ターボ圧縮機システムの運転方法
【課題】
吸込弁と放風弁を使用して複数台のターボ圧縮機を台数制御するシステムにおいて、運転するターボ圧縮機の故障や増設等に対応できる信頼性高いシステムとする。
【解決手段】
ターボ圧縮機システム１００は、それぞれが吸込側に流量可変の吸込弁１２、２２、３２を、吐出側に作動ガスを放風可能な放風弁１４、２４、３４を有するターボ圧縮機１０、２０、３０を複数台並列に接続している。複数のターボ圧縮機だけで容量制御する。ターボ圧縮機の各々の運転時には、最大運転モードと、吸込絞り運転モードと、ミニマム運転モードと、部分負荷運転モードと、放風運転モードとを有する。吸込弁と放風弁をＰＩ制御またはＰＩＤ制御してそれぞれのターボ圧縮機に予め定められた所定吐出圧力になるよう制御する。
吸込弁と放風弁を使用して複数台のターボ圧縮機を台数制御するシステムにおいて、運転するターボ圧縮機の故障や増設等に対応できる信頼性高いシステムとする。
【解決手段】
ターボ圧縮機システム１００は、それぞれが吸込側に流量可変の吸込弁１２、２２、３２を、吐出側に作動ガスを放風可能な放風弁１４、２４、３４を有するターボ圧縮機１０、２０、３０を複数台並列に接続している。複数のターボ圧縮機だけで容量制御する。ターボ圧縮機の各々の運転時には、最大運転モードと、吸込絞り運転モードと、ミニマム運転モードと、部分負荷運転モードと、放風運転モードとを有する。吸込弁と放風弁をＰＩ制御またはＰＩＤ制御してそれぞれのターボ圧縮機に予め定められた所定吐出圧力になるよう制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数台のターボ圧縮機を用いたターボ圧縮機システムの運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数台のターボ圧縮機を用いて台数制御運転する例が、特許文献１に記載されている。この公報に記載のシステムでは、圧縮機設備において圧縮空気貯蔵用のタンクを省いても圧送空気の圧力を変動させないことを目的としている。この目的を達成するために、圧縮機設備は、圧送流量を検出する流量計と圧送流量に応じて必要な圧縮機の台数を選定し、各圧縮機をロード、アンロード切り換え、あるいは起動、停止させる台数制御盤を有する。また、各圧縮機は吸い込み絞り弁を有し、この吸い込み絞り弁の開度を調節することにより、圧力一定制御が可能になっている。さらに、吸込絞り制御を利用できない容量では、圧送ガスの一部を放風運転して圧送圧力を略一定に保っている。
【０００３】
特許文献２には、1台のターボ圧縮機と複数台の容積形圧縮機を組み合わせて台数制御し、ターボ圧縮機を定風圧制御するときにはターボ圧縮機の回転数制御圧力を容積形圧縮機の放風弁開設定圧力よりも低くし、ターボ圧縮機の放風弁開設定圧力を容積形圧縮機の放風弁開設定圧力よりも高くすることが記載されている。
【０００４】
【特許文献１】特開平６-２４９１９０号公報
【０００５】
【特許文献２】特開平１１-３０３７９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１に記載の圧縮機システムでは、容量の違う複数台の圧縮機と検出されたガス流量から最適な運転機を選定して運転停止させているが、流量毎に運転する圧縮機が定まっており、不測の事態で1台の圧縮機が運転できなくなったときには、システム全体を停止せざるを得ないという不具合を生じる。また、流量毎に運転する圧縮機が定まっているので、流量の増減に応じて圧縮機を頻繁に起動または停止せざるを得ない。
【０００７】
しかしながら、ターボ圧縮機の特性として頻繁な起動、停止は故障の発生や寿命の低下の要因となる。この逆に負荷がほとんど変化しない、すなわち流量一定の場合には、特定の圧縮機だけが運転し、全く運転しな圧縮機が生じて、圧縮機相互で運転時間が変化する。これは、圧縮機システムのメインテナンス周期を著しく短くし望ましくない。
【０００８】
上記特許文献２に記載の圧縮機システムでは、ターボ型と容積形という特性の異なる圧縮機を使用している。一般にターボ型圧縮機の吐出圧力は低く、容積形の圧縮機の吐出圧力は高いから、需要元の圧力レベルに合わせて最良の組み合わせを形成するのが難しい。
【０００９】
本発明は上記従来技術の不具合に鑑みなされたものであり、その目的は吸込弁と放風弁を使用して複数台のターボ圧縮機を台数制御するシステムにおいて、運転するターボ圧縮機の故障や増設等に対応できる信頼性高いシステムとすることにある。また、ターボ圧縮機の起動、停止回数を低減して信頼性を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成する本発明の特徴は、それぞれが吸込側に流量可変の吸込弁を、吐出側に作動ガスを放風可能な放風弁を有するターボ圧縮機を複数台並列に接続し、この複数のターボ圧縮機だけで容量制御するターボ圧縮機システムの運転方法において、複数台のターボ圧縮機の各々を運転いているときの運転モードとして、最大運転モードと、吸込絞り運転モードと、ミニマム運転モードと、部分負荷運転モードと、放風運転モードとを有し、吸込弁と放風弁をＰＩ制御またはＰＩＤ制御してそれぞれのターボ圧縮機に予め定められた所定吐出圧力になるよう制御する。
【００１１】
そしてこの特徴において、最大運転モードと吸込絞り運転モードとミニマム運転時には、放風弁を全閉とし、部分負荷運転モードと放風運転モードでは、吸込弁開度を許容最小開度とし、放風弁を開いて運転するのが望ましい。
【００１２】
また、複数のターボ圧縮機の中の１台を流量調節機に定め、この流量調節機に要求される流量が最大運転モードの流量に等しいか大きくなったら台数制御盤が他のターボ圧縮機の運転状態を調べ、運転中の他のターボ圧縮機がミニマム運転モードであれば、このミニマム運転モードにあるターボ圧縮機を新たに流量調節機とするとともにそれまでの流量調節機を最大運転モードに設定し、運転中の他のターボ圧縮機がすべて最大運転モードであれば、停止中のターボ圧縮機を最大運転モードで起動するとともに流量調節機を部分負荷運転モードまたは吸込絞り運転モードで運転させるのがよく、流量調節機に要求される流量がミニマム運転モードの流量と等しいか少なくなったら台数制御盤が他のターボ圧縮機の運転状態を調べ、運転中の他のターボ圧縮機の1台が最大運転モードであればその圧縮機を吸込絞り運転モードで運転する流量調節機に定めるとともにそれまでの流量調節機をミニマム運転モードに設定し、運転中の他のターボ圧縮機がすべてミニマム運転モードであればそのミニマム運転モードにあるターボ圧縮機の中の１台を次に停止させるターボ圧縮機に設定するのがよい。
【００１３】
さらに、流量調節機に要求される流量が放風弁を開く部分負荷運転モードの流量になったら台数制御盤が他のターボ圧縮機の運転状態を調べ、運転中の他のターボ圧縮機がミニマム運転モードであればミニマム運転モードにあるターボ圧縮機の全てを最大運転モードにするとともに流量調節機を部分負荷運転モードまたはアンロード運転モードとし、アンロード運転が所定時間継続したターボ圧縮機があれば運転を停止するのが好ましく、流量調節機に要求される流量が放風弁を全開にするアンロード運転モードの流量になったら台数制御盤が他のターボ圧縮機の運転状態を調べ、運転中の他のターボ圧縮機が最大運転モードまたはミニマム運転モードであればそのターボ圧縮機を流量調節機に定めそれまでの流量調節機をアンロード運転モードにし、アンロード運転が所定時間継続したターボ圧縮機があれば運転を停止するのが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、起動または停止させるターボ圧縮機を使用流量に対応することなく、任意に設定できるようにしたので、ターボ圧縮機の故障や増設にも容易に対応できる。また、起動、停止回数も低減できる。さらに、最大開度で運転している圧縮機の目標圧力を許容最大圧力としているので、需要元の必要流量が減少し、需要元の圧力が急激に高くなっても、最大開度で運点している圧縮機の目標圧力を低下させるだけで需要元の圧力が低下する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明に係る圧縮機システム１００の一実施例について、図面を用いて説明する。図1は、圧縮機システム１００のブロック図である。本実施例では、圧縮機システム１００は同一仕様の３台のターボ圧縮機１０、２０、３０を有している。各ターボ圧縮機本体１３、２３、３３の吸込側には、入口ガイドベーン（以下吸込弁と称す）１２、２２、３２が取り付けられている。ターボ圧縮機本体１３、２３、３３の吐出配管１７、２７、３７から分岐して放風弁１４、２４、３４が取り付けられている。吐出配管１７、２７、３７には逆止弁1５、２５、３５が介在しており、逆止弁１５、２５、３５の下流側は集合配管４１に接続されている。逆止弁１５、２５、３５の下流側であって集合配管４１の上流側には、各ターボ圧縮機本体１３、２３、３３から吐出されるガスの圧力を検出する圧力検出装置が取り付けられている。さらに、集合配管４１の途中であってターボ圧縮機３０の吐出配管３７との連結部よりも下流側に、圧縮機システム１００から吐出されるガスの全体の吐出圧力を検出する吐出圧力検出器が取り付けられている。
【００１６】
各ターボ圧縮機１０、２０、３０には、ターボ圧縮機本体１３、２３、３３を制御する圧縮機制御盤１１、２１、３１が備えられている。各圧縮機制御盤１１、２１、３１には、その圧縮機制御盤１１、２２、３３が属するターボ圧縮機１０、２０、３０に対応する圧力検出装置１６、２６、３６が検出したターボ圧縮機本体１３、２３、３３の吐出ガス圧が入力される。圧縮機制御盤１１、２１、３１は、吸込弁１２、２２、３２および放風弁１４、２４、３４に開度指令を出力する。
【００１７】
圧縮機制御盤１１、２１、３１は、台数制御盤１に接続されており、台数制御盤１には集合配管４１に設けた吐出圧力検出器２が検出した圧縮機システム１００の吐出圧力が入力される。図２に示すように、圧縮機制御盤１１、２１、３１からは放風運転中、最大開度運転中、ミニマム運転中等の各ターボ圧縮機１０、２０、３０の運転状態が、台数制御盤１に送信される。一方、台数制御盤１から圧縮機制御盤１１、２１、３１には、各ターボ圧縮機１０、２０、３０の運転または停止指令、アンロード、目標圧力切り換え、ミニマム運転等の指令が送信される。
【００１８】
このように構成した本実施例の圧縮機システム１００では、吸込弁１２、２２、３２を経て吸込まれた作動ガスは、ターボ圧縮機本体１３で圧縮されて高圧となり、逆止弁１５、２５、３５から集合配管４１を経由して需要元へと圧送される。需要元の圧力は、集合配管４１の吐出圧力検出器２で検出される。吸込弁１２、２２、３２または放風弁１４、２４、３４の開度を、圧力検出装置１６、２６、３６が検出したターボ圧縮機本体１３、２３、３３の吐出圧力と詳細を後述する目標圧力の偏差からＰＩ制御またはＰＩＤ制御して、作動ガスの圧送量を調節する。
【００１９】
圧送ガス量が少ない場合には、吸込弁１２、２２、３２の開度をサージングが生じない最小の開度に保持する。そして、放風弁１４、２４、３４の開度を調節して、余剰ガスの廃棄量を調整し需要元へ圧送するガス量を制御する。需要元で消費するガス量が所定量より多くなると、放風弁１６、２６、３６を全閉状態に保持し、吸込弁１２、２２、３２の開度を調整して、ターボ圧縮機本体１３、２３、３３に吸込む作動ガス量を調整する。放風弁１４、２４、３４を開いて放風制御しているときは、需要元に送る作動ガスの圧送流量に関わらず動力は一定となる。吸込弁１２、２２、３２をサージングが生じない最小開度から全開までの間で変化させる吸込絞り制御しているときは、需要元に送る作動ガスの圧送流量に応じた動力となる。したがって省エネルギ運転するために、放風制御の運転時間をできるだけ少なくする。
【００２０】
図３に、ターボ圧縮機１０、２０、３０の運転モードの例を示す。横軸はターボ圧縮機システム１００で消費される作動ガスの吸込み基準の流量Ｑｃであり、縦軸はターボ圧縮機本体１３、２３、３３から吐出される作動ガスの流量Ｑｇである。横軸でＵＬＤで示したのは、以下に述べるアンロード運転であり、ＭＩＮはサージライン上（実際は余裕を見てサージラインよりわずかに大流量側）の運転点で最小運転、ＭＡＸは最大風量運転である。ＵＬＤ〜ＭＩＮ間はＰＬＤであり、ＭＩＮ〜ＭＡＸ間はＣＣである。これら各運転モードを以下に説明する。
（１）アンロード運転（ＵＬＤ）
需要元の消費ガス量が少なく、ターボ圧縮機１０（２０、３０）で発生した圧縮ガスを、放風弁１４（２４、３４）を全開にして捨て去るモードである。ターボ圧縮機本体１３（２３、３３）は容量型の圧縮機等に比べて起動してから安定した運転になるまで時間がかかるので、起動回数をできるだけ少なくすることが望ましい。そのため、圧縮機システム１００の消費ガス量が少なくなっていても、ターボ圧縮機本体１３（２３、３３）を運転し続ける。
【００２１】
ただし、圧縮機本体１３（２３、３３）をサージング限界以上の流量で運転しなければならないので、放風弁１４（２４、３４）を閉じると圧縮機システム１００の圧力が上昇し過ぎる。そこで、圧力上昇を防ぐために、放風弁１４（２４、３４）を全開にする。このとき、吸込弁１２（２２、３２）の開度βを、許容最小開度βｍｉｎにする。アンロード運転（ＵＬＤ）はターボ圧縮機１０、２０、３０でした仕事が全部無駄になる運転であるから、できるだけ避けたい。そこで、アンロード運転（ＵＬＤ）が所定時間、本実施例では１０分間以上継続したら、ターボ圧縮機本体１３（２３、３３）を停止する。
（２）部分負荷運転（ＰＬＤ）
後述する容量調整運転をしているターボ圧縮機が最大容量運転となっても、なお消費ガス量が多く停止しているターボ圧縮機を起動する場合や、起動している圧縮機が1台もなく、最初の圧縮機を起動するモードである。ただし、初号機の起動時には必ずしも、本モードによる必要はない。新たに起動したターボ圧縮機１０（２０、３０）を最大容量で運転すると、発生流量が多すぎて圧縮機システム１００の圧力が異常に上昇する恐れがある場合には、追加起動したターボ圧縮機１０（２０、３０）から吐出される圧縮ガスの一部だけを需要元に送給する。この場合、追加起動したターボ圧縮機１０（２０、３０）の放風弁１４（２４、３４）を適宜量だけ開け、ターボ圧縮機１０（２０、３０）が発生する圧縮ガス量と、消費ガス量および放風量とをバランスさせる。このときの吸込弁１２（２２、３２）の開度βはβ=βｍｉｎである。
（３）ミニマム運転（ＭＩＮ）
消費ガス量はそんなに多くはないが、運転中の１台のターボ圧縮機１０（２０、３０）を停止またはアンロード運転させると、消費ガス量よりも発生ガス量が少なくなる場合のモードである。吸込弁１２（２２、３２）の開度βをサージングが生じない最小開度βｍｉｎとし、放風弁１４（２４、３４）を全閉とする。
（４）吸込絞り運転（ＣＣ）
サージングを引き起こす運転点よりも大流量域の運転で、ターボ圧縮機本体１３（２３、３３）の吸込側に設けた吸込弁１２（２２、３２）の弁開度βを変化させて、消費ガス量に対応する圧縮ガスを発生する運転モードである。需要元の消費ガス量が比較的多い状態である。放風弁１４（２４、３４）は、全閉である。
（５）最大運転（ＭＡＸ）
吸込絞り運転の上限点である。吸込弁１２（２２、３２）の弁開度βは、最大開度β＝βｍａｘまたは全開に設定される。放風弁１４（２４、３４）は全閉である。需要元のガス消費量が増えても、最大運転（ＭＡＸ）に達した圧縮機１０（２０、３０）からは、これ以上多くの圧縮ガスを発生することはできない。そのような場合には、他のターボ圧縮機２０（３０、１０）の運転モードを変化させる。
【００２２】
本圧縮機システム１００は、このような５つの運転モードと停止モードとを各ターボ圧縮機１０、２０、３０に設定して、需要元の消費ガス量に対応している。３台のターボ圧縮機１０、２０、３０を並列に接続した図１に示した実施例における、ターボ圧縮機１０、２０、３０の運転モードの切り換え手順を、図４および図５を用いて説明する。図４は、圧縮機システム１００の動作のフローチャートであり、図５は各ターボ圧縮機１０、２０、３０の運転状態を示す図である。図５において、２台のターボ圧縮機が運転中のときのモード変化について説明する。主として容量調整をするターボ圧縮機がＩ号機、現在一定状態に維持されているターボ圧縮機をII号機、停止中の圧縮機をIII号機とする。上述したように、Ｉ号機は必ずしもターボ圧縮機１０に相当するものではなく、状況に応じてターボ圧縮機１０は、II号機、III号機にもなり得る。また、消費ガス量が低下したときに、次に停止させる圧縮機をII号機とする。
（ケースＡ）
２台のターボ圧縮機１０、２０（３０）を運転している。いずれかのターボ圧縮機１０、２０（３０）は吸込絞り運転をしている。この圧縮機を、Ｉ号機とする。Ｉ号機は見かけ上、容量調整（ＣＣ）機として作用する。II号機は、アンロード運転（ＵＬＤ）またはミニマム運転（ＭＩＮ）、最大運転（ＭＡＸ）のいずれかである。III号機は停止している。この状態で、需要元のガス消費量が増加すると、容量調節機であるＩ号機は吸込弁１２（２２、３２）の開度βを大きくし、ついには最大開度βｍａｘまで開いた最大運転（Ｍａｘ）になる（ステップＡ１）。
【００２３】
さらに、圧縮ガスの発生量を増大させることを求められているので、台数制御盤１はII号機およびIII号機の運転状態を調べる。II号機またはIII号機がミニマム運転（ＭＩＮ）になっているか否かを調べ（ステップＡ２）、II号機がミニマム運転（ＭＩＮ）であれば、Ｉ号機を最大運転（ＭＡＸ）に保持し（ステップＡ３）、II号機を容量調節機に設定する（ステップＡ４）。以後のターボ圧縮機の制御においては、このII号機を新Ｉ号機として取り扱う。
【００２４】
ステップＡ２において、II号機がミニマム運転（ＭＩＮ）していないときは、II号機が最大運転（ＭＡＸ）か否かを調べる（ステップＡ６）。最大運転（ＭＡＸ）であれば（ステップＡ７）、III号機の状態がアンロード運転（ＵＬＤ）であるか否かを調べる（ステップＡ９）。III号機は停止中に設定しているので、ステップＡ１２に飛んで、III号機を起動する。一方、II号機が最大運転（ＭＡＸ）でもミニマム運転（ＭＩＮ）でもなければ、II号機は起動されている前提なので、ステップＡ９においてアンロード運転（ＵＬＤ）と判断し、圧縮ガス発生能力に余裕があるII号機を最大運転（ＭＡＸ）させる。そして、Ｉ号機を容量調節機として作動させる。
【００２５】
Ｉ、II号機の能力では圧縮ガス量が不足しているときには、III号機を起動する。III号機の起動時には、既に最大能力である最大運転（ＭＡＸ）しているII号機はそのまま最大運転（ＭＡＸ）を保持し、III号機も最大運転（ＭＡＸ）させる。容量調節機であるＩ号機は吐出流量を減らして、需要元の消費ガス量に対応させる。つまり、容量調節の初期においては、Ｉ号機を部分負荷運転（ＰＬＤ）させ、その後容量調節運転（ＣＣ）させる。これにより、急激な流量変化に起因する圧縮機システム１００の吐出圧力検出器２が検出する吐出圧力の変動を防止する。
（ケースＢ）
需要元のガス消費が減少し、容量調節機として作動していたＩ号機の吸込弁開度βがβｍｉｎに達し、ミニマム運転（ＭＩＮ）になった状態である（ステップＢ１）。Ｉ号機をミニマム運転（ＭＩＮ）機とし（ステップＢ２）する。台数制御盤１は、II号機が最大運転（ＭＡＸ）しているか否かを調べる（ステップＢ３）。II号機が最大運転（ＭＡＸ）していたら、II号機を吸込絞り運転（ＣＣ）する容量調節機とし、新Ｉ号機に設定する（ステップＢ４）。II号機が最大運転（ＭＡＸ）していなければ、容量調節機として吸込絞り運転（ＣＣ）、ミニマム運転（ＭＩＮ）、アンロード運転（ＵＬＤ）のいずれかを設定する。その際、それまでのII号機の運転状態に応じて、設定運転モードを定める（ステップＢ６）。
（ケースＣ）
ケースＢの状態で、さらに消費ガス流量が減少し、容量調節機であるＩ号機の流量を減少させて部分負荷運転（ＰＬＤ）する場合である。Ｉ号機に要求される流量は、放風弁１４（２４、３４）を全閉にしたミニマム運転（ＭＩＮ）以下の流量であるので、吸込弁１２（２２、３２）の開度βをβ＝βｍｉｎにし、放風弁１４（２４、３４）を開けて放風運転する（ステップＣ１）。なお、本実施例ではサージング開始流量を、最大流量の７０％としている。すなわち、需要元のガス消費量が減り、ターボ圧縮機本体１３（２３、３３）に要求される圧縮ガス量が、ターボ圧縮機本体１３（２３、３３）の最大圧縮ガス流量の７０％を下回ったら、そのターボ圧縮機本体１３（２３、３３）を部分負荷運転させる。
【００２６】
ところで、部分負荷運転（ＰＬＤ）はターボ圧縮機本体１３（２３、３３）で発生した圧縮ガスの一部を捨てることであり、アンロード運転（ＵＬＤ）は発生した圧縮ガスの全てを捨てることであるから、できるだけ部分負荷運転（ＰＬＤ）やアンロード運転（ＵＬＤ）の運転時間を短縮することが望ましい。上述したようにアンロード運転（ＵＬＤ）になったときは、その状態が１０分間以上継続したらターボ圧縮機本体１３（２３、３３）を停止させるから、部分負荷運転（ＰＬＤ）を長時間継続するよりはアンロード運転（ＵＬＤ）にできるだけ早く突入させてターボ圧縮機本体１３（２３、３３）を停止させれば、消費動力を低減できる。
【００２７】
本実施例では、運転中のII号機やIII号機のターボ圧縮機本体２３（３３、１３）を最大容量で運転し、Ｉ号機に要求される流量をできるだけ減らして、アンロード運転（ＵＬＤ）状態になるようにする。II号機が最大運転（ＭＡＸ）しているか否かを台数制御盤1が調べる（ステップＣ２）。II号機が最大運転（ＭＡＸ）しているのであれば（ステップＣ３）、運転中の他の圧縮機の吐出流量をこれ以上増加できない。そこで、III号機がミニマム運転（ＭＩＮ）しているか否かを台数制御盤１が調べる（ステップＣ５）。
【００２８】
ステップＣ２でII号機が最大運転（ＭＡＸ）していないのであれば、II号機がミニマム運転しているか否かを台数制御盤１が調べる（ステップＣ５）。ステップＣ５でII号機がミニマム運転していないのであれば、II号機はアンロード運転（ＵＬＤ）で停止待ちであるから、これ以上ターボ圧縮機本体１３、２３（３３）の流量制御はできないので、流量制御を終了する。
【００２９】
II号機がミニマム運転（ＭＩＮ）中であれば、II号機の吐出流量を増大させ、Ｉ号機の吐出流量を減少させることが可能になる。そこで、II号機を最大運転（ＭＡＸ）し、Ｉ号機の放風弁１４（２４、３４）開度を増加させ、放風量を増す（ステップＣ６）。なお、このケースＣの運転では、II号機の流量増大と、Ｉ号機の放風量の増加は同期させて、急激な流量変化が生じるのを防止する。
【００３０】
例えば、Ｉ号機に要求される流量が最大流量の３０％であり、II号機がミニマム運転（ＭＩＮ）しているときは、II号機の現在の流量は最大流量の７０％である。したがって、II号機を最大運転（ＭＡＸ）にすれば、Ｉ号機の流量は０％となりアンロード運転（ＵＬＤ）に移行できる。本実施例では、容量の等しい３台のターボ圧縮機１０、２０、３０を用いた場合を想定しているので、ケースＣによりアンロード運転（ＵＬＤ）や部分負荷運転（ＰＬＤ）を回避できる割合が少なく、ケースＣによる消費動力の低減効果は少ない。しかし、４台以上のターボ圧縮機を用いた場合には、アンロード運転（ＵＬＤ）させる圧縮機の発生割合が格段に増えるので、消費動力を低減できる。
（ケースＤ）
需要元の消費ガス量が減少し、ケースＣよりもさらに圧縮機本体１３（２３、３３）に要求されるガス量が低減した場合である。容量調節機であるＩ号機は、部分負荷運転（ＰＬＤ）を超えて放風弁１４（２４、３４）を全開したアンロード運転（ＵＬＤ）に移行している（ステップＤ１）。そこでＩ号機をアンロード機に設定し（ステップＤ２）、II号機が最大運転（ＭＡＸ）しているか否かを台数制御盤１が調べる（ステップＤ３）。II号機が最大運転（ＭＡＸ）していれば、II号機を新Ｉ号機として容量調節機に設定する（ステップＤ４）。II号機が最大運転（ＭＡＸ）していなければ、ミニマム運転（ＭＩＮ）か、停止待ちのアンロード運転（ＵＬＤ）である。ミニマム運転（ＭＩＮ）であれば、新Ｉ号機として容量調節機に設定する（ステップＤ６）。アンロード運転（ＵＬＤ）であれば、そのままアンロード運転（ＵＬＤ）を続け、アンロード運転（ＵＬＤ）開始から１０分経過したら、II号機を停止する。
（ケースＥ）
アンロード運転（ＵＬＤ）が所定時間以上継続したら、ターボ圧縮機本体１３（２３、３３）を停止させる場合である。容量調整機であるとないとに係らず、全てのターボ圧縮機本体１３、２３、３３はのアンロード運転（ＵＬＤ）が１０分間継続した（ステップＥ１）ら、アンロード運転（ＵＬＤ）して１０分以上継続したターボ圧縮機本体１３（２３、３３）を停止する。これにより、放風ガス量を低減するとともに、消費動力を低減する。
【００３１】
以上、等容量のターボ圧縮機を３台並列に接続して台数制御する場合について、各ターボ圧縮機の運転モードを組み合わせて運転させることにより、放風量を低減し、消費動力を低減させることについて述べた。本発明は各ターボ圧縮機の容量が等しい場合のみならず、異なる容量のターボ圧縮機の組み合わせについても適用できることは言うまでもない。その際、需要元の圧縮ガス使用パターンに応じて各圧縮機の起動／停止が同程度になるように各運転モードを組み合わせることができ、各圧縮機のメンテナンス時期を調整できる。その結果、メンテナンスを各圧縮機とも同じ周期で行える。
【００３２】
また、ターボ圧縮機の台数を４台以上または２台しか有しない圧縮機システムでも、本発明を適用できる。上述したように、圧縮機の台数が多ければ多いほど、ケースＣの運転モード設定による利点を発揮でき、消費動力を低減できる。さらに、アンロード運転継続時間の限界を１０分にしているが、この時間も需要元の圧縮ガスの使用パターンに応じて適宜定めるのが望ましい。いずれにしても、ターボ圧縮機は頻繁な起動／停止には不適であるので、起動／停止をできるだけ抑えた運転パターンになるように設定すればよい。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明に係るターボ圧縮機システムの一実施例のブロック図。
【図２】制御系の信号伝達を説明する図。
【図３】ターボ圧縮機の運転モードを説明する図。
【図４】図１に示したターボ圧縮機システムの動作フローチャート。
【図５】各ターボ圧縮機の運転モード状態を説明する図。
【符号の説明】
【００３４】
１…台数制御盤、２…吐出圧力検出器、１０…ターボ圧縮機、１１…圧縮機制御盤、１２…吸込弁、１３…圧縮機本体、１４…放風弁、１５…逆止弁、１６…圧力検出装置、２０…ターボ圧縮機、２１…圧縮機制御盤、２２…吸込弁、２３…圧縮機本体、２４…放風弁、２５…逆止弁、２６…圧力検出装置、３０…ターボ圧縮機、３１…圧縮機制御盤、３２…吸込弁、３３…圧縮機本体、３４…放風弁、３５…逆止弁、３６…圧力検出装置。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数台のターボ圧縮機を用いたターボ圧縮機システムの運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数台のターボ圧縮機を用いて台数制御運転する例が、特許文献１に記載されている。この公報に記載のシステムでは、圧縮機設備において圧縮空気貯蔵用のタンクを省いても圧送空気の圧力を変動させないことを目的としている。この目的を達成するために、圧縮機設備は、圧送流量を検出する流量計と圧送流量に応じて必要な圧縮機の台数を選定し、各圧縮機をロード、アンロード切り換え、あるいは起動、停止させる台数制御盤を有する。また、各圧縮機は吸い込み絞り弁を有し、この吸い込み絞り弁の開度を調節することにより、圧力一定制御が可能になっている。さらに、吸込絞り制御を利用できない容量では、圧送ガスの一部を放風運転して圧送圧力を略一定に保っている。
【０００３】
特許文献２には、1台のターボ圧縮機と複数台の容積形圧縮機を組み合わせて台数制御し、ターボ圧縮機を定風圧制御するときにはターボ圧縮機の回転数制御圧力を容積形圧縮機の放風弁開設定圧力よりも低くし、ターボ圧縮機の放風弁開設定圧力を容積形圧縮機の放風弁開設定圧力よりも高くすることが記載されている。
【０００４】
【特許文献１】特開平６-２４９１９０号公報
【０００５】
【特許文献２】特開平１１-３０３７９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１に記載の圧縮機システムでは、容量の違う複数台の圧縮機と検出されたガス流量から最適な運転機を選定して運転停止させているが、流量毎に運転する圧縮機が定まっており、不測の事態で1台の圧縮機が運転できなくなったときには、システム全体を停止せざるを得ないという不具合を生じる。また、流量毎に運転する圧縮機が定まっているので、流量の増減に応じて圧縮機を頻繁に起動または停止せざるを得ない。
【０００７】
しかしながら、ターボ圧縮機の特性として頻繁な起動、停止は故障の発生や寿命の低下の要因となる。この逆に負荷がほとんど変化しない、すなわち流量一定の場合には、特定の圧縮機だけが運転し、全く運転しな圧縮機が生じて、圧縮機相互で運転時間が変化する。これは、圧縮機システムのメインテナンス周期を著しく短くし望ましくない。
【０００８】
上記特許文献２に記載の圧縮機システムでは、ターボ型と容積形という特性の異なる圧縮機を使用している。一般にターボ型圧縮機の吐出圧力は低く、容積形の圧縮機の吐出圧力は高いから、需要元の圧力レベルに合わせて最良の組み合わせを形成するのが難しい。
【０００９】
本発明は上記従来技術の不具合に鑑みなされたものであり、その目的は吸込弁と放風弁を使用して複数台のターボ圧縮機を台数制御するシステムにおいて、運転するターボ圧縮機の故障や増設等に対応できる信頼性高いシステムとすることにある。また、ターボ圧縮機の起動、停止回数を低減して信頼性を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成する本発明の特徴は、それぞれが吸込側に流量可変の吸込弁を、吐出側に作動ガスを放風可能な放風弁を有するターボ圧縮機を複数台並列に接続し、この複数のターボ圧縮機だけで容量制御するターボ圧縮機システムの運転方法において、複数台のターボ圧縮機の各々を運転いているときの運転モードとして、最大運転モードと、吸込絞り運転モードと、ミニマム運転モードと、部分負荷運転モードと、放風運転モードとを有し、吸込弁と放風弁をＰＩ制御またはＰＩＤ制御してそれぞれのターボ圧縮機に予め定められた所定吐出圧力になるよう制御する。
【００１１】
そしてこの特徴において、最大運転モードと吸込絞り運転モードとミニマム運転時には、放風弁を全閉とし、部分負荷運転モードと放風運転モードでは、吸込弁開度を許容最小開度とし、放風弁を開いて運転するのが望ましい。
【００１２】
また、複数のターボ圧縮機の中の１台を流量調節機に定め、この流量調節機に要求される流量が最大運転モードの流量に等しいか大きくなったら台数制御盤が他のターボ圧縮機の運転状態を調べ、運転中の他のターボ圧縮機がミニマム運転モードであれば、このミニマム運転モードにあるターボ圧縮機を新たに流量調節機とするとともにそれまでの流量調節機を最大運転モードに設定し、運転中の他のターボ圧縮機がすべて最大運転モードであれば、停止中のターボ圧縮機を最大運転モードで起動するとともに流量調節機を部分負荷運転モードまたは吸込絞り運転モードで運転させるのがよく、流量調節機に要求される流量がミニマム運転モードの流量と等しいか少なくなったら台数制御盤が他のターボ圧縮機の運転状態を調べ、運転中の他のターボ圧縮機の1台が最大運転モードであればその圧縮機を吸込絞り運転モードで運転する流量調節機に定めるとともにそれまでの流量調節機をミニマム運転モードに設定し、運転中の他のターボ圧縮機がすべてミニマム運転モードであればそのミニマム運転モードにあるターボ圧縮機の中の１台を次に停止させるターボ圧縮機に設定するのがよい。
【００１３】
さらに、流量調節機に要求される流量が放風弁を開く部分負荷運転モードの流量になったら台数制御盤が他のターボ圧縮機の運転状態を調べ、運転中の他のターボ圧縮機がミニマム運転モードであればミニマム運転モードにあるターボ圧縮機の全てを最大運転モードにするとともに流量調節機を部分負荷運転モードまたはアンロード運転モードとし、アンロード運転が所定時間継続したターボ圧縮機があれば運転を停止するのが好ましく、流量調節機に要求される流量が放風弁を全開にするアンロード運転モードの流量になったら台数制御盤が他のターボ圧縮機の運転状態を調べ、運転中の他のターボ圧縮機が最大運転モードまたはミニマム運転モードであればそのターボ圧縮機を流量調節機に定めそれまでの流量調節機をアンロード運転モードにし、アンロード運転が所定時間継続したターボ圧縮機があれば運転を停止するのが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、起動または停止させるターボ圧縮機を使用流量に対応することなく、任意に設定できるようにしたので、ターボ圧縮機の故障や増設にも容易に対応できる。また、起動、停止回数も低減できる。さらに、最大開度で運転している圧縮機の目標圧力を許容最大圧力としているので、需要元の必要流量が減少し、需要元の圧力が急激に高くなっても、最大開度で運点している圧縮機の目標圧力を低下させるだけで需要元の圧力が低下する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明に係る圧縮機システム１００の一実施例について、図面を用いて説明する。図1は、圧縮機システム１００のブロック図である。本実施例では、圧縮機システム１００は同一仕様の３台のターボ圧縮機１０、２０、３０を有している。各ターボ圧縮機本体１３、２３、３３の吸込側には、入口ガイドベーン（以下吸込弁と称す）１２、２２、３２が取り付けられている。ターボ圧縮機本体１３、２３、３３の吐出配管１７、２７、３７から分岐して放風弁１４、２４、３４が取り付けられている。吐出配管１７、２７、３７には逆止弁1５、２５、３５が介在しており、逆止弁１５、２５、３５の下流側は集合配管４１に接続されている。逆止弁１５、２５、３５の下流側であって集合配管４１の上流側には、各ターボ圧縮機本体１３、２３、３３から吐出されるガスの圧力を検出する圧力検出装置が取り付けられている。さらに、集合配管４１の途中であってターボ圧縮機３０の吐出配管３７との連結部よりも下流側に、圧縮機システム１００から吐出されるガスの全体の吐出圧力を検出する吐出圧力検出器が取り付けられている。
【００１６】
各ターボ圧縮機１０、２０、３０には、ターボ圧縮機本体１３、２３、３３を制御する圧縮機制御盤１１、２１、３１が備えられている。各圧縮機制御盤１１、２１、３１には、その圧縮機制御盤１１、２２、３３が属するターボ圧縮機１０、２０、３０に対応する圧力検出装置１６、２６、３６が検出したターボ圧縮機本体１３、２３、３３の吐出ガス圧が入力される。圧縮機制御盤１１、２１、３１は、吸込弁１２、２２、３２および放風弁１４、２４、３４に開度指令を出力する。
【００１７】
圧縮機制御盤１１、２１、３１は、台数制御盤１に接続されており、台数制御盤１には集合配管４１に設けた吐出圧力検出器２が検出した圧縮機システム１００の吐出圧力が入力される。図２に示すように、圧縮機制御盤１１、２１、３１からは放風運転中、最大開度運転中、ミニマム運転中等の各ターボ圧縮機１０、２０、３０の運転状態が、台数制御盤１に送信される。一方、台数制御盤１から圧縮機制御盤１１、２１、３１には、各ターボ圧縮機１０、２０、３０の運転または停止指令、アンロード、目標圧力切り換え、ミニマム運転等の指令が送信される。
【００１８】
このように構成した本実施例の圧縮機システム１００では、吸込弁１２、２２、３２を経て吸込まれた作動ガスは、ターボ圧縮機本体１３で圧縮されて高圧となり、逆止弁１５、２５、３５から集合配管４１を経由して需要元へと圧送される。需要元の圧力は、集合配管４１の吐出圧力検出器２で検出される。吸込弁１２、２２、３２または放風弁１４、２４、３４の開度を、圧力検出装置１６、２６、３６が検出したターボ圧縮機本体１３、２３、３３の吐出圧力と詳細を後述する目標圧力の偏差からＰＩ制御またはＰＩＤ制御して、作動ガスの圧送量を調節する。
【００１９】
圧送ガス量が少ない場合には、吸込弁１２、２２、３２の開度をサージングが生じない最小の開度に保持する。そして、放風弁１４、２４、３４の開度を調節して、余剰ガスの廃棄量を調整し需要元へ圧送するガス量を制御する。需要元で消費するガス量が所定量より多くなると、放風弁１６、２６、３６を全閉状態に保持し、吸込弁１２、２２、３２の開度を調整して、ターボ圧縮機本体１３、２３、３３に吸込む作動ガス量を調整する。放風弁１４、２４、３４を開いて放風制御しているときは、需要元に送る作動ガスの圧送流量に関わらず動力は一定となる。吸込弁１２、２２、３２をサージングが生じない最小開度から全開までの間で変化させる吸込絞り制御しているときは、需要元に送る作動ガスの圧送流量に応じた動力となる。したがって省エネルギ運転するために、放風制御の運転時間をできるだけ少なくする。
【００２０】
図３に、ターボ圧縮機１０、２０、３０の運転モードの例を示す。横軸はターボ圧縮機システム１００で消費される作動ガスの吸込み基準の流量Ｑｃであり、縦軸はターボ圧縮機本体１３、２３、３３から吐出される作動ガスの流量Ｑｇである。横軸でＵＬＤで示したのは、以下に述べるアンロード運転であり、ＭＩＮはサージライン上（実際は余裕を見てサージラインよりわずかに大流量側）の運転点で最小運転、ＭＡＸは最大風量運転である。ＵＬＤ〜ＭＩＮ間はＰＬＤであり、ＭＩＮ〜ＭＡＸ間はＣＣである。これら各運転モードを以下に説明する。
（１）アンロード運転（ＵＬＤ）
需要元の消費ガス量が少なく、ターボ圧縮機１０（２０、３０）で発生した圧縮ガスを、放風弁１４（２４、３４）を全開にして捨て去るモードである。ターボ圧縮機本体１３（２３、３３）は容量型の圧縮機等に比べて起動してから安定した運転になるまで時間がかかるので、起動回数をできるだけ少なくすることが望ましい。そのため、圧縮機システム１００の消費ガス量が少なくなっていても、ターボ圧縮機本体１３（２３、３３）を運転し続ける。
【００２１】
ただし、圧縮機本体１３（２３、３３）をサージング限界以上の流量で運転しなければならないので、放風弁１４（２４、３４）を閉じると圧縮機システム１００の圧力が上昇し過ぎる。そこで、圧力上昇を防ぐために、放風弁１４（２４、３４）を全開にする。このとき、吸込弁１２（２２、３２）の開度βを、許容最小開度βｍｉｎにする。アンロード運転（ＵＬＤ）はターボ圧縮機１０、２０、３０でした仕事が全部無駄になる運転であるから、できるだけ避けたい。そこで、アンロード運転（ＵＬＤ）が所定時間、本実施例では１０分間以上継続したら、ターボ圧縮機本体１３（２３、３３）を停止する。
（２）部分負荷運転（ＰＬＤ）
後述する容量調整運転をしているターボ圧縮機が最大容量運転となっても、なお消費ガス量が多く停止しているターボ圧縮機を起動する場合や、起動している圧縮機が1台もなく、最初の圧縮機を起動するモードである。ただし、初号機の起動時には必ずしも、本モードによる必要はない。新たに起動したターボ圧縮機１０（２０、３０）を最大容量で運転すると、発生流量が多すぎて圧縮機システム１００の圧力が異常に上昇する恐れがある場合には、追加起動したターボ圧縮機１０（２０、３０）から吐出される圧縮ガスの一部だけを需要元に送給する。この場合、追加起動したターボ圧縮機１０（２０、３０）の放風弁１４（２４、３４）を適宜量だけ開け、ターボ圧縮機１０（２０、３０）が発生する圧縮ガス量と、消費ガス量および放風量とをバランスさせる。このときの吸込弁１２（２２、３２）の開度βはβ=βｍｉｎである。
（３）ミニマム運転（ＭＩＮ）
消費ガス量はそんなに多くはないが、運転中の１台のターボ圧縮機１０（２０、３０）を停止またはアンロード運転させると、消費ガス量よりも発生ガス量が少なくなる場合のモードである。吸込弁１２（２２、３２）の開度βをサージングが生じない最小開度βｍｉｎとし、放風弁１４（２４、３４）を全閉とする。
（４）吸込絞り運転（ＣＣ）
サージングを引き起こす運転点よりも大流量域の運転で、ターボ圧縮機本体１３（２３、３３）の吸込側に設けた吸込弁１２（２２、３２）の弁開度βを変化させて、消費ガス量に対応する圧縮ガスを発生する運転モードである。需要元の消費ガス量が比較的多い状態である。放風弁１４（２４、３４）は、全閉である。
（５）最大運転（ＭＡＸ）
吸込絞り運転の上限点である。吸込弁１２（２２、３２）の弁開度βは、最大開度β＝βｍａｘまたは全開に設定される。放風弁１４（２４、３４）は全閉である。需要元のガス消費量が増えても、最大運転（ＭＡＸ）に達した圧縮機１０（２０、３０）からは、これ以上多くの圧縮ガスを発生することはできない。そのような場合には、他のターボ圧縮機２０（３０、１０）の運転モードを変化させる。
【００２２】
本圧縮機システム１００は、このような５つの運転モードと停止モードとを各ターボ圧縮機１０、２０、３０に設定して、需要元の消費ガス量に対応している。３台のターボ圧縮機１０、２０、３０を並列に接続した図１に示した実施例における、ターボ圧縮機１０、２０、３０の運転モードの切り換え手順を、図４および図５を用いて説明する。図４は、圧縮機システム１００の動作のフローチャートであり、図５は各ターボ圧縮機１０、２０、３０の運転状態を示す図である。図５において、２台のターボ圧縮機が運転中のときのモード変化について説明する。主として容量調整をするターボ圧縮機がＩ号機、現在一定状態に維持されているターボ圧縮機をII号機、停止中の圧縮機をIII号機とする。上述したように、Ｉ号機は必ずしもターボ圧縮機１０に相当するものではなく、状況に応じてターボ圧縮機１０は、II号機、III号機にもなり得る。また、消費ガス量が低下したときに、次に停止させる圧縮機をII号機とする。
（ケースＡ）
２台のターボ圧縮機１０、２０（３０）を運転している。いずれかのターボ圧縮機１０、２０（３０）は吸込絞り運転をしている。この圧縮機を、Ｉ号機とする。Ｉ号機は見かけ上、容量調整（ＣＣ）機として作用する。II号機は、アンロード運転（ＵＬＤ）またはミニマム運転（ＭＩＮ）、最大運転（ＭＡＸ）のいずれかである。III号機は停止している。この状態で、需要元のガス消費量が増加すると、容量調節機であるＩ号機は吸込弁１２（２２、３２）の開度βを大きくし、ついには最大開度βｍａｘまで開いた最大運転（Ｍａｘ）になる（ステップＡ１）。
【００２３】
さらに、圧縮ガスの発生量を増大させることを求められているので、台数制御盤１はII号機およびIII号機の運転状態を調べる。II号機またはIII号機がミニマム運転（ＭＩＮ）になっているか否かを調べ（ステップＡ２）、II号機がミニマム運転（ＭＩＮ）であれば、Ｉ号機を最大運転（ＭＡＸ）に保持し（ステップＡ３）、II号機を容量調節機に設定する（ステップＡ４）。以後のターボ圧縮機の制御においては、このII号機を新Ｉ号機として取り扱う。
【００２４】
ステップＡ２において、II号機がミニマム運転（ＭＩＮ）していないときは、II号機が最大運転（ＭＡＸ）か否かを調べる（ステップＡ６）。最大運転（ＭＡＸ）であれば（ステップＡ７）、III号機の状態がアンロード運転（ＵＬＤ）であるか否かを調べる（ステップＡ９）。III号機は停止中に設定しているので、ステップＡ１２に飛んで、III号機を起動する。一方、II号機が最大運転（ＭＡＸ）でもミニマム運転（ＭＩＮ）でもなければ、II号機は起動されている前提なので、ステップＡ９においてアンロード運転（ＵＬＤ）と判断し、圧縮ガス発生能力に余裕があるII号機を最大運転（ＭＡＸ）させる。そして、Ｉ号機を容量調節機として作動させる。
【００２５】
Ｉ、II号機の能力では圧縮ガス量が不足しているときには、III号機を起動する。III号機の起動時には、既に最大能力である最大運転（ＭＡＸ）しているII号機はそのまま最大運転（ＭＡＸ）を保持し、III号機も最大運転（ＭＡＸ）させる。容量調節機であるＩ号機は吐出流量を減らして、需要元の消費ガス量に対応させる。つまり、容量調節の初期においては、Ｉ号機を部分負荷運転（ＰＬＤ）させ、その後容量調節運転（ＣＣ）させる。これにより、急激な流量変化に起因する圧縮機システム１００の吐出圧力検出器２が検出する吐出圧力の変動を防止する。
（ケースＢ）
需要元のガス消費が減少し、容量調節機として作動していたＩ号機の吸込弁開度βがβｍｉｎに達し、ミニマム運転（ＭＩＮ）になった状態である（ステップＢ１）。Ｉ号機をミニマム運転（ＭＩＮ）機とし（ステップＢ２）する。台数制御盤１は、II号機が最大運転（ＭＡＸ）しているか否かを調べる（ステップＢ３）。II号機が最大運転（ＭＡＸ）していたら、II号機を吸込絞り運転（ＣＣ）する容量調節機とし、新Ｉ号機に設定する（ステップＢ４）。II号機が最大運転（ＭＡＸ）していなければ、容量調節機として吸込絞り運転（ＣＣ）、ミニマム運転（ＭＩＮ）、アンロード運転（ＵＬＤ）のいずれかを設定する。その際、それまでのII号機の運転状態に応じて、設定運転モードを定める（ステップＢ６）。
（ケースＣ）
ケースＢの状態で、さらに消費ガス流量が減少し、容量調節機であるＩ号機の流量を減少させて部分負荷運転（ＰＬＤ）する場合である。Ｉ号機に要求される流量は、放風弁１４（２４、３４）を全閉にしたミニマム運転（ＭＩＮ）以下の流量であるので、吸込弁１２（２２、３２）の開度βをβ＝βｍｉｎにし、放風弁１４（２４、３４）を開けて放風運転する（ステップＣ１）。なお、本実施例ではサージング開始流量を、最大流量の７０％としている。すなわち、需要元のガス消費量が減り、ターボ圧縮機本体１３（２３、３３）に要求される圧縮ガス量が、ターボ圧縮機本体１３（２３、３３）の最大圧縮ガス流量の７０％を下回ったら、そのターボ圧縮機本体１３（２３、３３）を部分負荷運転させる。
【００２６】
ところで、部分負荷運転（ＰＬＤ）はターボ圧縮機本体１３（２３、３３）で発生した圧縮ガスの一部を捨てることであり、アンロード運転（ＵＬＤ）は発生した圧縮ガスの全てを捨てることであるから、できるだけ部分負荷運転（ＰＬＤ）やアンロード運転（ＵＬＤ）の運転時間を短縮することが望ましい。上述したようにアンロード運転（ＵＬＤ）になったときは、その状態が１０分間以上継続したらターボ圧縮機本体１３（２３、３３）を停止させるから、部分負荷運転（ＰＬＤ）を長時間継続するよりはアンロード運転（ＵＬＤ）にできるだけ早く突入させてターボ圧縮機本体１３（２３、３３）を停止させれば、消費動力を低減できる。
【００２７】
本実施例では、運転中のII号機やIII号機のターボ圧縮機本体２３（３３、１３）を最大容量で運転し、Ｉ号機に要求される流量をできるだけ減らして、アンロード運転（ＵＬＤ）状態になるようにする。II号機が最大運転（ＭＡＸ）しているか否かを台数制御盤1が調べる（ステップＣ２）。II号機が最大運転（ＭＡＸ）しているのであれば（ステップＣ３）、運転中の他の圧縮機の吐出流量をこれ以上増加できない。そこで、III号機がミニマム運転（ＭＩＮ）しているか否かを台数制御盤１が調べる（ステップＣ５）。
【００２８】
ステップＣ２でII号機が最大運転（ＭＡＸ）していないのであれば、II号機がミニマム運転しているか否かを台数制御盤１が調べる（ステップＣ５）。ステップＣ５でII号機がミニマム運転していないのであれば、II号機はアンロード運転（ＵＬＤ）で停止待ちであるから、これ以上ターボ圧縮機本体１３、２３（３３）の流量制御はできないので、流量制御を終了する。
【００２９】
II号機がミニマム運転（ＭＩＮ）中であれば、II号機の吐出流量を増大させ、Ｉ号機の吐出流量を減少させることが可能になる。そこで、II号機を最大運転（ＭＡＸ）し、Ｉ号機の放風弁１４（２４、３４）開度を増加させ、放風量を増す（ステップＣ６）。なお、このケースＣの運転では、II号機の流量増大と、Ｉ号機の放風量の増加は同期させて、急激な流量変化が生じるのを防止する。
【００３０】
例えば、Ｉ号機に要求される流量が最大流量の３０％であり、II号機がミニマム運転（ＭＩＮ）しているときは、II号機の現在の流量は最大流量の７０％である。したがって、II号機を最大運転（ＭＡＸ）にすれば、Ｉ号機の流量は０％となりアンロード運転（ＵＬＤ）に移行できる。本実施例では、容量の等しい３台のターボ圧縮機１０、２０、３０を用いた場合を想定しているので、ケースＣによりアンロード運転（ＵＬＤ）や部分負荷運転（ＰＬＤ）を回避できる割合が少なく、ケースＣによる消費動力の低減効果は少ない。しかし、４台以上のターボ圧縮機を用いた場合には、アンロード運転（ＵＬＤ）させる圧縮機の発生割合が格段に増えるので、消費動力を低減できる。
（ケースＤ）
需要元の消費ガス量が減少し、ケースＣよりもさらに圧縮機本体１３（２３、３３）に要求されるガス量が低減した場合である。容量調節機であるＩ号機は、部分負荷運転（ＰＬＤ）を超えて放風弁１４（２４、３４）を全開したアンロード運転（ＵＬＤ）に移行している（ステップＤ１）。そこでＩ号機をアンロード機に設定し（ステップＤ２）、II号機が最大運転（ＭＡＸ）しているか否かを台数制御盤１が調べる（ステップＤ３）。II号機が最大運転（ＭＡＸ）していれば、II号機を新Ｉ号機として容量調節機に設定する（ステップＤ４）。II号機が最大運転（ＭＡＸ）していなければ、ミニマム運転（ＭＩＮ）か、停止待ちのアンロード運転（ＵＬＤ）である。ミニマム運転（ＭＩＮ）であれば、新Ｉ号機として容量調節機に設定する（ステップＤ６）。アンロード運転（ＵＬＤ）であれば、そのままアンロード運転（ＵＬＤ）を続け、アンロード運転（ＵＬＤ）開始から１０分経過したら、II号機を停止する。
（ケースＥ）
アンロード運転（ＵＬＤ）が所定時間以上継続したら、ターボ圧縮機本体１３（２３、３３）を停止させる場合である。容量調整機であるとないとに係らず、全てのターボ圧縮機本体１３、２３、３３はのアンロード運転（ＵＬＤ）が１０分間継続した（ステップＥ１）ら、アンロード運転（ＵＬＤ）して１０分以上継続したターボ圧縮機本体１３（２３、３３）を停止する。これにより、放風ガス量を低減するとともに、消費動力を低減する。
【００３１】
以上、等容量のターボ圧縮機を３台並列に接続して台数制御する場合について、各ターボ圧縮機の運転モードを組み合わせて運転させることにより、放風量を低減し、消費動力を低減させることについて述べた。本発明は各ターボ圧縮機の容量が等しい場合のみならず、異なる容量のターボ圧縮機の組み合わせについても適用できることは言うまでもない。その際、需要元の圧縮ガス使用パターンに応じて各圧縮機の起動／停止が同程度になるように各運転モードを組み合わせることができ、各圧縮機のメンテナンス時期を調整できる。その結果、メンテナンスを各圧縮機とも同じ周期で行える。
【００３２】
また、ターボ圧縮機の台数を４台以上または２台しか有しない圧縮機システムでも、本発明を適用できる。上述したように、圧縮機の台数が多ければ多いほど、ケースＣの運転モード設定による利点を発揮でき、消費動力を低減できる。さらに、アンロード運転継続時間の限界を１０分にしているが、この時間も需要元の圧縮ガスの使用パターンに応じて適宜定めるのが望ましい。いずれにしても、ターボ圧縮機は頻繁な起動／停止には不適であるので、起動／停止をできるだけ抑えた運転パターンになるように設定すればよい。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明に係るターボ圧縮機システムの一実施例のブロック図。
【図２】制御系の信号伝達を説明する図。
【図３】ターボ圧縮機の運転モードを説明する図。
【図４】図１に示したターボ圧縮機システムの動作フローチャート。
【図５】各ターボ圧縮機の運転モード状態を説明する図。
【符号の説明】
【００３４】
１…台数制御盤、２…吐出圧力検出器、１０…ターボ圧縮機、１１…圧縮機制御盤、１２…吸込弁、１３…圧縮機本体、１４…放風弁、１５…逆止弁、１６…圧力検出装置、２０…ターボ圧縮機、２１…圧縮機制御盤、２２…吸込弁、２３…圧縮機本体、２４…放風弁、２５…逆止弁、２６…圧力検出装置、３０…ターボ圧縮機、３１…圧縮機制御盤、３２…吸込弁、３３…圧縮機本体、３４…放風弁、３５…逆止弁、３６…圧力検出装置。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれが吸込側に流量可変の吸込弁を、吐出側に作動ガスを放風可能な放風弁を有するターボ圧縮機を複数台並列に接続し、この複数のターボ圧縮機だけで容量制御するターボ圧縮機システムの運転方法において、前記複数台のターボ圧縮機を運転しているときの運転モードとして、最大運転モードと、吸込絞り運転モードと、ミニマム運転モードと、部分負荷運転モードと、放風運転モードとを有し、前記吸込弁と放風弁をＰＩ制御またはＰＩＤ制御してそれぞれのターボ圧縮機に予め定められた所定吐出圧力になるよう制御することを特徴とするターボ圧縮機システムの運転方法。
【請求項２】
前記最大運転モードと吸込絞り運転モードとミニマム運転時には、前記放風弁を全閉とすることを特徴とする請求項１に記載のターボ圧縮機システムの運転方法。
【請求項３】
前記部分負荷運転モードと放風運転モードでは、吸込弁開度を許容最小開度とし、前記放風弁を開いて運転することを特徴とする請求項１に記載のターボ圧縮機システムの運転方法。
【請求項４】
複数のターボ圧縮機の中の１台を流量調節機に定め、この流量調節機に要求される流量が最大運転モードの流量に等しいか大きくなったら台数制御盤が他のターボ圧縮機の運転状態を調べ、運転中の他のターボ圧縮機がミニマム運転モードであれば、このミニマム運転モードにあるターボ圧縮機を新たに流量調節機とするとともにそれまでの流量調節機を最大運転モードに設定し、運転中の他のターボ圧縮機がすべて最大運転モードであれば、停止中のターボ圧縮機を最大運転モードで起動するとともに流量調節機を部分負荷運転モードまたは吸込絞り運転モードで運転させることを特徴とする請求項１に記載のターボ圧縮機システムの運転方法。
【請求項５】
複数のターボ圧縮機の中の１台を流量調節機に定め、この流量調節機に要求される流量がミニマム運転モードの流量と等しいか少なくなったら台数制御盤が他のターボ圧縮機の運転状態を調べ、運転中の他のターボ圧縮機の1台が最大運転モードであればその圧縮機を吸込絞り運転モードで運転する流量調節機に定めるとともにそれまでの流量調節機をミニマム運転モードに設定し、運転中の他のターボ圧縮機がすべてミニマム運転モードであればそのミニマム運転モードにあるターボ圧縮機の中の１台を次に停止させるターボ圧縮機に設定することを特徴とする請求項１に記載のターボ圧縮機システムの運転方法。
【請求項６】
複数のターボ圧縮機の中の１台を流量調節機に定め、この流量調節機に要求される流量が放風弁を開く部分負荷運転モードの流量になったら台数制御盤が他のターボ圧縮機の運転状態を調べ、運転中の他のターボ圧縮機がミニマム運転モードであればミニマム運転モードにあるターボ圧縮機の全てを最大運転モードにするとともに流量調節機を部分負荷運転モードまたはアンロード運転モードとし、アンロード運転が所定時間継続したターボ圧縮機があれば運転を停止することを特徴とする請求項１に記載のターボ圧縮機システムの運転方法。
【請求項７】
複数のターボ圧縮機の中の１台を流量調節機に定め、この流量調節機に要求される流量が放風弁を全開にするアンロード運転モードの流量になったら台数制御盤が他のターボ圧縮機の運転状態を調べ、運転中の他のターボ圧縮機が最大運転モードまたはミニマム運転モードであればそのターボ圧縮機を流量調節機に定めそれまでの流量調節機をアンロード運転モードにし、アンロード運転が所定時間継続したターボ圧縮機があれば運転を停止することを特徴とする請求項１に記載のターボ圧縮機システムの運転方法。
【請求項１】
それぞれが吸込側に流量可変の吸込弁を、吐出側に作動ガスを放風可能な放風弁を有するターボ圧縮機を複数台並列に接続し、この複数のターボ圧縮機だけで容量制御するターボ圧縮機システムの運転方法において、前記複数台のターボ圧縮機を運転しているときの運転モードとして、最大運転モードと、吸込絞り運転モードと、ミニマム運転モードと、部分負荷運転モードと、放風運転モードとを有し、前記吸込弁と放風弁をＰＩ制御またはＰＩＤ制御してそれぞれのターボ圧縮機に予め定められた所定吐出圧力になるよう制御することを特徴とするターボ圧縮機システムの運転方法。
【請求項２】
前記最大運転モードと吸込絞り運転モードとミニマム運転時には、前記放風弁を全閉とすることを特徴とする請求項１に記載のターボ圧縮機システムの運転方法。
【請求項３】
前記部分負荷運転モードと放風運転モードでは、吸込弁開度を許容最小開度とし、前記放風弁を開いて運転することを特徴とする請求項１に記載のターボ圧縮機システムの運転方法。
【請求項４】
複数のターボ圧縮機の中の１台を流量調節機に定め、この流量調節機に要求される流量が最大運転モードの流量に等しいか大きくなったら台数制御盤が他のターボ圧縮機の運転状態を調べ、運転中の他のターボ圧縮機がミニマム運転モードであれば、このミニマム運転モードにあるターボ圧縮機を新たに流量調節機とするとともにそれまでの流量調節機を最大運転モードに設定し、運転中の他のターボ圧縮機がすべて最大運転モードであれば、停止中のターボ圧縮機を最大運転モードで起動するとともに流量調節機を部分負荷運転モードまたは吸込絞り運転モードで運転させることを特徴とする請求項１に記載のターボ圧縮機システムの運転方法。
【請求項５】
複数のターボ圧縮機の中の１台を流量調節機に定め、この流量調節機に要求される流量がミニマム運転モードの流量と等しいか少なくなったら台数制御盤が他のターボ圧縮機の運転状態を調べ、運転中の他のターボ圧縮機の1台が最大運転モードであればその圧縮機を吸込絞り運転モードで運転する流量調節機に定めるとともにそれまでの流量調節機をミニマム運転モードに設定し、運転中の他のターボ圧縮機がすべてミニマム運転モードであればそのミニマム運転モードにあるターボ圧縮機の中の１台を次に停止させるターボ圧縮機に設定することを特徴とする請求項１に記載のターボ圧縮機システムの運転方法。
【請求項６】
複数のターボ圧縮機の中の１台を流量調節機に定め、この流量調節機に要求される流量が放風弁を開く部分負荷運転モードの流量になったら台数制御盤が他のターボ圧縮機の運転状態を調べ、運転中の他のターボ圧縮機がミニマム運転モードであればミニマム運転モードにあるターボ圧縮機の全てを最大運転モードにするとともに流量調節機を部分負荷運転モードまたはアンロード運転モードとし、アンロード運転が所定時間継続したターボ圧縮機があれば運転を停止することを特徴とする請求項１に記載のターボ圧縮機システムの運転方法。
【請求項７】
複数のターボ圧縮機の中の１台を流量調節機に定め、この流量調節機に要求される流量が放風弁を全開にするアンロード運転モードの流量になったら台数制御盤が他のターボ圧縮機の運転状態を調べ、運転中の他のターボ圧縮機が最大運転モードまたはミニマム運転モードであればそのターボ圧縮機を流量調節機に定めそれまでの流量調節機をアンロード運転モードにし、アンロード運転が所定時間継続したターボ圧縮機があれば運転を停止することを特徴とする請求項１に記載のターボ圧縮機システムの運転方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００６−６３８１３（Ｐ２００６−６３８１３Ａ）
【公開日】平成１８年３月９日（２００６．３．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２４４５５２（Ｐ２００４−２４４５５２）
【出願日】平成１６年８月２５日（２００４．８．２５）
【出願人】（０００２３３０７７）株式会社 日立インダストリイズ (97)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年３月９日（２００６．３．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年８月２５日（２００４．８．２５）
【出願人】（０００２３３０７７）株式会社 日立インダストリイズ (97)
【Ｆターム（参考）】
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