JP2008507659A - Dynamically controlled compressor - Google Patents
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Abstract
2台以上の圧縮機を備えたシステムにおいて、本発明は、複数台の圧縮機の吸込管又は吐出管のうち、それらの一方又は両方に、適切なサイズの容器又はタンクを提供する。この容器又はタンクは、第1圧縮機の状態が変化した場合に、それが他の圧縮機に即時的な影響を与えないように、この変化を弱める手段として機能する。
【選択図】図2In a system with two or more compressors, the present invention provides a suitably sized container or tank for one or both of the suction or discharge tubes of the plurality of compressors. This container or tank serves as a means to counteract this change so that if the state of the first compressor changes, it will not immediately impact the other compressors.
[Selection] Figure 2
Description
本発明は圧縮機(コンプレッサ)に関する。詳しくは、本発明は動的に制御される圧縮機システム及び方法に関連する。 The present invention relates to a compressor. In particular, the present invention relates to a dynamically controlled compressor system and method.
技術的に知られるように、遠心圧縮機は、コンプレッサマップと呼ばれる動作範囲をもち、これは、チョーク(choke)と称する状態及びサージ(surge)と称する別の状態によって制限される。 As is known in the art, a centrifugal compressor has an operating range called a compressor map, which is limited by a condition called a choke and another condition called a surge.
現在の遠心圧縮機は、サージポイント及びチョークポイントの範囲内で動作する場合にガスを送り込む。遠心圧縮機は、ほんの短時間でもサージ状態で動作したままになると、そのインペラが過熱して機械全体を損傷させてしまうことがある。圧縮機の製造業者は、各種のサージ検出装置、つまり、サージを検出した場合に機械を停止させて損傷を防ぐ装置を用いて、このような損傷状態での動作から圧縮機を保護しようと努めている。 Current centrifugal compressors pump gas when operating within surge and choke points. If a centrifugal compressor remains operating in a surge condition for a short period of time, its impeller can overheat and damage the entire machine. Compressor manufacturers use various types of surge detection devices, that is, devices that stop the machine and prevent damage if a surge is detected, and try to protect the compressor from operation in such a damaged state. ing.
エネルギーの節約を目的として、最近の遠心圧縮機は、その動作範囲を広げるために追加された速度制御部をもっており、この場合に、圧縮機の制御システムは動的なものとなった。この時点までの間、圧縮機はオン又はオフとされたが、圧縮機は、より知能的となり、制御部の動的性質によって、圧縮機は状態変化に対応することが可能になった。本出願人により、市場で現在入手可能な最新型では、遠心圧縮機が完全に動的な制御部をもち、インレットガイドベーンの速度及び位置を継続的に最適化して効率を最大にすることができる。このときまで、遠心圧縮機は、主として単一の圧縮機システムとされてきたが、近年では、2台の圧縮機が1台の機械に適用される場合に、これらが並行して運転され、(IGV)の使用だけでローディング(負荷をかけること)やアンローディング(無負荷にすること)がなされ、1つのコントローラから制御されることで、ローディング及びアンローディングが同率かつ同時間で行われる。 For the purpose of saving energy, recent centrifugal compressors have a speed controller added to widen their operating range, in which case the compressor control system has become dynamic. Up to this point, the compressor was turned on or off, but the compressor became more intelligent and the dynamic nature of the controller allowed the compressor to respond to state changes. In the latest version currently available on the market, the Applicant has a centrifugal compressor with a fully dynamic control that continuously optimizes the speed and position of the inlet guide vanes to maximize efficiency. it can. Until this time, centrifugal compressors have been primarily a single compressor system, but in recent years when two compressors are applied to one machine they are operated in parallel, Loading (loading) and unloading (no load) are performed only by using (IGV), and loading and unloading are performed at the same rate and at the same time by being controlled by one controller.
現在、圧縮機は、性能を最大限に引き出すことを目的として、その速度を調整するとともに、必要な場合にインレットガイドベーンを動作させるための制御ユニットにプログラムされたコンプレッサマップをもっている。そのような動的制御システムでは、圧縮機がその動作パラメータを、システムの状態が変化する際や、システムの負荷が変化する際に適合させることを提供する。 Currently, compressors have a compressor map programmed into a control unit for adjusting the speed and operating the inlet guide vanes when necessary to maximize performance. In such a dynamic control system, the compressor provides that its operating parameters are adapted when the system state changes or when the system load changes.
1台の圧縮機を備えたシステムの場合、遠心圧縮機の動的制御、つまり、各種の動作状態及び容量要求においてその性能を最適化するために、速度及びインレットガイドベーン設定を積極的に変更する制御については、該圧縮機自身の制御論理によって処理される。 In the case of a system with a single compressor, the speed and inlet guide vane settings are actively changed to optimize the performance of the dynamic control of the centrifugal compressor, that is, in various operating conditions and capacity requirements. The control to be performed is processed by the control logic of the compressor itself.
図1に示すように、第1圧縮機Comp1と第2圧縮機Comp2が、低圧側(吸込管)と高圧側(吐出管)との間で並列とされた、2台以上の圧縮機を備えたシステムにおいて、第1圧縮機の動作状態は、第2圧縮機のポンプ容量の変化によって直接的に影響を受ける。このことは、例えば、圧縮機の1つ、凝縮器又は蒸発器が適切なサイズでなく、圧縮機への配管及び圧縮機からの配管が独立に接続されていない場合や、複数台の圧縮機が並列に接続され、かつ圧縮機間の相互接続のポイントが共通のポイント又はパイプとされ、そして接続ポイントの容量が第1圧縮機の変化を補償するのに適切でなく、従って、これが第2圧縮機に即時的な効果をもつ場合に生じ得る。 As shown in FIG. 1, the first compressor Comp1 and the second compressor Comp2 include two or more compressors arranged in parallel between the low pressure side (suction pipe) and the high pressure side (discharge pipe). In such a system, the operating state of the first compressor is directly affected by changes in the pump capacity of the second compressor. This may be the case when, for example, one of the compressors, the condenser or the evaporator is not of an appropriate size, and the piping to the compressor and the piping from the compressor are not connected independently, or a plurality of compressors Are connected in parallel, and the point of interconnection between the compressors is a common point or pipe, and the capacity of the connection point is not adequate to compensate for changes in the first compressor, so this is the second This can happen when the compressor has an immediate effect.
それ自身が知能をもつ、このような複数台の圧縮機の場合には、広い動作範囲に亘って性能についての動的な制御を可能とする、遠心圧縮機システム及び方法が、この技術において現在必要である。 In the case of such multiple compressors, which are themselves intelligent, centrifugal compressor systems and methods are currently known in the art that allow dynamic control over performance over a wide operating range. is necessary.
詳細には、複数の圧縮機によるシステムであって、低圧側と高圧側との間で並列とされた、少なくとも第1圧縮機及び第2圧縮機と、少なくとも第1圧縮機と第2圧縮機の吸込管及び吐出管の1つに接続された、1つ以上の慣性容器(inertia vessel)と、を備え、この1つ以上の慣性容器が、少なくとも第1圧縮機と第2圧縮機の動作状態の変化を弱める手段として働くようにしたシステムが提供される。 Specifically, the system includes a plurality of compressors, and is at least a first compressor and a second compressor, and at least a first compressor and a second compressor in parallel between a low pressure side and a high pressure side. One or more inertial vessels connected to one of the suction pipes and the discharge pipes, wherein the one or more inertial containers operate at least the first compressor and the second compressor. A system is provided that serves as a means to attenuate state changes.
さらには、低圧側と高圧側との間で並列とされた、2台以上の圧縮機を含む圧縮機システムを制御する方法であって、2台以上の圧縮機の1つの吸込管及び吐出管のうち、その少なくとも1つに対して、1つ以上の慣性容器を接続するステップを有する方法が提供される。 Furthermore, there is provided a method for controlling a compressor system including two or more compressors arranged in parallel between a low pressure side and a high pressure side, wherein one suction pipe and one discharge pipe of the two or more compressors are provided. A method is provided comprising connecting one or more inertial containers to at least one of them.
本発明の他の目的、利点、及び特徴は、添付図面に関連した例を用いて、実施形態についての限定的でない以下の記載を読む際に明らかとなる。 Other objects, advantages and features of the present invention will become apparent upon reading the following non-limiting description of embodiments using examples in conjunction with the accompanying drawings.
例えば、空調設備などの冷凍システムの場合、圧縮機の負荷は、時間と温度、従って圧力の関数として変化する。これらの変化は、圧縮機の動作に影響をもち、圧縮機は、これに応答して、その速度及びインレットガイドベーンを調整する。 For example, in the case of a refrigeration system such as an air conditioner, the compressor load varies as a function of time and temperature, and thus pressure. These changes affect the operation of the compressor, which in response adjusts its speed and inlet guide vanes.
このような動的な制御システムは、別のタイプの容積式圧縮機、例えば、往復式圧縮機、スクロール圧縮機、スクリュー圧縮機などを使った、従来のシステムに適用することができる。空気圧縮機の場合、圧縮機は、製造プロセスのような、それが適用される処理において負荷需要が変化するにつれて、これに応答する。 Such a dynamic control system can be applied to conventional systems using other types of positive displacement compressors, such as reciprocating compressors, scroll compressors, screw compressors, and the like. In the case of an air compressor, the compressor responds as the load demand changes in the process to which it is applied, such as a manufacturing process.
2台以上の圧縮機を備えたシステムにおいて、本発明は、複数台の圧縮機の吸込管又は吐出管の一方又は両方に、適切なサイズの容器又はタンクを提供するものであり、第1圧縮機の状態が変化した場合に、それが他の圧縮機に即時的な影響をもたないようにし、容器が当該変化を弱める手段として働くようにする。 In a system including two or more compressors, the present invention provides a container or a tank of an appropriate size for one or both of the suction pipe and the discharge pipe of the plurality of compressors. When the machine changes, it has no immediate effect on other compressors and the container acts as a means to counteract the change.
図2は、第1圧縮機の動作変化が第2圧縮機に及ぼす影響を低減させるためのヘッダ配置を備えた、並列的な配管システムを示しており、共通の低圧タンク12が圧縮機Comp1とComp2の吸込管に接続されるとともに、高圧タンク14が、圧縮機Comp1とComp2の吐出管に接続されている。
FIG. 2 shows a parallel piping system with a header arrangement to reduce the effect of changes in the operation of the first compressor on the second compressor, where a common
図3に示す並列的な配管システムでは、補助タンクが、各圧縮機Comp1とComp2の吐き出し配管14a、14b、そして、吸い込み配管12a、12bに設けられており、第1圧縮機の動作変化による第2圧縮機への影響を低減する。
In the parallel piping system shown in FIG. 3, auxiliary tanks are provided in the
図4は、密封又は半密封とされた複数台の圧縮機のシステムを示している。このシステムでは、密封又は半密封とされた圧縮機において、圧縮機のハウジングが設けられており、これらのハウジングは、慣性タンクとして機能するように適切なサイズをもち、これによって外部の慣性タンクを設ける必要がなくなる。 FIG. 4 shows a system of multiple compressors that are sealed or semi-sealed. In this system, in a hermetically sealed or semi-sealed compressor, compressor housings are provided, which are appropriately sized to function as inertial tanks, thereby providing external inertial tanks. There is no need to provide it.
図5は、同じハウジングを共有する2台の圧縮機を備えたシステムを示しており、このハウジングは、慣性タンクとして機能するように適切なサイズをもち、これによって外部の慣性タンクを設ける必要がなくなる。この種のシステムは、1つ以上の出口ポート及び入口ポートをもつことができる(図5A及び5B参照)。 FIG. 5 shows a system with two compressors sharing the same housing, which must be appropriately sized to function as an inertia tank, thereby providing an external inertia tank. Disappear. This type of system can have one or more outlet ports and inlet ports (see FIGS. 5A and 5B).
図6は、低圧及び高圧の慣性タンクが設けられた代替の実施形態を示している。これらの慣性タンクは設計上モジュール式とされ、フランジ継手又は、例えばVictualic社が提供する継手などによって接続され、入口管と出口管とが片側で接続される。 FIG. 6 shows an alternative embodiment in which low and high pressure inertia tanks are provided. These inertia tanks are modular in design, and are connected by a flange joint or a joint provided by, for example, Virtualic, and the inlet pipe and the outlet pipe are connected on one side.
図7において、慣性タンクの入口管と出口管については、慣性タンクにおける任意の部分に接続することができる。モジュール式で組み立てられる場合、ガス分配のバランスをとり、個々の慣性タンクのサイズを小さくするために、入口管と出口管の接続については、スタックの中央で行われる。 In FIG. 7, the inlet pipe and outlet pipe of the inertia tank can be connected to any part of the inertia tank. When assembled modularly, the inlet and outlet pipe connections are made in the middle of the stack to balance gas distribution and reduce the size of individual inertia tanks.
注意すべきは、冷媒が1つ以上のポートのいずれかからシステムに出入りできることである。 It should be noted that refrigerant can enter and exit the system from any of one or more ports.
図8に示すシステムでは、2台の圧縮機と、1つの凝縮器と、1つの蒸発器が、共通の凝縮器容器32へと並列的に配管されるとともに、共通の蒸発器容器30から並列的に配管されており、凝縮器と蒸発器は適切さサイズをもつが、これらは一般に要求されない。
In the system shown in FIG. 8, two compressors, one condenser, and one evaporator are connected in parallel to the
当業者であれば分かるように、本発明は、複数台の動的に制御される圧縮機を用いて、1台の大型圧縮機から置き換える場合や、1つの入口ポイント及び1つの出口ポイントの一方又は両方を通して、吸込管及び吐出管を熱交換器に接続する必要がある場合の適用において使用できる。この例には、凝縮器への1つの入口と、蒸発器からの1つの出口をもった水冷器が挙げられる。圧縮装置が1台の圧縮機だけを必要する場合には問題ないが、要求される容量を得るために、2台以上の圧縮機を必要とする場合には、複数台の圧縮機を、技術的に通常行われる簡単な配管で繋ぐだけでは十分でない。配管の接続ポイントについては、システムで動作する他の圧縮機に即時的な影響を与えないように適切なサイズにする必要がある。 As will be appreciated by those skilled in the art, the present invention uses a plurality of dynamically controlled compressors to replace one large compressor or one of an inlet point and an outlet point. Or, through both, the suction and discharge tubes can be used in applications where it is necessary to connect to a heat exchanger. An example of this is a water cooler with one inlet to the condenser and one outlet from the evaporator. There is no problem if the compressor requires only one compressor, but if more than two compressors are required to obtain the required capacity, a plurality of compressors can be In general, it is not enough to connect with simple piping that is usually used. Piping connection points need to be sized appropriately so as not to have an immediate impact on other compressors operating in the system.
本発明は、2台以上の圧縮機を備えたシステムに適用することができる。例えば、図2乃至8のシステムについては、これらのシステムが最初に設置されるとき、あるいは、後日の必要に応じて別の圧縮機を追加することによって拡張し得る。また、各システムは、単一又は複数の吸込管及び吐出管を用いて配管される機能をもつことができる。 The present invention can be applied to a system including two or more compressors. For example, the systems of FIGS. 2-8 can be expanded when they are first installed or by adding additional compressors as needed at a later date. Each system can have a function of being piped using a single or a plurality of suction pipes and discharge pipes.
上記のように、本発明をその実施形態に従って説明してきたが、上記した発明の本質及び教示から離れることなく、本発明について変更することが可能である。 Although the present invention has been described according to its embodiments as described above, modifications can be made to the invention without departing from the spirit and teachings of the invention as described above.
Claims (12)
低圧側と高圧側との間で並列とされた、少なくとも第1圧縮機及び第2圧縮機と、
前記第1圧縮機及び第2圧縮機の吸込管及び吐出管の1つに接続された、少なくとも1つの慣性容器と、を備え、
前記慣性容器が、前記第1圧縮機及び前記第2圧縮機の動作状態の変化を弱める手段として機能する、複数の圧縮機によるシステム。 In a system with multiple compressors,
At least a first compressor and a second compressor in parallel between the low pressure side and the high pressure side;
And at least one inertial container connected to one of the suction pipe and the discharge pipe of the first compressor and the second compressor,
A system with a plurality of compressors, wherein the inertial container functions as a means for weakening a change in operating state of the first compressor and the second compressor.
前記2台以上の圧縮機における、少なくとも1台の吸込管及び吐出管のうちの1つ以上に対して、少なくとも1つの慣性容器を接続するステップを有する方法。 In a method for controlling a compressor system comprising two or more compressors arranged in parallel between a low pressure side and a high pressure side,
Connecting at least one inertial vessel to one or more of at least one suction pipe and discharge pipe in the two or more compressors.
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