法では、ロード、アンロードの切換による負荷変動が繰り返えされるため、その歯車に繰り返し荷重が加わり披露破壊の原因となることや、吸入弁放風弁開閉繰り返しによりバルブ摺動部が摩耗し作動不良の原因となるこがある。このため、ロード、アンロードの繰り返し回数を抑制する必要があり、圧縮機の容量に応じレシーバータンクの容量を大きくしなければならない。

0007

また、定風圧制御のターボ圧縮機複数台の圧送流量を検出し、圧送流量の増減に応じて圧縮機をロード、アンロード切換、或いは起動停止させる装置では、スクリュー或いはレシプロ形の容積圧縮機を組合せた場合スクリュー或いはレシプロ形圧縮機のロード、アンロードによる流量変動の影響を受けないようレシーバータンクを設けレシーバタンクの後流流量検出する必要がある。さらに、スクリュー或いはレシプロ形圧縮機の制御とターボ圧縮機の制御が干渉しないようスクリュー或いはレシプロ形圧縮機の制御圧力よりターボ圧縮機の制御圧力を高める必要がある。

0008

定風圧制御のターボ圧縮機とロード、アンロード切換制御のスクリュー或いはレシプロ形圧縮機とを組合せ、圧送圧力に応じ圧縮機を起動、停止させる装置もあるが、この場合も前述と同様にターボ圧縮機の制御圧力をレシプロ或いはスクリュー形圧縮機の制御圧力より高める必要がある。このため、レシプロ或いはスクリュー形圧縮機の制御圧力より高める必要がある。このため、レシプロ或いはスクリュー形圧縮機が全台アンロード或いは停止している場合には、圧送圧力がターボ圧縮機の制御圧力まで上昇してしまう。また、スクリュー或いはレシプロ形圧縮機のロード、アンロード切換制御からターボ圧縮機の定風圧制御に切換える条件が、スクリュー或いはレシプロ形圧縮機が全台オンロードでかつ圧力低下という条件になるため、若干の圧力低下を伴うことになる。さらに、これらの技術では、ターボ圧縮機を定風圧制御としているため、負荷が減少した場合には、放風運転となり損失が生じる。

0009

本発明の第1の目的は、ターボ圧縮機と容積圧縮機のスクリュー或いはレシプロ圧縮機等とを組合せた台数制御方法及び装置並びに圧縮機設備及び工場空気源で、レシーバータンクを大容量化せずにロード,アンロード切換の回数を抑えることにある。本発明の第2の目的は、ターボ圧縮機と容積圧縮機のスクリュー或いはレシプロ圧縮機等の制御を干渉させずに、かつ容積圧縮機のスクリュー或いはレシプロ圧縮機等が全台アンロード或いは停止時の圧力上昇を抑えることにある。本発明の第3の目的は、ターボ圧縮機の放風による損失が無く効率良く、台数制御を行うことにある。本発明の第4の目的は、容積圧縮機のスクリュー或いはレシプロ圧縮機等のロード、アンロード切換制御からターボ圧縮機の定風圧制御への切換時の圧力低下を防止することにある。

課題を解決するための手段

0010

上記第1及び第2の目的は上限制御圧力P4、P2が設定され、この制御圧力で運転して定風圧制御を行うターボ圧縮機と、上下限制御圧力P3、P1が設定され、この制御圧力の範囲でロードとアンロードとのいずれか一方を選択しながらの運転とロード、アンロード切換による運転とを随時組合せて運転される容積圧縮機とを備え、ターボ圧縮機の上下限制御圧力P4、P2と容積圧縮機の上下限制御圧力P3、P1とをP4>P3>P2>P1としてなるターボ圧縮機と容積圧縮機の組合せ台数制御方法により達成される(請求項1)。

0011

また、定風圧制御を行うターボ圧縮機と、ロードとアンロードとのいずれか一方を選択しながらの運転とロード、アンロード切換による運転とを随時組合せて運転される容積圧縮機とを備え、上記ロード、アンロード切換による容積圧縮機の運転中にあっては、作動中のターボ圧縮機は予め定めた上下限制御圧力のもとで運転させて干渉防止をはかるターボ圧縮機と容積圧縮機の組合せ台数制御方法により達成される(請求項2)。

0012

また、上下限制御圧力P4、P2が設定され、この制御圧力による2値で運転して定風圧制御を行うターボ圧縮機と、上下限制御圧力P3、P1(但しP4>P3>P2>P1の関係)が設定され、この制御圧力の範囲でロードとアンロードとのいずれか一方を選択しながらの運転とロード、アンロード切換による運転とを随時組合せて運転される容積圧縮機とを備え、上記ロード、アンロード切換による容積圧縮機の運転中にあっては、作動中のターボ圧縮機は上記上限制御圧力P4のもとで運転させるか、或はターボ圧縮機を強制的に全負荷運転させて干渉防止をはかるターボ圧縮機と容積圧縮機の組合せ台数制御方法及び装置により達成される(請求項3、4、請求項7、8)。

0013

さらに、上記容積圧縮機が全台アンロード運転中で且つ圧送圧力が上限制御圧力P3よりも上昇した場合にはターボ圧縮機を下限制御圧力P2で運転するようにし、また上記ターボ圧縮機が全負荷運転中で且つ圧送圧力が下限制御圧力P2よりも低下した場合には容積圧縮機をロード運転し且つターボ圧縮機を上限制御圧力P4で運転するようにしたターボ圧縮機と容積圧縮機の組合せ台数制御方法及び装置により達成される(請求項5、6、請求項9)。

0014

上記容積圧縮機は、スクリュー圧縮機またはレシプロ圧縮機である(請求項3、4、請求項10、11)。上記容積圧縮機としてレシプロ圧縮機を用いた台数制御装置では、レシプロ圧縮機の脈動がターボ圧縮機に伝わらないようターボ圧縮機とレシプロ圧縮機の吐出配管の間にレシーバータンクを設置してもよい(請求項12)。

0015

上記第3の目的は、上記ターボ圧縮機と容積圧縮機の組合せ台数制御装置において、ターボ圧縮機の負荷が減少しターボ圧縮機の吸込絞り弁が絞られて、サージングに入らない下限開度に達した場合に、ターボ圧縮機をアンロードさせ、ターボ圧縮機の放風による損失を防止することにより達成される(請求項13)。

0016

上記第4の目的は、上記ターボ圧縮機と容積圧縮機の台数制御装置において、容積圧縮機の負荷率がターボ圧縮機のサージング風量を超える負荷に達っした場合に、ターボ圧縮機を起動或いはオンロードさせてターボ圧縮機の定風圧制御に切換えると共に、容積圧縮機をアンロードすることにより、容積圧縮機のロード、アンロード切換制御からターボ圧縮機の定風圧制御への切換時の圧力低下を防止することにより達成される(請求項14)。

0017

上記ターボ圧縮機と容積圧縮機の組合せ台数制御装置を用いた圧縮機設備及び工場空気源が得られる(請求項15、16)。

0018

本発明では、ターボ圧縮機と容積圧縮機のスクリュー或いはレシプロ圧縮機とを組合せた台数制御方法及び装置において、ターボ圧縮機を負荷変動に対して、圧縮機吸込側気体供給量を調節するための吸込絞り弁と、圧縮気体を外部に放出することによりサージングを防止するための放風弁とを、圧送時には吸込絞り弁を全開、放風弁を全閉とし、圧送しない時には吸込絞り弁を全閉、放風弁を全開とし、圧送時間と圧送しない時間の割合を変化させることによりレシーバータンク内の圧力を一定に制御するロード、アンロード切換制御ではなく、ターボ圧縮機の吐出圧力を検出し吸入絞り弁及び放風弁の開度を変化させることにより吐出圧力を上限、下限制御圧力P4、P2で一定に制御する定風圧制御としているので、ロード(オンロード)、アンロードの繰り返し荷重による歯車の疲労破壊や吸収絞り弁や放風弁の開閉繰り返しによる摺動部の摩擦による作動不良の心配が無く、また、レシーバータンクの容量を容積圧縮機のスクリューやレシプロ圧縮機のロード、アンロード繰り返し頻度に応じて決定できるので、ターボ圧縮機のロード、アンロード繰り返し頻度まで考慮する必要がなく、レシーバータンク容量を制御することができる。この際、ターボ圧縮機の上限、下限制御圧力を容積圧縮機のスクリュー或いはレシプロ圧縮機の上限、下限制御圧力P3、P1より高めておく(P4>P3>P2>P1)ことにより、ターボ圧縮機の制御と容積圧縮機のスクリュー或いはレシプロ圧縮機の制御の干渉(ハンチング)を防止できる(請求項1〜4、請求項7、8)。

0019

また、負荷変動が容積圧縮機のスクリュー或いはレシプロ圧縮機のロード、アンロード切換制御により追従可能な間は、ターボ圧縮機の制御圧力をスクリュー或いはレシプロ圧縮機の制御圧力より高い設定(P4>P3>P2>P1)とし、容積圧縮機のスクリュー或いはレシプロ圧縮機が全台アンロードでも圧送圧力が上昇してしまう場合にはターボ圧縮機の制御圧力を下げる(P2)ことにより、容積圧縮機のスクリュー或いはレシプロ圧縮機の制御中には、ターボ圧縮機の制御圧力を高めてある(P4)かまたは強制的にターボ圧縮機を全負荷運転するので、ターボ圧縮機と容積圧縮機のスクリュー或いはレシプロ圧縮機の制御が干渉することが無く、さらに容積圧縮機のスクリュー或いはレシプロ圧縮機が全台アンロードし、かつ圧送圧力が上昇する場合にはターボ圧縮機の制御圧力を下げる(P2)ので圧送圧力を上昇させずに一定圧力を保持することができる(請求項5〜11)。

0020

さらに、容積圧縮機のレシプロ圧縮機を用いた台数制御装置では、ターボ圧縮機とレシプロ圧縮機の吐出配管の間にレシーバータンクを設置することによりレシプロ圧縮機の脈動がターボ圧縮機に伝わらないようにすることができる(請求項12)。

0021

さらに本発明では、負荷が減少しターボ圧縮機の吸収絞り弁が絞られてサージングに入らない下限開度に達したときには、該ターボ圧縮機をアンロードさせるので、ターボ圧縮機の放風による損失もない(請求項13)。

0022

また、容積圧縮機のスクリューあるいはレシプロ圧縮機が全台オンロードし、負荷率が100%となり圧送圧力が低下する前に、負荷率がターボ圧縮機のサージング風量を超える負荷に達したら、ターボ圧縮機を起動或はオンロードさせ、ターボ圧縮機の定風圧制御に切換え、容積圧縮機のスクリュー或はレシプロ圧縮機をアンロードするので、圧送圧力が低下することはない(請求項14)。

0023

上記ターボ圧縮機と容積圧縮機の組合せ台数制御装置を用いた一般産業用の圧縮機設備及び工場空気源等により様々な負荷変動に応じて効率良く圧縮機を稼動させ、且つ各圧縮機の制御を干渉させずに圧力一定制御の圧縮空気を提供できる(請求項15、16)。

0024

以下本発明の実施例を図1から図3により説明する。図1は本発明のターボ圧縮機と容積圧縮機の組合せ台数制御方法及び装置を適用した圧縮機設備の一実施例の構成図である。図2図1の台数制御装置におけるターボ圧縮機の性能と制御圧力の関係を示した特性図であり、図3図1の台数制御装置において負荷の圧力変動に応じて圧縮機を起動、停止およびロード、アンロード(負荷、無負荷)させる場合の制御フロー図である。

0025

図1の実施例の圧縮機設備は、2台のターボ圧縮機10,20と、2台の容積圧縮機のスクリュー圧縮機30,40とこれらの圧縮機より圧送される気体を貯蔵するレシーバータンク2と、負荷への圧送圧力に応じた圧縮機の台数制御を行う台数制御盤1とにより構成される台数制御装置である。ターボ圧縮機10,20は吸込絞り弁13、23を介して吸込んだ大気を圧縮機本体14,24により圧縮して吐出し圧送し、その圧送圧力(吐出圧力)を圧力調節計16,26により検出し、圧縮機の負荷が減少した場合には吸込絞り弁13,23の開度を絞り圧送流量を減少させ、さらに負荷が減少し吸込絞り弁13,23の開度がLLR(ローリミットリレー)12,22により設定した下限開度となってもなお負荷に対して圧送流量が多い場合には吸込絞り弁13,23の開度を下限開度で維持しながら放風弁15,25により必要以上の風量を大気へ放風することにより圧縮機のサージングを回避しながら圧送圧力(吐出圧力)を一定に制御する定風圧制御装置となっている。また、台数制御盤1より機側盤11,21へアンロード、オンロード(無負荷、負荷)切換指令を入力することにより、吸込絞り弁13,23を全閉とし、放風弁15,25を全開として、その状態のアンロード運転と、上述の制御状態(オンロード運転)との切換も可能である。容積圧縮機のスクリュー圧縮機30,40は吸込絞り弁33、43を介して吸込んだ大気を圧縮機本体34,44により圧送し、レシーバータンク2の圧力を圧力センサー3により検出し、負荷が減少して圧力が上昇した場合には、吸込弁31,41を全閉とし放風弁35,45を全開として圧送しない状態(アンロード(無負荷))とし、逆に負荷増大して圧力が低下した場合には吸込弁31,41を全開とし放風弁35,45を全閉として全量圧送する状態(オンロード(負荷))とし、アンロードとオンロードの切換により負荷へ圧送すべきレシーバータンク2の圧力を一定に制御する装置となっている。本装置の、ターボ圧縮機10、20の設定圧力(吐出圧力)の上下限制御圧力P4、P2と容積圧縮機のスクリュー圧縮機の30、40の設定圧力(吐出圧力)の上下限制御圧力P3、P1とはP4>P3>P2>P1としている。

0026

本台制御装置で、ターボ圧縮機10,20及びスクリュー圧縮機30,40から圧送された気体はレシーバータンク2に貯蔵され、そのタンク内圧圧力センサ3により検出して、台数制御盤1に入力する。台数制御盤1では、圧力センサ3により検出された圧力に応じ、負荷への圧送に要する圧縮機の台数選定し、各圧縮機の機側盤11,21,31,41に対しロード、アンロード指令或いは、起動、停止指令を出力し、この指令により各圧縮機がロード、アンロード或いは起動、停止する。また、台数制御盤1は、設定圧力P3、P1の範囲で、ロード、アンロードとのいずれか一方を選択しながらの運転と、ロード、アンロード切換による運転とを随時組合せて運転されるスクリュー圧縮機30,40が、ロード、アンロード切換制御を行っている間は、設定圧力P4、P2の2値のいずれかで随時運転されるターボ圧縮機10,20の制御と干渉(ハンチング)しないよう、ターボ圧縮機の圧力調節計16,26の設定圧力の上限制御圧力P4をスクリュー圧縮機のロード、アンロード切換制御圧力の上限制御圧力P3より高め(P4>P3)、逆にスクリュー圧縮機全台アンロード或いは停止している場合には、圧送圧力が上昇しないようターボ圧縮機の圧力調節計16,26の設定圧力の下限制御圧力P2を下げる(P3>P2)ターボ圧縮機の制御圧力切換指令も出力可能である。この結果、圧縮機設備としては常に必要最小限の台数の圧縮機が圧送を行うため、設備全体の省力化を図ることができるとともに、ターボ圧縮機とスクリュー圧縮機の制御が干渉することなく、圧力一定に制御することが可能となる。さらに、レシーバータンク2の容量は下式により与えられる。
V≧q・(1−q)・W・R・T.・t/△P
V:レシーバタンク容量(kg/cm3)
△P:圧力変動(kg/cm2G)
q:負荷率(圧縮機容量に対する使用量の比)
W:圧縮機容量(kg/s)
R:ガス定数(kgm/kg°K)
T:空気温度(°K)
t:ロード,アンロード切換1回当りサイクルタイム(sec)
このため、本装置では、ターボ圧縮機は定風圧制御であるので、レシーバータンク容量はスクリュー圧縮機容量を考慮すれば良いので、上式中の(圧縮機容量)Wが小さくなり、レシーバータンク容量Vを小さくすることもできる。

0027

図1の実施例におけるターボ圧縮機の性能と制御圧力の関係を示した特性図が図2であり、負荷圧力変動に応じて圧縮機を起動、停止およびロード、アンロード(負荷、無負荷)させる場合の制御フロー図が図3である。図2はターボ圧縮機10、20の吐出風量と吐出圧力の関係において、サージ、非サージ領域間のブローオフライン、ターボ圧縮機吸込絞り弁全開時性能、ターボ圧縮機吸込絞り弁下限開度時性能、上記吐出圧力設定値P1、P2、P3、P4等を示している図3に示すように、まずスクリュー圧縮機1台目が起動しオンロード運転するとしレシーバタンク2内に圧縮空気が貯蔵された圧送圧力が上昇する。負荷空気使用量スクリユー圧縮機1台分以下のときには圧送圧力が上限制御圧力P3まで上昇したらアンロードさせ、下限制御圧力P1まで低下したらオンロードさせることにより制御中心圧力(ターボ圧縮機の下限制御圧力)P2付近で圧力を一定に制御する。空気の使用量がスクリュー圧縮機1台分を超えるとスクリュー圧縮機がオンロードしても圧力が上昇しないので、次にスクリュー圧縮機2台目を起動する。前記と同様空気の使用量がスクリュー圧縮機2台目以下のときには圧送圧力が上限制御圧力P3まで上昇したらアンロードさせ、下限制御圧力P1まで低下したらアンロードさせることにより制御中心圧力P2付近で圧力を一定に制御する。空気の使用量がスクリュー圧縮機2台分を超えるとスクリュー圧縮機がオンロードしても圧力が上昇しないので、次にターボ圧縮機1台目を起動する。この際、圧送流量が不足するため、圧送圧力が一時的に、下限制御圧力P1より低下することになるが、ターボ圧縮機の起動条件をスクリュー圧縮機或いはレシプロ圧縮機の負荷率がターボ圧縮機のサージング風量を超えるていることを条件とすることにより、この圧力低下を防止することも可能である。空気の使用量がターボ圧縮機1台分以上でターボ圧縮機1台とスクリュー圧縮機2台分の和以下のときには圧送圧力が上限制御圧力P3まで上昇したらスクリュー圧縮機をアンロード、下限制御圧力P1まで低下したらオンロードさせることにより制御中心圧力P2付近で圧力を一定に制御する。この際ターボ圧縮機の定風圧制御の設定圧力がスクリュー圧縮機の上限制御圧力P3以下だとターボ圧縮機とスクリュー圧縮機の制御が干渉するためターボ圧縮機の制御圧力は上限制御圧力P4に上げておく。空気の使用量がターボ圧縮機1台とスクリュー圧縮機2台分の和を超えるとスクリュー圧縮機がオンロードしても圧力が上昇しないので、次にターボ圧縮機2台目を起動する。空気の使用量がターボ圧縮機2台以上で、ターボ圧縮機2台とスクリュー圧縮機2台以下のときには、圧送圧力が上限制御圧力P3まで上昇したらスクリュー圧縮機をアンロードし、下限制御圧力P1まで低下したらオンロードさせることにより制御中心圧力P2付近で圧力を一定に制御する。この際、前述と同様ターボ圧縮機とスクリュー圧縮機の制御が干渉しないようターボ圧縮機の定風圧制御の設定圧力を上限制御圧力P4まで上げておく。空気の使用量がターボ圧縮機2台分以下となるとスクリュー圧縮機2台をアンロードしても圧力が上昇するので、ターボ圧縮機の定風圧制御の設定圧力を下限制御圧力P2まで下げる。これにより圧力は制御中心圧力(ターボ圧縮機の下限制御圧力)P2付近で一定に制御する。また、この際、ターボ圧縮機が吸込絞り弁全開且つ放風弁全閉の全負荷運転中で、且つ圧送圧力が下限制御圧力P1以下に低下したら、容積圧縮機をロード運転すると共に、ターボ圧縮機を上限制御圧力P4まであげる。これによりターボ圧縮機と容積圧縮機の制御の干渉をなくし、且つ圧送圧力一定制御を可能にしている。空気の使用量がさらに減少し、ターボの吸込絞り弁が下限開度となってもおな圧送流量が多過ぎると圧力が上昇するのでターボ圧縮機1台を停止させるか或いはアンロードさせ、スクリュー圧縮機をオンロードさせる。空気の使用量がターボ圧縮機1台とスクリュー圧縮機2台分の和以下のときは、前述と同様スクリュー圧縮機がオンロード、アンロードすることにより圧力は制御中心圧力P2付近で制御される。この際ターボ圧縮機の制御圧力は上限制御圧力P4に切換わる。空気の使用量がターボ圧縮機1台分以下となるとスクリュー圧縮機2台をアンロードしても圧力が上昇するので、ターボ圧縮機の定風圧制御にする。空気の使用量がさらに減少しターボ圧縮機の吸込絞り弁が下限開度となってもなお圧送流量が多過ぎると圧力が上昇するので残りのターボ圧縮機1台を停止させるか或いはアンロードさせスクリュー圧縮機をオンロードさせる。

0028

なお、上記台数制御装置において、スクリュー圧縮機のロード、アンロード(負荷−無負荷)切換制御中にターボ圧縮機の制御圧力を高くする代わりに、強制的にターボ圧縮機の全負荷運転を行うことにより、ターボ圧縮機とスクリュー圧縮機の制御の干渉(ハンチング)を防止することができる。また上記台数制御装置において、容積圧縮機はスクリュー圧縮機またはレシプロ圧縮機等であってよく、スクリュー圧縮機の代わりにレシプロ圧縮機を用いた台数制御装置では、レシプロ圧縮機の脈動がターボ圧縮機に伝わらないようターボ圧縮機とレシプロ圧縮機の吐出配管の間にレシーバータンクを設置した装置としてもよい。またターボ圧縮機は起動、停止運転としているが、オンロード、アンロード運転としてもよい。上記台数制御装置を用いて該台数制御装置により圧送された気体を使用する一般産業の圧縮機設備及び工場空気源或は各種プラントを構成することができ、様々な負荷変動に応じて効率良く圧縮機を稼動させ、且つ各圧縮機の制御を干渉させずに圧力一定制御を行うことができる。

0029

以上のように、本台数制御方法及び装置並びに圧縮機設備及び工場空気源では、ターボ圧縮機とスクリューの制御を干渉させることなく圧力はほぼ一定に制御でき、かつターボ圧縮機の放風による損失も無い効率の良い台数制御が可能となる。また、レシーバータンクの容量を抑えることができる。

発明の効果

0030

本発明によれば、ターボ圧縮機と容積圧縮機の組合せ台数制御方法及び装置並びに圧縮機設備及び工場空気源において、負荷への圧送圧力を検出し、容積圧縮機の運転状態に応じてターボ圧縮機の制御圧力を一定に制御する新機能が実現できる。また、ターボ圧縮機の放風による損失が無いので、設備ランニングコストを低減でき、且つターボ圧縮機を定風圧制御としているので、レシーバータンクを小形化でき、構造が簡略化され経済性が向上する。さらに、ターボ圧縮機を定風圧制御としているので、ロード、アンロードの切換回数を抑制でき、負荷変動による歯車等回転体の疲労破壊を防止できるため、性能と効率が向上する等の効果がある。

図面の簡単な説明

0031

図1本発明の台数制御装置を適用とした圧縮機設備の一実施例の構成図である。
図2図1の台数制御装置におけるターボ圧縮機の性能と制御圧力の関係の特性図である。
図3図1の台数制御装置において圧力変動に応じて圧縮機を起動、停止及びロード、アンロードさせる場合の制御フロー図である。

--

0032

1台数制御盤
2レシーバータンク
3圧力センサ
10、20ターボ圧縮機
30、40スクリュー圧縮機
12、22LLR
13、23、33、43吸込絞り弁
11、21、36、41 機側盤
14、24、34、44圧縮機本体
15、25、35、45放風弁
16、26圧力調節弁
17、27、37、47 逆止弁

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