(57)【要約】【課題】捩り応力の悪影響が低減された、電気モータによって駆動又は支援されるターボ機械駆動トレインを開発すること【解決手段】捩りモード減衰システムは、トルクセンサと、トルクセンサに接続された捩りダンパと、捩りダンパに接続されたＶＦＤコントローラと、ＶＦＤコントローラに接続されたＶＦＤ変換器とを含み、該ＶＦＤ変換器が、ＶＦＤコントローラによって生成されるＶＦＤ信号に基づいて電気モータに供給される電気出力を制御するよう構成され、該ＶＦＤ信号が、圧縮トレインの固有周波数で捩り振動を減衰させるようにトルク補正信号によって修正される。【選択図】      図１
2010136616.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機と、シャフトによって該圧縮機に接続されたガスタービンと、ギア付きシャフトによって前記圧縮機に接続された電気モータとを含む圧縮トレインの出力トルクにおける臨界周波数でのトルク成分を低減するための捩りモード減衰システムであって、
該捩りモード減衰システムが、
前記ギア付きシャフトのトルク測定値に基づいてトルク信号を生成するよう構成されたトルクセンサと、
前記トルクセンサに接続され、該トルクセンサからのトルク信号に基づいてトルク補正信号を生成するよう構成された捩りダンパと、
前記捩りダンパに接続され、該捩りダンパからの前記トルク補正信号によって修正されたＶＦＤ信号を生成するよう構成されたＶＦＤコントローラと、
前記ＶＦＤコントローラに接続され、該ＶＦＤコントローラによって生成されるＶＦＤ信号に基づいて前記電気モータに供給される電気出力を制御するよう構成されたＶＦＤ変換器と、
を備え、
前記トルク補正信号によって修正された前記ＶＦＤ信号が、前記圧縮トレインの固有周波数で捩り振動を減衰させるように構成される、
捩りモード減衰システム。
【請求項２】
前記捩りダンパが更に、ゼロ次と第２次との間で適合可能な第１の帯域通過フィルタを更に含む、
請求項１に記載の捩りモード減衰システム。
【請求項３】
前記捩りダンパが更に、前記圧縮トレインの固有周波数の約±１５Ｈｚを中心とする周波数を有する第２の帯域通過フィルタを含む、
請求項２に記載の捩りモード減衰システム。
【請求項４】
前記捩りダンパが更に、実質的に９０°に近い位相シフトフィルタを含む、
請求項３に記載の捩りモード減衰システム。
【請求項５】
前記捩りダンパが更に、ギア付きシャフトトルクの約１から約５％の範囲で前記トルク補正信号を制限するよう構成された飽和ブロックを含む、
請求項４に記載の捩りモード減衰システム。
【請求項６】
前記捩りダンパが、前記圧縮トレインのＶＦＤ制御ハードウェア内に配置される、
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の捩りモード減衰システム。
【請求項７】
前記圧縮トレインのトレイン調速機が前記ＶＦＤ制御ハードウェア内に配置され、該トレイン中速機が、前記ＶＦＤコントローラにトルク基準信号を提供するよう構成される、
請求項６に記載の捩りモード減衰システム。
【請求項８】
前記トルク補正信号が、リアルタイムで計算されて前記トルク基準信号に加重される、
請求項７に記載の捩りモード減衰システム。
【請求項９】
前記捩りダンパが、前記圧縮トレインの圧縮機／タービンコントローラ内に配置される、
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の捩りモード減衰システム。
【請求項１０】
前記圧縮トレインのトレイン調速機が前記圧縮機／タービンコントローラ内に配置され、該トレイン中速機が、前記ＶＦＤコントローラにトルク基準信号を提供するよう構成される、
請求項９に記載の捩りモード減衰システム。
【請求項１１】
前記トルク補正信号が、リアルタイムで計算されて前記トルク基準信号に加重される、
請求項１０に記載の捩りモード減衰システム。
【請求項１２】
前記捩りモード減衰システムの無い場合の前記圧縮トレインの固有周波数での捩り振動と、前記捩りモード減衰システムを有する場合の前記圧縮トレインの固有周波数での捩り振動との比が、５対１よりも大きい、
請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の捩りモード減衰システム。
【請求項１３】
ギアボックスに結合された圧縮機と、
シャフトによって前記圧縮機に接続されたタービンと、
前記ギアボックスに結合されたシャフトによって前記圧縮機に接続された電気モータと、
前記ギアボックスに結合された前記シャフトのトルクの測定値に基づいてトルク信号を生成するよう構成されたトルクセンサと、
前記電気モータに供給される電気出力を制御するよう構成されたＶＦＤ変換器と、
前記ＶＦＤ変換器に接続され、該ＶＦＤ変換器を駆動するためのＶＦＤ信号を生成するよう構成されたＶＦＤコントローラと、
を備えた圧縮トレインであって、
前記ＶＦＤコントローラが更に、前記トルクセンサに接続され、前記トルクセンサからのトルク信号に基づいてトルク補正信号を生成するよう構成された捩りダンパを含み、
前記ＶＦＤ信号が、前記捩りダンパからの前記トルク補正信号によって、前記圧縮トレインの固有周波数で捩り振動を減衰させるように修正される、
圧縮トレイン。
【請求項１４】
前記捩りダンパが、前記圧縮トレインのＶＦＤ制御ハードウェア内に配置され、前記圧縮トレインのトレイン調速機が前記ＶＦＤ制御ハードウェア内に配置され、該トレイン中速機が、前記ＶＦＤコントローラにトルク基準信号を提供するよう構成され、前記トルク補正信号が、リアルタイムで計算されて前記トルク基準信号に加重される、
請求項１３に記載の圧縮トレイン。
【請求項１５】
前記捩りダンパが、前記圧縮トレインの圧縮機／タービンコントローラ内に配置され、前記圧縮トレインのトレイン調速機が前記圧縮機／タービンコントローラ内に配置され、該トレイン中速機が、前記ＶＦＤコントローラにトルク基準信号を提供するよう構成され、記トルク補正信号が、リアルタイムで計算されて前記トルク基準信号に加重される、
請求項１３に記載の圧縮トレイン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書で開示される実施形態は、全体的に機械駆動システムに関し、より詳細にはこのようなシステムにおける捩り振動の減衰に関する。
【背景技術】
【０００２】
プライムムーバ（例えば、ガスタービン又は電気自動車）は通常、機械シャフトによりそれぞれの負荷（例えば、発電機又は圧縮機）に連結されており、パワードライブ及び／又は負荷によって励起される１つ又はそれ以上の臨界周波数で共振を示す場合がある。臨界周波数でトルク成分が発生すると、シャフトはトルク振動を生じることになり、疲労の増大及びシャフト寿命の減少につながる可能性がある。極端な場合、このようなモードがトレイン内の何れかの構成部品（特に、システムにおいて最も脆弱な構成部品と見なされるカップリング）の設計容量を超えるポイントにまで励起された場合、結果として、システムに対して捩り疲労に起因した深刻な損傷が生じる可能性がある。更に、ギアを備えたターボロータトレインでは、トレインの周期的に振動する大きな角運動の存在下で、ギアの捩り運動及び横移動が互いに結合する場合があることによって、ギアボックス内の半径方向及び横方向の高振動が観測される可能性がある。
【０００３】
捩り振動は、シャフトの種々のセクション並びに機械カップリングを捩るように定常状態のシャフト速度に重畳される、周期的振動シャフトの角運動である。上述のように、高捻れ振動はギアボックスにおいて打ち消され、高い横方向振動を生じる可能性がある。システムの作動中に著しい捩り振動が存在する場合があり、問題の唯一の兆候はギアノイズ又はカップリング摩耗である。抑制されない捩り振動の典型的な幾つかの作用は、カップリング機能不全、シャフト破損、ギア摩耗、ギア歯折れ、その他とすることができる。
【０００４】
捩り固有周波数の励起は、多くの発生源に由来する場合がある。電気駆動装置からは、トルク成分の発生源は、電圧変換器内の出力変調器の特性に起因して、又は機械に関連した電気回路網内の他の電流又は電圧擾乱が存在することに起因して存在する電圧高調波とすることができる。電気モータ駆動シャフト組立体における捩り問題の別の主要因は、電気駆動システムにより生成される空隙トルク高調波である。
【０００５】
当業者には理解されるように、これらのシステムの捩り特性値は、トレインのスチフネス及び慣性に応じて変化する。システムの捩り特性は変化することができるが、一般的には、システム慣性は、特に捩り問題がプロジェクト開発の完了時（すなわち、ストリング試験中、又は使用試験段階中）に発生した場合には、必要に応じて容易には修正することができない。可変周波数駆動装置（ＶＦＤ）を含む電気モータによって駆動又は支援される従来のターボ機械駆動トレインは、従来の定速機器に対して設計段階で特別に考慮する必要がある。更に、可変周波数駆動装置は、モータシャフト上で発生するトルクリップルに起因した捩り振動問題の周知の発生源である。これら捩り振動を低減する１つの方法は、捩り及び／又は曲げ捩り問題を防ぐためにカップリング、ギアボックス、及びロータを適切に選択して、捩りの観点から圧縮機トレイン全体を慎重に設計することである。それにもかかわらず、トレイン捩り挙動についての制御ループパラメータの最適化は、上記の捩り問題に対処するための選択肢として未だ認められていない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従って、システムのハードウェアへの影響が無いか又は最小限の影響で、励振の発生源に直接的に働く繰り返し捩り応力の悪影響を低減又は円滑にする代替の方法を含む、電気モータによって駆動又は支援されるターボ機械駆動トレインを開発することが望ましいことになる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上で要約された必要性又は当該技術分野で公知の他の事柄の１つ又はそれ以上は、圧縮機、シャフトによって該圧縮機に接続されたガスタービン、及びギア付きシャフトによって圧縮機に接続された電気モータを含む圧縮トレインの出力トルクにおける臨界周波数でのトルク成分を低減するための捩りモード減衰システムによって対処される。これらの捩りモード減衰システムは、トルクセンサと、トルクセンサに接続された捩りダンパと、捩りダンパに接続されたＶＦＤコントローラと、ＶＦＤコントローラに接続されたＶＦＤ変換器とを含み、ＶＦＤ変換器は、ＶＦＤコントローラによって生成されるＶＦＤ信号に基づいて電気モータに供給される電気出力を制御するよう構成され、ＶＦＤ信号は、圧縮トレインの固有周波数で捩り振動を減衰させるように構成されたトルク補正信号によって修正される。
【０００８】
開示される本発明の実施形態による圧縮機トレインはまた、ギアボックスに結合された圧縮機と、シャフトによって圧縮機に接続されたタービンと、ギアボックスに結合されたシャフトによって圧縮機に接続された電気モータと、ギアボックスに結合されたシャフトのトルクの測定値に基づいてトルク信号を生成するよう構成されたトルクセンサと、電気モータに供給される電気出力を制御するよう構成されたＶＦＤ変換器と、ＶＦＤ変換器に接続され、該ＶＦＤ変換器を駆動するためのＶＦＤ信号を生成するよう構成されたＶＦＤコントローラとを含み、ＶＦＤコントローラが更に、トルクセンサに接続され、トルクセンサからのトルク信号に基づいてトルク補正信号を生成するよう構成された捩りダンパを含み、ＶＦＤ信号が、捩りダンパからのトルク補正信号によって、圧縮トレインの固有周波数で捩り振動を減衰させるように修正される。
【０００９】
上記の簡単な説明は、以下の詳細な説明をより深く理解することを目的とし、更に当該技術分野に対する本発明の寄与をより評価できるようにするために、本発明の種々の実施形態の特徴を記載している。勿論、以下で説明され、添付の請求項の主題をとなる本発明の他の特徴も存在する。
この点に関して、本発明の幾つかの実施形態を詳細に説明する前に、本発明の種々の実施形態は、その応用において以下の説明で記載され又は図面で示された構成の詳細及び構成部品の配置に限定されるものではないことを理解されたい。本発明は、他の実施形態が可能であり、種々の方法で実施及び実行することができる。また、本明細書で使用される表現及び用語は、説明の目的のものであり、限定とみなすべきではないことを理解されたい。
【００１０】
従って、開示事項のベースとなる概念は、本発明の幾つかの目的を実行する他の構造、方法、及び／又はシステムを設計するための根拠として容易に利用できることは、当業者であれば理解されるであろう。従って、本発明の請求項は、本発明の技術的思想及び範囲から逸脱しない範囲において、このような均等な構成を含むものとみなすことが重要である。
【００１１】
更に、要約書の目的は、一般的には特許審査官及び／又は一般人、並びに特に、特許又は法律の用語もしくは表現に精通していない科学者、技術者、及び実施者が、本出願の具述的な開示事項の特質及び本質を一瞥して判断できるようにすることである。従って、要約書は、請求項によってのみ評価される本発明又は本出願を定義することを意図しておらず、更に、本発明の範囲をどのようにも限定するものでもない。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本明細書で開示される主題の実施形態による捩りモード減衰システムの図。
【図２】本明細書で開示される主題の実施形態による、図１の捩りダンパの例示的な実施形態の図。
【図３】開示される主題の実施形態による、電気モータを備えたターボ機械駆動トレインの可変周波数ドライバー上での捩りモード減衰システムの図。
【図４】開示される主題の実施形態による、電気モータを備えたターボ機械駆動トレインの圧縮機／ガスタービンコントローラ上の捩りモード減衰システムの図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の開示される実施形態並びにその付随する利点のより完全な理解は、添付図面を参照しながら検討したときに、以下の詳細な説明を参照することによってより十分に理解することから得られるであろう。
【００１４】
本明細書で開示される実施形態は、一般に、機械駆動システムに関し、より詳細にはこのようなシステムにおける捩り振動の減衰に関する。ギア付き圧縮機／タービン／モータトレインのシャフトフィードバック信号を更に処理することによって、トルク補正信号が捩りモード減衰コントローラにおいて生成されて、ＶＦＤトルク基準信号に付加された後、これをトレインのＶＦＤ制御における電流基準に変換し、指定の固有周波数での捩り振動を減衰させるようにする。開示されるシステムは、外部制御ループとして、すなわちＶＦＤ信号として作用するので、既存のシステムに対する改造として適用することができ、従って、大きな資本投資を必要とせずに、既存のシステムの保護及び性能が向上する。ここで、同様の参照符号が複数の図にわたって同一の又は対応する部品を示す図面を参照し、改善された捩りモード減衰システムを説明する。
【００１５】
図１は、開示される主題の実施形態による捩りモード減衰システム１０の図を示す。当業者には理解されるように、捩りモード減衰システム１０は、限定ではないが石油ガス産業を含む、グリッド整流器、ＤＣリンク及びインバータを含むＶＦＤシステムが一般的に使用される様々な工業用途で使用することができる。図示のように、捩りモード減衰システム１０は、ギア付きトレインシャフトのトルクを感知し、感知したトルクを表す信号１４を発生するよう構成されたトルクセンサ１２を含む。次いで、信号１４は、信号変換器１６に供給され、信号１４を捩りダンパ２０に対する捩り減衰入力信号１８としてスケール変更する。図１の捩りモード減衰システム１０は、信号変換器１６を有するように例示されているが、他の実施形態では信号変換器１６を含まない場合があり、又は信号変換器１６が捩りダンパ２０の一体部品である場合もある。信号変換器１６を含まない実施形態では、捩りダンパ２０は、センサ１２によって提供される信号１４を更に処理する必要もなく扱うように構成されている。次に、捩りダンパ入力信号１８は、捩りダンパ２０によって処理されて、トルク補正信号２２を生成し、一部には信号加重要素２６においてトルク補正信号２２をＶＦＤトルク基準信号１２４に加えることによってギア付きタービン／圧縮機／モータトレインの指定固有周波数の捩り振動を減衰させ、該信号加重要素２６の出力がＶＦＤ基準コントローラ３０に供給される修正ＶＦＤトルク基準信号２８になる。図１に示すように、捩りモード減衰システム１０を含む圧縮機トレイン装置の使用試験が行われるときに、捩りダンパ２０に試験信号３２を供給することができ、該試験信号３２は、限定ではないが発信器又は信号アナライザを含む既知の装置によって生成される。
【００１６】
図２は、本明細書で開示される主題の実施形態による、図１の捩りダンパ２０の例示的な実施形態の概略図を示す。図２は、単に例示的な実施形態に過ぎず、開示される発明を限定するものとして解釈すべきではない点を当業者には理解されたい。
【００１７】
図２の例示的な実施形態では、捩りダンパ２０１は、減衰されることになる捩り周波数の中心とした、ゼロ次と２次の間の適合可能次数を有する第１の帯域通過フィルタ３４を含む。作動時には、第１の帯域通過フィルタ３４は、捩りダンパ入力信号１８を濾波して第１の利得増幅器３８に濾波信号３６を供給し、第１の利得増幅器３８の出力１５が信号加重要素４２に供給される前に濾波信号３６の振幅を制御する。使用試験実施時には、図２に示すように、生成された試験信号３２が信号加重要素４２に供給される。次に、信号加重要素４２の出力信号４４は、第２の帯域通過フィルタ４６に供給され、該第２の帯域通過フィルタの周波数は、減衰されることになる捩り周波数の±１５％を中心とする。第２の帯域通過フィルタ４６の出力を更に調整するために、ゲイン１である９０°近傍の追加の位相シフトフィルタ５０を使用することができる。図２に更に示すように、位相シフトフィルタ５０の出力信号５２は、利得ブロック５４に供給され、該ブロックは、ギア付き圧縮機トレインの実施形態の詳細に応じて反対符号にすることができる。最後に、トルク補正信号２２を生成するために、ゲインブロック５４からの出力５６は、トルク補正信号２２を所望のレベルにまで制限するよう構成される飽和ブロック６０を通過させる。飽和ブロック６０の範囲は、電気機械ベース上のシャフトトルクの１〜５％の範囲に設定することができ、飽和速度制限値は、実施形態の詳細に基づいて選択することができる。次に、上記で説明したように、捩りダンパ２０からのトルク補正信号２２は、ＶＦＤトルク基準信号に加算された後、ＶＦＤ制御装置３０内で電流基準値に変換されてＶＦＤ変換器コマンドを生成して、指定固有周波数の検出された捩り振動を減衰させる。
【００１８】
図示のフィルタの伝達関数は、特定用途に応じてゼロ次から２次まで変えることができ、個々の利得は、減衰の所望のレベルを達成するよう選択することができ、設定限界は、過剰応答を阻止又は最小化するように選択することができる。従って、本明細書で開示される捩りモード減衰システム１０は、捩りダンパ２０の入力となるシャフトフィードバック信号１４を使用し、該ダンパ２０が信号１４を処理してトルク補正信号２２を生成する。
【００１９】
図３は、電気モータ８２、圧縮機８４、及びガスタービン８６を含むターボ機械駆動トレイン８０に適用される捩りモード減衰システム７０を示している。図示のように、圧縮機８４は、ギアボックス８８及びカップリング又はシャフト９０により電気モータ８２に結合され、該電気モータ８２は、ＶＦＤ変換器９２によって制御される。当業者であれば理解されるように、図３に概略的に示す工業的応用は、一般的には、石油・ガス産業で使用され、ここではＶＦＤシステムが、グリッド整流器、ＤＣリンク及びインバータ（図３には図示せず）を含むことになる。詳細には、図３は、捩りモード減衰システム７０が以下で詳細に説明されるようなＶＦＤコントローラ１００で実装される場合の応用を記載している。
【００２０】
図３に示す応用では、捩りモード減衰システム７０は、ギア付きトレインシャフト９０のトルクを感知し、感知されたトルクを表す信号１４を発生するよう構成されたトルクセンサ１２を含む。他のタイプのセンサも想定されるが、図示の実施形態のトルクセンサ１２は、電気モータ８２の非駆動端部上に配置されるエンコーダである。使用時、トルクセンサ１２は、トレインシャフト９０上のトルクを表すエンコーダパルスを生成し、例示のシステムのＶＦＤコントローラ１００内にトルクモード減衰システム７０が実装される。
【００２１】
次に、トルク信号が信号変換器１６に供給され、信号１４を捩りダンパ２０に対する捩り減衰入力信号１８としてスケール変更する。図３の捩りモード減衰システム７０は、信号変換器１６を有するように例示されているが、他の実施形態では信号変換器１６を含まない場合があり、又は信号変換器１６が捩りダンパ２０の一体部品である場合もある。信号変換器１６を含まない実施形態では、捩りダンパ２０は、センサ１２によって提供される信号１４を更に処理する必要もなく扱うように構成されている。次に、捩りダンパ入力信号１８は、捩りダンパ２０によって処理されて、トルク補正信号２２を生成し、一部には信号加重要素２６においてトルク補正信号２２をＶＦＤトルク基準信号１２４に加えることによってギア付きタービン／圧縮機／モータトレインの指定固有周波数の捩り振動を減衰させ、該信号加重要素２６の出力がＶＦＤ基準コントローラ３０に供給される修正ＶＦＤトルク基準信号２８になり、該ＶＦＤ基準コントローラ３０が、ＶＦＤ変換器９２を駆動するための信号９４を生成する。図３に示すように、捩りモード減衰システム１０を含む圧縮機トレイン装置の使用試験が行われるときに、捩りダンパ２０に試験信号３２を供給することができ、該試験信号３２は、限定ではないが発信器又は信号アナライザを含む既知の装置によって生成される。
【００２２】
図４は、開示される主題の別の実施形態による、圧縮機／タービンコントローラ２００に適用される捩りモード減衰システム１１０を示す。図４のターボ機械駆動トレイン８０もまた、電気モータ８２、圧縮機８４、及びガスタービン８６を含む。図示のように、圧縮機８４は、ギアボックス８８及びカップリング又はシャフト９０により電気モータ８２に結合され、該電気モータ８２は、ＶＦＤ変換器９２によって制御される。当業者であれば理解されるように、図３に概略的に示す工業的応用は、一般的には、石油・ガス産業で使用され、ここではＶＦＤシステムが、グリッド整流器、ＤＣリンク及びインバータ（図４には図示せず）を含むことになる。詳細には、図４は、捩りモード減衰システム１１０が以下で詳細に説明されるような圧縮機／タービンコントローラ２００で実装される場合の応用を記載している。
【００２３】
図３と同様に、図４のシステムはまた、ギア付きトレインシャフト９０のトルクを感知し、感知されたトルクを表す信号１４を発生するためにトルクセンサ１２を含む。他のタイプのセンサも想定されるが、図示の実施形態のトルクセンサ１２は、電気モータ８２の駆動端部上に配置されるエンコーダである。使用時、トルクセンサ１２は、トレインシャフト９０上のトルクを表すエンコーダパルスを生成し、例示のシステムの圧縮機／タービンコントローラ２００内にトルクモード減衰システム１０が実装される。
【００２４】
図４に示すように、トルク信号１４は、信号変換器１６に供給され、圧縮機／タービンコントローラ２００において信号１４を捩りダンパ２０に対する捩り減衰入力信号１８としてスケール変更する。図３の捩りモード減衰システム１０は、信号変換器１６を有するように例示されているが、他の実施形態では信号変換器１６を含まない場合があり、又は信号変換器１６が捩りダンパ２０の一体部品である場合もある。信号変換器１６を含まない実施形態では、捩りダンパ２０は、センサ１２によって提供される信号１４を更に処理する必要もなく扱うように構成されている。次に、捩りダンパ入力信号１８は、捩りダンパ２０によって処理されて、トルク補正信号２２を生成し、一部には信号加重要素２６においてトルク補正信号２２をＶＦＤトルク基準信号１２４に加えることによってギア付きタービン／圧縮機／モータトレインの指定固有周波数の捩り振動を減衰させ、該信号加重要素２６の出力がＶＦＤ基準コントローラ３０に供給される修正ＶＦＤトルク基準信号２８になり、該ＶＦＤ基準コントローラ３０が、ＶＦＤ変換器９２を駆動するための信号９４を生成する。図４に示すように、捩りモード減衰システム１０を含む圧縮機トレイン装置の使用試験が行われるときに、上述のように捩りダンパ２０に試験信号３２を供給することができる。
【００２５】
要約すると、説明されたように図３及び４は、本明細書で開示される主題の２つの異なる例示的な実装方式を示している。すなわち、捩りダンパアルゴリズムは、ＶＦＤ制御ハードウェア（図３に示す）内部又は圧縮機／ＧＴコントローラ（図４で示す）内部に実装することができる。図３は、ＶＦＤ制御ハードウェアにおいて捩りダンパアルゴリズムの実施を示している。詳細には、トレイン調速機がＶＦＤ制御ハードウェア内にあり、ＶＦＤコントローラに対するトルク基準信号を提供する。ＶＦＤコントローラにおいて、捩りダンパ付加アルゴリズムは、トルク基準信号（ＶＦＤロジック内部）に付加されることになるトルク補正信号をリアルタイムで計算する。図４は、ＧＴ／圧縮機コントローラにおいて捩りダンパアルゴリズムの実施を示している。詳細には、トレイン調速機が圧縮機／ＧＴコントローラ内にあり（「基準ロジック」で示されている）、トルク基準信号を生成する。ＧＴ／圧縮機コントローラでは、捩りダンパ付加アルゴリズムは、トルク基準信号に付加されることになるトルク補正信号をリアルタイムで計算し、ＶＦＤに対する最終トルクコマンドを生成する（ＶＦＤロジック及びハードウェアに変更はない）。
【００２６】
上記で要約した捩りモード減衰システム並びにこれらの均等物の利点の１つは、これらを既存のコントローラハードウェアに実装可能であり、従って、限定ではないが石油・ガス応用を含む種々の産業用途において、追加のハードウェアを必要とせずに及び／又はトレインシャフトに対する機械的変更（供給範囲の変更はない）を行うことなく、既存のコントローラのアップグレードを可能にすることである。このような有利な特徴は、改善されたガス圧縮機の開発を可能にするだけでなく、記載のアップグレードを行うことにより既存のシステムにおいて捩り振動レベルを材料の耐久限界以下に低減するように、指定固有周波数での検出された捩り振動を減衰させることになる。
【００２７】
上記で要約された開示の主題の例示的な実施形態は、検証の目的で実験的に実装されて、数値的にモデル化された。この実験において、指定の石油・ガス圧縮機トレインに対して一連の試験が行われ、該トレインは、ガスタービン、遠心圧縮機、ギアボックス、フレキシブルカップリング、及び可変速同期電気モータから構成された。これらの試験において、モータ端子の電流及び電圧、カップリング上での臨界シャフト応答（５５％公称モータトルクでのトルクリップル）、トレインシャフト第１固有周波数の励起、及びカップリング材料耐久限界よりも大きな捩り振動が測定された。数値モデル化では、モータ電気量を用いて、空隙トルクを計算してシミュレーションを実施し、更に、捩りモードモデルを作成して、第１の捩りモードでのカップリングの反応をシミュレートした。シャフトトルクの計算値と測定値とを比較することによって、捩りダンパ機能の実施を同様に組み込んだ捩りモードモデルの有効な妥当性が確認された。
【００２８】
シミュレーション結果は、捩りダンパが、第１の捩りモード周波数で交番するシャフトトルクを５分の１以下に低減したことを示した。この実験から、可変周波数ドライバーにおける捩りダンパシステムの実施は、望ましくないトルク変動を、第１の捩りモード周波数での交番するシャフトトルクの５分の１未満の低減よりも更に高いレベルにまで低減し、結果として、材料耐久限界を下回る捩り振動レベルの低減をもたらし、従って、捩り周波数が存在する励起スペクトラムの部分に対して捩りエネルギーの制限を可能にすることにより上述の問題の有効な解決策をもたらした。加えて、上述のように、既存のコントローラ（ハードウェア）における実装は、トレインシャフトに付加的なハードウェアを付加することなく、及び／又は機械的に変更を加えることなく実施可能である（供給範囲の変更はない）。
【００２９】
本明細書で開示される主題の開示された実施形態は、幾つかの例示的な実施形態と関連して特異性及び詳細事項に関して図面において示され、且つ上記で十分に説明されたが、新規の教示事項、本明細書で記載された原理及び概念、並びに添付の請求項に記載の主題の利点から実質的に逸脱することなく、多くの修正、変更、及び省略が可能であることは当業者には理解される。従って、開示された発明の適正な範囲は、全てのこのような修正、変更、及び省略が含まれるように、添付の請求項を最も広く解釈することによってのみ決定すべきである。加えて、あらゆるプロセス又は方法ステップの順序又は配列は、代替の実施形態に応じて変更され、又は再配列することができる。最後に、請求項において、何れかのｍｅａｎｓ−ｐｌｕｓ−ｆｕｎｃｔｉｏｎ条項は、記載された機能を実施するものとして本明細書で説明された構成、並びに構造上の均等物だけでなく均等な構造物をも保護するものとする。
【符号の説明】
【００３０】
１２  センサ
１４  トルクを表す信号
１６  信号変換
１８  捩り減衰入力信号
２０  捩りダンパ
２２  トルク補正信号
２６  信号加重要素
２８  修正ＶＦＤトルク基準信号
３０  ＶＦＤ制御基準ロジック
３２  試験信号
１２４  ＶＦＤトルク基準信号
【図１】
2010136616.tif 000003
【図２】
2010136616.tif 000004
【図３】
2010136616.tif 000005
【図４】
2010136616.tif 000006