[发明专利]离心压缩设备及其喘振防止方法

说明书

技术领域

本发明涉及使用了离心压缩机的离心压缩设备及其喘振(surging)防止方法。

背景技术

用于涡轮压缩机、涡轮冷冻机的离心压缩机在低流量阶段产生伴随剧烈压力波动和噪声的喘振。若离心压缩机进入喘振状态则不能够作为压缩机而稳定运转，寿命缩短，在最坏的情况下，有可能产生损伤。

因此，一直以来提案有种种防止喘振产生的方案(例如，专利文献1～9)。

以下，除了特别需要的情况，将离心压缩机简称为“压缩机”，将喘振(surging)简称为“喘振(surge)”。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开昭60－111093号，“轴流压缩机的喘振防止装置”；

专利文献2：日本特开昭62－195492号，“涡轮压缩机的喘振防止装置”；

专利文献3：日本特开昭64－394号，“压缩机的喘振防止装置”；

专利文献4：日本特开2000－199495号，“涡轮冷冻机的喘振预测方法及装置”；

专利文献5：日本特开2004－316462号，“离心压缩机的容量控制方法及装置”；

专利文献6：日本特开2005－16464号，“压缩装置”；

专利文献7：日本实开昭62－93194号，“涡轮压缩机等的安全装置”；

专利文献8：日本特许第4191560号，“涡轮冷冻机、及其控制方法”；

专利文献9：日本特开2002－276590号，“压缩机的喘振检测装置”。

发明内容

发明要解决的问题

a.喘振防止控制与节能的关系

一直以来，一般使用如下方式，即，使用离心压缩机的预想性能曲线或测量的喘振线，以在减少流量时压缩机动作点不超过该线的方式设置喘振防止线，在超过了喘振防止线的情况下迅速地进行放气控制或旁通控制，使压缩机不陷入喘振状态。

但是，压缩机的特性有时因运转环境、时效而变化，实际的喘振线有时与预想性能曲线不同。因此，一直以来，一般在现场进行有意地使喘振发生的试验(喘振试验)，相对于实际测量的喘振线向10～15%左右的大流量侧设置喘振裕度(surge margin)。

因此，一直以来，存在离心压缩机的容量控制范围变窄喘振裕度的量，在容量(流量)较小的减量运转时产生能量损耗的问题。

b.喘振的检测方案

已知由于若压缩机进入喘振状态，则压缩机不进行作为压缩机的功，故轴动力以及压缩机的流量从紧前的运转状态显著减少。

作为检测该状态的方案，此前提案有将流量、或者与其有关联的压缩机用电动机的驱动电流或驱动功率、排出压力等状态量与预先设定的值比较，从而进行喘振状态的判定。

在使用压力变化时，由于压力为出入该压力容器的流量的累积值，故监视压力的波动即是测定流量，始终为延迟控制系统，该变化具有与压力容器的大小成反比例，与流量成比例的特征。虽然使用压力变化是容易的，但是喘振状态的监视无非是记录压缩机的流量波动。为了对压力测量范围提取喘振发生时的较小的压力振幅信号，需要进行2次微分处理，因而为了恰当地检测喘振状态，需要复杂的数字信号处理技术，存在喘振检测装置的成本增加等问题。

在使用流量变化的情况下，对流量进行1次微分即可，因而与利用压力的情况相比，信号处理变得容易。然而，相反地，在流量测量结果中含有众多噪声成分(起伏(揺らぎ))，难以将其去除，并且还存在若设置流量测量单元则测量项数增加，导致成本增加等问题。

由于电动机的驱动功率具有在一定的排出压力条件下在较窄的范围内与流量成比例的特征，故能够用作流量的代替测量方案。但是驱动电流的起伏与流量同样地较大，若不恰当地设置阈值，则存在误操作、不进行喘振检测等可能性。

c.喘振防止线的决定方案

压缩机的喘振线一般而言配合压缩机的特性而预先输入(设定)。

但是，若压缩机的特性因运转环境、时效而变化，则有时非预期地进入喘振，在此种情况下，之后压缩机的继续运转变得困难。

d.喘振防止控制方案

压缩机的喘振防止控制一般而言利用流量和排出压力或压力比来进行。

然而，由于测量流量需要多个测量器，故成本升高，因而有时使用电动机的驱动电流作为代替方案。这是着眼于排出压力一定且在喘振防止线附近，流量与电动机的驱动电流大体处于比例关系这一点的方案。

但是，存在电动机的驱动电流与排出流量因运转条件而产生误差的问题。另外，关于排出压力，由于若吸入压力变化则喘振线变化，故优选使用压力比。