(57)【要約】  高出力回転設備ストリングのための圧縮機始動用トルクコンバータに係る方法及び装置が、圧縮機始動用トルクコンバータ（ＣＳＴＣ）及び入力及び出力速度をストリングの終わりのところに位置する少なくとも１つの圧縮機の速度及び出力要件に適合させる歯車装置を有する。ストリングは、原動機、例えばモータかスタータモータを備えたガスタービンかのいずれかを更に有する。ＣＳＴＣは、効率的な出力変換に適切な速度までシフトダウンされた原動機により駆動され、次に歯車増速ユニットによってＣＳＴＣの出力を増速させて高速圧縮機の所要の要件に適合させることができる。歯車装置は、それ自体のハウジングを有する２つの別々のユニットであっても良く、或いはＣＳＴＣと共に単一ハウジング内に組み込まれても良い。ＣＳＴＣは、ＬＮＧ冷凍事業のための高圧縮機負荷ストリングの加圧始動に用いられるＣＳＴＣであるのが良い。
2009529117.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転動力設備のストリングであって、
出力シャフトを備えた原動機を有し、
前記原動機に連結された減速歯車列を有し、前記減速歯車列は、出力シャフト及び入力シャフトを備え、前記減速歯車列出力シャフトは、前記原動機出力シャフトよりも低い速度で回転し、
ＣＳＴＣ入力シャフトを介して前記減速歯車列出力シャフトに連結された圧縮機始動用トルクコンバータ（ＣＳＴＣ）を有し、前記ＣＳＴＣは、出力シャフトを備え、
前記ＣＳＴＣ出力シャフトに連結された増速歯車列を有し、前記増速歯車列は、前記ＣＳＴＣ出力シャフトよりも高い速度で回転する増速歯車列出力シャフトを備え、
前記増速歯車列出力シャフトに連結された被駆動負荷を有し、前記被駆動負荷の作動速度要件に適合するよう前記ＣＳＴＣ出力シャフトの回転速度を前記増速歯車列によって増大させることができる、ストリング。
【請求項２】
前記原動機は、モータである、請求項１記載のストリング。
【請求項３】
前記原動機は、タービンである、請求項１記載のストリング。
【請求項４】
前記タービンは、一軸形タービンである、請求項１記載のストリング。
【請求項５】
前記被駆動負荷は、圧縮機である、請求項１記載のストリング。
【請求項６】
前記ストリングは、前記圧縮機を加圧始動で作動させるよう構成されている、請求項５記載のストリング。
【請求項７】
流体クラッチを介して前記タービンに連結されたスタータモータを更に有する、請求項４記載のストリング。
【請求項８】
前記ＣＳＴＣ入力シャフトを同期速度で前記ＣＳＴＣ出力シャフトに機械的に連結するロックアップ機構体を更に有する、請求項１記載のストリング。
【請求項９】
前記ＣＳＴＣは、油圧ポンプへの定速入力シャフトを有し、前記油圧ポンプは、調節可能な案内翼を介して作動油を油圧タービンに供給し、前記油圧タービンは、ＣＳＴＣ出力シャフトの速度が前記案内翼を調節することにより速度ゼロから全速まで変化するよう前記ＣＳＴＣ出力シャフトに連結されている、請求項１記載のストリング。
【請求項１０】
単一ハウジングが、前記ＣＳＴＣ、前記減速歯車列、及び前記増速歯車列を収納している、請求項１記載のストリング。
【請求項１１】
第１のハウジングが、前記ＣＳＴＣを収納し、第２のハウジングが、前記減速歯車列を収納し、第３のハウジングが、前記増速歯車列を収納している、請求項１記載のストリング。
【請求項１２】
前記減速歯車列は、前記原動機によって駆動されると共に高速歯車に連結された入力シャフトを備え、前記高速歯車は、減速歯車列出力シャフトによって支持された低速歯車に連結され、前記減速歯車列出力シャフトは、前記ＣＳＴＣを駆動する、請求項１１記載のストリング。
【請求項１３】
前記増速歯車列は、前記ＣＳＴＣ出力シャフトに連結された低速歯車及び前記低速歯車により駆動される高速歯車を有し、
前記高速歯車は、前記被駆動負荷を駆動する出力シャフトに連結されている、請求項１記載のストリング。
【請求項１４】
回転機械のストリングに用いられるデュアルエンド形歯車式圧縮機始動用トルクコンバータ（ＣＳＴＣ）であって、
圧縮機始動用トルクコンバータ（ＣＳＴＣ）と、
入力エンド及び出力エンドと、
前記ＣＳＴＣ入力エンドを前記ＣＳＴＣ出力エンドに、前記入力エンドと前記出力エンドとの間では同期速度で、機械的に連結するロックアップ機構体と、
前記入力エンドのところに設けられた減速歯車列と、
前記出力エンドのところに設けられた増速歯車列とを有する、デュアルエンド形歯車式ＣＳＴＣ。
【請求項１５】
前記ＣＳＴＣは、油圧ポンプへの定速入力シャフトを有し、前記油圧ポンプは、調節可能な案内翼を介して作動油を油圧タービンに供給し、前記油圧タービンは、ＣＳＴＣ出力シャフトに連結されており、前記ＣＳＴＣ出力シャフトの速度は、前記案内翼を調節することにより速度ゼロから全速まで変化する、請求項１４記載のデュアルエンド形歯車式ＣＳＴＣ。
【請求項１６】
前記デュアルエンド形歯車式ＣＳＴＣは、約２，５００ｒｐｍ（毎分の回転数）〜約４，０００ｒｐｍにおいて約８０メガワット（ＭＷ）〜約１５０ＭＷの出力を有する、請求項１４記載のデュアルエンド形歯車式ＣＳＴＣ。
【請求項１７】
前記デュアルエンド形歯車式ＣＳＴＣは、約３，０００ｒｐｍにおいて約１２０メガワットの出力を有する、請求項１４記載のデュアルエンド形歯車式ＣＳＴＣ。
【請求項１８】
前記ＣＳＴＣを収納したハウジングを更に有する、請求項１５記載のデュアルエンド形歯車式ＣＳＴＣ。
【請求項１９】
前記ＣＳＴＣ入力シャフト及び出力シャフトは、前記ハウジングから延び出ており、前記入力シャフト及び前記出力シャフトは各々、前記減速歯車列及び前記増速歯車列にそれぞれ連結可能な結合フランジを有する、請求項１８記載のデュアルエンド形歯車式ＣＳＴＣ。
【請求項２０】
前記ハウジングは、前記ＣＳＴＣ入力シャフト及び前記ＣＳＴＣ出力シャフトを半径方向に支持する流体軸受及び前記ＣＳＴＣ入力シャフト及び前記ＣＳＴＣ出力シャフトを軸方向に支持するスラスト軸受を有する、請求項１８記載のデュアルエンド形歯車式ＣＳＴＣ。
【請求項２１】
前記減速歯車列は、高速歯車に連結された減速歯車列入力シャフトを有し、
前記高速歯車は、減速歯車列出力シャフトによって支持された低速歯車に連結されており、前記減速歯車列出力シャフトは、前記ＣＳＴＣを駆動する、請求項１４記載のデュアルエンド形歯車式ＣＳＴＣ。
【請求項２２】
前記減速歯車列を包囲すると共に収納するハウジングを更に有する、請求項２１記載のデュアルエンド形歯車式ＣＳＴＣ。
【請求項２３】
前記減速歯車列入力シャフト及び前記減速歯車列出力シャフトは、ラジアル軸受によって前記ハウジング内に支持されている、請求項２２記載のデュアルエンド形歯車式ＣＳＴＣ。
【請求項２４】
前記高速歯車及び前記低速歯車は、単螺旋構成のものである、請求項２１記載のデュアルエンド形歯車式ＣＳＴＣ。
【請求項２５】
前記高速歯車及び前記低速歯車は、複螺旋構成のものである、請求項２２記載のデュアルエンド形歯車式ＣＳＴＣ。
【請求項２６】
前記減速歯車列入力シャフト及び前記減速歯車列出力シャフトは、前記ハウジングから延び出ており、前記減速歯車列入力シャフト及び前記減速歯車列出力シャフトは各々、結合フランジを有し、前記減速歯車列出力シャフトの前記結合フランジは、前記ＣＳＴＣに連結されている、請求項２３記載のデュアルエンド形歯車式ＣＳＴＣ。
【請求項２７】
前記増速歯車列は、
増速歯車列入力シャフトと、
前記増速歯車列入力シャフトに連結された低速歯車及び前記低速歯車によって駆動される高速小歯車とを有し、
前記高速小歯車は、増速歯車列出力シャフトに連結されている、請求項１４記載のデュアルエンド形歯車式ＣＳＴＣ。
【請求項２８】
前記高速歯車及び前記低速歯車は、単螺旋構成のものである、請求項２７記載のデュアルエンド形歯車式ＣＳＴＣ。
【請求項２９】
前記高速歯車及び前記低速歯車は、複螺旋構成のものである、請求項２７記載のデュアルエンド形歯車式ＣＳＴＣ。
【請求項３０】
前記増速歯車列を包囲したハウジングを更に有する、請求項２７記載のデュアルエンド形歯車式ＣＳＴＣ。
【請求項３１】
前記増速歯車列入力シャフト及び前記増速歯車列出力シャフトは、ラジアル流体軸受によって前記ハウジング内に支持されている、請求項３０記載のデュアルエンド形歯車式ＣＳＴＣ。
【請求項３２】
前記増速歯車列入力シャフト及び前記増速歯車列出力シャフトは、前記ハウジングから延び出ており、前記増速歯車列入力シャフト及び前記増速歯車列出力シャフトは各々、結合フランジを有し、前記増速歯車列入力シャフトの前記結合フランジは、前記ＣＳＴＣに連結されている、請求項３０記載のデュアルエンド形歯車式ＣＳＴＣ。
【請求項３３】
前記減速歯車列、前記ＣＳＴＣ、及び前記増速歯車列を一ユニットとして包囲すると共に収納したハウジングを更に有する、請求項１４記載のデュアルエンド形歯車式ＣＳＴＣ。
【請求項３４】
前記減速歯車列は、前記ＣＳＴＣの入力シャフトと一体であってこれに共通した出力シャフトを有する、請求項２２記載のデュアルエンド形歯車式ＣＳＴＣ。
【請求項３５】
前記増速歯車列は、前記ＣＳＴＣの出力シャフトと一体であってこれに共通した入力シャフトを有する、請求項３４記載のデュアルエンド形歯車式ＣＳＴＣ。
【請求項３６】
前記減速歯車列出力シャフト及び前記増速歯車列入力シャフトは、それぞれ、１対のラジアル軸受及び単一のスラスト軸受によって支持されている、請求項３５記載のデュアルエンド形歯車式ＣＳＴＣ。
【請求項３７】
前記減速歯車列入力シャフト及び前記増速歯車列出力シャフトに設けられた高速小歯車と、前記減速歯車列出力シャフト及び前記増速歯車列入力シャフトに設けられた低速歯車とを更に有する、請求項３６記載のデュアルエンド形歯車式ＣＳＴＣ。
【請求項３８】
前記小歯車は、単螺旋構成のものである、請求項３７記載のデュアルエンド形歯車式ＣＳＴＣ。
【請求項３９】
前記小歯車は、複螺旋構成のものである、請求項３７記載のデュアルエンド形歯車式ＣＳＴＣ。
【請求項４０】
液化天然ガス（ＬＮＧ）冷凍事業に用いられ、圧縮機始動用トルクコンバータ（ＣＳＴＣ）を含む回転設備動力ストリングであって、
入力シャフト及び出力シャフトを備えた一軸形ガスタービンを有し、
入力シャフトを備えると共に呼称速度要件を有する少なくとも１つのプロセス冷凍圧縮機を有し、
前記ガスタービン入力シャフトに作動的に連結されたスタータモータを有し、
前記一軸形ガスタービンからの動力を前記少なくとも１つのプロセス冷凍圧縮機に送り出すＣＳＴＣと歯車装置の組立体を有し、前記組立体は、油圧ポンプに通じる定速入力シャフトを備えたＣＳＴＣを有し、前記油圧ポンプは、調節可能な案内翼を介して作動油を油圧タービンに供給し、前記油圧タービンは、ＣＳＴＣ出力シャフトの速度が前記案内翼を調節することにより速度ゼロから全速まで増大するよう前記ＣＳＴＣ出力シャフトに連結されており、前記ＣＳＴＣは、ＣＳＴＣ入力シャフトを同期速度で前記ＣＳＴＣ出力シャフトに機械的に連結するロックアップ機構体を更に有し、
高速歯車に連結された減速歯車列入力シャフトを含む減速歯車列を有し、前記高速歯車は、減速歯車列出力シャフトによって支持された低速歯車に機械的に噛み合わされており、前記減速歯車列出力シャフトは、前記ＣＳＴＣ入力シャフトに連結され、
前記ＣＳＴＣ出力シャフトに連結された増速歯車列入力シャフト、前記増速歯車列入力シャフトに連結された低速歯車、及び前記低速歯車に機械的に噛み合わされた高速歯車を含む増速歯車列を有し、前記高速歯車は、前記プロセス冷凍圧縮機入力シャフトに連結された増速歯車列出力シャフトに連結されている、回転設備動力ストリング。
【請求項４１】
前記ガスタービンは、前記ガスタービン出力シャフトを第１の速度に至らせるために前記スタータモータによって始動され、前記減速歯車列出力シャフトは、前記第１の速度よりも低い第２の速度で回転し、前記ＣＳＴＣ出力シャフトは、速度がゼロから前記第２の速度まで増大し、前記増速歯車列出力シャフトは、前記第２の速度よりも高く、前記プロセス冷凍圧縮機の前記速度要件に適合した第３の速度で回転する、請求項４０記載の回転設備動力ストリング。
【請求項４２】
前記ＣＳＴＣと歯車装置の組立体のためのハウジングを更に有し、前記ハウジングは、前記減速歯車列、前記ＣＳＴＣ、及び前記増速歯車列を一ユニットとして包囲すると共に収納している、請求項４０記載の回転設備動力ストリング。
【請求項４３】
前記減速歯車列出力シャフトは、前記ＣＳＴＣ入力シャフトと一体であってこれと単体をなし、前記ＣＳＴＣ出力シャフトは、前記増速歯車列入力シャフトと一体であってこれと単体をなす、請求項４２記載の回転設備動力ストリング。
【請求項４４】
前記減速歯車列及び前記増速歯車列の前記高速歯車及び前記低速歯車は、複螺旋歯車である、請求項４０記載の回転設備動力ストリング。
【請求項４５】
回転動力設備のストリングに含まれる少なくとも１つの圧縮機を始動させる方法であって、
原動機を含む回転動力設備のストリングを用意するステップと、
減速歯車列を前記原動機に連結するステップと、
圧縮機始動用トルクコンバータ（ＣＳＴＣ）を前記減速歯車列に連結するステップと、
増速歯車列を前記ＣＳＴＣに連結するステップと、
少なくとも１つの圧縮機を前記増速歯車列に連結するステップと、
前記原動機を始動させて第１の出力速度で動力を生じさせるステップと、
前記第１の出力速度を前記減速歯車列によって前記第１の出力速度よりも低い第２の速度に減少させるステップと、
前記ＣＳＴＣを介して動力を速度ゼロから前記第１の速度よりも低い前記第２の速度までの出力速度で漸増的に伝達するステップと、
前記第２の速度を前記増速歯車列によって前記第２の速度よりも高い第３の速度まで増大させるステップと、
前記圧縮機を前記第３の速度で駆動するステップとを有する、方法。
【請求項４６】
前記圧縮機は、加圧始動下で作動される、請求項４５記載の方法。
【請求項４７】
前記加圧始動は、
前記少なくとも１つの圧縮機を始動時に最小動力で作動させるステップと、
前記増速歯車列の出力速度がいったん前記第３の速度状態になると、前記最小動力を動力一杯まで移行させるステップとを含む、請求項４６記載の方法。
【請求項４８】
前記方法は、液化天然ガス（ＬＮＧ）を製造するために実施される、請求項４５記載の方法。
【請求項４９】
冷媒を圧縮する手段を更に有し、前記冷媒は、天然ガスを液化形態まで冷却するために用いられる、請求項４８記載の方法。
【請求項５０】
回転動力設備のストリングを用いてＬＮＧを製造する方法であって、
前記回転動力設備ストリングは、
出力シャフトを備えた原動機を有し、
前記原動機に連結された減速歯車列を有し、前記減速歯車列は、出力シャフト及び入力シャフトを備え、前記減速歯車列出力シャフトは、前記原動機出力シャフトよりも低い速度で回転し、
ＣＳＴＣ入力シャフトを介して前記減速歯車列出力シャフトに連結された圧縮機始動用トルクコンバータ（ＣＳＴＣ）を有し、前記ＣＳＴＣは、出力シャフト及び前記ＣＳＴＣ入力シャフトを同期速度で前記ＣＳＴＣ出力シャフトに機械的に連結するロックアップ機構体を有し、
前記ＣＳＴＣ出力シャフトに連結された増速歯車列を有し、前記増速歯車列は、前記ＣＳＴＣ出力シャフトよりも高い速度で回転する増速歯車列出力シャフトを備え、
前記増速歯車列出力シャフトに連結された被駆動負荷を有し、前記被駆動負荷の作動速度要件に適合するよう前記ＣＳＴＣ出力シャフトの回転速度を前記増速歯車列によって増大させることができる、方法。
【請求項５１】
前記原動機は、一軸形タービンである、請求項５０記載の方法。
【請求項５２】
前記原動機は、モータである、請求項５０記載の方法。
【請求項５３】
前記被駆動負荷は、少なくとも１つのＬＮＧ圧縮機である、請求項５０記載の方法。
【請求項５４】
前記ＬＮＧ圧縮機は、始動時に加圧される、請求項５３記載の方法。
【請求項５５】
流体クラッチにより前記一軸形タービンに連結されたスタータモータを更に有する、請求項５１記載の方法。
【請求項５６】
回転機械のストリングに含まれるデュアルエンド形歯車式圧縮機始動用トルクコンバータ（ＣＳＴＣ）を利用してＬＮＧを製造する方法であって、前記デュアルエンド形歯車式ＣＳＴＣは、
圧縮機始動用トルクコンバータ（ＣＳＴＣ）と、
入力エンド及び出力エンドと、
前記ＣＳＴＣ入力エンドを前記ＣＳＴＣ出力エンドに、前記入力エンドと前記出力エンドとの間では同期速度で、機械的に連結するロックアップ機構体と、
前記入力エンドのところに設けられた減速歯車列と、
前記出力エンドのところに設けられた増速歯車列とを有する、方法。
【請求項５７】
前記回転機械のストリングは、出力シャフトを備えた原動機と、入力シャフトを備えた被駆動負荷とを有する、請求項５６記載の方法。
【請求項５８】
前記原動機の前記出力シャフトは、前記デュアルエンド形歯車式ＣＳＴＣの前記入力エンドに作動的に連結され、前記被駆動負荷の前記入力シャフトは、前記デュアルエンド形歯車式ＣＳＴＣの前記出力エンドに作動的に連結されている、請求項５７記載の方法。
【請求項５９】
前記原動機は、一軸形タービンである、請求項５７記載の方法。
【請求項６０】
前記原動機は、モータである、請求項５７記載の方法。
【請求項６１】
前記被駆動負荷は、少なくとも１つのＬＮＧプロセス冷凍圧縮機である、請求項５８記載の方法。
【請求項６２】
前記ＬＮＧプロセス冷凍圧縮機は、始動時に加圧される、請求項６１記載の方法。
【請求項６３】
前記回転機械のストリングは、流体クラッチを介して前記原動機に連結されたスタータモータを更に有する、請求項５７記載の方法。
【請求項６４】
ＬＮＧを製造する方法であって、
天然ガスを用意するステップを有し、
回転動力設備のストリングを用意するステップを有し、前記回転動力設備のストリングは、
出力シャフトを備えた原動機を有し、
前記原動機に連結された減速歯車列を有し、前記減速歯車列は、出力シャフト及び入力シャフトを備え、前記減速歯車列出力シャフトは、前記原動機出力シャフトよりも低い速度で回転し、
ＣＳＴＣ入力シャフトを介して前記減速歯車列出力シャフトに連結された圧縮機始動用トルクコンバータ（ＣＳＴＣ）を有し、前記ＣＳＴＣは、出力シャフトを備え、
前記ＣＳＴＣ出力シャフトに連結された増速歯車列を有し、前記増速歯車列は、前記ＣＳＴＣ出力シャフトよりも高い速度で回転する増速歯車列出力シャフトを備え、
前記増速歯車列出力シャフトに連結された被駆動負荷を有し、前記被駆動負荷の作動速度要件に適合するよう前記ＣＳＴＣ出力シャフトの回転速度を前記増速歯車列によって増大させることができ、
冷媒を前記圧縮機に供給するステップを有し、
前記冷媒を前記圧縮機で圧縮し、それにより圧縮冷媒を生じさせるステップを有し、
前記圧縮冷媒を膨張させて冷却状態の冷媒を生じさせるステップを有し、
前記天然ガスを前記冷却状態の冷媒との間接的な熱交換により冷却するステップを有し、
ＬＮＧを回収するステップを有する、方法。
【請求項６５】
前記原動機は、一軸形タービンである、請求項６４記載の方法。
【請求項６６】
前記原動機は、モータである、請求項６４記載の方法。
【請求項６７】
前記被駆動負荷は、少なくとも１つのＬＮＧ圧縮機である、請求項６４記載の方法。
【請求項６８】
前記ＬＮＧ圧縮機は、始動時に加圧される、請求項６７記載の方法。
【請求項６９】
流体クラッチにより前記一軸形タービンに連結されたスタータモータを更に有する、請求項６４記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、大形回転設備を始動させる方法に関する。本発明は、特に、機器のストリングのための圧縮機始動用トルクコンバータに関する。スタータ（始動又は起動装置）は、大形モータ又はタービンを起動させて１つ又は複数の圧縮機を駆動するために必要である。圧縮機ストリングは、大規模液化天然ガス（ＬＮＧ）冷凍分野において有用な場合がある。
【０００２】
〔関連出願の説明〕
本願は、２００６年３月６日に出願された米国特許仮出願第６０／７７９，６８０号の権益主張出願である。
【０００３】
本願は、クリストファー・ジー・ホルト（Christopher G. Holt）及びウィリアム・エル・マーチン（William L. Martin）名義で２００５年１２月２３日に出願された米国特許仮出願第６０／７５３，７１７号（発明の名称：Multi-Compressor String With Multiple Variable Speed Fluid Drives）に関する。その後、この米国特許仮出願第６０／７５３，７１７号は、２００６年１１月８日付で国際出願第ＰＣＴ／ＵＳ２００６／０４３２８７号として出願された。
【０００４】
次の背景技術の項は、本発明の例示の実施形態と関連している場合のある当該技術の種々の観点を紹介しようとするものである。この説明は、本発明の特定の観点の良好な理解を容易にする枠組みを提供するのを助けると考えられる。したがって、当該項は、これに照らして読まれるべきであり、必ずしも先行技術を証拠として許容するものとして読まれるべきでないことは理解されるべきである。
【背景技術】
【０００５】
直列組合せ状態（「ストリング」とも呼ばれる）への高速高出力回転設備（例えば、タービン、電気モータ及び圧縮機）の組合せには、一般に、多くの要因、例えば、大きな慣性モーメント、寄生損、動き始めのトルク、ウィンデイジ（windage）、圧縮荷重及び回転設備と関連した他の抵抗により動作を開始させるのに別々のスタータが必要である。工場内における典型的なストリングは、１つの圧縮機、多数の圧縮機、発電機又は任意他の回転機械に基づく負荷に連結されたガスタービン又はモータ駆動装置を有する場合がある。スタータ機構体、例えば低出力始動モータも又、ストリングに連結される場合がある。図１は、ガスタービン３、第１の圧縮機４及び第２の圧縮機５を含む機械式駆動装置及び圧縮負荷、可変周波数駆動装置（ＶＦＤ）１及びスタータモータ（始動電動機）（Ｓ／Ｍ）２を備えた典型的なストリングの一例を示している。ＶＦＤ１は、固定交流（ＡＣ）ライン入力電圧を直流（ＤＣ）に変換し、ＤＣ電圧をユーザにより規定された出力ＡＣに変換する電気装置である。ＶＦＤ１は、ユーザにより選択可能な可変周波数出力を生じさせ、それにより可変速度をＳ／Ｍ２に提供する。その結果、大きな慣性負荷は、突入電流が制限制御された状態で始動され、これは、連続デューティ動作のためにモータ定格電流が、最高６回まで流れる場合のある（負荷依存性）ダンパーバーを備えた同期モータ（同期電動機）におけるアクロスザライン始動とは対照的である。
【０００６】
図２は、可変速度流体クラッチ（ＨＣ）７を備えた典型的なアクロスザライン（across-the-line ）形スタータモータ（Ｓ／Ｍ）６を概略的に示している。ＨＣ７を備えたアクロスザライン形Ｓ／Ｍ６は、大きな慣性負荷を始動させるもう１つの仕組みである。ＨＣ７は、機械式ＶＦＤとして動作する。アクロスザライン形Ｓ／Ｍ６は、ＨＣ７が切られ、この結果、負荷がゼロの状態で始動される。Ｓ／Ｍ６がいったん全速状態になると、ＨＣ７が入れられ、それにより可変速度（速度ゼロから全速まで）及び必要なトルクをもたらしてガスタービン３及び他の連結状態の負荷（例えば、第１の圧縮機４及び第２の圧縮機５）を全速に至らせる。ガスタービン３が電力を生じさせるのに十分な速度をいったん達成すると、ＨＣ７が切られ、Ｓ／Ｍ６は、供用状態から電気的に外される（使用中止される）。
【０００７】
ストリングを始動させることは、２つの主要な条件のうちの１つの下で達成できる。第１の条件は、除圧（圧力除去）始動であり、第２の条件は、加圧始動である。除圧始動は、圧縮機内の低い安定圧力で始まる。除圧始動のため、作業ガスを圧縮機から除去する。作業ガスを取り替え、取替え方法は、ガス補給と呼ばれている。ガス補給は、別途施設ハードウェア（弁、配管、トランスミッタ、フレア、ガス再生及び関連の制御装置）を必要とする場合があり、時間のかかる作業である。除圧始動では、長い時間が必要である要件があると共にガスを補給するのに別途施設コストが必要なので、加圧始動が、魅力的な代替手段である。加圧始動は、除圧始動と比較して圧縮機内の高い安定圧力で始まる。加圧始動は、除圧始動のガス補給と関連した所要のハードウェアを不要にするが、加圧始動では、圧縮機内のガスが必要とし、内部圧縮機負荷を高くする高い始動トルクに起因して、追加の始動動力が必要である。
【０００８】
一般に、タービンには２つの形式、即ち、二軸形及び一軸形がある。二軸形ガスタービンは、圧縮機が１本のシャフトに取り付けられた低カウント段（例えば、２段又は３段）タービンにより駆動される場合、燃焼プロセスのための圧縮を生じさせる。圧力、温度及び質量流量の形態の残りの熱力学的動力は、第２のシャフトに取り付けられた同軸動力タービンに直接送り込まれる。二軸形ガスタービンの利点は、タービンの速度範囲全体にわたりかなり大きな動力（トルク）を生じさせることができるということにある。しかしながら、圧縮機ストリングの動力要件が増大するので、大形動力ガスタービンに対する要求も又増大する。これら動力要件を満たすため、ユーザは、伝統的にメカニカルドライブサービスのための発電に用いられている一軸形ガスタービン技術を採用した。
【０００９】
加圧始動が行われる非常に大形のモータ又はタービンの場合、図２に示すように、アクロスザライン形スタータモータでは不十分である。したがって、可変周波数駆動装置（ＶＦＤ）により始動動力をもたらす。しかしながら、ＶＦＤは、大きな資本的支出であり、モータ／ＶＦＤパッケージにおいてコストの最高７０％までを占める場合がある。圧縮ストリングを始動させる機械的な代替手段は、可変速度流体駆動装置である。可変速度流体駆動装置は、動力（トルク）を入力シャフトから流体（水力）継手を介して出力シャフトに伝達する定速入力可変速度出力の装置である。可変速度流体駆動装置のより一般的な名称は、圧縮機始動用トルクコンバータ（ＣＳＴＣ）である。ＣＳＴＣは、一般に、同期速度ロックアップ特徴を備え、かかる同期速度ロックアップ特徴により、ＣＳＴＣの駆動エンド及び被駆動エンドは、互いに機械的に係合し、それにより同期速度での原動機と負荷との間の剛体回転を可能にする。
【００１０】
図３は、ＣＳＴＣ１２を備えた原動機１０（例えば、ガスタービン又は電気モータ）を有する別の公知のシステムを示している。ＣＳＴＣ１２は、モータ被駆動ストリングにおいてＶＦＤを不要にすると共にガスタービン被駆動ストリングではスタータ／ヘルパモータ及びＶＦＤを不要にする。しかしながら、ＨＣ７又はスタータモータＶＦＤを備えたＳ／Ｍ６は、ストリングを始動させるためにいずれの場合においても必要とされる。原動機１０（例えば、ガスタービン又はモータ）の始動パッケージは、ＨＣ７を備えたＳ／Ｍ６かスタータモータＶＦＤを備えたスタータモータかのいずれかであるのが良い。いずれの始動パッケージも、任意形式の原動機、例えばガスタービン又はモータに互換性を持って使用することができる。シュミット等（Schmidt et al.）に２００２年１０月１５日に付与された米国特許第６，４６３，７４０号明細書（以下、単に「シュミット特許」と言う場合がある）は、ストリング中のＣＳＴＣの一例を記載している。シュミット特許のＣＳＴＣは、ガスタービン及び圧縮機に結合されるが、５０，０００馬力（ｈｐ）を超える（４０メガワット（ＭＷ）未満の）圧縮機ストリングを始動させることはできない。
【００１１】
ＣＳＴＣの動力対速度性能には限界がある。或る特定の用途は、ＣＳＴＣ技術が現在サポートできる動力よりも大きな動力を所与の速度で必要とする。除圧始動では、圧縮機ストリング中の負荷を減少させた場合、ＣＳＴＣは、始動を行うことができる場合があるが、ＣＳＴＣ技術だけでは、高負荷圧縮機ストリングの始動、例えば、高負荷圧縮機ストリングの加圧始動を行う際には動力が制限される。ＣＳＴＣの動力出力は、その速度が増大するにつれて減少する。現行の高出力圧縮機の高速要件が所与である場合、ＣＳＴＣは、必要な速度及び動力で出力を出すことができない。本発明は、この欠点を軽減しようとするものである。
【００１２】
他の関連の資料は、少なくとも米国特許第２，３７７，８５１号明細書、同第３，０４３，１６２号明細書、同第３，８８６，７２９号明細書、同第３，９５５，３６５号明細書及び英国特許第１，２０８，８３１号明細書に見受けられる。
【００１３】
【特許文献１】米国特許第６，４６３，７４０号明細書
【特許文献２】米国特許第２，３７７，８５１号明細書
【特許文献３】米国特許第３，０４３，１６２号明細書
【特許文献４】米国特許第３，８８６，７２９号明細書
【特許文献５】米国特許第３，９５５，３６５号明細書
【特許文献６】英国特許第１，２０８，８３１号明細書
【発明の開示】
【００１４】
本発明の装置の一実施形態では、回転動力設備のストリングが提供される。回転動力設備のストリングは、出力シャフトを備えた原動機を有し、原動機に連結された減速歯車列を有し、減速歯車列は、出力シャフト及び入力シャフトを備え、減速歯車列出力シャフトは、原動機出力シャフトよりも低い速度で回転し、ＣＳＴＣ入力シャフトを介して減速歯車列出力シャフトに連結された圧縮機始動用トルクコンバータ（ＣＳＴＣ）を有し、ＣＳＴＣは、出力シャフトを備え、ＣＳＴＣ出力シャフトに連結された増速歯車列を有し、増速歯車列は、ＣＳＴＣ出力シャフトよりも高い速度で回転する増速歯車列出力シャフトを備え、増速歯車列出力シャフトに連結された被駆動負荷を有し、被駆動負荷の作動速度要件に適合するようＣＳＴＣ出力シャフトの回転速度を増速歯車列によって増大させることができる。本発明の別の観点によれば、原動機は、モータであるのが良い。変形例として、原動機は、タービンであっても良い。タービンは、一軸形タービンであるのが良い。被駆動負荷は、圧縮機であるのが良い。圧縮機は、始動時に加圧されても良く、或いは除圧されても良い。圧縮機は、ＬＮＧ圧縮機であるのが良い。このＣＳＴＣ及び歯車装置の構成に関する１つの使用例は、約２，５００ｒｐｍ（毎分の回転数）〜約４，０００ｒｐｍにおいて約８０メガワット（ＭＷ）〜約１５０ＭＷの出力を必要とする場合のある液化天然ガス（ＬＮＧ）冷凍圧縮ストリング向けである。
【００１５】
本発明の装置の第２の実施形態では、回転機械のストリングに用いられるデュアルエンド形歯車式圧縮機始動用トルクコンバータ（ＣＳＴＣ）が提供される。デュアルエンド形歯車式ＣＳＴＣは、圧縮機始動用トルクコンバータ（ＣＳＴＣ）と、入力エンド及び出力エンドと、ＣＳＴＣ入力エンドをＣＳＴＣ出力エンドに、入力エンドと出力エンドとの間では同期速度で、機械的に連結するロックアップ機構体と、入力エンドのところに設けられた減速歯車列と、出力エンドのところに設けられた増速歯車列とを有する。ハウジングが、デュアルエンド形歯車式ＣＳＴＣ組立体全体を包囲すると共に収納しても良く、又は別々のハウジングを利用しても良い。増速歯車列及び減速歯車列は、それぞれ、単螺旋構成のものであっても良く、複螺旋構成のものであっても良い。
【００１６】
本発明の装置の第３の実施形態では、液化天然ガス（ＬＮＧ）冷凍事業に用いられ、圧縮機始動用トルクコンバータ（ＣＳＴＣ）を含む回転設備動力ストリングが提供される。回転設備動力ストリングは、入力シャフト及び出力シャフトを備えた一軸形ガスタービンと、入力シャフトを備えると共に呼称速度要件を有する少なくとも１つのプロセス冷凍圧縮機と、ガスタービン入力シャフトに作動的に連結されたスタータモータと、一軸形ガスタービンからの動力を少なくとも１つのプロセス冷凍圧縮機に送り出すＣＳＴＣと歯車装置の組立体（ＣＳＴＣ／歯車装置組立体）とを有する。ＣＳＴＣ／歯車装置組立体は、油圧ポンプに通じる定速入力シャフトを備えたＣＳＴＣを有し、油圧ポンプは、調節可能な案内翼を介して作動油を油圧タービンに供給し、油圧タービンは、ＣＳＴＣ出力シャフトの速度が案内翼を調節することにより速度ゼロから全速まで増大するようＣＳＴＣ出力シャフトに連結されており、ＣＳＴＣは、ＣＳＴＣ入力シャフトを同期速度でＣＳＴＣ出力シャフトに機械的に連結するロックアップ機構体を更に有する。装置としての回転設備動力ストリングは更に、高速歯車に連結された減速歯車列入力シャフトを含む減速歯車列を更に有し、高速歯車は、減速歯車列出力シャフトによって支持された低速歯車に機械的に噛み合わされており、減速歯車列出力シャフトは、ＣＳＴＣ入力シャフトに連結され、回転設備動力ストリングは、ＣＳＴＣ出力シャフトに連結された増速歯車列入力シャフト、増速歯車列入力シャフトに連結された低速歯車、及び低速歯車に機械的に噛み合わされた高速歯車を含む増速歯車列を有し、高速歯車は、プロセス冷凍圧縮機入力シャフトに連結された増速歯車列出力シャフトに連結されている。
【００１７】
本発明の第４の実施形態では、回転動力設備のストリングに含まれる少なくとも１つの圧縮機を始動させる方法が提供される。この方法は、原動機を含む回転動力設備のストリングを用意するステップと、減速歯車列を原動機に連結するステップと、圧縮機始動用トルクコンバータ（ＣＳＴＣ）を減速歯車列に連結するステップと、増速歯車列をＣＳＴＣに連結するステップと、少なくとも１つの圧縮機を増速歯車列に連結するステップと、原動機を始動させて第１の出力速度で動力を生じさせるステップと、第１の出力速度を減速歯車列によって第１の出力速度よりも低い第２の速度に減少させるステップと、ＣＳＴＣを介して動力を速度ゼロから第１の速度よりも低い第２の速度までの出力速度で漸増的に伝達するステップと、第２の速度を増速歯車列によって第２の速度よりも高い第３の速度まで増大させるステップと、圧縮機を第３の速度で駆動するステップとを有する。加圧始動は、好ましくは、最小始動動力で始まり、増速歯車列が上述の第３の速度に達すると、動力一杯まで移行する。
【００１８】
本発明の第５の実施形態では、回転動力設備のストリングを用いてＬＮＧを製造する方法が提供される。回転動力設備ストリングは、出力シャフトを備えた原動機を有し、原動機に連結された減速歯車列を有し、減速歯車列は、出力シャフト及び入力シャフトを備え、減速歯車列出力シャフトは、原動機出力シャフトよりも低い速度で回転し、ＣＳＴＣ入力シャフトを介して減速歯車列出力シャフトに連結された圧縮機始動用トルクコンバータ（ＣＳＴＣ）を有し、ＣＳＴＣは、出力シャフト及びＣＳＴＣ入力シャフトを同期速度でＣＳＴＣ出力シャフトに機械的に連結するロックアップ機構体を有し、ＣＳＴＣ出力シャフトに連結された増速歯車列を有し、増速歯車列は、ＣＳＴＣ出力シャフトよりも高い速度で回転する増速歯車列出力シャフトを備え、増速歯車列出力シャフトに連結された被駆動負荷を有し、被駆動負荷の作動速度要件に適合するようＣＳＴＣ出力シャフトの回転速度を増速歯車列によって増大させることができる。原動機は、一軸形タービン又はモータであるのが良い。
【００１９】
本発明の第６の実施形態では、回転機械のストリングに含まれるデュアルエンド形歯車式圧縮機始動用トルクコンバータ（ＣＳＴＣ）を利用してＬＮＧを製造する方法が提供される。デュアルエンド形歯車式ＣＳＴＣは、圧縮機始動用トルクコンバータ（ＣＳＴＣ）と、入力エンド及び出力エンドと、ＣＳＴＣ入力エンドをＣＳＴＣ出力エンドに、入力エンドと出力エンドとの間では同期速度で、機械的に連結するロックアップ機構体と、入力エンドのところに設けられた減速歯車列と、出力エンドのところに設けられた増速歯車列とを有する。
【００２０】
本発明の第７の実施形態では、ＬＮＧを製造する方法が提供される。この方法は、天然ガスを用意するステップと、回転動力設備のストリングを用意するステップとを有する。回転動力設備のストリングは、出力シャフトを備えた原動機を有し、原動機に連結された減速歯車列を有し、減速歯車列は、出力シャフト及び入力シャフトを備え、減速歯車列出力シャフトは、原動機出力シャフトよりも低い速度で回転し、ＣＳＴＣ入力シャフトを介して減速歯車列出力シャフトに連結された圧縮機始動用トルクコンバータ（ＣＳＴＣ）を有し、ＣＳＴＣは、出力シャフトを備え、ＣＳＴＣ出力シャフトに連結された増速歯車列を有し、増速歯車列は、ＣＳＴＣ出力シャフトよりも高い速度で回転する増速歯車列出力シャフトを備え、増速歯車列出力シャフトに連結された被駆動負荷を有し、被駆動負荷の作動速度要件に適合するようＣＳＴＣ出力シャフトの回転速度を増速歯車列によって増大させることができる。本方法は、冷媒を圧縮機に供給するステップと、冷媒を圧縮機で圧縮し、それにより圧縮冷媒を生じさせるステップと、圧縮冷媒を膨張させて冷却状態の冷媒を生じさせるステップと、天然ガスを冷却状態の冷媒との間接的な熱交換により冷却するステップと、ＬＮＧを回収するステップとを更に有する。
【００２１】
前置きとして、後で説明が行われる図面は、縮尺通りには示されておらず、種々の要素のサイズ及び厚さは、図面の良好な理解を容易にするよう選択されている。本発明の上記利点及び他の利点は、実施形態の非限定的な例の以下の詳細な説明及び図面を参照すると明らかになろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下の詳細な説明の項において、本発明の特定の実施形態を好ましい実施形態と関連して説明する。しかしながら、以下の説明が本発明の特定の実施形態又は特定の用途に特有な程度まで、この説明は、例示目的に過ぎず、例示の実施形態の説明を単に提供するものである。したがって、本発明は、以下に説明する特定の実施形態には限定されず、これとは異なり、本発明は、特許請求の範囲に記載された本発明の真の精神及び範囲に属する全ての変形例、改造例及び均等例を含む。
【００２３】
本発明の幾つかの実施形態は、ストリングを始動させる機械的な技術に関連している。ストリングを始動させることは、２つの主要な条件のうちの１つによって達成できる。第１の条件は、除圧始動であり、第２の条件は、加圧始動である。加圧始動（例えば、安定圧力における）は、除圧始動と関連した必要なハードウェアを不要にする。しかしながら、加圧始動では、始動トルクが高いので追加の始動動力が必要である。本発明の少なくとも１つの観点では、原動機の圧縮負荷を始動させるための別の技術を提供することが計画されている。少なくとも１つの好ましい実施形態では、本発明は、少なくとも１つのＣＳＴＣをその入力駆動シャフトのところが少なくとも１つの減速歯車箱に結合されると共にその出力駆動シャフトが少なくとも１つの増速歯車箱に結合された一体形の構成を少なくとも１つの圧縮機の始動パッケージとして利用することを想定している。本発明の装置、システム及び方法は、有利には、大形液化天然ガス（ＬＮＧ）圧縮機のための加圧始動と関連して利用できる。
【００２４】
除圧始動に関し、圧縮機内の空気抵抗は、比較的低く、始動トルクは、主として、外部損失に起因する二次的効果が有る状態で全ストリング慣性に依存する。外部損失（Ｔ（ω）ext）は、圧縮機の内部抵抗（例えば、軸受、密封体、タービン翼の空気抵抗）以外の全てのドラグトルクとして定義される。比較目的で、圧縮機に起因する全ての内部空気抵抗は、除圧始動では無視できると考えられる。空気抵抗は、出力に合わせて増大する回転速度に正比例し（Ｔ〜ωn）、ここで、ωは、ストリング回転速度であり、２≦ｎ≦３である。次の方程式１は、除圧始動に関するトルク、加速度及び外部損失の関係を示している。
【００２５】
〔数１〕
Ｔ＝Ｊα＋Ｔ（ω）ext                              （１）
【００２６】
Ｔは、ストリングトルクであり、Ｊは、ストリング回転慣性であり、αは、回転加速度である。回転加速度が増大すると、スタータモータのトルク及び動力も又増大しなければならないが、全速に達するまでの時間は、減少する。したがって、全速を達成するまでの時間は、加速度の関数であり、加速度は、スタータモータの動力の関数である。しかしながら、スタータモータは、少なくとも全速時における外部損失に打ち勝つよう寸法決めされなければならない。
【００２７】
次の方程式２は、加圧始動に関するトルク、加速度、速度、外部損失及び圧縮機空気抵抗の関係を示しており、ここで、Ｔ（ω）compは、圧縮機の空気抵抗トルクである。方程式１と比較して、方程式２は、加圧始動に関する高いトルク要件に追加の項が有ることを明確に示している。
【００２８】
〔数２〕
Ｔ＝Ｊα＋Ｔ（ω）ext＋Ｔ（ω）comp                （２）
【００２９】
全ての場合において、適正なサイズの始動機械が、ストリングの始動を行うのに必要である。２つの形式の原動機、即ち、タービン及びモータが始動に用いられるのが通例である。タービンは、図１に記載された場合に用いられるのが良い。モータは、一般に、タービンを始動させるために用いられる。というのは、タービン（一軸形）は、相当大きな動力を生じさせるのに小さな速度範囲（即ち、全速の９２〜１０３％）を有するからである。
【００３０】
圧縮機を始動させて稼働させるのに必要な動力は、流量と差圧の関係によって定められる。圧縮機は、最も低い始動動力で始動され、かかる最も低い始動動力は、一般に、低い差圧及び高い流量である。圧縮機が定常作動になると、呼称作動パラメータが達成されるまで、差圧は増大し、流量は一般に減少し、動力は増大するであろう。
【００３１】
次に図面を参照すると、図４は、少なくとも１つの圧縮機１２を駆動するために利用される原動機（ガスタービン又はモータ）１０を含む動力ストリングを概略的に示している。２つの圧縮機が示されているが、本発明では任意の数の圧縮機を利用することができる。スタータモータ１４は、流体クラッチ１５により原動機に連結されている。原動機の出力は、減速歯車装置１８によってＣＳＴＣ１６の入力に連結されるのが良い。ＣＳＴＣの出力は、増速歯車ユニット２０によって圧縮機１２に連結されるのが良い。この構成を用いると、高速で回転する原動機出力シャフトを減速又は増速歯車装置１８に連結してトルク及び速度を伝達することができる。歯車装置は、その出力のところの動力を低速でＣＳＴＣ１６に伝達する。この減少した入力速度状態では、ＣＳＴＣは、動力を可変速度で、即ち、速度ゼロから減少全出力速度までの速度で伝達する。すると、ＣＳＴＣの出力は、圧縮機１２への必要な速度入力に合うように増速歯車ユニット２０によって速度が増大する。
【００３２】
ＣＳＴＣ１６は、入力シャフト及び動力を速度ゼロからロックアップ速度までの状態で伝達できる出力シャフトを備えた圧縮機始動用トルクコンバータであり、ロックアップ速度では、入力シャフトと出力シャフトは、同一の速度を有する。ＣＳＴＣは、一般に、圧縮機始動用トルクコンバータ入力シャフトを同期速度で圧縮機始動用トルクコンバータ出力シャフトに機械的に連結するロックアップ機構体を含み、それにより、ＣＳＴＣの駆動エンド及び被駆動エンドが互いに機械的に係合し、同期速度での原動機と負荷との間の剛体回転を可能にする。ＣＳＴＣの追加の幾つかの詳細は、２００２年１０月１５日にシュミット等に付与された米国特許第６，４６３，７４０号明細書に開示されており、かかる米国特許を参照により引用し、ＣＳＴＣに係るその記載部分を本明細書の一部とする。シュミット特許のＣＳＴＣは、ガスタービン及び圧縮機に結合されるが、５０，０００馬力（ｈｐ）を超える（４０メガワット（ＭＷ）未満の）圧縮機ストリングを始動させることはできない。
【００３３】
図５の略図は、減速歯車装置１８、その次に設けられたＣＳＴＣ１６の例示の直列連結状態を示しており、ＣＳＴＣの出力は、増速歯車装置２０に伝達される。この構成では、各コンポーネントは、別々のハウジングを有していることに注目されたい。
【００３４】
減速歯車装置１８の好ましい一実施形態が図６に見える。歯車入力シャフト２３は、結合フランジ２６を介してシャフト回転速度ω1で原動機に直接連結されている。高速歯車２２（小歯車又はピニオン）が、歯車入力シャフト２３と一体であり、複螺旋構成のものである。歯車入力シャフト２３は、２つの流体膜軸受２１によって支持されている。歯車出力シャフト２４が、結合フランジ２８を介してシャフト回転速度ω2で出力負荷（ＣＳＴＣ入力シャフト４２）に直接連結されている。低速歯車２５が、歯車出力シャフト２４と一体であり、これ又複螺旋構成のものである。出力シャフトは、２つのラジアル流体膜軸受２７によって支持されている。ユニット全体は、歯車ケーシング又はハウジング２９内に収納されている。
【００３５】
増速歯車装置２０の例示の実施形態が、図６に示されており、この増速歯車装置は、結合フランジ３７によって回転速度ω3でＣＳＴＣ出力シャフト４３に直接連結された歯車装置入力シャフト３５を有している。低速歯車３４は、歯車装置入力シャフト３５と一体であり、複螺旋構成のものであるのが良い。歯車装置入力シャフト３５は、２つの流体膜軸受３０によって支持されるのが良い。歯車装置出力シャフト３６は、結合フランジ３１によりシャフト回転速度ω4で出力負荷（１つ又は複数の圧縮機）に直接連結されている。高速歯車（小歯車又はピニオン）３３が、歯車装置出力シャフト３６と一体であり、これ又複螺旋構成のものであるのが良い。出力シャフトは、２つのラジアル流体膜軸受３０によって支持されている。ハウジング３２が、増速歯車ユニットを収納している。
【００３６】
本発明の圧縮機始動用トルクコンバータ（ＣＳＴＣ）１６の幾つかの例示の要素も又、図６に示されている。圧縮機始動用トルクコンバータは、ポンプ４０及びタービン４１を有する。圧縮機始動用トルクコンバータの作業流体は、好ましくは、非圧縮性の潤滑油（例えば、ISO VG３２又は４６）であるが、これに類似した非圧縮性の流体であっても良い。ポンプ４０は、好ましくは、ＣＳＴＣ入力シャフト４２に剛結されている。ＣＳＴＣ入力シャフト４２は、少なくとも１つのラジアル流体膜軸受４４（例えば、チルトパッド形）及び流体膜スラスト軸受４６（例えば、チルトパッド形）によって支持されるのが良い。ＣＳＴＣ入力シャフト４２は、減速歯車装置の出力フランジ２８へのフランジ取付け型継手連結部を更に有するのが良い。油圧タービン４１は、ＣＳＴＣ出力シャフト４３に剛結されると共に少なくとも１つのラジアル流体膜軸受４８（例えば、チルトパッド形）及び流体膜スラスト軸受５０（例えば、チルトパッド形）によって支持されている。ＣＳＴＣ出力シャフト４３は、増速歯車装置の入力フランジ３７へのフランジ取付け型継手連結部を更に有するのが良い。外部熱交換器（図示せず）を介して作業流体を圧縮機始動用トルクコンバータ内で再循環させるのが良い。調節可能な入口案内翼５２が、作業流体の流れをポンプ４０内に差し向ける。
【００３７】
本発明の圧縮機始動用トルクコンバータ（ＣＳＴＣ）１６の少なくとも１つの例示の実施形態が、３つの輪歯車５４，６１，６２、圧力板５６及び圧力シリンダ５７を含むロックアップ装置、プッシュロッド５８及び復元ばね６０を有している。３つの輪歯車５４，６１，６２は、内周部に歯を備えていて、好ましくはＣＳＴＣ出力シャフト４３に剛結された外側輪歯車５４、内周部と外周部の両方に歯を備えていて、好ましくは調節可能な圧力板５６とプッシュロッド５８の組立体に剛結された中間滑り輪歯車６１、及び内周部に歯を備えていて、好ましくはＣＳＴＣ入力シャフト４２に剛結された内側輪歯車６２を含む。復元ばね６０は、好ましくは、プッシュロッド５８の端部をＣＳＴＣ出力シャフト４３に連結している。復元ばね６０は、一定の復元又は離脱力を可動中間滑り歯車６１と圧力板５６とプッシュロッド５８の組立体に及ぼすことができる。作業流体（例えば、潤滑油）は、圧力シリンダ５７内に圧送されて移動又は係合力をもたらして中間輪歯車６１を外側輪歯車５４と内側輪歯車６２との間の定位置に作動させる。
【００３８】
本発明の幾つかの実施形態は、種々の作動方法を含む。例示の一方法では、作業流体を用いて圧縮機始動用トルクコンバータ（ＣＳＴＣ）１６を加圧し、調節可能な入口案内翼５２を閉じてポンプ４０及び油圧タービン４１を通る作業流体の循環を阻止する。所定の最小圧力を利用してポンプ４０内における作業流体のキャビテーションを阻止する。ＣＳＴＣ入力シャフト４２を減速歯車装置出力シャフト２４の全速まで加速する。ＣＳＴＣ入力シャフト４２が全速の状態で、調節可能な入口案内翼５２をゆっくりと開いて作業流体がＣＳＴＣ１６内で循環することができるようにする。調節可能な案内翼５２の開度を増大させると、ポンプ４０から油圧タービン４１への動力の流れが増大し、この結果、増大したトルクがＣＳＴＣ出力シャフト４３に加わり、ついには、調節可能な入口案内翼５２が完全開き位置になり、この位置では、最大動力（トルク）がＣＳＴＣ出力シャフト４３に伝達される。動力がＣＳＴＣ１６内で増大するので、ＣＳＴＣ出力シャフト４３は、ＣＳＴＣ入力シャフト４２のゼロ速度から全速まで加速する。調節可能な入口案内翼５２は、ＣＳＴＣ出力シャフト４３がＣＳＴＣ入力シャフト４２の速度よりも僅かに高い速度まで加速することができるように設計されている。ＣＳＴＣ出力シャフト４３の速度（ω3）がＣＳＴＣ入力シャフト４２の速度（ω2）よりも高い状態で且つ設計上の制限速度差（同期速度）内にある状態で、ロックアップ装置を稼働させるのが良い。
【００３９】
本発明の幾つかの実施形態では、作業流体、好ましくは潤滑油をロックアップ装置の圧力シリンダ５７内に圧送することによりロックアップ装置を稼働させることができる。作業流体を当業者に知られている作業流体送出し系統圧力（２〜３バール）で供給するのが良い。ロックアップ装置の回転により、遠心力が圧力シリンダ５７内の作業流体に加わり、この遠心力は、作業流体静圧の増大として（潤滑油送出し系統圧力よりも高い）圧力板５６に反作用する。作業流体の圧力により、復元ばね６０に反作用力が加わり、それにより、中間輪歯車６１と圧力板５６とプッシュロッド５８の組立体は、ＣＳＴＣ入力シャフト４２の内側輪歯車６２に係合する。いったんロックアップ装置が稼働されてＣＳＴＣ入力シャフト４２とＣＳＴＣ出力シャフト４３との間の剛体回転が達成されると、ＣＳＴＣ内の作業流体は、好ましくは、排出されて全速連続作動中におけるＣＳＴＣ損失が最小限に抑えられる。
【００４０】
本発明の圧縮機始動用トルクコンバータ（ＣＳＴＣ）の別の例示の一実施形態が図７に示されている。この別の例示の実施形態は、ＣＳＴＣ１６と共に共通ハウジング６４内に設けられた減速歯車装置１８及び増速歯車装置２０を有している。これらユニットを一体化したものが、図８に別個に示されており、この場合、共通ハウジング６４は、減速歯車装置１８、ＣＳＴＣ１６及び増速歯車ユニット２０を収納している。これらコンポーネントを単一ユニットとして一体化することにより、コンポーネントのうちの幾つかを無くしたり組み合わせたりすることにより設計が単純化される。減速歯車装置の出力シャフトは、ＣＳＴＣの入力シャフト６６と一体であってこれと単体をなすのが良い。減速歯車装置出力シャフト継手及び端部ラジアル軸受並びにＣＳＴＣ入力シャフト継手及びラジアル流体軸受を不要にすることができる。増速歯車装置の入力シャフト６８は、ＣＳＴＣの出力シャフトと一体であってこれと単体をなすのが良い。増速歯車装置入力シャフト継手及びその端部ラジアル軸受並びにＣＳＴＣ出力シャフト継手及び端部ラジアル軸受も又不要にすることができる。
【００４１】
本発明の種々の実施形態において用いられる歯車装置の形式は、種々の設計パラメータで決まる。歯車の歯は、図６及び図７に概略的に示されているように、好ましくは複螺旋構成のものである。しかしながら、図５に示すように、単螺旋歯車列も又使用できる。
【００４２】
本発明については種々の改造例及び変形例が可能であり、上述の例示の実施形態は、一例として示されているに過ぎない。しかしながら、本発明は、本明細書に開示した特定の実施形態には限定されるものではないということはもう一度理解されるべきである。確かに、本発明は、特許請求の範囲に記載された本発明の真の精神及び範囲に属する全ての変形例、改造例及び均等例を含む。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】可変周波数駆動装置を用いた設備ストリングの略図である。
【図２】可変速度流体クラッチ及びスタータモータを用いた別の設備ストリングの略図である。
【図３】タービンと少なくとも１つの圧縮機との間にＣＳＴＣを用いた図２の設備ストリングの略図である。
【図４】回転設備ストリング中に設けられた本発明のデュアルエンド形歯車式圧縮機始動用トルクコンバータの例示の実施形態の略図である。
【図５】図４の例示の実施形態の歯車装置及びＣＳＴＣの個々のコンポーネントを示す部分断面図である。
【図６】図４の例示の実施形態の歯車装置及びＣＳＴＣを示す部分断面図である。
【図７】回転設備ストリング中に設けられた本発明のデュアルエンド形歯車式圧縮機始動用トルクコンバータの別の例示の実施形態の略図である。
【図８】図７の例示の実施形態の歯車装置及びＣＳＴＣユニットの部分断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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