离心压缩设备及其喘振防止方法
阅读：1005发布：2020-06-15
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1.一种喘振防止方法，其特征在于：具有下述步骤：
相对于离心压缩机的喘振线设定第一喘振防止线的步骤；
在所述离心压缩机的动作点与所述第一喘振防止线相比位于低流量侧的情况下，打开连通所述离心压缩机的排出侧和吸入侧的配管上所设置的调节阀的步骤；
在判定了所述离心压缩机的喘振的情况下，将所述第一喘振防止线向大流量侧移位并令其为第二喘振防止线的步骤。
2.根据权利要求1所述的喘振防止方法，其特征在于：
所述第一喘振防止线设定为相对于所述喘振线不受季节或时效变化的影响的大小。
3.根据权利要求1所述的喘振防止方法，其特征在于：
所述第一喘振防止线相对于所述喘振线的喘振裕度在0～5%的范围内设定。
4.根据权利要求1所述的喘振防止方法，其特征在于：
所述第一喘振防止线相对于所述喘振线的喘振裕度在10～15%的范围内设定。
5.根据权利要求1所述的喘振防止方法，其特征在于：
将所述第一喘振防止线以移位周期朝所述喘振线移位并慢慢地接近所述喘振线。
离心压缩设备及其喘振防止方法
技术领域
背景技术
[0004] 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)”。
[0005] 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”。
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
[0006] 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。
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。
[0007] 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)。
[0008] 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。
[0009] 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。
[0011] 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。
[0012] 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。
[0013] 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。
[0014] 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)。
[0015] 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。
[0016] 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。
[0017] 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。
[0018] 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。
[0019] 上述专利文献1～6是预先作为喘振状态发生的界限而设定喘振线或喘振防止线，基于压力比、压力比变化率、动力变化率、差压、流量等以不超过喘振线的方式进行控制的方案。
[0020] 专利文献7～9是基于驱动电流的波动、压力、流量、流速等来检测喘振的方案。
[0021] 如上所述，在预先设定喘振防止线的情况下，存在如下问题，即，相对于实际测量的喘振线，以往设置10～15%左右的富余(喘振裕度)，因而，与其相应地，离心压缩机的容量控制范围变窄。
[0022] 另外，由于喘振线因运转环境、时效变化而波动，故若不使喘振裕度足够大，则存在非预期地进入喘振的可能性。
[0023] 另外，由于离心压缩机的流量、驱动电流在运转中的波动(起伏)较大，故容易产生误操作、喘振的未检测。因此，在以往的喘振检测方案的情况下，从喘振发生到检测为止的检测延迟较长(例如20～30秒)，不能够避免剧烈的振动、压力波动以及噪声。
[0024] 本发明是为了解决此种问题而构思的。即，本发明的目的在于提供如下离心压缩设备及其喘振防止方法，该离心压缩设备及其喘振防止方法(1)从喘振发生到喘振检测为止的检测延迟较短，能够防止振动、压力波动以及噪声的产生，(2)能够较小地设定喘振裕度以大幅地扩大离心压缩机的容量控制范围，(3)能够追随由运转环境、时效变化引起的运转特性的波动，并自动更新喘振线。
[0025] 用于解决问题的方案根据本发明，提供一种离心压缩设备，其具备将气体离心压缩的离心压缩机、旋转驱动离心压缩机的电动机、检测电动机的驱动电流的电流检测器、将压缩的气体排气至较低压部分的排气阀、以及以防止离心压缩机的喘振的方式控制排气阀的喘振防止控制装置，其特征在于：
所述喘振防止控制装置
(A)以采样周期检测所述驱动电流，
(B)将以在采样期间测量的多个驱动电流的移动平均值－n×标准偏差作为电流阈值并实时地更新，其中n为3以上且4以下的正数，
(C)在排气阀为全闭或中间开度，且所述驱动电流低于所述电流阈值的情况下判定为喘振，
(D)在判定为喘振的情况下，进一步打开排气阀并对压缩的气体进行排气。
所述喘振防止控制装置
(A)以采样周期检测所述驱动电流，
(B)将以在采样期间测量的多个驱动电流的移动平均值－n×标准偏差作为电流阈值并实时地更新，其中n为3以上且4以下的正数，
(C)在排气阀为全闭或中间开度，且所述驱动电流低于所述电流阈值的情况下判定为喘振，
(D)在判定为喘振的情况下，进一步打开排气阀并对压缩的气体进行排气。
[0026] 另外，根据本发明，提供一种离心压缩设备的喘振防止方法，所述离心压缩设备具备将气体离心压缩的离心压缩机、旋转驱动离心压缩机的电动机、检测电动机的驱动电流的电流检测器、以及将压缩的气体排气至较低压部分的排气阀，其特征在于：(A)以采样周期检测所述驱动电流，
(B)将以在采样期间测量的多个驱动电流的移动平均值－n×标准偏差作为电流阈值并实时地更新，其中n为3以上且4以下的正数，
(C)在排气阀为全闭或中间开度，且所述驱动电流低于所述电流阈值的情况下判定为喘振，
(D)在判定为喘振的情况下，进一步打开排气阀并对压缩的气体进行排气。
(B)将以在采样期间测量的多个驱动电流的移动平均值－n×标准偏差作为电流阈值并实时地更新，其中n为3以上且4以下的正数，
(C)在排气阀为全闭或中间开度，且所述驱动电流低于所述电流阈值的情况下判定为喘振，
(D)在判定为喘振的情况下，进一步打开排气阀并对压缩的气体进行排气。
[0027] 发明效果由于若离心压缩机进入喘振状态则压缩机不做功，故在喘振的同时，压缩机的轴动力减少，能够作为电动机驱动电流的变化而观测到喘振状态。
[0028] 该驱动电流因为根据压缩机的运转状态而变化，故不是一定的，但是若对于标本的分布和标准偏差应用包含于3σ(计算的标准偏差的3倍)的标本数量为99%以上这种统计手法，则能够通过计算标准偏差来推测驱动电流的起伏量。
[0029] 本发明即是基于此种见解。
[0030] 即，根据上述本发明的装置以及方法，由于通过喘振防止控制装置，(B)将以在采样期间测量的多个驱动电流的移动平均值－n×标准偏差作为电流阈值并实时地更新，其中n为3以上且4以下的正数，(C)在排气阀关闭，且驱动电流低于电流阈值的情况下判定为喘振，因而不会受到驱动电流的起伏(偏差)的影响，能够可靠地检测喘振现象。
[0031] 另外，通过实施例确认了基于该判定方案的，从喘振发生到喘振检测为止的检测延迟在实施例中为1秒以内(例如0.1秒左右)，(D)在判定为喘振的情况下，打开排气阀并对压缩的气体进行排气，从而能够避免振动、压力波动以及噪声。
[0032] 因而，不需要像以往那样较大地设定喘振裕度，(2)能够较小地设定喘振裕度以大幅扩大离心压缩机的容量控制范围。
[0033] 另外，即使发生喘振也能够避免振动、压力波动以及噪声以稳定地运转压缩机，因而使喘振发生并将此时压缩机的运转条件作为数据而取得，(3)能够追随由运转环境、时效变化引起的运转特性的波动并自动更新喘振线。附图说明
[0034] 图1A是本发明的离心压缩设备的实施方式图，示出排气阀为放气阀的情况。
[0035] 图1B是本发明的离心压缩设备的实施方式图，示出排气阀为旁通阀的情况。
[0036] 图2是本发明的方法的说明图。
[0037] 图3是喘振线和喘振防止线的说明图。
[0038] 图4是喘振发生点的说明图和喘振数据的示例。
[0039] 图5是示出喘振检测后的处理流程的图。
[0040] 图6是示出喘振发生点的处理方法的图。
[0041] 图7是示出喘振线重建时的有效数据提取处理的图。
[0042] 图8A是示出喘振的发生次数为1次的情况下的喘振线重建的图。
[0043] 图8B是示出基于近似直线的喘振线重建的图。
[0044] 图9是示出折线数据的更新的图。
[0045] 图10是示出本发明的实施例的图。
[0046] 图11是图10的A部放大图。
具体实施方式
[0047] 以下，基于附图详细地说明本发明的优选实施方式。此外，在各图中对共同的部分附以相同符号，省略重复的说明。
[0048] 图1A和图1B是本发明的离心压缩设备的实施方式图。
[0049] 在本例中，离心压缩设备10具备离心压缩机12、电动机14、电流检测器16、排气阀18、以及喘振防止控制装置30。
[0050] 离心压缩机12将气体1(例如空气)离心压缩。电动机14旋转驱动离心压缩机12。电流检测器16检测电动机14的驱动电流I。排气阀18将压缩的气体2(压缩气体)排气至较低压部分3。
[0051] 排气阀18可以是放气阀也可以是旁通阀。
[0052] 在图1A的示例中，排气阀18为放气阀，在图1B的示例中，排气阀18为旁通阀。旁通阀是指设置连通离心压缩机12的排出侧与吸入侧的配管，在该配管的中途设置的调节阀。在该情况下，低压部分为离心压缩机12的吸入侧。
[0053] 此外，在这些图中，符号19为向气体1的需求地4供给压缩气体2的排出阀。排出阀19的开度例如根据来自需求地4的要求而被适当地控制。
[0054] 低压部分3例如为外部空气，可在其间设置放气消音器(未图示)。排气阀18在离心压缩机12的正常运转中全闭。
[0056] 喘振防止控制装置30例如为计算机(PC)，以防止离心压缩机12的喘振的方式控制排气阀18。排气阀18的控制既可以是ON/OFF控制，也可以是调节流量的调节动作。
[0057] 喘振防止控制装置30具备动力计算机32、流量计算机34、压力比计算机36。
[0058] 动力计算机32根据驱动电流I计算电动机14的驱动动力W。流量计算机34根据驱动动力W、吸入压力Ps、排出压力Pd以及吸入温度Ts计算离心压缩机12的流量Q。压力比计算机36根据吸入压力Ps以及排出压力Pd计算压力比Π。
[0059] 喘振防止控制装置30如下地工作。
[0060] (A)以采样周期ts检测驱动电流I。
[0061] (B)将以在采样期间tp测量的多个驱动电流I的移动平均值－n×标准偏差作为电流阈值X并实时地更新。其中n为3以上且4以下的正数。
[0062] (C)在排气阀18关闭，且驱动电流I低于电流阈值X的情况下判定为喘振。
[0063] (D)在判定为喘振的情况下，打开排气阀18并对压缩气体2进行排气。
[0064] 图2是本发明的方法的说明图。此外在该图中，n为3。
[0065] 在该图中，横轴为时间t，纵轴为驱动电流I。采样周期ts在后述实施例中为50msec(0.05秒)。另外，采样期间tp在后述实施例中为约25秒。
[0066] 采样周期ts只要能够追随喘振防止控制装置30的控制则优选为较短的，但能够在10msec(0.01秒)以上，1秒以下的范围内任意地设定。
[0067] 采样期间tp能够以上述母体的标本数优选地成为100以上的方式在例如1秒以上，100秒以下的范围内任意设定。此外，标本数还可以小于100。
[0068] 使用上述装置，本发明的方法包括以下A～D各步骤。
[0069] 在(A)中，以采样周期ts检测驱动电流I。
[0070] 在(B)中，将以在采样期间tp测量的多个驱动电流I的移动平均值－n×标准偏差σ作为电流阈值X并实时地更新。其中n为3以上且4以下的正数。
[0071] 在(C)中，在排气阀18关闭，且驱动电流I低于电流阈值X的情况下判定为喘振。
[0072] 在(D)中，在判定为喘振的情况下，打开排气阀18并对压缩气体2进行排气。
[0073] 根据上述本发明的装置以及方法，由于通过喘振防止控制装置30，(B)将以在采样期间tp测量的多个驱动电流I的移动平均值－n×标准偏差σ作为电流阈值X并实时地更新，其中n为3以上且4以下的正数，(C)在排气阀18关闭，且驱动电流I低于电流阈值X的情况下判定为喘振，因而不会受到驱动电流I的起伏(偏差)的影响，能够可靠地检测喘振现象。
[0074] 如上所述，若离心压缩机12进入喘振，则压缩机12不做功，因而在喘振的同时，压缩机12的轴动力减少，能够观测为电动机14的驱动电流I的变化。
[0075] 电动机14的驱动电流I根据压缩机12的运转状态而变化，因而不是一定的，但是若对于标本的分布和标准偏差应用包含于3σ(计算的标准偏差的三倍)的标本数量为99%以上这种统计手法，则能够通过计算标准偏差σ来推测驱动电流I的起伏量。
[0076] 即，计算移动平均值和移动平均值计算区间的标准偏差σ，若假定电流阈值X＝(移动平均值－n×标准偏差σ，n为3以上且4以下的正数)，则在驱动电流I低于该电流阈值X的情况下，认为超过了通常产生的驱动电流I的起伏的幅度，能够视作有较高可能性较高概率地产生了喘振现象，能够不需要手动介入的调整。
[0077] 低于电流阈值X的数据的明细能够视为“外来噪声导致的突发性数据波动”、“喘振发生”，由于排除了测量数据的起伏，故能够说前者的发生概率是1%以下。即，在假定标本数为100的情况下，能够说异常数据为1个。当前，在设采样期间为tp[秒]，设采样周期为ts[秒]时，喘振现象的发生时间相对于采样周期ts而言足够长，若tp/ts＞100，则在2次以上连续低于电流判定值的情况下，能够全部排除“突发性数据波动”，发生现象的原因能够视为喘振产生。
[0078] 基于该观点，确认了喘振发生时的电流举动，根据该判定方案，从喘振发生到喘振检测为止的检测延迟在实施例中为1秒以内(例如0.6秒左右)。
[0079] 因而，通过后述实施例确认了该判定方案若设置适当的采样期间tp以及采样周期ts，则能够以1秒以内的检测延迟可靠地检测喘振发生。
[0080] 但是，驱动电流I小于电流阈值X的现象在突然打开排气阀18的情况下也成立。因此，在本发明中，将排气阀18为全闭或中间开度作为喘振判定的前提条件。
[0082] 具体而言，“全开”一般多指从开度约95%附近到100%，但有时也设定在90%附近。
[0083] 例如，蝶形阀理论上运动90deg，但在相对于流动而使0deg为全闭的情况下，也存在将60deg定义为开度100%以结束上限的使用方法。因而，“全开”能够定义为“在运用上成为最大的开度”。
[0084] 另外，“全闭”一般多为从开度约5%附近到0%，但在压缩机的IGV中，也存在将30%定义为全闭那样的使用方法。
[0085] 因而，与全开侧同样地，“全闭”能够定义为“在运用上成为最小的开度”。
[0086] 中间开度是指不是“全开”或“全闭”的开度状态。即，喘振防止控制中的中间开度是指“排气阀有打开的余地的开度”，意思是大致一定开度的状态。
[0087] 在压缩机的排气阀(放气阀)设计方面，由于若使排气阀为全开，则排出压力与额定规格点相比下降，故通常在对成套设备送气的状态下，不会进行成为全开那样的运用。
[0088] 因而，在进行喘振防止控制的情况下，从全闭或中间开度(排气阀有打开余地的开度)更大地打开排气阀。
[0091] (喘振发生点的确定)另外，根据本发明的方法，以一定周期(采样周期ts)存储离心压缩机12的运转数据一定时间(采样期间tp)，以判定为喘振的时间点为基准，参照从其回溯的时间点的运转数据，求喘振发生点的运转数据。
[0092] 即，在喘振防止控制装置30内部，能够以一定周期存储压缩机12的运转数据一定时间期间，并记录于喘振防止控制装置30的记录装置(记录缓冲器等)，以检测到喘振的时间点为基准，参照从其稍微回溯的时间点(例如1秒前)的运转记录，用作喘振发生时间点的信息，从而记录正确的喘振发生点。
[0093] (使用了喘振发生点的数据库的喘振线5的自动更新)另外，根据本发明的方法，将喘振发生点的运转数据存储于数据库，基于该数据库来更新离心压缩机12的喘振线5。
[0094] 关于压缩机12的运转环境，在以从1个小时到一天这种较短的时间单位考虑的情况下，运转条件能够看作大致一定，因而若能够将1份以上压缩机12的喘振发生时的数据保存于控制装置，则能够大概预测压缩机12的喘振线。
[0095] 将喘振的发生点作为标本而记录为喘振发生数据库，从记录于数据库的数据提取适当的标本，使用最小二乘法等通过多项式近似来推测喘振线5。
[0096] (喘振防止线6的变更)另外，根据本发明的方法，如下地设定喘振防止线6(参照图3)。
[0097] (E)相对于喘振线5以不受到季节或时效变化的影响的大小的喘振裕度设定喘振防止线6。
[0098] (F)在离心压缩机12的动作点与喘振防止线6相比位于低流量侧的情况下，打开排气阀18并对压缩的气体2进行排气。
[0099] (G)将喘振防止线6以移位周期朝喘振线5移位并慢慢接近喘振线5。移位周期在后述示例中为1个小时，移位量例如为额定流量的0.001%。
[0100] (H)在判定了喘振的情况下，将喘振防止线6向大流量侧移位并以具有所述喘振裕度的方式进行再设定。
[0101] 例如，关于将空气1压缩的离心压缩机12的喘振线5，已知夏季与冬季不同，若喘振线5设定在大流量侧，则有可能放气控制在喘振线5的足够近前处起作用。
[0102] 因此，关于喘振防止线6，若进行逐渐向低流量侧移位那样的运算，则喘振防止线6最终与喘振线5渐近，在压缩机12的运转中到达喘振线5。
[0103] 从而若使用本发明的方法，则能够可靠地检测喘振，因而在检测到喘振的情况下，通过将喘振防止线6稍微向大流量侧重设，修正为最佳的运转，能够兼顾压缩机12的稳定动作、节能。
[0104] (对运转条件变化的对应)离心压缩机12理想的是将横轴作为流量，将纵轴作为压力比进行控制。
[0105] 另一方面，通过作为流量的替代而使用电动机14的驱动电流I，能够提高价格性能比。压缩机12的控制装置标准地测量的项目是电动机14的驱动电流I和排出压力Pd，作为选项能够容易地测量吸入压力Ps、吸入温度Ts。
[0106] 若是将空气1压缩的固定式离心压缩机12，则由于吸入压力Ps与大气压力等价，故能够考虑标高，作为常数输入以代用。
[0107] 通过一同将压力比П(＝排出压力Pd/吸入压力Ps)用于纵轴，能够适当地导入压缩机12的运转条件的变化并构建喘振线5。
[0108] (电动机14的驱动电流I的功率换算方法)虽然电动机14的驱动电流I与电动机14的轴输出W不是完全的线性，但通过使用电动机
14的特性表，将电动机14的驱动电流I换算为相当的轴输出并用于流量运算，能够提高与实际流量的相关性。
14的特性表，将电动机14的驱动电流I换算为相当的轴输出并用于流量运算，能够提高与实际流量的相关性。
[0109] 实施例11.喘振线5的无量纲化
在电流I—排出压力Pd的动作线图中，若不对季节的变化导致的气温、气压的波动进行补正，则喘振线5因季节、运转场所而变化。这些条件引起的性能变化能够通过从电流I—排出压力Pd转换为流量Q—压力比П的动作线图(参照图3)来进行标准化。压力比П能够通过吸入压力Ps和排出压力Pd而求得，流量能够通过数学式1的补正式(1)而求得。
在电流I—排出压力Pd的动作线图中，若不对季节的变化导致的气温、气压的波动进行补正，则喘振线5因季节、运转场所而变化。这些条件引起的性能变化能够通过从电流I—排出压力Pd转换为流量Q—压力比П的动作线图(参照图3)来进行标准化。压力比П能够通过吸入压力Ps和排出压力Pd而求得，流量能够通过数学式1的补正式(1)而求得。
[0110] [数学式1]其中，α为常数，Ps、Pd为绝对压力、Ts为吸入温度。在离心压缩机12为空气压缩机的情况下，能够使Ps≒1，Ts＝外部空气温度。
[0111] 若适当地补正α，则Q能够换算为Nm3/hr。
[0112] 在每次扫描时执行公式(1)，利用求得的流量Q、压力比П进行喘振防止控制(FIC)。喘振线5以流量Q—压力比П表示。
[0113] 图3是喘振线和喘振防止线的说明图。
[0114] 在该图中，横轴为流量Q，纵轴为压力比П。另外，图中的5表示喘振线，6表示喘振防止线，c1、c2表示离心压缩机12的转速一定线，d表示设定压力比，e表示额定流量。另外，图中的两个箭头示出离心压缩机12的容量控制范围。
[0115] 相对于喘振线5向大流量侧设置喘振裕度而设定喘振防止线6。以流量换算，喘振裕度以往为10～15%左右，在本发明中，在0～5%的范围内设定。
[0116] 如上所述，在离心压缩机12为空气压缩机的情况下，能够使Ps≒1，此时，设定压力比d意味着设定压力。
[0117] 从图3可知，根据本发明，不需要像以往那样较大地设定喘振裕度，因而能够较小地设定喘振裕度以大幅地扩大离心压缩机12的容量控制范围。
[0118] 2.喘振发生点的记录、蓄积图4(A)是喘振发生点的说明图，图4(B)是喘振数据的示例。
[0119] 在图4(A)中，×符号是标出喘振发生时的流量和压力比的符号。为了形成理想的喘振线5，必须在使喘振突入压力变化的同时记录流量和压力比。因此，为了以尽量少的喘振形成喘振线5，根据如图4(B)所示的若干流量和压力比的数据，通过线性内插来求近似直线。
[0120] 图5是示出喘振检测后的处理流程的图。
[0121] 若在图5的S1的“喘振判定”中检测到喘振(真)，则在S2中进行警报的发生、以及喘振防止的处理，接着在S3中进行喘振发生点记录缓冲器的更新。如在图中以虚线表示的框内的(a)(b)所示，向指针所指的喘振发生点记录缓冲器的地址号码写入时刻、流量和压力比，通过指针的前移(繰り上げ)来进行该更新。
[0122] 图6是示出喘振发生点的处理方法的图。
[0123] 在喘振发生时，流量以及压力比产生剧烈变化，因而通过在检测到喘振的瞬间记录发生点的方法，不能够获得稳定的数据。因此，将喘振发生以前的稳定状态作为发生点，像图6那样，以一定间隔(例如1秒间隔)进行流量Q以及压力比П的采样，在喘振检测时停止采样，将最后的采样数据作为发生点。
[0124] 图7(A)(B)是示出喘振线重建时的有效数据提取处理的图。
[0125] 由于喘振线重建是基于最小二乘法的直线近似，故在所记录的发生点各自接近的情况下，作为近似的元数据是不充分的。因此，在新记录的数据基于压力远离某程度的情况下，作为喘振线重建的有效数据。图7(A)(B)示出判别该有效数据的算法。如图7(A)所示，若设将Π1、Π2、Π3作为压力比的喘振发生点并分别依次记录，则最初的数据Π1由于没有进行比较的数据，故判别为有效数据，接下来的Π2由于与Π1远离，故其也判别为有效数据。但是，由于П3在П1与П2之间，距П1和П2都较近，故如图7(B)所示，判别为无效数据。
[0126] 作为样本的收集方法，理想的是在压缩机12的使用时自动地引起喘振，在运转中背景下进行喘振线重建的处理。但是，在不能够通过喘振防止控制来抑制喘振时的较大举动的情况下，该方法难以实现。在该情况下，作为压缩机12的劣化诊断测试，通过引起若干喘振来进行收集。
[0127] 3.喘振线推测图8A和图8B是示出喘振线5的重建的图，图9(A)(B)是示出折线数据的更新的图。
[0128] 喘振线5的重建通过最小二乘法来求近似直线。像图9(A)(B)那样，通过折线表格来保存喘振线5，通过压缩机12的性能曲线来求初始设定值。
[0129] 在此，折线表格是指使用预先定义的数表将输入信号替换读取，输出适当的值的功能要素，相当于JIS-Z8103中的“转换器”。
[0130] 根据通过最小二乘法而求得的一次函数的系数，对全部流量值求该折线表格的压力比并更新。通过该处理来像图8B那样重建喘振线5。
[0131] 另外，在喘振的发生次数为1次的情况下，像图8A那样作为通过原点和该发生点的直线。
[0132] 4.喘振检测功能在本发明的方法中，如图2所示，将从移动平均值减去标准偏差σ的三倍的值作为电流阈值X，实现了通用性高的喘振检测功能。
[0133] 另外，在以往的方法中，不能够明确地区别喘振和其他剧烈的流量需求增加、强制无负载等电流减少。因此，在本发明的方法中，采用在强制无负载操作(排气阀18的开放)的同时使喘振判定功能无效、和在驱动电流I低于电流阈值X时将压力是否去往喘振线5方向(是上升倾向还是下降倾向)用于喘振判定这两个方法。
[0134] 5.喘振数据收集将模拟输入输出值作为对象，将喘振发生前后的回忆数据(recall data)作为喘振数据而自动地进行收集。
[0135] 若判定为喘振，则从进行了采样的喘振前的记录缓冲器开始，采样数据写入喘振记录缓冲器的前半部，从之后的区域起开始进行采样直到数据数N_log个为止的处理。若采样数达到数据数N_log个，则结束采样，成为能够保存至闪速存储器的状态。
[0136] 在此“N_log”为变量。
[0137] 在判定为喘振时，作为用于推测正确的喘振发生点的方案，使用每一定时间记录于计算机的测量值(测量值的母体)，将从进行了喘振的发生判定的时间点开始回溯一定时间(约1秒左右)的数据采用为“喘振发生紧前的数据”。
[0138] 喘振数据的收集目的是为了准确地把握喘振发生的时间点的压缩机运转状态，作为数据解析的基础资料。
[0139] “进行采样直到数据数N_log为止”是指将标本记录于计算机的记录装置，直到“N_log”个为止的行为。
[0140] 由于能够记录的标本数存在极限，故出于限定数量的意图而将“N_log”用作上限设定的变量名。在达到记录上限的情况下，伴随从旧数据开始进行盖写消除之类的处理。
[0141] 图10是示出本发明的实施例的图。
[0142] 在该图中，横轴为时间(秒)，左侧的纵轴为电流(A)，右侧的纵轴为压力(MPa)。另外，图中的曲线为排出压力Pd、驱动电流I、驱动电流I的移动平均值、标准偏差σ、以及电流阈值X。
[0143] 另外，本例中的采样周期ts为50m秒，采样期间tp为25秒。
[0144] 在本例中，若使排出压力Pd从约0.86MPa慢慢减少至0.25MPa，则与此相伴驱动电流I降低，移动平均值和电流阈值X也降低。
[0145] 图11是图10的A部放大图。该范围在图10中为0.5～1秒，相当于测量时间中的711.5～712秒。
[0146] 此外，在该测量结果中，驱动电流I的移动平均值为约31.5A，标准偏差σ的3倍(3σ)为约±0.2A，驱动电流I的正常运转范围为31.5±0.2A。
[0147] 在图11中，驱动电流I的降低从711.8秒开始，在711.9秒时驱动电流I低于电流阈值X，判定为喘振。因而，从驱动电流I的开始降低到喘振判定(711.9秒附近)的时间为约0.1秒。
[0148] 因而，通过本实施例确认了，根据本发明，能够以1秒以内的检测延迟可靠地检测喘振发生。
[0149] 另外，在本例中，没有伴随喘振的噪声，也未检测到振动、压力波动。
[0150] 另外，在本实施例中，作为可靠地进行喘振检测而所需的条件，确认了下述内容。
[0151] 采样周期：200ms以下。这是正确地检测喘振所需的时间。
[0152] 移动平均值区间：6秒钟以上2分钟以下。重要的是与压缩机的动态特性相比足够慢，需要6秒钟以上。另外，重要的是与成套设备的动态特性相比足够快，2分以下则足够。
[0153] 标准偏差阈值：3倍(3σ)。3σ在标准正态概率分布中相当于99.865%相当。
[0154] 上述本发明具有以下特征。
[0155] (1)电动机14的驱动电流I的跌落判定使用移动平均值和移动平均值计算区间的标准偏差σ，根据压缩机12的运转状态，动态地变更判定值(电流阈值X)。
[0156] 另外，通过检测电动机14的驱动电流I的跌落，与压缩机12的动作点进行比较而判定为喘振。
[0157] 另外，由于驱动电流I的波动的持续时间未被采用于判断基准中，故到喘振判定为止的时间极端(约1秒以内)。
[0158] 由于在判定值(电流阈值X)的计算中使用统计手法，故只要压缩机12正常运转，则判定为喘振的概率非常高。
[0159] (2)关于喘振发生时的数据，使用为了计算移动平均值而蓄积的数据缓冲器，采用规定时间前的运转状态。
[0160] 通过使用该方法，能够正确地记录喘振发生点。
[0161] (3)电动机14的驱动电流I虽然与流量为相关关系，但由于受到压缩机12的运转状态(吸入温度Ts、吸入压力Ps、排出压力Pd等)的影响，故不一定保证在1年中电流与流量的关系稳定。
[0162] 因此，由于使用将驱动电流I换算为流量Q的公式(1)，故即使压缩机12的运转状态变化，驱动电流I与流量Q的关联性也不变化。
[0163] (4)将喘振发生点作为数据库(在统计学的用语中为组(集団))而保存于控制装置内部的记录装置，通过使用最小二乘法的手法，使用从组中适当地提取的标本来计算相关函数的手法推测喘振线5。
[0164] 若从组提取标本的手法适当，则能够自动地求与实施喘振试验求喘振线5相同的概率。
[0165] (5)关于喘振线5与喘振防止线6之间的裕度，在长时间未发生喘振的情况下，能够评价为喘振裕度具有富余，因而能够进行裕度的削减调整，若设上述移位周期为例如1个小时，设移位量为例如每1个小时0.001%等，则能够自动化。
[0166] 作为削减了喘振裕度的结果，在发生了喘振的情况下，将喘振裕度的削减量考虑为课题，因而能够设置通过将裕度增加＋1%等手法将裕度自动复原的机制。
[0167] 通过该方法，能够自动将喘振裕度调整为最佳值。在该情况下，推测喘振裕度为例如3～7%的波动范围。
[0168] (6)作为对压缩机12的喘振发生点补正了运转状态变化的值来求用于控制的喘振线5，因而与单纯地使用了驱动电流I和流量Q的喘振线5相比无量纲化程度较高，喘振线5的可靠性高。
[0169] 而且，通过喘振发生检测的响应速度和可靠性，即使假设喘振线5错误，也能够安全地避免喘振。
[0170] 因此，能够将以往设在喘振线5与喘振防止线6之间的流量裕度10～15%缩窄至极限(0～5%)。
[0171] 其结果，与以往方案相比较，压缩机12的节流极限能够扩大5%以上，能够实现在进行了低压＋ON/OFF控制动作的情况下的负载/无负载运转次数的削减、和节能运转。
[0172] 根据上述本发明，能够获得以下a～e的效果。
[0173] a.能够在大致1秒以内(比人的认知快地)检测压缩机12的喘振。
[0174] 其结果，在检测到喘振之后，能够迅速地转移至放气控制，能够在不引起与喘振发生一起发生的轴振动的增加的情况下安全地避免喘振现象。
[0175] 换言之，此前即使发生喘振也没有能够可靠地避免的方案，因而进行如下运用，即，将喘振线5与喘振防止线6之间的裕度确保为10～15%左右，即使发生测量误差，也绝对不进入喘振。
[0176] 与此相对，根据本发明的方法，即使使喘振裕度为极限的0，也能够在不对压缩机12造成不良影响的情况下进行稳定运用，因而与以往相比能够进行5%以上的节流控制，能够兼顾低流量侧的控制稳定性的提高和节能。
[0177] b.能够区分空气需求急增(包含强制无负载操作)与喘振。
[0178] 不仅是控制装置内部的信号，即使在需求地的设备端施加干扰，也能够适当地进行喘振判定，因而能够进行压缩机12的稳定运用。
[0179] c.能够正确地进行喘振线推测。
[0180] 由于能够正确地确定喘振发生点，故从喘振发生点的数据库提取标本并通过最小二乘法求得的喘振线5的可靠性高。
[0181] d.通过实现将喘振线5慢慢地向低流量侧移动的算法和可靠的喘振判定算法，即使喘振线5变化，也能够使喘振防止线6始终与喘振线5渐进，以往需要10～15%的从喘振线5到喘振防止线6的富余量(喘振裕度)能够削减至0～5%，与以往相比能够以5～15%左右的范围扩大减量运转范围。
[0182] 其结果，能够进行大幅的减量范围扩大，实现压缩机12的节能和压力控制的稳定性提高。
[0183] e.能够对应压缩机12的运转条件变化。
[0184] 由于喘振防止线6能够大致正确且自动地更新，故能够将电动机14的驱动电流I换算为流量，使用流量和压力比进行压缩机12的喘振防止控制。
[0185] 其结果，若与单纯地使用电动机14的驱动电流I和排出压力的控制方式相比，则无量纲化的程度变高，与喘振判定的可靠性相互结合，喘振防止控制的可靠性提高。
[0187] 符号说明1 气体、
2 压缩气体、
3 低压部分、
4 需求地、
5 喘振线、
6 喘振防止线、
10 离心压缩设备、
12 离心压缩机(压缩机)、
14 电动机、
16 电流检测器、
18 排气阀、
19 排出阀、
22 吸入压力计、
24 排出压力计、
26 吸入温度计、
30 喘振防止控制装置、
32 动力计算机、
34 流量计算机、
36 压力比计算机。
2 压缩气体、
3 低压部分、
4 需求地、
5 喘振线、
6 喘振防止线、
10 离心压缩设备、
12 离心压缩机(压缩机)、
14 电动机、
16 电流检测器、
18 排气阀、
19 排出阀、
22 吸入压力计、
24 排出压力计、
26 吸入温度计、
30 喘振防止控制装置、
32 动力计算机、
34 流量计算机、
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