多段遠心圧縮機の容量制御方法
【課題】多段遠心圧縮機の各段吸込部に設けられた入口ガイドベーンを有する多段遠心圧縮機の容量制御方法において、前記入口ガイドベーンを簡単かつ有効に制御することによりサージングを回避し、容量の絞り領域を広げて運転範囲をより広くできる多段遠心圧縮機の容量制御方法を提供する。
【解決手段】多段遠心圧縮機の各段吸込部に設けられた入口ガイドベーンを有する多段遠心圧縮機の容量制御方法において、前記入口ガイドベーン７〜１０の角度の各段ごとの相対的な比率が一定比率となる様に制御する。また、前記入口ガイドベーン７〜１０の角度の各段ごとの相対的な比率を、下流側の後段に向かうにつれて小さくなる様に設定する。
【解決手段】多段遠心圧縮機の各段吸込部に設けられた入口ガイドベーンを有する多段遠心圧縮機の容量制御方法において、前記入口ガイドベーン７〜１０の角度の各段ごとの相対的な比率が一定比率となる様に制御する。また、前記入口ガイドベーン７〜１０の角度の各段ごとの相対的な比率を、下流側の後段に向かうにつれて小さくなる様に設定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多段遠心圧縮機の各段吸込部に設けられた入口ガイドベーンを有する多段遠心圧縮機の容量制御方法に関し、より詳しくは、前記入口ガイドベーンの簡単な制御により、サージングを回避して運転範囲を拡張し得る多段遠心圧縮機の容量制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
化学プラント等の各種プラントにおいて、原料空気圧縮用や工場空気源或いは各種高圧気体源等多量の高圧気体を製造する用途に、多段遠心圧縮機が用いられている。圧縮機本体の吸込側に気体を吸い込む吸込管を備えた多段遠心圧縮機では、従来から、羽根車の回転数を変化させないで、流量、圧力を変化させる容量制御手段として吸込管入口に入口ガイドベーンが設けられている。
【０００３】
ところが、遠心圧縮機には、通常サージング現象があり、そのために容量調整範囲は限られる。従って、より幅の広い容量調整範囲を有することが望まれている。一方、部分負荷における効率は少しでも向上する様に工夫する必要がある。先ず、前者の様な要望に対する従来技術１に係る遠心圧縮機の容量制御方法につき、以下説明する。
【０００４】
従来技術１に係る遠心圧縮機の容量制御方法では、入口ガイドベーン及びデイフューザベーンの角度により決まるベーン角度平面上において、サージング領域を規定するサージングラインを予め設定して記憶しておいてから、上記の入口ガイドベーン及びデイフューザベーンの現在角度を測定し、これらの現在角度が上記サージングラインにより規定された上記サージング領域内に入っている場合は、上記サージングラインの法線方向ベクトルであり上記サージング領域外へ向かうもので、サージング領域から出るのに必要な入口ガイドベーン及びデイフューザベーンの角度の操作量を調整したものを、サージング解消用ベーン角度操作量ベクトルとして求める。
【０００５】
その一方、測定された上記現在角度が上記サージング領域外における上記サージングライン近傍にあり、且つ目標流量に向かうべく決定されたベーン角度操作量ベクトルが上記サージング領域内に向かう場合は、上記サージングラインに基づいて上記ベーン角度操作量ベクトルから上記サージングラインの法線方向成分を除去して、上記サージングラインに沿う方向のサージング回避用ベーン角度操作量ベクトルを求め、上記のサージング解消用ベーン角度操作量ベクトルまたはサージング回避用ベーン角度操作量ベクトルによって決定される上記の入口ガイドベーン及びデイフューザベーンの角度に基づき、上記遠心圧縮機の流量を制御するものである（特許文献１参照）。
【０００６】
しかしながら、上記の様な制御を行うには高級な演算装置と、この演算装置の入力値となる各種計測値を測定するための計測器が多数必要となり、多大な費用がかかる。また、制御に試行錯誤の動作が入るため、安定状態に移行するまでに時間を要する。
【０００７】
次に、上述した後者の様な要望に対する従来技術２に係る多段遠心圧縮機の容量制御方法につき、添付図９を参照しながら以下説明する。図９は、従来技術２に係る冷凍機用多段圧縮機の構造例を示す断面図である。
【０００８】
従来技術２に係る冷凍機用多段圧縮機における容量制御装置は、効率の低下が著しいホットガスバイパス装置を取り付けることなく、高い省エネルギー性を有しながら幅広い容量制御が可能な冷凍機用多段圧縮機における容量制御装置を提供するために以下の機能を備えている。即ち、この冷凍機用多段圧縮機は、電動機１８を中心にその両端に夫々１枚以上の羽根車２２，２３，３２を具備する低段側圧縮ユニット２０と、高段側圧縮ユニット３０を配置すると共に、該両圧縮ユニット２０，３０の羽根車の回転軸は該電動機１８の回転軸１９に直結した構造を有している。
【０００９】
そして、従来技術２に係る冷凍機用多段圧縮機における容量制御装置は、低段側圧縮ユニット２０の吸込み口２１ａ及び高段側圧縮ユニット３０の吸込み口３１ａに夫々サクションベーン２４，３３を取り付け、サクションベーン２４，３３の開閉をコントロールモータ２７，３６を介して制御盤４４からの制御信号で制御する。前記制御盤４４内に具備された温度コントローラは、温度検出端からの検出温度により、低段側のコントロールモータ２７に開閉信号を出力する。また、低段側のコントロールモータ２７内のポテンショメータは、前記制御盤４４内に具備された平衡調整機構に開度信号を出力する。前記平衡調整機構は、低段側の開度信号と同じ開度となる様に、高段側のコントロールモータ３６へ開閉信号を出力する（特許文献２参照）。
【００１０】
上記従来技術２に係る冷凍機用多段圧縮機における容量制御装置は、圧縮機の流量調整を行う際に、低圧段と高圧段のサクションベーン２４，３３を同一開度となる様に制御しているが、この方法では流量を減らす制御を行おうとする際に、片側の段だけが先にサージング領域に入ってしまい、流量の減少幅が狭くなってしまう場合が発生するという問題点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特公平８−１４２７９号公報
【特許文献２】特開２０００−２９１５９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
従って、本発明の目的は、多段遠心圧縮機の各段吸込部に設けられた入口ガイドベーンを有する多段遠心圧縮機の容量制御方法において、前記入口ガイドベーンを簡単かつ有効に制御することによりサージングを回避し、容量の絞り領域を広げて運転範囲をより広くできる多段遠心圧縮機の容量制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記目的を達成するために、本発明の請求項１に係る多段遠心圧縮機の容量制御方法が採用した手段は、多段遠心圧縮機の各段吸込部に設けられた入口ガイドベーンを有する多段遠心圧縮機の容量制御方法において、前記入口ガイドベーンの角度の各段ごとの相対的な比率が一定比率となる様に制御することを特徴とするものである。
【００１４】
本発明の請求項２に係る多段遠心圧縮機の容量制御方法が採用した手段は、本発明の請求項１に係る多段遠心圧縮機の容量制御方法において、前記入口ガイドベーンの角度の各段ごとの相対的な比率を、下流側の後段に向かうにつれて小さくなる様に設定することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の請求項１に係る多段遠心圧縮機の容量制御方法によれば、入口ガイドベーンの角度の各段ごとの相対的な比率が一定比率となる様に制御するので、各段共に、サージングラインから同レベルの余裕を持った運転が可能となり、特定の段だけが先にサージングラインに接近することを防止できると共に、容量の絞り領域を増加することが可能となる。
【００１６】
また、本発明の請求項２に係る多段遠心圧縮機の容量制御方法によれば、本発明の請求項１に係る多段遠心圧縮機の容量制御方法の構成に加え、入口ガイドベーンの角度の各段ごとの相対的な比率を、下流側の後段に向かうにつれて小さくなる様に設定するので、前記圧縮機の容量制御の設定を行う際に効果的にかつ確実に調整が行える様になる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の形態１または３に係る４段遠心圧縮機の構造を模式的に示す模式的構造図である。
【図２】本発明の実施例に係り、一般的な多段遠心圧縮機においてガイドベーンの角度をパラメータとして流量−圧力特性の変化を示す性能曲線図である。
【図３】図２に示す多段遠心圧縮機が供給するプラントにおける圧縮気体の流量−圧力特性の一例を示す図である。
【図４】本発明の比較例に係り、図２の性能を有する多段遠心圧縮機において容量制御を行った場合の各段の運転点を示し、図（ａ）は第１段圧縮機の運転点、図（ｂ）は第２段圧縮機の運転点を夫々示す。
【図５】本発明の比較例に係り、図２の性能を有する多段遠心圧縮機において容量制御を行った場合の各段の運転点を示し、図（ｃ）は第３段圧縮機の運転点、図（ｄ）は第４段圧縮機の運転点を夫々示す。
【図６】本発明の実施例に係り、図２の性能を有する多段遠心圧縮機において容量制御を行った場合の各段の運転点を示し、図（ａ）は第１段圧縮機の運転点、図（ｂ）は第２段圧縮機の運転点を夫々示す。
【図７】本発明の実施例に係り、図２の性能を有する多段遠心圧縮機において容量制御を行った場合の各段の運転点を示し、図（ｃ）は第３段圧縮機の運転点、図（ｄ）は第４段圧縮機の運転点を夫々示す。
【図８】本発明の実施の形態２に係る４段遠心圧縮機の構造を模式的に示す模式的構造図である。
【図９】従来技術２に係る冷凍機用多段圧縮機の構造例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
先ず、本発明の実施の形態１に係る多段遠心圧縮機の容量制御方法を、増速機内蔵型の４段遠心圧縮機に適用した例として、添付図１を参照しながら以下説明する。図１は本発明の実施の形態１に係る４段遠心圧縮機の構造を模式的に示す模式的構造図である。
【００１９】
本発明の実施の形態１に係る４段遠心圧縮機では、電動機６によって入力軸５が駆動され、増速機１６を介して動力が伝達され、第１段圧縮機１、第２段圧縮機２、第３段圧縮機３及び第４段圧縮機４が増速される。前記第１〜第４段圧縮機１〜４の吸込口には、入口ガイドベーン７〜１０とこれらを操作するためのガイドベーン操作器１１〜１４が夫々設けられている。
【００２０】
前記第１段圧縮機１の吸込部に設けられた入口ガイドベーン７を介して吸込まれた気体は、前記第１段圧縮機１により圧縮された後、図示しない第１段吐出流路に吐出され、次いで、第２段圧縮機２の吸込部に設けられた入口ガイドベーン８を介して第２段圧縮機２に導入される。そして、前記入口ガイドベーン８を介して吸込まれた気体は、前記第２段圧縮機２により更に圧縮された後、図示しない第２段吐出流路に吐出され、入口ガイドベーン９を介して第３段圧縮機３に導入される。
【００２１】
更に、前記第３段圧縮機３及び第４段圧縮機４において、上記同様の圧縮過程を連続的に繰り返して高圧に圧縮された気体は、第４段圧縮機４の図示しない第４段吐出流路に吐出され、この第４段吐出流路に連通された需要先（プラント等）に最終的には供給される。
【００２２】
一方、この４段遠心圧縮機には制御器１５が備えられ、この制御器１５には予め、指令信号に基づき、前記入口ガイドベーン７〜１０の角度を演算可能な複数のプログラムパターンからなる演算手段と、この演算手段の演算結果に基づいて、前記ガイドベーン操作器１１〜１４に夫々制御信号を出力可能な制御手段とが収納されている。
【００２３】
そして、プラント側からこの制御器１５に、「圧力幾らの気体を幾らの流量送れ」という指令信号が入力されると、この指令信号に基づいて、前記演算手段により入口ガイドベーン７〜１０の角度の各段ごとの相対的な比率が、指令信号が変更されない限り、常に一定比率となるプログラムパターンを選択してこのプログラムによる演算を行う。次いで、この演算結果を前記制御手段に入力し、この制御手段が、ガイドベーン操作器１１〜１４に夫々制御信号を出力して制御する。
【００２４】
即ち、本発明の実施の形態１に係る多段遠心圧縮機の容量制御方法では、制御器１５内に収納された前記演算手段により、前記入口ガイドベーン７〜１０の角度が演算されると共に、この演算結果を基に、前記制御手段からガイドベーン操作器１１〜１４に夫々制御信号が出力され、この制御信号によって、ガイドベーン操作器１１〜１４を夫々操作する。
【００２５】
そして、前記ガイドベーン操作器１１〜１４の操作により、入口ガイドベーン７〜１０を夫々制御して圧縮機各段の容量調整がなされる。この結果、各段共にサージングラインから同レベルの余裕を持った運転が可能となり、特定の段だけが先にサージングラインに接近することを防止できると共に、容量の絞り領域を増加することが可能となる。
【００２６】
尚、上記本発明の実施の形態１に係る多段遠心圧縮機の容量制御方法においては、４段の遠心圧縮機の場合について説明したが、２段以上の複数段を有する多段遠心圧縮機であれば、何れも本発明は適用可能である。また、多段遠心圧縮機の全段にガイドベーン及びガイドベーン操作器が設けられた態様例で説明したが、前記ガイドベーン及びガイドベーン操作器は必ずしも全段に設けられなくても良い。
【実施例】
【００２７】
次に、入口ガイドベーンを備え、添付図２，３に示す様な圧縮機特性を有する一般的な多段遠心圧縮機において、前述の従来技術２を適用した比較例と本発明を適用した実施例について以下説明する。図２は本発明の実施例に係り、一般的な多段遠心圧縮機においてガイドベーンの角度をパラメータとして流量−圧力特性の変化を示す性能曲線図、図３は図２に示す多段遠心圧縮機が供給するプラントにおける圧縮気体の流量−圧力特性の一例を示す図である。
【００２８】
この多段遠心圧縮機の性能は、図２に示す如く、ガイドベーンの角度が−３０度から６０度に大きくなるに従って、吐出流量、吐出圧力共に低下して行く。また、各ガイドベーン角度において、吐出流量を絞っていくと、図中の一点鎖線で示すサージングラインに至りサージング現象を生じる。また、一般的に、プラントで使用される圧縮気体の流量が減少すると、図３に示す様に、求められる圧縮機の吐出圧力は若干減少する傾向にある。また、定格運転条件の吐出流量Ｑｄに対して、部分負荷の運転条件Ｑ１，Ｑ２で運用する場合がある。
【００２９】
＜比較例＞
先ず、従来技術２を上記多段遠心圧縮機に適用した比較例を、添付図４，５を参照しながら説明する。図４，５は本発明の比較例に係り、図２の性能を有する多段遠心圧縮機において容量制御を行った場合の各段の運転点を示し、図４（ａ）は第１段圧縮機の運転点、図４（ｂ）は第２段圧縮機の運転点、図５（ｃ）は第３段圧縮機の運転点、図５（ｄ）は第４段圧縮機の運転点を夫々示す。
【００３０】
即ち、図４，５は、上記特性を有する多段遠心圧縮機において、ガイドベーンの角度が全段とも３０度となる様に制御された場合を示している。第１段圧縮機の運転点は、図４（ａ）に示す如く、一点鎖線で示すサージライン近傍に位置し、サージラインまでの流量余裕ｓｍ１は非常に小さい。つまり、流量Ｑ１より少ない吐出流量ではサージングを生じてしまい、運転できない。
【００３１】
他方、第２〜第４段圧縮機では、サージラインまでの各流量余裕ｓｍ２〜ｓｍ４は、何れも第１段圧縮機の流量余裕ｓｍ１よりも大きく、より小流量の運転に対してまだ尤度があることが分かる。即ち、サージラインまでの流量余裕は、後段になるほど大きくなる傾向にあり、第１段圧縮機がサージラインに至る吐出流量においても、第４段圧縮機の流量余裕ｓｍ４にはまだ十分余裕があることを示している。
【００３２】
＜実施例＞
次に、本発明を適用した実施例を、添付図６，７を参照しながら説明する。図６，７は本発明の実施例に係り、図２の性能を有する多段遠心圧縮機において容量制御を行った場合の各段の運転点を示し、図６（ａ）は第１段圧縮機の運転点、図６（ｂ）は第２段圧縮機の運転点、図７（ｃ）は第３段圧縮機の運転点、図７（ｄ）は第４段圧縮機の運転点を夫々示す。
【００３３】
即ち、本発明を適用した実施例では、上記特性を有する多段遠心圧縮機において、入口ガイドベーン７〜１０の設定角度を、各段ごとの相対的な比率を常に一定比率となる様に、次式（１）〜（４）で示される値に制御する。
ｆ（１ｓｔ）＝ａ×ｆ（ｂａｓｅ） （１）
ｆ（２ｎｄ）＝ｂ×ｆ（ｂａｓｅ） （２）
ｆ（３ｒｄ）＝ｃ×ｆ（ｂａｓｅ） （３）
ｆ（４ｔｈ）＝ｄ×ｆ（ｂａｓｅ） （４）
【００３４】
ここで、
ｆ（ｂａｓｅ）：ガイドベーン基準設定角度
ｆ（１ｓｔ） ：第１段圧縮機ガイドベーン設定角度
ｆ（２ｎｄ） ：第２段圧縮機ガイドベーン設定角度
ｆ（３ｒｄ） ：第３段圧縮機ガイドベーン設定角度
ｆ（４ｔｈ） ：第４段圧縮機ガイドベーン設定角度
ａ，ｂ，ｃ，ｄ：比例定数
【００３５】
プラントからの指令信号が制御器１５に入力され、この指令信号に基づいて前記制御器１５に収納された演算手段によって、上記ｆ（ｂａｓｅ）が算出され、次いで前式（１）〜（４）から圧縮機各段のガイドベーンの角度が算出され、前記制御器１５に収納された制御手段によって、各段のガイドベーン操作器１１〜１４に制御信号が出力される。
【００３６】
図６，７における運転点Ｑ１の場合、ａ＝１．１５，ｂ＝１．０５，ｃ＝０．９５，ｄ＝０．８５と設定されていたとすれば、ｆ（ｂａｓｅ）＝３０［度］のとき、
ｆ（１ｓｔ）＝３４．５［度］
ｆ（２ｎｄ）＝３１．５［度］
ｆ（３ｒｄ）＝２８．５［度］
ｆ（４ｔｈ）＝２５．５［度］
となる。
【００３７】
図６，７に示されている様に、運転点Ｑ１の各段におけるサージラインまでの流量余裕ｓｍ１〜ｓｍ４は同一レベルとなっており、この運転点Ｑ１でもサージラインまでまだ余裕があり、更に流量を絞った運転点Ｑ２でも運転可能となっている。即ち、本発明により、圧縮機の流量制御範囲の増加が図られていることが分かる。
【００３８】
また、本発明に係る多段遠心圧縮機の容量制御方法は、前述した従来技術１に示された様な複雑な制御を用いずとも十分な流量制御を行うことができる。一般的に、図２に示した様な流量−圧力特性が要求される場合は、前記定数ａ〜ｄは次式（５）を満足する様に設定した方が、より有効に流量制御することが可能となる。
ａ＞ｂ＞ｃ＞ｄ （５）
【００３９】
一般的に、本発明に係る多段遠心圧縮機では、その第１段圧縮機の入口圧力は、吐出流量が変化しても殆ど変化しない場合が多い。但し、求められる吐出圧力は、図３に示した通り、吐出流量の減少に伴い低下する。従って、プラントで使用される圧縮気体の流量が減少すると、各段の圧縮機の吐出圧力も低下する。その場合の第２段圧縮機の入口側の体積流量の、定格時の体積流量との比の値は、第１段圧縮機のそれよりも大きくなる。上記比の値が前段より後段の方が大きくなるのは、第３段以降の高圧段（下流側の後段）の圧縮機でも同様である。即ち、後段になる程サージングラインから運転点が遠ざかる傾向にあるといえる。以上のことを踏まえると、上記式（５）を満足する様に設定することがより効果的である。
【００４０】
次に、本発明の実施の形態２に係る多段遠心圧縮機の容量制御方法を、添付図８を参照しながら説明する。
但し、本発明の実施の形態２が上記実施の形態１と相違するところは、本発明の実施の形態１が増速機内蔵型の多段遠心圧縮機であったのに対し、実施の形態２では１軸型の多段遠心圧縮機であり、また後述する様に、前記実施の形態１が、各段のガイドベーンを全て異なる独立したガイドベーン操作器にて制御する構成を有していたのに対し、実施の形態２では、多段のガイドベーンの一部を共通のガイドベーン操作器にて制御する構成を有するものであり、これらの相違以外は上記実施の形態１と全く同構成であるから、上記実施の形態１と同一のものに同一符号を付して、以下その相違する点について説明する。
【００４１】
即ち、上記実施の形態１においては、各段のガイドベーン７〜１０が、ガイドベーン操作器１１〜１４によって独立して制御される構成を有していたのに対し、実施の形態２においては、リンク機構等により、第１，３段圧縮機１，３のガイドベーン７，９が、共通のガイドベーン操作器５０によって、第２，４段圧縮機２，４のガイドベーン８，１０が、他の共通のガイドベーン操作器５１によって操作される様に構成されている。
【００４２】
そして、本発明の実施の形態２に係る多段遠心圧縮機の容量制御方法は、この様に連結されたガイドベーン７〜１０の角度が、前記リンク機構により同一角度になる様に、次式（６），（７）で示す値に制御するものである。
ｆ（１ｓｔ）＝ｆ（３ｒｄ）＝ａ×ｆ（ｂａｓｅ） （６）
ｆ（２ｎｄ）＝ｆ（４ｔｈ）＝ｂ×ｆ（ｂａｓｅ） （７）
従って、本発明の実施の形態２に係る多段遠心圧縮機の容量制御方法によれば、上記実施の形態２以外のより広範囲な多段遠心圧縮機にも、本発明の容量制御方法が適用可能となる。
【００４３】
次に、本発明の実施の形態３に係る多段遠心圧縮機の容量制御方法を、前図１を参照しながら説明する。
但し、本発明の実施の形態３が上記実施の形態１と相違するところは、本発明の実施の形態１が、入口ガイドベーン７〜１０の設定角度の算出に前式（１）〜（４）を用いたのに対し、実施の形態３では、次式（８）〜（１１）に示す様に角度の値を三角関数ｔａｎに変換した後、定数を乗じて、それを逆三角関数ａｔａｎで再変換して算出する。三角関数としては、ｔａｎの外、ｓｉｎやｃｏｓでも良い。
【００４４】
ｆ（１ｓｔ）＝ａｔａｎ［ａ×ｔａｎ｛ｆ（ｂａｓｅ）｝］ （８）
ｆ（２ｎｄ）＝ａｔａｎ［ｂ×ｔａｎ｛ｆ（ｂａｓｅ）｝］ （９）
ｆ（３ｒｄ）＝ａｔａｎ［ｃ×ｔａｎ｛ｆ（ｂａｓｅ）｝］ （１０）
ｆ（４ｔｈ）＝ａｔａｎ［ｄ×ｔａｎ｛ｆ（ｂａｓｅ）｝］ （１１）
【００４５】
演算はやや複雑になるものの、圧縮機の特性によっては上記実施の形態３に係る容量制御方法の方が、多段遠心圧縮機の流量範囲をより拡張可能な場合がある。この様な圧縮機特性について以下説明する。
先ず、遠心圧縮機のヘッド（吐出圧と密接に関係する）Ｈは、次式（１２）の通り右辺と比例関係にある。
Ｈ∝Ｕ２・Ｃｕ２−Ｕ１・Ｃｕ１ （１２）
【００４６】
ここで、Ｕ２とＵ１は、羽根車入口と出口の周速を示し、回転数が一定であればガイドベーンの角度にはよらず同一となる。Ｃｕ２は、羽根車出口の気体の絶対速度の周方向成分で、流量条件等により若干変化はあるが余り大きな変化はしない。他方、Ｃｕ１は、羽根車入口の気体の絶対速度の周方向成分で、ガイドベーンの角度が０度であれば０となる。ガイドベーンによる流量制御は、このガイドベーンによって前記Ｃｕ１の値を制御するもので、Ｃｕ１の値が大きくなれば、上式（１２）から分かる様にＨの値は小さくなり、吐出圧が低下することとなる。このことにより、運転点を変化させて流量調整を行うのがガイドベーン制御である。
【００４７】
仮に、流入速度が同一だとすると、周方向成分はｔａｎ｛ｆ（ｂａｓｅ）｝に比例することとなるが、ガイドベーンの角度が０〜４５度程度までは、角度とｔａｎ｛ｆ（ｂａｓｅ）｝の変化割合は同等であるが、前記角度が６０度程度となると、ｔａｎ｛ｆ（ｂａｓｅ）｝の増加量が、角度そのものの増加量に比して大きくなる。この様な角度における、角度の微妙な変化が運転点に大きく影響を与える圧縮機特性を有する多段遠心圧縮機の場合には、上式（８）〜（１１）を用いる本発明の実施の形態３に係る容量制御方法が有効になる場合がある。
【００４８】
以上説明した様に、本発明に係る多段遠心圧縮機の容量制御方法によれば、入口ガイドベーンの角度の各段ごとの相対的な比率が一定比率となる様に制御するので、各段共に、サージングラインから同レベルの余裕を持った運転が可能となり、特定の段だけが先にサージングラインに接近することを防止できると共に、容量の絞り領域を増加可能となる。また、本発明に係る他の多段遠心圧縮機の容量制御方法によれば、前記角度の各段ごとの相対的な比率を、下流側の後段に向かうにつれて小さくなる様に設定するので、前記圧縮機の容量制御の設定を行う際に効果的にかつ確実に調整が行える様になる。
【符号の説明】
【００４９】
１：第１段圧縮機， ２：第２段圧縮機，
３：第３段圧縮機， ４：第４段圧縮機，
５：入力軸， ６：電動機，
７〜１０：入口ガイドベーン，
１１〜１４，５０，５１：ガイドベーン操作器，
１５：制御器，
１６：増速機
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多段遠心圧縮機の各段吸込部に設けられた入口ガイドベーンを有する多段遠心圧縮機の容量制御方法に関し、より詳しくは、前記入口ガイドベーンの簡単な制御により、サージングを回避して運転範囲を拡張し得る多段遠心圧縮機の容量制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
化学プラント等の各種プラントにおいて、原料空気圧縮用や工場空気源或いは各種高圧気体源等多量の高圧気体を製造する用途に、多段遠心圧縮機が用いられている。圧縮機本体の吸込側に気体を吸い込む吸込管を備えた多段遠心圧縮機では、従来から、羽根車の回転数を変化させないで、流量、圧力を変化させる容量制御手段として吸込管入口に入口ガイドベーンが設けられている。
【０００３】
ところが、遠心圧縮機には、通常サージング現象があり、そのために容量調整範囲は限られる。従って、より幅の広い容量調整範囲を有することが望まれている。一方、部分負荷における効率は少しでも向上する様に工夫する必要がある。先ず、前者の様な要望に対する従来技術１に係る遠心圧縮機の容量制御方法につき、以下説明する。
【０００４】
従来技術１に係る遠心圧縮機の容量制御方法では、入口ガイドベーン及びデイフューザベーンの角度により決まるベーン角度平面上において、サージング領域を規定するサージングラインを予め設定して記憶しておいてから、上記の入口ガイドベーン及びデイフューザベーンの現在角度を測定し、これらの現在角度が上記サージングラインにより規定された上記サージング領域内に入っている場合は、上記サージングラインの法線方向ベクトルであり上記サージング領域外へ向かうもので、サージング領域から出るのに必要な入口ガイドベーン及びデイフューザベーンの角度の操作量を調整したものを、サージング解消用ベーン角度操作量ベクトルとして求める。
【０００５】
その一方、測定された上記現在角度が上記サージング領域外における上記サージングライン近傍にあり、且つ目標流量に向かうべく決定されたベーン角度操作量ベクトルが上記サージング領域内に向かう場合は、上記サージングラインに基づいて上記ベーン角度操作量ベクトルから上記サージングラインの法線方向成分を除去して、上記サージングラインに沿う方向のサージング回避用ベーン角度操作量ベクトルを求め、上記のサージング解消用ベーン角度操作量ベクトルまたはサージング回避用ベーン角度操作量ベクトルによって決定される上記の入口ガイドベーン及びデイフューザベーンの角度に基づき、上記遠心圧縮機の流量を制御するものである（特許文献１参照）。
【０００６】
しかしながら、上記の様な制御を行うには高級な演算装置と、この演算装置の入力値となる各種計測値を測定するための計測器が多数必要となり、多大な費用がかかる。また、制御に試行錯誤の動作が入るため、安定状態に移行するまでに時間を要する。
【０００７】
次に、上述した後者の様な要望に対する従来技術２に係る多段遠心圧縮機の容量制御方法につき、添付図９を参照しながら以下説明する。図９は、従来技術２に係る冷凍機用多段圧縮機の構造例を示す断面図である。
【０００８】
従来技術２に係る冷凍機用多段圧縮機における容量制御装置は、効率の低下が著しいホットガスバイパス装置を取り付けることなく、高い省エネルギー性を有しながら幅広い容量制御が可能な冷凍機用多段圧縮機における容量制御装置を提供するために以下の機能を備えている。即ち、この冷凍機用多段圧縮機は、電動機１８を中心にその両端に夫々１枚以上の羽根車２２，２３，３２を具備する低段側圧縮ユニット２０と、高段側圧縮ユニット３０を配置すると共に、該両圧縮ユニット２０，３０の羽根車の回転軸は該電動機１８の回転軸１９に直結した構造を有している。
【０００９】
そして、従来技術２に係る冷凍機用多段圧縮機における容量制御装置は、低段側圧縮ユニット２０の吸込み口２１ａ及び高段側圧縮ユニット３０の吸込み口３１ａに夫々サクションベーン２４，３３を取り付け、サクションベーン２４，３３の開閉をコントロールモータ２７，３６を介して制御盤４４からの制御信号で制御する。前記制御盤４４内に具備された温度コントローラは、温度検出端からの検出温度により、低段側のコントロールモータ２７に開閉信号を出力する。また、低段側のコントロールモータ２７内のポテンショメータは、前記制御盤４４内に具備された平衡調整機構に開度信号を出力する。前記平衡調整機構は、低段側の開度信号と同じ開度となる様に、高段側のコントロールモータ３６へ開閉信号を出力する（特許文献２参照）。
【００１０】
上記従来技術２に係る冷凍機用多段圧縮機における容量制御装置は、圧縮機の流量調整を行う際に、低圧段と高圧段のサクションベーン２４，３３を同一開度となる様に制御しているが、この方法では流量を減らす制御を行おうとする際に、片側の段だけが先にサージング領域に入ってしまい、流量の減少幅が狭くなってしまう場合が発生するという問題点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特公平８−１４２７９号公報
【特許文献２】特開２０００−２９１５９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
従って、本発明の目的は、多段遠心圧縮機の各段吸込部に設けられた入口ガイドベーンを有する多段遠心圧縮機の容量制御方法において、前記入口ガイドベーンを簡単かつ有効に制御することによりサージングを回避し、容量の絞り領域を広げて運転範囲をより広くできる多段遠心圧縮機の容量制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記目的を達成するために、本発明の請求項１に係る多段遠心圧縮機の容量制御方法が採用した手段は、多段遠心圧縮機の各段吸込部に設けられた入口ガイドベーンを有する多段遠心圧縮機の容量制御方法において、前記入口ガイドベーンの角度の各段ごとの相対的な比率が一定比率となる様に制御することを特徴とするものである。
【００１４】
本発明の請求項２に係る多段遠心圧縮機の容量制御方法が採用した手段は、本発明の請求項１に係る多段遠心圧縮機の容量制御方法において、前記入口ガイドベーンの角度の各段ごとの相対的な比率を、下流側の後段に向かうにつれて小さくなる様に設定することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の請求項１に係る多段遠心圧縮機の容量制御方法によれば、入口ガイドベーンの角度の各段ごとの相対的な比率が一定比率となる様に制御するので、各段共に、サージングラインから同レベルの余裕を持った運転が可能となり、特定の段だけが先にサージングラインに接近することを防止できると共に、容量の絞り領域を増加することが可能となる。
【００１６】
また、本発明の請求項２に係る多段遠心圧縮機の容量制御方法によれば、本発明の請求項１に係る多段遠心圧縮機の容量制御方法の構成に加え、入口ガイドベーンの角度の各段ごとの相対的な比率を、下流側の後段に向かうにつれて小さくなる様に設定するので、前記圧縮機の容量制御の設定を行う際に効果的にかつ確実に調整が行える様になる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の形態１または３に係る４段遠心圧縮機の構造を模式的に示す模式的構造図である。
【図２】本発明の実施例に係り、一般的な多段遠心圧縮機においてガイドベーンの角度をパラメータとして流量−圧力特性の変化を示す性能曲線図である。
【図３】図２に示す多段遠心圧縮機が供給するプラントにおける圧縮気体の流量−圧力特性の一例を示す図である。
【図４】本発明の比較例に係り、図２の性能を有する多段遠心圧縮機において容量制御を行った場合の各段の運転点を示し、図（ａ）は第１段圧縮機の運転点、図（ｂ）は第２段圧縮機の運転点を夫々示す。
【図５】本発明の比較例に係り、図２の性能を有する多段遠心圧縮機において容量制御を行った場合の各段の運転点を示し、図（ｃ）は第３段圧縮機の運転点、図（ｄ）は第４段圧縮機の運転点を夫々示す。
【図６】本発明の実施例に係り、図２の性能を有する多段遠心圧縮機において容量制御を行った場合の各段の運転点を示し、図（ａ）は第１段圧縮機の運転点、図（ｂ）は第２段圧縮機の運転点を夫々示す。
【図７】本発明の実施例に係り、図２の性能を有する多段遠心圧縮機において容量制御を行った場合の各段の運転点を示し、図（ｃ）は第３段圧縮機の運転点、図（ｄ）は第４段圧縮機の運転点を夫々示す。
【図８】本発明の実施の形態２に係る４段遠心圧縮機の構造を模式的に示す模式的構造図である。
【図９】従来技術２に係る冷凍機用多段圧縮機の構造例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
先ず、本発明の実施の形態１に係る多段遠心圧縮機の容量制御方法を、増速機内蔵型の４段遠心圧縮機に適用した例として、添付図１を参照しながら以下説明する。図１は本発明の実施の形態１に係る４段遠心圧縮機の構造を模式的に示す模式的構造図である。
【００１９】
本発明の実施の形態１に係る４段遠心圧縮機では、電動機６によって入力軸５が駆動され、増速機１６を介して動力が伝達され、第１段圧縮機１、第２段圧縮機２、第３段圧縮機３及び第４段圧縮機４が増速される。前記第１〜第４段圧縮機１〜４の吸込口には、入口ガイドベーン７〜１０とこれらを操作するためのガイドベーン操作器１１〜１４が夫々設けられている。
【００２０】
前記第１段圧縮機１の吸込部に設けられた入口ガイドベーン７を介して吸込まれた気体は、前記第１段圧縮機１により圧縮された後、図示しない第１段吐出流路に吐出され、次いで、第２段圧縮機２の吸込部に設けられた入口ガイドベーン８を介して第２段圧縮機２に導入される。そして、前記入口ガイドベーン８を介して吸込まれた気体は、前記第２段圧縮機２により更に圧縮された後、図示しない第２段吐出流路に吐出され、入口ガイドベーン９を介して第３段圧縮機３に導入される。
【００２１】
更に、前記第３段圧縮機３及び第４段圧縮機４において、上記同様の圧縮過程を連続的に繰り返して高圧に圧縮された気体は、第４段圧縮機４の図示しない第４段吐出流路に吐出され、この第４段吐出流路に連通された需要先（プラント等）に最終的には供給される。
【００２２】
一方、この４段遠心圧縮機には制御器１５が備えられ、この制御器１５には予め、指令信号に基づき、前記入口ガイドベーン７〜１０の角度を演算可能な複数のプログラムパターンからなる演算手段と、この演算手段の演算結果に基づいて、前記ガイドベーン操作器１１〜１４に夫々制御信号を出力可能な制御手段とが収納されている。
【００２３】
そして、プラント側からこの制御器１５に、「圧力幾らの気体を幾らの流量送れ」という指令信号が入力されると、この指令信号に基づいて、前記演算手段により入口ガイドベーン７〜１０の角度の各段ごとの相対的な比率が、指令信号が変更されない限り、常に一定比率となるプログラムパターンを選択してこのプログラムによる演算を行う。次いで、この演算結果を前記制御手段に入力し、この制御手段が、ガイドベーン操作器１１〜１４に夫々制御信号を出力して制御する。
【００２４】
即ち、本発明の実施の形態１に係る多段遠心圧縮機の容量制御方法では、制御器１５内に収納された前記演算手段により、前記入口ガイドベーン７〜１０の角度が演算されると共に、この演算結果を基に、前記制御手段からガイドベーン操作器１１〜１４に夫々制御信号が出力され、この制御信号によって、ガイドベーン操作器１１〜１４を夫々操作する。
【００２５】
そして、前記ガイドベーン操作器１１〜１４の操作により、入口ガイドベーン７〜１０を夫々制御して圧縮機各段の容量調整がなされる。この結果、各段共にサージングラインから同レベルの余裕を持った運転が可能となり、特定の段だけが先にサージングラインに接近することを防止できると共に、容量の絞り領域を増加することが可能となる。
【００２６】
尚、上記本発明の実施の形態１に係る多段遠心圧縮機の容量制御方法においては、４段の遠心圧縮機の場合について説明したが、２段以上の複数段を有する多段遠心圧縮機であれば、何れも本発明は適用可能である。また、多段遠心圧縮機の全段にガイドベーン及びガイドベーン操作器が設けられた態様例で説明したが、前記ガイドベーン及びガイドベーン操作器は必ずしも全段に設けられなくても良い。
【実施例】
【００２７】
次に、入口ガイドベーンを備え、添付図２，３に示す様な圧縮機特性を有する一般的な多段遠心圧縮機において、前述の従来技術２を適用した比較例と本発明を適用した実施例について以下説明する。図２は本発明の実施例に係り、一般的な多段遠心圧縮機においてガイドベーンの角度をパラメータとして流量−圧力特性の変化を示す性能曲線図、図３は図２に示す多段遠心圧縮機が供給するプラントにおける圧縮気体の流量−圧力特性の一例を示す図である。
【００２８】
この多段遠心圧縮機の性能は、図２に示す如く、ガイドベーンの角度が−３０度から６０度に大きくなるに従って、吐出流量、吐出圧力共に低下して行く。また、各ガイドベーン角度において、吐出流量を絞っていくと、図中の一点鎖線で示すサージングラインに至りサージング現象を生じる。また、一般的に、プラントで使用される圧縮気体の流量が減少すると、図３に示す様に、求められる圧縮機の吐出圧力は若干減少する傾向にある。また、定格運転条件の吐出流量Ｑｄに対して、部分負荷の運転条件Ｑ１，Ｑ２で運用する場合がある。
【００２９】
＜比較例＞
先ず、従来技術２を上記多段遠心圧縮機に適用した比較例を、添付図４，５を参照しながら説明する。図４，５は本発明の比較例に係り、図２の性能を有する多段遠心圧縮機において容量制御を行った場合の各段の運転点を示し、図４（ａ）は第１段圧縮機の運転点、図４（ｂ）は第２段圧縮機の運転点、図５（ｃ）は第３段圧縮機の運転点、図５（ｄ）は第４段圧縮機の運転点を夫々示す。
【００３０】
即ち、図４，５は、上記特性を有する多段遠心圧縮機において、ガイドベーンの角度が全段とも３０度となる様に制御された場合を示している。第１段圧縮機の運転点は、図４（ａ）に示す如く、一点鎖線で示すサージライン近傍に位置し、サージラインまでの流量余裕ｓｍ１は非常に小さい。つまり、流量Ｑ１より少ない吐出流量ではサージングを生じてしまい、運転できない。
【００３１】
他方、第２〜第４段圧縮機では、サージラインまでの各流量余裕ｓｍ２〜ｓｍ４は、何れも第１段圧縮機の流量余裕ｓｍ１よりも大きく、より小流量の運転に対してまだ尤度があることが分かる。即ち、サージラインまでの流量余裕は、後段になるほど大きくなる傾向にあり、第１段圧縮機がサージラインに至る吐出流量においても、第４段圧縮機の流量余裕ｓｍ４にはまだ十分余裕があることを示している。
【００３２】
＜実施例＞
次に、本発明を適用した実施例を、添付図６，７を参照しながら説明する。図６，７は本発明の実施例に係り、図２の性能を有する多段遠心圧縮機において容量制御を行った場合の各段の運転点を示し、図６（ａ）は第１段圧縮機の運転点、図６（ｂ）は第２段圧縮機の運転点、図７（ｃ）は第３段圧縮機の運転点、図７（ｄ）は第４段圧縮機の運転点を夫々示す。
【００３３】
即ち、本発明を適用した実施例では、上記特性を有する多段遠心圧縮機において、入口ガイドベーン７〜１０の設定角度を、各段ごとの相対的な比率を常に一定比率となる様に、次式（１）〜（４）で示される値に制御する。
ｆ（１ｓｔ）＝ａ×ｆ（ｂａｓｅ） （１）
ｆ（２ｎｄ）＝ｂ×ｆ（ｂａｓｅ） （２）
ｆ（３ｒｄ）＝ｃ×ｆ（ｂａｓｅ） （３）
ｆ（４ｔｈ）＝ｄ×ｆ（ｂａｓｅ） （４）
【００３４】
ここで、
ｆ（ｂａｓｅ）：ガイドベーン基準設定角度
ｆ（１ｓｔ） ：第１段圧縮機ガイドベーン設定角度
ｆ（２ｎｄ） ：第２段圧縮機ガイドベーン設定角度
ｆ（３ｒｄ） ：第３段圧縮機ガイドベーン設定角度
ｆ（４ｔｈ） ：第４段圧縮機ガイドベーン設定角度
ａ，ｂ，ｃ，ｄ：比例定数
【００３５】
プラントからの指令信号が制御器１５に入力され、この指令信号に基づいて前記制御器１５に収納された演算手段によって、上記ｆ（ｂａｓｅ）が算出され、次いで前式（１）〜（４）から圧縮機各段のガイドベーンの角度が算出され、前記制御器１５に収納された制御手段によって、各段のガイドベーン操作器１１〜１４に制御信号が出力される。
【００３６】
図６，７における運転点Ｑ１の場合、ａ＝１．１５，ｂ＝１．０５，ｃ＝０．９５，ｄ＝０．８５と設定されていたとすれば、ｆ（ｂａｓｅ）＝３０［度］のとき、
ｆ（１ｓｔ）＝３４．５［度］
ｆ（２ｎｄ）＝３１．５［度］
ｆ（３ｒｄ）＝２８．５［度］
ｆ（４ｔｈ）＝２５．５［度］
となる。
【００３７】
図６，７に示されている様に、運転点Ｑ１の各段におけるサージラインまでの流量余裕ｓｍ１〜ｓｍ４は同一レベルとなっており、この運転点Ｑ１でもサージラインまでまだ余裕があり、更に流量を絞った運転点Ｑ２でも運転可能となっている。即ち、本発明により、圧縮機の流量制御範囲の増加が図られていることが分かる。
【００３８】
また、本発明に係る多段遠心圧縮機の容量制御方法は、前述した従来技術１に示された様な複雑な制御を用いずとも十分な流量制御を行うことができる。一般的に、図２に示した様な流量−圧力特性が要求される場合は、前記定数ａ〜ｄは次式（５）を満足する様に設定した方が、より有効に流量制御することが可能となる。
ａ＞ｂ＞ｃ＞ｄ （５）
【００３９】
一般的に、本発明に係る多段遠心圧縮機では、その第１段圧縮機の入口圧力は、吐出流量が変化しても殆ど変化しない場合が多い。但し、求められる吐出圧力は、図３に示した通り、吐出流量の減少に伴い低下する。従って、プラントで使用される圧縮気体の流量が減少すると、各段の圧縮機の吐出圧力も低下する。その場合の第２段圧縮機の入口側の体積流量の、定格時の体積流量との比の値は、第１段圧縮機のそれよりも大きくなる。上記比の値が前段より後段の方が大きくなるのは、第３段以降の高圧段（下流側の後段）の圧縮機でも同様である。即ち、後段になる程サージングラインから運転点が遠ざかる傾向にあるといえる。以上のことを踏まえると、上記式（５）を満足する様に設定することがより効果的である。
【００４０】
次に、本発明の実施の形態２に係る多段遠心圧縮機の容量制御方法を、添付図８を参照しながら説明する。
但し、本発明の実施の形態２が上記実施の形態１と相違するところは、本発明の実施の形態１が増速機内蔵型の多段遠心圧縮機であったのに対し、実施の形態２では１軸型の多段遠心圧縮機であり、また後述する様に、前記実施の形態１が、各段のガイドベーンを全て異なる独立したガイドベーン操作器にて制御する構成を有していたのに対し、実施の形態２では、多段のガイドベーンの一部を共通のガイドベーン操作器にて制御する構成を有するものであり、これらの相違以外は上記実施の形態１と全く同構成であるから、上記実施の形態１と同一のものに同一符号を付して、以下その相違する点について説明する。
【００４１】
即ち、上記実施の形態１においては、各段のガイドベーン７〜１０が、ガイドベーン操作器１１〜１４によって独立して制御される構成を有していたのに対し、実施の形態２においては、リンク機構等により、第１，３段圧縮機１，３のガイドベーン７，９が、共通のガイドベーン操作器５０によって、第２，４段圧縮機２，４のガイドベーン８，１０が、他の共通のガイドベーン操作器５１によって操作される様に構成されている。
【００４２】
そして、本発明の実施の形態２に係る多段遠心圧縮機の容量制御方法は、この様に連結されたガイドベーン７〜１０の角度が、前記リンク機構により同一角度になる様に、次式（６），（７）で示す値に制御するものである。
ｆ（１ｓｔ）＝ｆ（３ｒｄ）＝ａ×ｆ（ｂａｓｅ） （６）
ｆ（２ｎｄ）＝ｆ（４ｔｈ）＝ｂ×ｆ（ｂａｓｅ） （７）
従って、本発明の実施の形態２に係る多段遠心圧縮機の容量制御方法によれば、上記実施の形態２以外のより広範囲な多段遠心圧縮機にも、本発明の容量制御方法が適用可能となる。
【００４３】
次に、本発明の実施の形態３に係る多段遠心圧縮機の容量制御方法を、前図１を参照しながら説明する。
但し、本発明の実施の形態３が上記実施の形態１と相違するところは、本発明の実施の形態１が、入口ガイドベーン７〜１０の設定角度の算出に前式（１）〜（４）を用いたのに対し、実施の形態３では、次式（８）〜（１１）に示す様に角度の値を三角関数ｔａｎに変換した後、定数を乗じて、それを逆三角関数ａｔａｎで再変換して算出する。三角関数としては、ｔａｎの外、ｓｉｎやｃｏｓでも良い。
【００４４】
ｆ（１ｓｔ）＝ａｔａｎ［ａ×ｔａｎ｛ｆ（ｂａｓｅ）｝］ （８）
ｆ（２ｎｄ）＝ａｔａｎ［ｂ×ｔａｎ｛ｆ（ｂａｓｅ）｝］ （９）
ｆ（３ｒｄ）＝ａｔａｎ［ｃ×ｔａｎ｛ｆ（ｂａｓｅ）｝］ （１０）
ｆ（４ｔｈ）＝ａｔａｎ［ｄ×ｔａｎ｛ｆ（ｂａｓｅ）｝］ （１１）
【００４５】
演算はやや複雑になるものの、圧縮機の特性によっては上記実施の形態３に係る容量制御方法の方が、多段遠心圧縮機の流量範囲をより拡張可能な場合がある。この様な圧縮機特性について以下説明する。
先ず、遠心圧縮機のヘッド（吐出圧と密接に関係する）Ｈは、次式（１２）の通り右辺と比例関係にある。
Ｈ∝Ｕ２・Ｃｕ２−Ｕ１・Ｃｕ１ （１２）
【００４６】
ここで、Ｕ２とＵ１は、羽根車入口と出口の周速を示し、回転数が一定であればガイドベーンの角度にはよらず同一となる。Ｃｕ２は、羽根車出口の気体の絶対速度の周方向成分で、流量条件等により若干変化はあるが余り大きな変化はしない。他方、Ｃｕ１は、羽根車入口の気体の絶対速度の周方向成分で、ガイドベーンの角度が０度であれば０となる。ガイドベーンによる流量制御は、このガイドベーンによって前記Ｃｕ１の値を制御するもので、Ｃｕ１の値が大きくなれば、上式（１２）から分かる様にＨの値は小さくなり、吐出圧が低下することとなる。このことにより、運転点を変化させて流量調整を行うのがガイドベーン制御である。
【００４７】
仮に、流入速度が同一だとすると、周方向成分はｔａｎ｛ｆ（ｂａｓｅ）｝に比例することとなるが、ガイドベーンの角度が０〜４５度程度までは、角度とｔａｎ｛ｆ（ｂａｓｅ）｝の変化割合は同等であるが、前記角度が６０度程度となると、ｔａｎ｛ｆ（ｂａｓｅ）｝の増加量が、角度そのものの増加量に比して大きくなる。この様な角度における、角度の微妙な変化が運転点に大きく影響を与える圧縮機特性を有する多段遠心圧縮機の場合には、上式（８）〜（１１）を用いる本発明の実施の形態３に係る容量制御方法が有効になる場合がある。
【００４８】
以上説明した様に、本発明に係る多段遠心圧縮機の容量制御方法によれば、入口ガイドベーンの角度の各段ごとの相対的な比率が一定比率となる様に制御するので、各段共に、サージングラインから同レベルの余裕を持った運転が可能となり、特定の段だけが先にサージングラインに接近することを防止できると共に、容量の絞り領域を増加可能となる。また、本発明に係る他の多段遠心圧縮機の容量制御方法によれば、前記角度の各段ごとの相対的な比率を、下流側の後段に向かうにつれて小さくなる様に設定するので、前記圧縮機の容量制御の設定を行う際に効果的にかつ確実に調整が行える様になる。
【符号の説明】
【００４９】
１：第１段圧縮機， ２：第２段圧縮機，
３：第３段圧縮機， ４：第４段圧縮機，
５：入力軸， ６：電動機，
７〜１０：入口ガイドベーン，
１１〜１４，５０，５１：ガイドベーン操作器，
１５：制御器，
１６：増速機
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多段遠心圧縮機の各段吸込部に設けられた入口ガイドベーンを有する多段遠心圧縮機の容量制御方法において、前記入口ガイドベーンの角度の各段ごとの相対的な比率が一定比率となる様に制御することを特徴とする多段遠心圧縮機の容量制御方法。
【請求項２】
前記入口ガイドベーンの角度の各段ごとの相対的な比率を、下流側の後段に向かうにつれて小さくなる様に設定することを特徴とする請求項１に記載の多段遠心圧縮機の容量制御方法。
【請求項１】
多段遠心圧縮機の各段吸込部に設けられた入口ガイドベーンを有する多段遠心圧縮機の容量制御方法において、前記入口ガイドベーンの角度の各段ごとの相対的な比率が一定比率となる様に制御することを特徴とする多段遠心圧縮機の容量制御方法。
【請求項２】
前記入口ガイドベーンの角度の各段ごとの相対的な比率を、下流側の後段に向かうにつれて小さくなる様に設定することを特徴とする請求項１に記載の多段遠心圧縮機の容量制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１１−１１１９５０（Ｐ２０１１−１１１９５０Ａ）
【公開日】平成２３年６月９日（２０１１．６．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２６７７４５（Ｐ２００９−２６７７４５）
【出願日】平成２１年１１月２５日（２００９．１１．２５）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月９日（２０１１．６．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１１月２５日（２００９．１１．２５）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
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