特許 6310930 １つまたは複数の測定信号に障害があるとき圧縮機を作動させる方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6310930

(24)【登録日】2018年3月23日

(45)【発行日】2018年4月11日

(54)【発明の名称】１つまたは複数の測定信号に障害があるとき圧縮機を作動させる方法

(51)【国際特許分類】

   F04D 27/02 20060101AFI20180402BHJP

【ＦＩ】

   F04D27/02 B

   F04D27/02 A

【請求項の数】8

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2015-540159(P2015-540159)

(86)(22)【出願日】2013年11月5日

(65)【公表番号】特表2015-533402(P2015-533402A)

(43)【公表日】2015年11月24日

(86)【国際出願番号】EP2013073047

(87)【国際公開番号】WO2014072286

(87)【国際公開日】20140515

【審査請求日】2016年10月26日

(73)【特許権者】

【識別番号】513243790

【氏名又は名称】ヌオーヴォ ピニォーネ ソチエタ レスポンサビリタ リミタータ

【氏名又は名称原語表記】ＮＵＯＶＯ ＰＩＧＮＯＮＥ Ｓ．Ｒ．Ｌ．

(74)【代理人】

【識別番号】100137545

【弁理士】

【氏名又は名称】荒川 聡志

(74)【代理人】

【識別番号】100105588

【弁理士】

【氏名又は名称】小倉 博

(74)【代理人】

【識別番号】100129779

【弁理士】

【氏名又は名称】黒川 俊久

(74)【代理人】

【識別番号】100113974

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 拓人

(72)【発明者】

【氏名】ガレオッティ，ダニエレ

【審査官】 田谷 宗隆

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２０１３／０１２９４７７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１２／００７５５３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 米国特許第０４８２５３８０（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０４Ｄ ２７／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

圧縮機（１）を作動させる方法（１００）であって、
− 前記圧縮機のそれぞれの吸込み部分または吐出し部分におけるそれぞれの複数の測定値から得られた複数の測定データ（Ｐ_s、Ｐ_d、Ｔ_s、Ｔ_d、ｈ_s、ｈ_d）を取得するステップ（１０５）と、
− 前記圧縮機（１）によって圧縮されたガスの分子量（Ｍ_w）を計算することにより、前記測定データ（Ｐ_s、Ｐ_d、Ｔ_s、Ｔ_d、ｈ_s、ｈ_d）の相合を確認するステップ（１２０）と、
− 前記測定データ（Ｐ_s、Ｐ_d、Ｔ_s、Ｔ_d、ｈ_s、ｈ_d）の第１の測定値に障害がある場合には、前記分子量（Ｍ_w）の最近の有効な値および前記測定データ（Ｐ_s、Ｐ_d、Ｔ_s、Ｔ_d、ｈ_s、ｈ_d）の有効な測定値に基づいて前記第１の測定値を推定値で置換するステップ（１３０）と、
− 前記推定値および前記測定データ（Ｐ_s、Ｐ_d、Ｔ_s、Ｔ_d、ｈ_s、ｈ_d）の有効な測定値に基づいて、サージ防止マップ（３００、４００）上の推定の動作点（３０２、４０２）を求めるステップと、
を含む、方法（１００）。

【請求項2】

前記置換するステップ（１３０）が、所定の安全時間期間（ｔ₁）中に遂行される請求項１に記載の方法（１００）。

【請求項3】

前記測定データ（Ｐ_s、Ｐ_d、Ｔ_s、Ｔ_d、ｈ_s、ｈ_d）の第２の測定値に障害がある場合、または前記安全時間期間（ｔ₁）の最後に、
− 前記第１および第２の測定値の最大値および／または最小値に基づいて、前記第１および第２の測定値をそれぞれの最悪の場合の値で置換するさらなるステップ（１４０）と、
− 前記最悪の場合の値および前記測定データ（Ｐ_s、Ｐ_d、Ｔ_s、Ｔ_d、ｈ_s、ｈ_d）の前記有効な測定値に基づいて、前記サージ防止マップ（３００、４００）上の最悪の場合のポイント（３０３、４０３）を求めるステップと、
をさらに含む、請求項２に記載の方法（１００）。

【請求項4】

前記測定データ（Ｐ_s、Ｐ_d、Ｔ_s、Ｔ_d、ｈ_s、ｈ_d）の前記相合を確認する前記ステップ（１２０）において、前記計算された分子量（Ｍ_w）が許容値の区間と比較される、請求項１乃至３のいずれかに記載の方法（１００）。

【請求項5】

前記サージ防止マップ（３００、４００）が無次元のサージ防止マップである、請求項１乃至４のいずれかに記載の方法（１００）。

【請求項6】

前記第１の測定値が、前記サージ防止マップのタイプと、前記圧縮機の流量エレメント（ＦＥ）の位置とに依拠するものである、請求項１乃至５のいずれかに記載の方法（１００）。

【請求項7】

前記第１の測定値が、
− 吸込み（Ｐ_s）における圧力、
− 吐出し（Ｐ_d）における圧力、
− 吸込みの流量エレメントにおける圧力降下（ｈ_s）または吐出しの流量エレメントにおける圧力降下（ｈ_d）、
− 吸込みの温度（Ｔ_s）、
− 吐出しの温度（Ｔ_d）、
のうちの１つである、請求項１乃至６のいずれかに記載の方法（１００）。

【請求項8】

１つまたは複数のデジタルコンピュータ上で実行されたとき、請求項１乃至７のいずれか１項記載の方法のステップを実行するのに適切であるソフトウェアコードの部分を含む、コンピュータプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、１つまたは複数の測定信号に障害があるとき、サージ防止コントローラに、サージ防止弁を開くことによる介入をさせることなく、圧縮機を作動させ続けると同時に、複数のフォールバック方策によって適切なレベルの保護をもたらす方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

サージ防止コントローラは、不変の圧縮機マップにおける圧縮機の動作点の位置を識別するために、複数のセンサおよび伝送器による複数のフィールド測定値を必要とする。たとえば伝送器とコントローラの間の通信損失といった、必要な測定に障害がある場合には、動作点の位置は評価されない。このとき、圧縮機を安全に作動させるために、一般に、最悪の場合の手法が用いられる。この手法では、障害のある測定値が、動作点をサージラインの方へ、できる限り安全にシフトすることを可能にする値で置換される。たとえば吸込みに流量エレメントを含んでいる圧縮機の設備では、
− 吐出し圧力値の損失の場合には、後者は、その最大の可能な値で置換され、
− 流量エレメントの差圧値（ｈ）の損失の場合には、そのような差圧の最低の可能な値（すなわちゼロ値）が選択される。

【0003】

いずれにせよ、この最悪の場合の手法は、実際の動作条件からすれば必要でないときさえサージ防止弁を開く傾向があり、通常、処理の有用性が失われる。

【0004】

したがって、圧縮機を安全に作動させるのと同時に、公知の従来技術の上記の不都合を防止することを可能にする改良された方法を提供することが望ましいであろう。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】米国特許第４８２５３８０号明細書

【発明の概要】

【0006】

第１の実施形態によれば、本発明は、圧縮機を作動させる方法を提供することによってそのような目的を達成するものであり、この方法は、
− 圧縮機のそれぞれの吸込み部分または吐出し部分におけるそれぞれの複数の測定値から得られた複数の測定データを取得するステップと、
− 圧縮機によって圧縮されたガスの分子量を計算することにより、測定データの相合を確認するステップと、
− 前記測定データの第１の測定値に障害がある場合には、前記分子量の最近の有効な値および前記測定データの有効な測定値に基づいて前記第１の測定値を推定値で置換するステップと、
− 前記推定値および前記測定データの有効な測定値に基づいて、サージ防止マップ上の推定の動作点を求めるステップとを含む。

【0007】

本発明の別の態様によれば、前記第１の測定値を推定値で置換する前記ステップは、所定の安全時間期間中に遂行される。

【0008】

本発明のさらなる態様によれば、この方法は、前記測定データの第２の測定値に障害がある場合、または安全時間期間の最後に、
− 前記第１および第２の測定値の最大値および／または最小値に基づいて、前記第１および第２の測定値をそれぞれの最悪の場合の値で置換するさらなるステップと、
− 前記最悪の場合の値および前記測定データの有効な測定値に基づいて、サージ防止マップ上の最悪の場合のポイントを求めるステップとを含む。

【0009】

そのような方法では、無次元の解析によって与えられた圧縮機の挙動モデルを考慮して、１つの障害のある測定値が、残りの複数の健全な測定データを用いることによって計算される。マップ上で、測定された動作点を推定の動作点で置換すると、動作点の位置決めに関する不連続が防止され、したがって、サージ防止制御の不要な介在および処理の混乱が防止される。

【0010】

本発明の他の目的の特徴および利益が、本発明の実施形態の以下の説明を以下の図面とともに理解することから明らかになるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明による、圧縮機を作動させる方法の全般的なブロック図である。

【図2】図１の方法の部分的ブロック図である。

【図3a】本発明の方法によって作動され得る圧縮機の第１の例の概略図である。

【図3b】図３ａの圧縮機のサージ防止マップの図である。

【図4】図３ａの圧縮機に関して、図１の方法によって管理され得る障害状態に対応する図３ｂのサージ防止マップの図である。

【図5】図３ａの圧縮機に関して、図１の方法によって管理され得る、図４のものとは別の障害状態に対応する図３ｂのサージ防止マップの図である。

【図6】図３ａの圧縮機に関して、図１の方法によって管理され得る、図４、図５のものとは別の障害状態に対応する図３ｂのサージ防止マップの図である。

【図7a】本発明の方法によって作動され得る圧縮機の第２の例の概略図である。

【図7b】図７ａの圧縮機のサージ防止マップの図である。

【図8】図７ａの圧縮機に関して、図１の方法によって管理され得る、障害状態に対応する図７ｂのサージ防止マップの図である。

【図9】図７ａの圧縮機に関して、図１の方法によって管理され得る、図８のものとは別の障害状態に対応する図７ｂのサージ防止マップの図である。

【図10】図７ａの圧縮機に関して、図１の方法によって管理され得る、図８、図９のものとは別の障害状態に対応する図７ｂのサージ防止マップの図である。

【図11】図７ａの圧縮機に関して、図１の方法によって管理され得る、図８〜図１０のものとは別の障害状態に対応する図７ｂのサージ防止マップの図である。

【図12】図７ａの圧縮機に関して、図１の方法によって管理され得る、図８〜図１１のものとは別の障害状態に対応する図７ｂのサージ防止マップの図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

図１と、図３ａおよび図７ａの例の概略図とを参照して、本発明による、遠心圧縮機１を作動させる方法が、全体として１００で示されている。方法１００は、サージ防止マップ上の動作点を求めるのに用いられる測定値の妥当性を検証することによって圧縮機１を作動させるものである。１つまたは複数の測定値が欠落している場合、フォールバック方策がもたらされる。方法１００の最後に、測定値または計算値である複数の値が、サージ防止マップ上の動作点を計算するのに利用可能になる。

【0013】

この方法は、たとえばＰＬＣシステムといった、圧縮機１に関連した制御ユニットによって繰り返し実行される。方法１００の２つの連続した実行の間の時間間隔は、一般に制御ユニット（ＰＬＣ）の走査時間に対応するものである。

【0014】

方法１００は、遠心圧縮機１の吸込みおよび吐出しに接続されたそれぞれの複数の測定器から複数の測定データを取得する予備のステップ１０５を含む。測定データは、
− 吸込み圧力Ｐ_sと、
− 吐出し圧力Ｐ_dと、
− 吸込み温度Ｔ_sと、
− 吐出し温度Ｔ_dと、
− それぞれ吸込みまたは吐出しにおける流量エレメントＦＥ上の差圧ｈ_s＝ｄＰ_sまたはｈ_d＝ｄＰ_dとを含む。

【0015】

上記のデータは、サージ防止マップ上の圧縮機１の動作点を求めるために通常用いられるものである。

【0016】

方法１００に用いられるサージ防止マップは、無次元のサージ防止マップである。様々なタイプのサージ防止マップが用いられ得る。流量エレメントＦＥが圧縮機１の吸込み側に配置されている場合、ｈ_s／Ｐ_s（横座標）対Ｐ_d／Ｐ_s（縦座標）のマップ３００が用いられる（図３ｂ、図４〜図６）。無次元のマップ３００が用いられるとき、マップ上の動作点位置を識別するのに、ｈ_s、Ｐ_sおよびＰ_dの３つの測定値が必要とされる。完全な無次元の解析には、以下でより詳細に説明されるように、吸込みのガス温度Ｔ_sおよび吐出しのガス温度Ｔ_dの測定値が必要である。流量エレメントＦＥが圧縮機１の吐出し側に配置されている場合、ｈ_s／Ｐ_s対Ｐ_d／Ｐ_sマップ４００が用いられる（図７ｂ、図８〜図１０）。しかしながら、後者の場合、ｈ_s＝ｄＰ_sは有効でなく、当技術分野で公知の次式を用いて計算する必要がある。

【0017】

ｈ_s＝ｈ_d・（Ｐ_d／Ｐ_s）・（Ｔ_s／Ｔ_d）・（Ｚ_s／Ｚ_d） （Ａ）
マップ４００上の動作点の位置を識別するために式Ａを適用するには、ｈ_d、Ｐ_s、Ｐ_d、Ｔ_s、Ｔ_dの５つの測定値の組が必要である。

【0018】

あるいは、流量エレメントＦＥが吸込みに配置されていようと吐出しに配置されていようと、圧縮比Ｐ_d／Ｐ_sの代わりに、低減されたヘッドｈ_rが、横軸上のｈ_s／Ｐ_sとともに縦軸上にマッピングされ得る。後者のマップが用いられるとき、マップ上の動作点の位置を識別するには、ｈ_rを計算することにより、ｈ_s、Ｐ_s、Ｐ_d、Ｔ_s、Ｔ_dの５つの測定値が必要である。

【0019】

方法１００は、予備のステップ１０５の後、圧縮機１の吸込みおよび吐出しに接続されている複数の測定器の間で測定器の障害を検出する第１の有効なステップ１１０を含む。

【0020】

第１のステップ１１０の間に測定器の障害が検出されなければ、方法１００は、複数の測定データの相合を確認する第２の有効なステップ１２０を始める。第２のステップ１２０は、流量エレメントｈ_sまたはｈ_dの差圧における温度の測定データＴ_s、Ｔ_d、圧力の測定データＰ_s、Ｐ_dと、以下で、吸込み状態における分子量とガス圧縮性Ｚ_sの間の比Ｍ_w／Ｚ_sの計算に関して説明される（図２に表される）プロシージャ２００とに基づいて、圧縮機１によって圧縮されたガスの分子量Ｍ_wを計算する第１のサブステップ１２１を含む。

【0021】

プロシージャ２００は、プロシージャ２００の先の実行で計算された値を用いて比Ｍ_w／Ｚ_sの第１の値を設定する初期化動作２０１を含む。プロシージャ２００が初めて実行されるので、そのような値が利用可能でない場合には、吸込み状態における分子量Ｍ_wおよびガス圧縮性Ｚ_sの設計条件値が用いられる。反復プロシージャ２００には、初期化動作２０１の後に、後続の操作２１１〜２２０を連続的に遂行するサイクル２１０が含まれる。

【0022】

反復サイクル２１０の１回目の動作２１１中に、当技術分野で公知の次式によって吸込み密度γ_sが計算され、
γ_s＝Ｐ_s／（Ｒ・Ｔ_s）・（Ｍ_w／Ｚ_s）_i-1 （Ｂ）
（Ｍ_w／Ｚ_s）_i-1は、反復サイクル２１０の以前の反復で計算された、または反復サイクル２１０が初めて実行される以前に初期化動作２０１で計算されたＭ_w／Ｚ_sの値である。

【0023】

反復サイクル２１０の２回目の動作２１２中に、当技術分野で公知の次式によって体積流量Ｑ_vsが計算され、
Ｑ_vs＝ｋ_FE ｓｑｒｔ（ｈ_s・１００／γ_s） （Ｃ）
ｋ_FEは流量エレメントＦＥの定数であり、「ｓｑｒｔ」は平方根関数である。流量エレメントＦＥが圧縮機１の吐出し側に配置されていてマップ４００が用いられる場合、ｈ_sは直接測定されず、式Ａを用いて計算され得る。

【0024】

反復サイクル２１０の３回目の動作２１３中に、当技術分野で公知の次式によってインペラの先端の速度ｕ₁が計算され、
ｕ₁＝Ｎ・Ｄ・π／６０ （Ｄ）
Ｎはインペラの回転速度であり、Ｄはインペラの直径である。

【0025】

反復サイクル２１０の４回目の動作２１４中に、当技術分野で公知の次式によって流量の無次元の係数φ₁が計算される。

【0026】

φ₁＝４・Ｑ_vs／（π・Ｄ²・ｕ₁） （Ｅ）
反復サイクル２１０の５回目の動作２１５中に、当技術分野で公知の次式によって吸込みにおける音速ａ_sが計算され、
ａ_s＝ｓｑｒｔ（ｋ_v・ＲＴ_s／（Ｍ_w／Ｚ_s）_i-1） （Ｆ）
ｋ_vは断熱指数である。

【0027】

反復サイクル２１０の６回目の動作２１６中に、吸込みにおけるマッハ数Ｍ₁が、インペラの先端の速度ｕ₁と吸込みにおける音速ａ_sの間の比として計算される。

【0028】

反復サイクル２１０の７回目の動作２１７中に、φ₁として既知の無次元のデータ配列からの補間およびマッハ数Ｍ₁によって、ヘッドの無次元の係数τとポリトロープ効率ｅｔａｐの間の積が導出される。

【0029】

反復サイクル２１０の８回目の動作２１８中に、当技術分野で公知の次式によってポリトロープヘッドＨ_pcが計算される。

【0030】

Ｈ_pc＝τ・ｅｔａｐ・ｕ₁² （Ｇ）
反復サイクル２１０の９回目の動作２１９中に、当技術分野で公知の次式によってポリトロープ指数ｘが計算される。

【0031】

ｘ＝ｌｎ（Ｔ_d／Ｔ_s）／ｌｎ（Ｐ_d／Ｐ_s） （Ｈ）
反復サイクル２１０の１０回目の最後の動作２２０中に、当技術分野で公知の次式によって比Ｍ_w／Ｚ_sの値が更新される。

【0032】

（Ｍ_w／Ｚ_s）_i＝ＲＴ_s・（（Ｐ_d／Ｐ_s）^x−１）／（Ｈ_pc・ｘ） （Ｉ）
第２のステップ１２０の第２のサブステップ１２２では、Ｍ_w／Ｚ_sの計算された値が、最小値と最大値の間で定義された許容値の区間と比較される。Ｍ_w／Ｚ_sの計算された値がそのような区間の外にあると、第２のステップ１２０の後続の第３のサブステップ１２３で警報が発生される。第２のサブステップ１２２中に遂行される比較検査により、遠心圧縮機１の吸込みおよび吐出しにおける複数の測定器によって遂行された複数の測定値Ｐ_s、Ｐ_d、Ｔ_s、Ｔ_d、ｈ_sまたはｈ_dを確認することが可能になる。これは、具体的には、オペレータが、較正されていない測定器を起動中に識別するのを支援するのに用いることができる。

【0033】

第１の有効なステップ１１０の間に測定器の障害が検出されると、方法１００は、複数の測定器が障害状態にあるかどうか検出する第３のステップ１１３を始める。第３のステップ１１３中に遂行された検査がマイナスであって、測定器の障害が１つしか検出されなかった場合には、方法１００は、所定の安全時間期間ｔ₁にわたって、分子量の最近の有効な値および他の有効な測定データの値に基づいて欠落データ（Ｐ_s、Ｐ_d、Ｔ_s、Ｔ_d、ｈ_sまたはｈ_dのうちの１つ）を推定値で置換するフォールバックステップ１３０を継続する。

【0034】

方法１００は、フォールバックステップ１３０に入る以前に、安全時間期間ｔ₁が第４のステップ１１４および第５のステップ１１５を含むかどうか識別するために、それぞれ、フォールバックステップ１３０が進行中であるか、また安全時間期間ｔ₁が経過したか、検査する。第４のステップ１１４の間および第５のステップ１１５の間に遂行された検査のうちの１つがマイナスであって、フォールバックステップ１３０がまだ進行中でないか、または安全時間期間ｔ₁がまだ経過していなければ、フォールバックステップ１３０が遂行される。

【0035】

第４のステップ１１４中に遂行された検査がマイナスであれば、方法１００は、フォールバックステップ１３０の第１のサブステップ１３１を継続し、タイマが、安全時間期間ｔ₁を測定し始める。第４のステップ１１４中に遂行された検査がプラスであって、フォールバックステップ１３０が既に進行中であれば、第５のステップ１１５が遂行される。第５のステップ１１５中に遂行されたマイナスの検査および第１のサブステップ１３１の後、すなわちフォールバックステップ１３０が進行中であって、安全時間期間ｔ₁がまだ終了していなければ、方法１００は、フォールバックステップ１３０の第２のサブステップ１３２を継続し、欠落データの推定値が求められる。フォールバックステップ１３０は、第２のサブステップ１３２の後に、特に圧縮機１のオペレータに対して、測定器のうちの１つが障害状態にあり、関連したフォールバックステップ１３０が遂行されていることを伝えるために警報を発生する第３のサブステップ１３３を含む。

【0036】

フォールバックステップ１３０の第２のサブステップ１３２中に遂行される動作は、測定器のどれが障害状態にあり、したがって、どの測定データが欠けているかということに依拠する。すべての場合に、フォールバックステップ１３０の第２のサブステップ１３２中に、Ｍ_w／Ｚ_sの最近の有効な適値、すなわち、測定器障害が生じる直前の第２のステップ１２０の第１のサブステップ１２１で計算された値が用いられる。

【0037】

すべての場合に、任意選択で、安全性をさらに改善するために、フォールバックステップ１３０の第２のサブステップ１３２中に、サージ防止マップ３００、４００においてサージ防止マージンが増加される。

【0038】

本発明の第１の実施形態（図３ａ、図３ｂ、図４〜図６）では、圧縮機１は、吸込み側に流量エレメントＦＥを含み、横座標の変数としてｈ_s／Ｐ_sがマッピングされ、縦座標の変数としてＰ_d／Ｐ_sがマッピングされている無次元のマップ３００が用いられる。正常状態では、マップ３００上の測定された動作点３０１を求めるには、流量エレメントＦＥからの差圧ｈ_sと、吸込みの圧力センサからのＰ_sおよび吐出しの圧力センサからのＰ_dとの測定値で十分である。障害状態では、ｈ_s、Ｐ_sまたはＰ_dの測定値のうちの１つが欠けていると、測定された動作点３０１の割出しが妨げられ、フォールバック推定を遂行する必要がある。フォールバック推定の間、以下で明白になるように、吸込みにおける温度の値Ｔ_sおよび吐出しにおける温度の値Ｔ_dが必要とされる。

【0039】

本発明の第１の実施形態では、障害状態の測定器が流量エレメントＦＥであれば、差圧ｈ_sは、フォールバックステップ１３０の第２のサブステップ１３２において、連続的に遂行される以下の動作によって推定される。
− ポリトロープ指数ｘが式Ｈを用いて計算され、
− ポリトロープヘッドＨ_pcが、最近の有効な適値Ｍ_w／Ｚ_sならびに既知のＴ_s、Ｐ_d／Ｐ_sおよびｘを用いて式Ｉから計算され、
− Ｈ_pcが既知であり、ｕ₁が式Ｄを用いて計算されるので、ポリトロープヘッドの無次元の係数τとポリトロープ効率ｅｔａｐの間の積が式Ｇから計算され、
− 音速ａ_sが、式Ｆおよび最近の有効な適値Ｍ_w／Ｚ_sを用いて計算され、
− マッハ数Ｍ₁がｕ₁とａ_sの間の比として計算され、
− 積τ・ｅｔａｐが既知であるため、流量の無次元の係数φ₁が、サイクル２１０の７回目の動作２１７で用いられるのと同一の無次元のデータ配列からの補間によって導出され、
− 体積流量Ｑ_vsが式Ｅから計算され、
− 吸込み密度γ_sが式Ｂによって計算され、
− Ｑ_vs、ｋおよびγ_sが既知であるため、差圧ｈ_sが式Ｃから計算される。

【0040】

図４を参照すると、測定値Ｐ_sおよびＰ_dならびにｈ_sの推定に基づいて、マップ３００で、測定された動作点３０１が推定の動作点３０２によって置換される。ｈ_sを求めるのに用いられる計算および補間における誤差のマージンを考慮して、推定の動作点３０２は、測定された動作点３０１を含む円形の領域に入る。普通には、そのような領域は、ＳＬＬの右側の安全領域にあるか、または最悪シナリオの手法で計算された動作点よりも安全領域に少なくともより接近しているはずである。公知の方法で用いられる最悪のシナリオでは、測定された動作点３０１は、ｈ_s＝０という仮定に基づいて、マップ３００においてマップ３００の縦軸上で、最悪の場合のポイント３０３で置換される。したがって、最悪の場合のポイント３０３は、常にＳＬＬの左側にあり、サージ防止弁を完全に開けさせる。

【0041】

本発明の第１の実施形態では、障害状態の下で測定器が吸込みの圧力センサである場合、吸込圧力Ｐ_sは、フォールバックステップ１３０の第２のサブステップ１３２において、繰り返し遂行される以下の動作によって推定される。
− 最初に、Ｐ_sが、障害状態に到達する前に吸込圧力センサによって測定された最近の有効な適値として定義され、
− 吸込み密度γ_sが、最近の有効な適値Ｐ_sおよびＭ_w／Ｚ_sと既知のＴ_sとを用いて式Ｂによって計算され、
− 体積流量Ｑ_vsが式Ｃによって計算され、
− 流量の無次元の係数φ₁が式Ｅによって計算され、
− 音速ａ_sが式Ｆを用いて計算され、
− マッハ数Ｍ₁がｕ₁とａ_sの間の比として計算され、
− ヘッドの無次元の係数τとポリトロープ効率ｅｔａｐの間の積が、マッハ数Ｍ₁および上記で計算されたφ₁の値を用いて、無次元のデータ配列からの補間によって導出され、
− ポリトロープヘッドＨ_pcが式Ｉによって計算され、
− ポリトロープ指数ｘが、Ｍ_w／Ｚ_sの最近の有効な適値を用いて、当技術分野で公知の次式で計算され、
ｘ＝Ｒ・（Ｔ_d−Ｔ_s）／（Ｍ_w／Ｚ_s）／Ｈ_pc （Ｌ）
− 最後に、ｘ、Ｐ_d、Ｔ_sおよびＴ_dが既知であるため、Ｐ_sの新規の値が式Ｈから計算される。

【0042】

図５を参照すると、測定値ｈ_sおよびＰ_dならびにＰ_sの推定に基づいて、マップ３００で、測定された動作点３０１が推定の動作点３０２によって置換される。Ｐ_sを求めるのに用いられる計算および補間における誤差のマージンを考慮して、推定の動作点３０２は、測定された動作点３０１を含む円形の領域に入る。普通には、そのような領域は、ＳＬＬの右側の安全領域にあるか、または最悪シナリオの手法で計算された動作点よりも安全領域に少なくともより接近しているはずである。公知の方法で用いられる最悪のシナリオでは、測定された動作点３０１は、Ｐ_d／Ｐ_s＝Ｐ_d／Ｐ_s,minおよびｈ_s／Ｐ_s＝ｈ_s／Ｐ_s,maxという仮定に基づいて、マップ３００において、最悪の場合のポイント３０３で置換され、Ｐ_s,minおよびＰ_s,maxは、それぞれ、吸込みにおける圧力の可能な最小値および最大値である。一般に、最悪の場合のポイント３０３は、この場合もＳＬＬの左側にあり、サージ防止弁を開けさせる。

【0043】

本発明の第１の実施形態では、障害状態の測定器が吐出しの圧力センサであれば、吐出し圧力Ｐ_dは、フォールバックステップ１３０の第２のサブステップ１３２において、以下の動作によって推定される。
− 吸込み密度γ_sが式Ｂによって計算され、
− 体積流量Ｑ_vsが式Ｃによって計算され、
− 流量の無次元の係数φ₁が式Ｅによって計算され、
− 音速ａ_sが、最近の有効な適値Ｍ_w／Ｚ_sを用いて式Ｆによって計算され、
− マッハ数Ｍ₁がｕ₁とａ_sの間の比として計算され、
− ヘッドの無次元の係数τとポリトロープ効率ｅｔａｐの間の積が、マッハ数Ｍ₁および上記で計算されたφ₁の値を用いて、無次元のデータ配列からの補間によって導出され、
− ポリトロープヘッドＨ_pcが式Ｇから計算され、
− ポリトロープ指数ｘが、最近の有効な適値Ｍ_w／Ｚ_sを用いて式Ｌによって計算され、
− ｘ、Ｐ_s、Ｔ_sおよびＴ_dが既知であるため、Ｐ_dが式Ｈから計算される。

【0044】

図６を参照すると、測定値ｈ_sおよびＰ_sならびにＰ_dの推定に基づいて、マップ３００で、測定された動作点３０１が推定の動作点３０２によって置換される。変数としてマップ３００の縦軸上にのみ現われるＰ_dを求めるのに用いられる計算および補間における誤差のマージンを考慮して、推定の動作点３０２は、測定された動作点３０１を含む細長い垂直な領域に入る。普通には、そのような領域は、ＳＬＬの右側の安全領域にあるか、または最悪シナリオの手法で計算された動作点よりも安全領域に少なくともより接近しているはずである。公知の方法で用いられる最悪のシナリオでは、測定された動作点３０１は、Ｐ_d／Ｐ_s＝Ｐ_d,max／Ｐ_sという仮定に基づいて、マップ３００において、最悪の場合のポイント３０３で置換され、Ｐ_d,maxは、吐出しにおける圧力の最大の可能な値である。一般に、最悪の場合のポイント３０３は、この場合もＳＬＬの左側にあり、サージ防止弁を開けさせる。

【0045】

本発明の第２の実施形態（図７ａ、図７ｂ、図８〜図１２）では、圧縮機１は吐出し側の流量エレメントＦＥを含み、横座標の変数としてｈ_s／Ｐ_sがマッピングされ、縦座標の変数としてＰ_d／Ｐ_sがマッピングされている無次元のマップ４００が用いられる。差圧ｈ_sを測定値から入手することができないので、関連した値は式Ａによって計算される。正常状態では、マップ４００上の測定された動作点４０１を求めるには、流量エレメントＦＥからの差圧ｈ_dと、吸込みの圧力センサからのＰ_sおよび吐出しの圧力センサからのＰ_dと、吸込みの温度センサからのＴ_sおよび吐出しの温度センサからのＴ_dとの測定値が必要である。障害状態では、ｈ_d、Ｐ_s、Ｐ_d、Ｔ_sまたはＴ_dの測定値のうちの１つが欠けていると、測定された動作点４０１の割出しが妨げられ、フォールバック推定を遂行する必要がある。フォールバックステップ１３０の第２のサブステップ１３２中に遂行される動作は、本発明の第１の実施形態を参照しながら上記で説明されたものに類似であり、したがって詳細には報告されない。結果は添付の図８〜図１２に示されている。

【0046】

図８〜図１２を参照すると、欠落データの推定および依然として有効な他の測定データに基づいて、マップ４００で、測定された動作点４０１が推定の動作点４０２によって置換される。欠落データを推定するのに用いられる計算および補間の誤差のマージンを考慮して、推定の動作点４０２は、円形の領域（図８〜図１０の、ｈ_d、Ｐ_sまたはＰ_dが推定される場合）または測定された動作点４０１を含む細長い水平の領域（図１１、図１２の、Ｔ_sまたはＴ_dが推定される場合）に入る。普通には、そのような領域は、ＳＬＬの右側の安全領域にあるか、または最悪のシナリオの手法で計算された動作点よりも安全領域に少なくともより接近しているはずである。公知の方法で用いられる最悪のシナリオでは、測定された動作点４０１は、マップ４００において、欠落データが、関連した可能な最大値または最小値に等しいと仮定することによって求められた最悪の場合のポイント４０３で置換され、最大値または最小値のうちどちらでも、ケースバイケースで最悪の状態を決定する。一般に、最悪の場合のポイント４０３はＳＬＬの左側にあり、サージ防止弁を開けさせる。

【0047】

本発明の様々な実施形態（図示せず）によれば、他の無次元のマップを用いることができ、たとえば、流量エレメントＦＥが圧縮機１の吸込み側に配置されている場合には、ｈ_r対ｈ_s／Ｐ_sのマップが用いられ得る。しかしながら、すべての場合に、測定された動作点は、無次元のマップにおいて、本発明の第１の実施形態を参照しながら上記で説明されたものに類似の動作によって求められる推定の動作点で置換される。結果は、すべての場合において、添付の図４〜図６および図８〜図１２で図示されたものと同一であるかまたは類似であり、すなわち、推定の動作点は、ＳＬＬの右側の安全領域にあるか、または最悪のシナリオの手法で計算された動作点よりも安全領域に少なくともより接近しており、サージング防止制御システムの不必要な介在が防止され、その結果、サージ防止弁が不必要に開くのが防止される。

【0048】

第３のステップ１１３中に遂行された検査がプラスであって、複数の測定器の障害が検出された場合、または、第５のステップ１１５中に遂行された検査がマイナスであって、測定器の障害が１つしか検出されないが、安全時間期間ｔ₁が経過している場合には、方法１００は、さらなる置換の最悪の場合のステップ１４０で、測定器の障害のために欠けている２つ以上の測定値の最大値および／または最小値に基づいて、無次元のマップ３００、４００において、測定された動作点３０１、４０１または最悪の場合のポイント３０３、４０３を、推定の動作点３０２、４０２で置換する。たとえば、第１および第２の実施形態では、最悪の場合のポイント３０３、４０３は、ケースバイケースで、上記で定義され、添付の図４〜図６および図８〜図１２に表されたものである。最悪の場合のステップ１４０中に、特にステップ１４０が遂行されている圧縮機１のオペレータに対して伝えるために、警報が発生される。

【0049】

第２の測定器がもはや信頼できないとき、すなわち圧縮機の挙動モデルに基づく推定がもはや不可能なとき、または第１の測定器の障害が安全時間ｔ₁よりも長期にわたって残存するとき（許容できると見なされる）、最悪の場合のステップ１４０を実行すると、フォールバックステップ１３０に関して、より高度な安全性が確実になる。

【符号の説明】

【0050】

１ 圧縮機
３００ マップ
３０１ 動作点
３０２ 動作点
３０３ ポイント
４００ マップ
４０１ 動作点
４０２ 動作点
４０３ ポイント
ＦＥ 流量エレメント

【図1】

【図2】

【図3a】

【図3b】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7a】

【図7b】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】