(57)【要約】      （修正有）【課題】空気圧縮のための良好なシステムおよび方法を提供すること。【解決手段】空気を圧縮するためのシステムは：駆動軸９２、９６を有する変速駆動機１６２と；少なくとも１つのステージを有し、そして周囲空気または他の空気の流れを受け、かつ圧縮するように、そして変速駆動機の駆動軸によって駆動されるように適合されている少なくとも１つの前主空気圧縮機５６、７６と；第１のピニオン軸上に少なくとも１つのステージを有し、そして少なくとも１つの前主空気圧縮機から送られた圧縮空気の流れを受け、かつさらに圧縮するように適合されている少なくとも１つの主空気圧縮機とを含む。【選択図】図７
2015137651.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの駆動軸を有する変速駆動機と、
少なくとも１つのステージを有し、そして周囲空気または他の空気の流れを受けかつ圧縮するように適合され、該変速駆動機の該少なくとも１つの駆動軸によって駆動される少なくとも１つの前主空気圧縮機と、
第１のピニオン軸上に少なくとも１つのステージを有し、そして該少なくとも１つの前主空気圧縮機から送られた圧縮空気の流れの少なくとも一部分を受けかつさらに圧縮するように適合された少なくとも１つの主空気圧縮機と、
少なくとも１つのステージを有し、第２のピニオン軸上に少なくとも１つのステージを有し、そして該少なくとも１つの主空気圧縮機から送られたさらに圧縮された空気の流れの少なくとも一部分を受けかつさらに圧縮するように適合された少なくとも１つのブースター空気圧縮機と、
少なくとも１つの変速機を直接的にまたは間接的に通して該第１のピニオン軸および該第２のピニオン軸の少なくとも１つを駆動するように適合された少なくとも１つの他の駆動機と、
を含む、空気を圧縮するためのシステム。
【請求項２】
該変速駆動機の第１の駆動軸が、変速で第１の前主空気圧縮機を駆動し、そして、
該変速駆動機の第２の駆動軸が、変速で第２の前主空気圧縮機を駆動する、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
該第１の前主空気圧縮機および該第２の前主空気圧縮機の少なくとも１つが遠心空気圧縮機である、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
該第１のピニオン軸上の該少なくとも１つの主空気圧縮機の第１のステージが、予め規定された放出圧力において該少なくとも１つの前主空気圧縮機から送られた圧縮空気の該流れの少なくとも一部分を受けかつさらに圧縮するように適合されており、そして、
該第１のピニオン軸上の該少なくとも１つの主空気圧縮機の第２ステージが、該少なくとも１つの主空気圧縮機の該第１のステージから送られたさらに圧縮された空気の流れの少なくとも一部を受けかつさらに圧縮するように適合されている、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
該第２のピニオン軸上の該少なくとも１つのブースター空気圧縮機の第１のステージが、該少なくとも１つの主空気圧縮機から送られたさらに圧縮された空気の該流れの該少なくとも一部分を受けかつさらに圧縮するように適合されており、そして、
該第２のピニオン軸上の該少なくとも１つのブースター空気圧縮機の第２ステージが、該少なくとも１つのブースター空気圧縮機の該第１のステージから送られたさらに圧縮された空気の流れの少なくとも一部分を受けかつさらに圧縮するように適合されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
第３のピニオン軸上に少なくとも１つのステージを有する少なくとも１つの補助ブースター空気圧縮機が、該少なくとも１つのブースター空気圧縮機から送られたさらに圧縮された空気の流れの少なくともの一部分を受けかつさらに圧縮するように適合されており、そして、
該少なくとも１つの他の駆動機または別の駆動機が、該少なくとも１つの変速機または別の変速機を直接的にまたは間接的に通して、少なくとも１つの別の駆動軸、該第１のピニオン軸、該第２のピニオン軸、および該第３のピニオン軸を駆動するように適合されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
該第３のピニオン軸上の該少なくとも１つの補助ブースター空気圧縮機の第１のステージが、該少なくとも１つのブースター空気圧縮機の第２ステージから送られたさらに圧縮された空気の該流れの少なくとも一部分を受けかつさらに圧縮するように適合されており、そして、
該第３のピニオン軸上の該少なくとも１つの補助ブースター空気圧縮機の第２ステージが、該少なくとも１つの補助ブースター空気圧縮機の該第１のステージから送られたさらに圧縮された空気の流れの少なくとも一部分を受けかつさらに圧縮するように適合されている、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
該少なくとも１つの変速機が、少なくとも１つのブルギアを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
少なくとも１つの冷却器であって、それぞれの冷却器が、該少なくとも１つの前主空気圧縮機から送られたさらに圧縮された空気の流れの少なくとも一部分、該少なくとも１つの主空気圧縮機から送られたさらに圧縮された空気の流れの少なくとも一部分、および該少なくとも１つのブースター空気圧縮機から送られたさらに圧縮された空気の流れの少なくとも一部分、の少なくとも１つを冷却するように適合されている、冷却器をさらに含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
第１の駆動軸および第２の駆動軸を有する変速駆動機と、
少なくとも１つのステージを有しそして周囲空気の第１の流れを受けかつ圧縮するようにそして該変速駆動機の該第１の駆動軸によって第１の変速において駆動されるように適合されている第１の前主遠心空気圧縮機と、
少なくとも１つのステージを有しそして周囲空気の第２の流れを受けかつ圧縮するようにそして該変速駆動機の該第２の駆動軸によって該第１の変速において駆動されるように適合された第２の前主遠心空気圧縮機と、
該第１の前主遠心空気圧縮機からの圧縮空気の第１の流れの少なくとも一部分と、該第２の前主遠心空気圧縮機からの圧縮空気の第２の流れの少なくとも一部分とを受けかつ混合するように適合されているマニホールドと、
第１のピニオン軸上に第１のステージを有し、そして予め規定された放出圧力において該マニホールドから送られた圧縮空気の少なくとも一部分を受けかつさらに圧縮するように適合され、そして、
該第１のピニオン軸上に第２ステージを有し、そして該主空気圧縮機の該第１のステージから送られたさらに圧縮された空気の流れの少なくとも一部分を受けかつさらに圧縮するように適合されている、
主空気圧縮機と、
第２のピニオン軸上に第１のステージを有し、そして該主空気圧縮機から送られたさらに圧縮された空気の流れの少なくとも一部分を受けかつさらに圧縮するように適合されており、そして、
第２のピニオン軸上に第２ステージを有し、そして該ブースター空気圧縮機の該第１のステージから送られたさらに圧縮された空気の流れの少なくとも一部分を受けかつさらに圧縮するように適合されている、
ブースター空気圧縮機と、
該ブースター空気圧縮機の該第２ステージから送られたさらに圧縮された空気の流れの少なくとも一部分を受けかつさらに圧縮するように適合されている第３のピニオン軸上の第１のステージと、
該補助ブースター空気圧縮機の該第１のステージから送られたさらに圧縮された空気の流れの少なくとも一部分を受けかつさらに圧縮するように適合されている該第３のピニオン軸上の第２ステージと、
を有する補助ブースター空気圧縮機と、
ブルギアおよび他の変速機の少なくとも１つを通して直接的にまたは間接的に別の駆動軸、該第１のピニオン軸、該第２のピニオン軸、および該第３のピニオン軸の少なくとも１つを駆動するように適合された１つの他の駆動機と、
少なくとも１つの冷却器であって、それぞれの冷却器が、該第１の前主遠心空気圧縮機および第２の前主遠心空気圧縮機から送られた圧縮空気の該第１の流れおよび第２の流れの少なくとも一部分、該主空気圧縮機のそれぞれのステージから送られたさらに圧縮された空気のそれぞれの流れの少なくとも一部分、該ブースター空気圧縮機のそれぞれのステージから送られたさらに圧縮された空気のそれぞれの流れの少なくとも一部分、および該補助ブースター空気圧縮機のそれぞれのステージから送られたさらに圧縮された空気のそれぞれの流れの少なくとも一部分、の少なくとも１つを冷却するように適合されている、冷却器と、
を含む、空気を圧縮するためのシステム。
【請求項１１】
空気を圧縮するための方法であって、
少なくとも１つのステージを有する少なくとも１つの前主空気圧縮機へ周囲空気または他の空気の流れを送ることと、
少なくとも１つの駆動軸を有する変速駆動機を用いて該少なくとも１つの前主空気圧縮機を駆動することと、
該少なくとも１つの前主空気圧縮機中の周囲空気または他の空気の該流れを圧縮し、それによって該少なくとも１つの前主空気圧縮機からの圧縮空気の流れを生成させることと、
第１のピニオン軸上に少なくとも１つのステージを有する少なくとも１つの主空気圧縮機に、該少なくとも１つの前主空気圧縮機からの圧縮空気の該流れの少なくとも一部分を送ることと、
該少なくとも１つの主空気圧縮機中の圧縮空気の該流れの該少なくとも一部分をさらに圧縮し、それによって該少なくとも１つの主空気圧縮機からのさらに圧縮された空気の流れを生成させることと、
第２のピニオン軸上に少なくとも１つのステージを有する少なくとも１つのブースター空気圧縮機へ、該少なくとも１つの主空気圧縮機からのさらに圧縮された空気の該流れの少なくとも一部分を送ることと、
該少なくとも１つのブースター空気圧縮機中のさらに圧縮された空気の該流れの該少なくとも一部分をさらに圧縮し、それによって該少なくとも１つのブースター空気圧縮機からのさらに圧縮された空気の流れを生成させることと、
少なくとも１つの変速機を直接的にまたは間接的に通して少なくとも１つの他の駆動機を用いて、該第１のピニオン軸および該第２のピニオン軸の少なくとも１つを駆動することと、
の各ステップを含む、方法。
【請求項１２】
該変速駆動機の第１の駆動軸が、変速で第１の前主空気圧縮機を駆動し、そして、
該変速駆動機の第２の駆動軸が、変速で第２の前主空気圧縮機を駆動する、
請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
該第１の前主空気圧縮機および該第２の前主空気圧縮機の少なくとも１つが、遠心空気圧縮機である、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
該第１のピニオン軸上の該少なくとも１つの主空気圧縮機の第１のステージが、予め規定された放出圧力において、該少なくとも１つの前主空気圧縮機から送られた圧縮空気の該流れの該少なくとも一部分を受けかつさらに圧縮し、そして、
該第１のピニオン軸上の該少なくとも１つの主空気圧縮機の第２ステージが、該少なくとも１つの主空気圧縮機の該第１のステージから送られたさらに圧縮された空気の流れの少なくとも一部分を受けかつさらに圧縮する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
該第２のピニオン軸上の該少なくとも１つのブースター空気圧縮機の第１のステージが、該少なくとも１つの主空気圧縮機から送られたさらに圧縮された空気の該流れの該少なくとも一部分を受けかつさらに圧縮し、そして、
該第２のピニオン軸上の該少なくとも１つのブースター空気圧縮機の第２ステージが、該少なくとも１つのブースター空気圧縮機の該第１のステージから送られたさらに圧縮された空気の流れの少なくとも一部分を受けかつさらに圧縮する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
該少なくとも１つのブースター空気圧縮機から、第３のピニオン軸上に少なくとも１つのステージを有する少なくとも１つの補助ブースター空気圧縮機へ、さらに圧縮された空気の該流れの少なくとも一部分を送ることと、
該少なくとも１つの他の駆動機または別の駆動機を用いて、該少なくとも１つの変速機または別の変速機を通して直接的にまたは間接的に、別の駆動軸、該第１のピニオン軸、該第２のピニオン軸、および該第３のピニオン軸、の少なくとも１つを駆動することと、
該少なくとも１つのブースター空気圧縮機からのさらに圧縮された空気の該流れの少なくとも一部分をさらに圧縮し、それによって該補助ブースター空気圧縮機からのさらに圧縮された空気の流れを生成させることと、
の各ステップをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１７】
該第３のピニオン軸上の該少なくとも１つの補助ブースター空気圧縮機の第１のステージが、該少なくとも１つのブースター空気圧縮機の第２ステージから送られたさらに圧縮された空気の該流れの少なくとも一部分を受けかつさらに圧縮し、そして、
該第３のピニオン軸上の該少なくとも１つの補助ブースター空気圧縮機の第２ステージが、該少なくとも１つの補助ブースター空気圧縮機の該第１のステージから送られたさらに圧縮された空気の流れの少なくとも一部分を受けかつさらに圧縮する、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
該少なくとも１つの変速機が、少なくとも１つのブルギアを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１９】
少なくとも１つの冷却器を用いて、該少なくとも１つの前主空気圧縮機から送られた圧縮空気の該流れの少なくとも一部分、該少なくとも１つの主空気圧縮機から送られたさらに圧縮された空気の該流れの少なくとも一部分、および該少なくとも１つのブースター空気圧縮機から送られたさらに圧縮された空気の流れの少なくとも一部分、の少なくとも１つを冷却することをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項２０】
空気を圧縮する方法であって、
少なくとも１つのステージを有する第１の前主遠心空気圧縮機へ周囲空気の第１の流れを送ることと、
変速駆動機の第１の駆動軸を用いて、第１の変速で、該第１の前主遠心空気圧縮機を駆動することと、
少なくとも１つのステージを有する第２の前主遠心空気圧縮機へ周囲空気の第２の流れを送ることと、
該変速駆動機の第２の駆動軸を用いて、該第１の変速で、該第２の前主遠心空気圧縮機を駆動することと、
該第１の前主遠心空気圧縮機中の周囲空気の該第１の流れを圧縮し、それによって予め規定された放出圧力において、圧縮空気の第１の流れを生成させることと、
該第２の前主遠心空気圧縮機中の周囲空気の該第２の流れを圧縮し、それによって該予め規定された放出圧力において圧縮空気の第２の流れを生成させることと、
マニホールド中で該第１の前主遠心空気圧縮機からの圧縮空気の該第１の流れの少なくとも一部分と該第２の前主遠心空気圧縮機からの圧縮空気の該第２の流れの少なくとも一部分とを混合することと、
該マニホールドから第１のピニオン軸上に第１のステージおよび該第１のピニオン軸上に第２ステージを有する主空気圧縮機に圧縮空気の流れを送ることと、
該主空気圧縮機の該第１のステージにおいて、該マニホールドから送られた圧縮空気の該流れの少なくとも一部分をさらに圧縮することと、
該主空気圧縮機の該第２ステージにおいて、該主空気圧縮機の該第１のステージから送られたさらに圧縮された空気の流れの少なくとも一部分をさらに圧縮することと、
第２のピニオン軸上に第１のステージおよび該第２のピニオン軸上に第２ステージを有するブースター空気圧縮機へ該主空気圧縮機からのさらに圧縮された空気を送ることと、
該ブースター空気圧縮機の該第１のステージにおいて、該主空気圧縮機からのさらに圧縮された空気の該流れの少なくとも一部分をさらに圧縮することと、
該ブースター空気圧縮機の該第２ステージにおいて、該ブースター空気圧縮機の該第１のステージから送られたさらに圧縮された空気の流れの少なくとも一部分をさらに圧縮することと、
該ブースター空気圧縮機から第３のピニオン軸上に第１のステージおよび該第３のピニオン軸上に第２ステージを有する補助ブースター空気圧縮機へさらに圧縮された空気の流れを送ることと、
該補助ブースター空気圧縮機の該第１のステージにおいて、該ブースター空気圧縮機からのさらに圧縮された空気の該流れの少なくとも一部分をさらに圧縮することと、
該補助ブースター空気圧縮機の該第２ステージにおいて、該補助ブースター空気圧縮機の該第１のステージから送られたさらに圧縮された空気の流れの少なくとも一部分をさらに圧縮し、それによって該補助ブースター空気圧縮機からのさらに圧縮された空気の流れを生成させることと、
ブルギアおよび他の変速機の少なくとも１つを通して直接的にまたは間接的に少なくとも１つの他の駆動機を用いて、別の駆動軸、該第１のピニオン軸、該第２のピニオン軸、および該第３のピニオン軸の少なくとも１つを駆動することと、
冷却器の少なくとも１つを用いて、該第１の前主遠心空気圧縮機および第２の前主遠心空気圧縮機から送られた圧縮空気の該第１の流れおよび第２の流れの少なくとも一部分、該主空気圧縮機のそれぞれのステージから送られたさらに圧縮された空気のそれぞれの流れの少なくとも一部分、該補助ブースター空気圧縮機のそれぞれのステージから送られたさらに圧縮された空気のそれぞれの流れの少なくとも一部分、の少なくとも１つを冷却することと、
の各ステップを含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願人のシステムおよび方法は、大規模な極低温空気分離装置などの、周囲空気または他の供給源からの多量の空気流が必要な、圧縮機の配置および適用に関する。
【背景技術】
【０００２】
極低温空気分離装置（ＡＳＵ）では、供給空気は所望の圧力を達成するために主空気圧縮機（ＭＡＣ）中に通される。次に、供給空気は冷却され、水蒸気と他のガス状不純物（例えば二酸化炭素）が除去される。圧縮空気流が、分離のためにＡＳＵの低温部分に送られる前に、供給空気流の一部または全てはブースター空気圧縮機（ＢＡＣ）に送られて所望の圧力を達成される。ＭＡＣおよびＢＡＣはそれぞれ、通常２つ以上の圧縮ステージを含む。
【０００３】
高流速プロセスプラント圧縮機は、典型的には遠心（放射状）圧縮ステージを含む。遠心圧縮ステージは、成形された筐体およびディフューザー内に回転のために取り付けられた羽根車を含む。各圧縮機部分は、圧縮される流体用の入り口と出口とを含む。羽根車は、複数の軸または単一の軸の上に配置されることができる。複数の軸が使用される場合、直径の大きなブルギアが、メッシュピニオン（すなわち、ピニオン軸）（この上に、圧縮羽根車が取り付けられる）を駆動する。これら自体の筐体内の複数の羽根車は、必要に応じて圧縮のいくつかのステージを提供する。ブルギアとメッシュピニオンは、通常ギアボックスとして知られている共通の筐体内に収容されている。従ってこのような圧縮機は、ギア一体型圧縮機として知られている。メッシュピニオンは、これらが駆動する圧縮羽根車の速度要件に最もよく一致するように、種々の直径を有し得る。任意の二つのステージの間の圧縮空気は、パイプで外部中間冷却器に送られるか、または圧縮機ケーシング内の中間冷却器を通過することができ、ここで、圧縮空気は冷却され、それによってガス電力消費が低減される。
【０００４】
ＡＳＵについては、その少なくとも１つが膨張タービンによって駆動される複数の圧縮ステージを使用して空気を圧縮することが知られている。例えば、ヨーロッパ特許出願公報第０６７２８７７Ａ１号明細書は、３つの圧縮ステージを有する極低温空気分離装置を開示し、その圧縮ステージの少なくとも１つは、並列かまたは直列で作用する２つまたはそれ以上の膨張タービンにより駆動され、ブルギアを介して１つまたはそれ以上の圧縮ステージを駆動するために連結されている。
【０００５】
ＡＳＵで使用するための典型的な圧縮機配置は、図１に示される。この配置は、最大５５０，０００ｍ3／時間のＭＡＣ吸引流量のために適用されている。ブースターステージの数は４に限定される。
【０００６】
圧縮機配置１０のブルギア４６は、蒸気タービン２０から連結器３０および４５ならびに中間ギアボックス４０を介して駆動される。ＭＡＣステージ１１とＢＡＣステージ１２は、ブルギア４６から駆動される。３つのＭＡＣ圧縮段階（ＭＡＣ１、ＭＡＣ２、ＭＡＣ３）があり、ＭＡＣ１とＭＡＣ２は第１ピニオン５０から駆動され、ＭＡＣ３は第２ピニオン６０から駆動される。また４つのＢＡＣ圧縮ステージ（ＢＡＣ１、ＢＡＣ２、ＢＡＣ３）があり、ＢＡＣ１とＢＡＣ２とは第３ピニオン７０から駆動され、ＢＡＣ３とＢＡＣ４とは第４ピニオン８０から駆動される。ＭＡＣステージとＢＡＣステージの番号付けは、圧縮される流体がステージを通過する順序を反映している（すなわち、流体は、例えばＭＡＣ１、ＭＡＣ２、およびＭＡＣ３を次々に通過する）。
【０００７】
圧縮機配置１０の全体的な効率を向上させるために、中間冷却器９０、１００、１１０、１２０、および１３０がＭＡＣ圧縮ステージの間およびＢＡＣ圧縮ステージの間に設けられており、圧縮された流体から熱が除去される。流体がＡＳＵに入ることが望まれる温度まで圧縮流体を冷却するために、ＢＡＣ４の出口に最終冷却器１４０が設けられている（図示されていない）。
【０００８】
使用の際には、分離すべき空気は空気入り口フィルター１５０（図示されていない）を通って第１のＭＡＣ圧縮ステージＭＡＣ１に供給され、典型的には約０．２ＭＰａ（２絶対バールまたは「ｂａｒａ」）に圧縮され、ライン１６０を通ってＭＡＣ１を離れ、次に中間冷却器９０を通過した後、さらなる圧縮のために第２圧縮ステージＭＡＣ２に入る。典型的には約０．３５ＭＰａ（３．５ｂａｒａ）に圧縮された空気は、次にライン１７０を通ってＭＡＣ２を出て、中間冷却器１００を通過した後、第３圧縮ステージＭＡＣ３に入る。典型的には約０．６ＭＰａ（６ｂａｒａ）の圧縮空気は、次に水蒸気および他のガス状不純物（例えば、二酸化炭素）の冷却と除去のために、出口１８０を通ってＡＳＵ精製システムに送られる。
【０００９】
ＡＳＵ精製システムを通過した後、空気はＢＡＣステージ１２に送られ、入り口１９０により第１のＢＡＣ圧縮ステージＢＡＣ１に入り、典型的には約１．１ＭＰａ（１１ｂａｒａ）でライン２００から出て行く。次に圧縮空気は、温度低下のために中間冷却器１１０を通され、第２のＢＡＣ圧縮ステージＢＡＣ２に入る。空気は連続してＢＡＣ２出口ライン２１０、典型的には約２ＭＰａ（２０ｂａｒａ）で、中間冷却器１２０、第３のＢＡＣ圧縮ステージＢＡＣ３、出口ライン２２０、典型的には約３．５ＭＰａ（３５ｂａｒａ）で、中間冷却器１３０、および第４のＢＡＣ圧縮ステージＢＡＣ４を通過する。次に圧縮空気は典型的には約５．５ＭＰａ（５５ｂａｒａ）でライン２３０を通って最終冷却器１４０を通過して所望の温度にされ、分離のためにＡＳＵに入る。
【００１０】
他の多くの通常の圧縮機配置およびその変形態様が、ＡＳＵで使用される。そのような配置のいくつかの例は図２〜６に示される。これらの配置において、空気はＭＡＣステージで周囲圧力から５ｂａｒａ超の高い放出圧力まで圧縮される。必要な放出圧力は、場所の標高、低温サイクル、熱交換器、蒸留塔、下準備、使用される配管などに依存する。
【００１１】
図２は、駆動機２１により駆動される２つの高速ピニオン軸上に取り付けられた３つのＭＡＣ圧縮ステージ（ＭＡＣ１、ＭＡＣ２、およびＭＡＣ３）（１０１、１０２、および１０３）を有するギア一体型遠心ＭＡＣを含む圧縮機配置を示す。駆動機２１とギア一体型遠心ＢＡＣのブルギアとの間に、ギアボックス４０が使用される。この配置は、周囲条件下で最大５５０，０００ｍ3／時間の流速で空気を取り込む１つの吸引口を有する。流量の制限要因は、２つのピニオン間、およびピニオンとブルギア間、の必要なスペース、ローターダイナミクス、機械的損失、全体寸法、全体の重量、全体的コスト等などを含むことがある。全てのＭＡＣ圧縮ステージは、同じパワートレイン上にある。従って、速度が少しでも変化すると全てのＭＡＣ圧縮ステージに影響を与えるため、駆動機２１用にいったん設計速度が選択されると、速度を変化させる余地がほとんど無い。ＭＡＣステージとＢＡＣステージは２つの異なる駆動機により駆動できるが、図２に示されるように、ＭＡＣステージとＢＡＣステージの両方が同じ駆動機２１により駆動されることが一般的になっている。ＭＡＣステージとＢＡＣステージが同じ駆動機２１により駆動されると、ＭＡＣステージとＢＡＣステージの全ての速度が連結され、すなわち１つのステージの速度は他のステージに影響を与えることなく変化させることができないことを意味する。
【００１２】
図３は、駆動機２１により駆動される２つの高速ピニオン軸上に取り付けられた３つのＭＡＣ圧縮ステージ（ＭＡＣ１Ａ、ＭＡＣ１Ｂ、ＭＡＣ２、およびＭＡＣ３）（１０１Ａ、１０１Ｂ、１０２、および１０３）を有するギア一体型遠心ＭＡＣを含む圧縮機配置を示す。駆動機２１とＢＡＣとの間に、ギアボックス４０が使用される。この配置は、周囲条件下で最大８００，０００ｍ3／時間の流速で空気を取り込む１つの吸引口を有する。流量の制限要因は、２つのピニオン間、およびピニオンとブルギア間、の必要なスペース、ローターダイナミクス、機械的損失、全体寸法、全体の重量、全体的コスト等などを含むことがある。さらに、吸引口では、誘導乱流を回避し配管断面の変化を可能にするために、適度に長い（例えば、パイプ直径の４倍以上の）真っ直ぐな入口配管が好適であるかまたは必要とされ、その結果サージタップは適切に機能できる。このような要件は、駆動機に近い第２の主吸引部に余分な課題を課す。全てのＭＡＣ圧縮ステージは、同じパワートレイン上にある。従って、速度が少しでも変化すると全てのＭＡＣ圧縮ステージに影響を与えるため、駆動機２１用にいったん設計速度が選択されると、速度を変化させる余地がほとんど無い。ＭＡＣステージとＢＡＣステージは２つの異なる駆動機により駆動できるが、図３に示されるように、ＭＡＣステージとＢＡＣステージの両方が同じ駆動機２１により駆動されることが一般的になっている。ＭＡＣステージとＢＡＣステージが同じ駆動機２１により駆動されると、ＭＡＣステージの全てとＢＡＣステージの全てが関連し、駆動機２１の速度が少しでも変化するとＭＡＣステージの全てとＢＡＣステージの全てに影響を与えるであろうことを意味する。
【００１３】
図４は、１つの軸上に取り付けられた３つ以上のＭＡＣ圧縮ステージ（ＭＡＣ１、ＭＡＣ２、ＭＡＣ３、およびＭＡＣ４）（１０１、１０２、１０３、および１０４）を有する単一軸遠心ＭＡＣを含む圧縮機配置を示す。この配置は、周囲条件下で最大６５０，０００ｍ3／時間の流速で空気を取り込む１つの吸引口を有する。流量の制限要因は、現在の工具を用いて製造することができる羽根車のサイズ、応力限界または先端速度限界、ローターダイナミクス、全体寸法、全体の重量、全体的コスト等などを含むことがある。全てのＭＡＣ圧縮ステージは同じパワートレイン上にある。従って、速度が少しでも変化すると全てのＭＡＣ圧縮ステージに影響を与えるため、駆動機２１用にいったん設計速度が選択されると、速度を変化させる余地がほとんど無い。図４に示されるように、ＭＡＣステージとＢＡＣステージが同じ駆動機２１により駆動されることが一般的である。この場合、駆動機２１の速度が少しでも変化すると、ＭＡＣステージの全て並びにＢＡＣステージの全てに影響を与えるであろう。
【００１４】
図５は、１つの軸上に取り付けられた６軸ＭＡＣ圧縮ステージ（ＭＡＣ１）（１０１）と１つ以上の遠心ＭＡＣ圧縮ステージ（ＭＡＣ２およびＭＡＣ３）（１０２および１０３）を有する単一シャフト軸放射状ＭＡＣを含む圧縮機配置を示す。この配置は、周囲条件下で最大１，０００，０００ｍ3／時間以上の流量の空気を取り込む１つの吸引口を有する。ローターダイナミクスおよびコストの制約に起因して軸方向圧縮部にステージ間冷却が無く、従って圧縮機の消費電力は同等の等温圧縮機よりも高くなるであろう。等温圧縮機は、各圧縮ステージ後にステージ間冷却があることを意味する。全てのＭＡＣ圧縮ステージは同じ軸上にある。従って、速度が少しでも変化すると全てのＭＡＣ圧縮ステージに影響を与えるであろうため、駆動機２１用にいったん設計速度が選択されると、速度を変化させる余地がほとんど無い。図５に示されるように、ＭＡＣステージとＢＡＣステージは同じ駆動機２１により駆動される時、駆動機２１の速度が少しでも変化すると、ＭＡＣステージの全て並びにＢＡＣステージの全てに影響を与えるであろう。
【００１５】
図６は、別の圧縮機配置を示す。最初のＭＡＣ圧縮ステージ（ＭＡＣ１）（１０１）は駆動機２１の一端で駆動され、一方ギア一体型遠心圧縮機は、１つの高速ピニオン軸上に２つの残りのＭＡＣ圧縮ステージ（ＭＡＣ２とＭＡＣ３）（１０２および１０３）が含む。残りの２つのＭＡＣ圧縮ステージは、同じ機械上で４つのＢＡＣ圧縮ステージ（ＢＡＣ１、ＢＡＣ２、ＢＡＣ３、およびＢＡＣ４）（５０１、５０２、５０３、５０４）と組み合わされる。一般に、組み合わせたＭＡＣ／ＢＡＣ圧縮機において、全部で最大４つの高速ピニオン軸と最大８つのステージが存在し得る。ギアボックス４０は、駆動機２１と、組み合わせたＭＡＣ／ＢＡＣ（ＭＡＣ２、ＭＡＣ３、ＢＡＣ１、ＢＡＣ２、ＢＡＣ３、およびＢＡＣ４）との間で使用される。この配置は、周囲条件下で空気を取り込む吸引口を有する。この配置の最大流量は、関連する機械供給者によって決定されるべきである。この配置の最大流量は、相手先商標製品の製造会社（ＯＥＭメーカー）により製造される遠心羽根車サイズ、および許容される羽根車先端速度により制限されるであろう。従って速度が少しでも変化すると、同じパワートレイン上のＭＡＣ圧縮ステージの全て並びにＢＡＣ圧縮ステージの全てに影響を与えるであろうため、駆動機２１用にいったん設計速度が選択されると、速度を変化させる余地がほとんど無い。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
図１〜６に示される圧縮機配置の全てに共通の主要な課題は、
１．効率を犠牲することなく、いかに流量を増加させるか、
２．ターンダウンのための通気を減らすことを含む、年間消費電力削減を達成するために、いかにより効率的に種々の操作条件を処理するか、
３．標準化により、いかに圧縮トレインのコスト削減を達成するか、
である。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本出願人の装置と方法には種々の形態があり、各形態には多くの変更態様がある。
【００１８】
１つの形態は、空気を圧縮するためのシステムである。本システムは、変速駆動機と、少なくとも１つの前主空気圧縮機と、少なくとも１つの主空気圧縮機と、少なくとも１つのブースター空気圧縮機と、少なくとも１つの他の駆動機と、を含む。前記変速駆動機は、少なくとも１つの駆動軸を有する。前記少なくとも１つの前主空気圧縮機は、少なくとも１つのステージを有し、そして周囲空気または他の空気の流れを受けかつ圧縮するようにそして前記変速駆動機の前記少なくとも１つの駆動軸によって駆動されるように適合されている。前記少なくとも１つの主空気圧縮器は、第１のピニオン軸上に少なくとも１つのステージを有し、そして前記少なくとも１つの前主空気圧縮機から送られた圧縮空気の流れの少なくとも一部分を受けかつさらに圧縮するように適合されている。前記少なくとも１つのブースター空気圧縮機は、第２のピニオン軸上に少なくとも１つのステージを有し、そして前記少なくとも１つの主空気圧縮機から送られたさらに圧縮された空気の流れの少なくとも一部分を受けかつさらに圧縮するように適合されている。前記少なくとも１つの他の駆動機は、少なくとも１つの変速機を直接的にまたは間接的に通して前記第１のピニオン軸と該第２のピニオン軸との少なくとも１つを駆動するように適合されている。
【００１９】
本システムの第１の変形態様において、前記変速駆動機の第１の駆動軸は、変速で第１の前主空気圧縮機を駆動し、そして、前記変速駆動機の第２の駆動軸は、変速で第２の前主空気圧縮機を駆動する。この変形態様の変化型において、前記第１の前主空気圧縮機および該第２の前主空気圧縮機の少なくとも１つは遠心空気圧縮機である。
【００２０】
本システムの別の変形態様において、前記第１のピニオン軸上の前記少なくとも１つの主空気圧縮機の第１のステージは、予め規定された放出圧力において前記少なくとも１つの前主空気圧縮機から送られた圧縮空気の前記流れの前記少なくとも一部分を受けかつさらに圧縮するように適合されており、そして、前記第１のピニオン軸上の前記少なくとも１つの主空気圧縮機の第２のステージは、前記少なくとも１つの主空気圧縮機の前記第１のステージから送られたさらに圧縮された空気の流れの少なくとも一部を受けかつさらに圧縮するように適合されている。
【００２１】
本システムのさらに別の変形態様において、前記第２のピニオン軸上の前記少なくとも１つのブースター空気圧縮機の第１のステージは、前記少なくとも１つの主空気圧縮機から送られたさらに圧縮された空気の前記流れの前記少なくとも一部分を受けかつさらに圧縮するように適合されており、そして、前記第２のピニオン軸上の前記少なくとも１つのブースター空気圧縮機の第２のステージは、前記少なくとも１つのブースター空気圧縮機の前記第１のステージから送られたさらに圧縮された空気の流れの少なくとも一部分を受けかつさらに圧縮するように適合されている。
【００２２】
これら４つの段落で考察されたシステムのいずれかの別の変形態様において、少なくとも１つの変速機は少なくとも１つのブルギアを含む。
【００２３】
第２のシステムは、第１のシステムまたは上記で考察した任意の変形態様と同様であるが、第３のピニオン軸上に少なくとも１つのステージを有し、そして、前記少なくとも１つのブースター空気圧縮機から送られたさらに圧縮された空気の流れの少なくともの一部分を受けかつさらに圧縮するように適合されている少なくとも１つの補助ブースター空気圧縮機を含み、そして、前記少なくとも１つの他の駆動機または別の駆動機は、前記少なくとも１つの変速機または別の変速機を直接的にまたは間接的に通して、別の駆動軸、前記第１のピニオン軸、前記第２のピニオン軸、および前記第３のピニオン軸、の少なくとも１つを駆動するように適合されている。
【００２４】
前記第２のシステムの変形態様において、前記第３のピニオン軸上の前記少なくとも１つの補助ブースター空気圧縮機の第１のステージは、前記少なくとも１つのブースター空気圧縮機の第２のステージから送られたさらに圧縮された空気の前記流れの少なくとも一部分を受けかつさらに圧縮するように適合されており、そして、前記第３のピニオン軸上の前記少なくとも１つの補助ブースター空気圧縮機の第２のステージは、前記少なくとも１つの補助ブースター空気圧縮機の前記第１のステージから送られたさらに圧縮された空気の流れの少なくとも一部分を受けかつさらに圧縮するように適合されている。
【００２５】
第３のシステムは、第１のシステムまたは第２のシステム又は上記で考察した任意の変形態様と同様であるが、少なくとも１つの冷却器であって、それぞれの冷却器は、前記少なくとも１つの前主空気圧縮機から送られたさらに圧縮された空気の前記流れの少なくとも一部分、前記少なくとも１つの主空気圧縮機から送られたさらに圧縮された空気の前記流れの少なくとも一部分、および前記少なくとも１つのブースター空気圧縮機から送られたさらに圧縮された空気の流れの少なくとも一部分、の少なくとも１つを冷却するように適合されている、冷却器をさらに含む。
【００２６】
第４のシステムは、変速駆動機と、第１の前主遠心空気圧縮機と、第２の前主遠心空気圧縮機と、マニホールドと、主空気圧縮機と、ブースター空気圧縮機と、補助ブースター空気圧縮機と、１つの他の駆動機と、少なくとも１つの冷却器と、を含む。前記変速駆動機は、第１の駆動軸および第２の駆動軸を有する。前記第１の前主遠心空気圧縮機は、少なくとも１つのステージを有し、そして周囲空気の第１の流れを受けかつ圧縮するようにそして前記変速駆動機の前記第１の駆動軸によって第１の変速において駆動されるように適合されている。前記第２の前主遠心空気圧縮機は、少なくとも１つのステージを有し、そして周囲空気の第２の流れを受けかつ圧縮するように、そして前記変速駆動機の前記第２の駆動軸によって前記第１の変速において駆動されるように適合されている。前記マニホールドは、前記第１の前主遠心空気圧縮機からの圧縮空気の第１の流れの少なくとも一部分と、前記第２の前主遠心空気圧縮機からの圧縮空気の第２の流れの少なくとも一部分とを受けかつ混合するように適合されている。前記主空気圧縮機は、第１のステージと第２のステージとを有する。前記第１のステージは第１のピニオン軸上にあり、そして予め規定された放出圧力において前記マニホールドから送られた圧縮空気の流れの少なくとも一部分を受けかつさらに圧縮するように適合されている。前記主空気圧縮機の前記第２のステージは前記第１のピニオン軸上にあり、そして前記主空気圧縮器から送られたさらに圧縮された空気の流れの少なくとも一部分を受けかつさらに圧縮するように適合されている。前記ブースター空気圧縮機は、第１のステージと第２のステージとを有する。前記第１のステージは第２のピニオン軸上にあり、そして前記主空気圧縮機から送られたさらに圧縮された空気の流れの少なくとも一部分を受けかつさらに圧縮するように適合されている。前記ブースター空気圧縮機の前記第２のステージは第２のピニオン軸上にあり、そして前記ブースター空気圧縮機の前記第１のステージから送られたさらに圧縮された空気の流れの少なくとも一部分を受けかつさらに圧縮するように適合されている。前記補助ブースター空気圧縮機は、第１のステージと第２のステージとを有する。前記第１のステージは第３のピニオン軸上にあり、そして前記ブースター空気圧縮機の前記第２のステージから送られたさらに圧縮された空気の流れの少なくとも一部分を受けかつさらに圧縮するように適合されている。前記補助ブースター空気圧縮機の前記第２のステージは前記第３のピニオン軸上にあり、そして前記補助ブースター空気圧縮機の前記第１のステージから送られたさらに圧縮された空気の流れの少なくとも一部分を受けかつさらに圧縮するように適合されている。前記１つの他の駆動機は、ブルギアおよび他の変速機の少なくとも１つを直接的にまたは間接的に通して別の駆動軸、前記第１のピニオン軸、前記第２のピニオン軸、および前記第３のピニオン軸、の少なくとも１つを駆動するように適合されている。それぞれの冷却器は、前記第１の前主遠心空気圧縮機および第２の前主遠心空気圧縮機から送られた圧縮空気の前記第１の流れおよび第２の流れの少なくとも一部分、前記主空気圧縮機のそれぞれのステージから送られたさらに圧縮された空気のそれぞれの流れの少なくとも一部分、前記ブースター空気圧縮機のそれぞれのステージから送られたさらに圧縮された空気のそれぞれの流れの少なくとも一部分、および前記補助ブースター空気圧縮機のそれぞれのステージから送られたさらに圧縮された空気のそれぞれの流れの少なくとも一部分、の少なくとも１つを冷却するように適合されている。
【００２７】
別の形態は、８ステップを含む空気を圧縮するための方法である。第１のステップは、少なくとも１つのステージを有する少なくとも１つの前主空気圧縮機へ周囲空気または他の空気の流れを送ることである。第２のステップは、少なくとも１つの駆動軸を有する変速駆動機を用いて前記少なくとも１つの前主空気圧縮機を駆動することである。第３のステップは、前記少なくとも１つの前主空気圧縮機中の周囲空気または他の空気の前記流れを圧縮し、それによって前記少なくとも１つの前主空気圧縮機からの圧縮空気の流れを生成させることである。第４のステップは、少なくとも１つのステージと第１のピニオン軸とを有する少なくとも１つの主空気圧縮機へ、前記少なくとも１つの前主空気圧縮機からの圧縮空気の前記流れの少なくとも一部分を送ることである。第５のステップは、前記少なくとも１つの主空気圧縮機中の圧縮空気の前記流れの前記少なくとも一部分をさらに圧縮し、それによって前記少なくとも１つの主空気圧縮機からのさらに圧縮された空気の流れを生成させることである。第６のステップは、第２のピニオン軸上に少なくとも１つのステージを有する少なくとも１つのブースター空気圧縮機へ、前記少なくとも１つの主空気圧縮機からのさらに圧縮された空気の前記流れの少なくとも一部分を送ることである。第７のステップは、前記少なくとも１つのブースター空気圧縮機中のさらに圧縮された空気の前記流れの前記少なくとも一部分をさらに圧縮し、それによって前記少なくとも１つのブースター空気圧縮機からのさらに圧縮された空気の流れを生成させることである。第８のステップは、少なくとも１つの変速機を直接的にまたは間接的に通して少なくとも１つの他の駆動機を用いて、前記第１のピニオン軸と前記第２のピニオン軸との少なくとも１つを駆動することである。
【００２８】
本方法の第１の変形態様において、前記変速駆動機の第１の駆動軸は、変速で第１の前主空気圧縮機を駆動し、そして、前記変速駆動機の第２の駆動軸は、変速で第２の前主空気圧縮機を駆動する。
【００２９】
本方法の別の変形態様において、前記第１のピニオン軸上の前記少なくとも１つの主空気圧縮機の第１のステージは、予め規定された放出圧力において、前記少なくとも１つの前主空気圧縮機から送られた圧縮空気の前記流れの前記少なくとも一部分を受けかつさらに圧縮し、そして、前記第１のピニオン軸上の前記少なくとも１つの主空気圧縮機の第２ステージは、前記少なくとも１つの主空気圧縮機の前記第１のステージから送られたさらに圧縮された空気の流れの少なくとも一部分を受けかつさらに圧縮する。
【００３０】
本方法のさらに別の変形態様において、前記第２のピニオン軸上の前記少なくとも１つのブースター空気圧縮機の第１のステージは、前記少なくとも１つの主空気圧縮機から送られたさらに圧縮された空気の前記流れの前記少なくとも一部分を受けかつさらに圧縮し、そして、前記第２のピニオン軸上の前記少なくとも１つのブースター空気圧縮機の第２のステージは、前記少なくとも１つのブースター空気圧縮機の前記第１のステージから送られたさらに圧縮された空気の流れの少なくとも一部分を受けかつさらに圧縮する。
【００３１】
上記４つの段落に記載したいずれかの方法の別の変形態様において、前記少なくとも１つの変速機は少なくとも１つのブルギアを含む。
【００３２】
第２の方法は、前記第１の方法または上記で考察した任意の変形態様と同様であるが、３つの追加のステップを含む。前記第１の追加のステップは、前記少なくとも１つのブースター空気圧縮機から、第３のピニオン軸上に少なくとも１つのステージを有する少なくとも１つの補助ブースター空気圧縮機へ、さらに圧縮された空気の前記流れの少なくとも一部分を送ることである。前記第２の追加のステップは、前記少なくとも１つの他の駆動機または別の駆動機を用いて、前記少なくとも１つの変速機または別の変速機を直接的にまたは間接的に通して、別の駆動軸、前記第１のピニオン軸、前記第２のピニオン軸、および前記第３のピニオン軸、の少なくとも１つを駆動することである。前記第３の追加のステップは、前記少なくとも１つのブースター空気圧縮機からのさらに圧縮された空気の前記流れの前記少なくとも一部分をさらに圧縮し、それによって前記補助ブースター空気圧縮機からのさらに圧縮された空気の流れを生成させることである。
【００３３】
前記第２の方法の変形態様において、前記第３のピニオン軸上の前記少なくとも１つの補助ブースター空気圧縮機の第１のステージは、前記少なくとも１つのブースター空気圧縮機の第２のステージから送られたさらに圧縮された空気の前記流れの少なくとも一部分を受けかつさらに圧縮し、そして、前記第３のピニオン軸上の前記少なくとも１つの補助ブースター空気圧縮機の第２のステージは、前記少なくとも１つの補助ブースター空気圧縮機の前記第１のステージから送られたさらに圧縮された空気の流れの少なくとも一部分を受けかつさらに圧縮する。
【００３４】
第３の方法は、前記第１の方法もしくは第２の方法または上記で考察した任意の変形態様と同様であるが、少なくとも１つの冷却器を用いて、前記少なくとも１つの前主空気圧縮機から送られた圧縮空気の前記流れの少なくとも一部分、前記少なくとも１つの主空気圧縮機から送られたさらに圧縮された空気の前記流れの少なくとも一部分、および前記少なくとも１つのブースター空気圧縮機から送られたさらに圧縮された空気の流れの少なくとも一部分、の少なくとも１つを冷却する追加のステップを含む。
【００３５】
第４の方法は、１８のステップを含む。第１のステップは、少なくとも１つのステージを有する第１の前主遠心空気圧縮機へ周囲空気の第１の流れを送ることである。第２のステップは、変速駆動機の第１の駆動軸を用いて、第１の変速で、前記第１の前主遠心空気圧縮機を駆動することである。第３のステップは、少なくとも１つのステージを有する第２の前主遠心空気圧縮機へ周囲空気の第２の流れを送ることである。第４のステップは、前記変速駆動機の第２の駆動軸を用いて、前記第１の変速で、前記第２の前主遠心空気圧縮機を駆動することである。第５のステップは、前記第１の前主遠心空気圧縮機中の周囲空気の前記第１の流れを圧縮し、それによって予め規定された放出圧力において、圧縮空気の第１の流れを生成させることである。第６のステップは、前記第２の前主遠心空気圧縮機中の周囲空気の前記第２の流れを圧縮し、それによって前記予め規定された放出圧力において圧縮空気の第２の流れを生成させることである。第７のステップは、マニホールド中で前記第１の前主遠心空気圧縮機からの圧縮空気の前記第１の流れの少なくとも一部分と前記第２の前主遠心空気圧縮機からの圧縮空気の前記第２の流れの少なくとも一部分とを混合することである。第８のステップは、前記マニホールドから第１のピニオン軸上に第１のステージおよび前記第１のピニオン軸上に第２のステージを有する主空気圧縮機へ圧縮空気の流れを送ることである。第９のステップは、前記主空気圧縮機の前記第１のステージにおいて、前記マニホールドから送られた圧縮空気の前記流れの少なくとも一部分をさらに圧縮することである。第１０のステップは、前記主空気圧縮機の前記第２ステージにおいて、前記主空気圧縮機の前記第１のステージから送られたさらに圧縮された空気の流れの少なくとも一部分をさらに圧縮することである。第１１のステップは、第２のピニオン軸上に第１のステージおよび前記第２のピニオン軸上に第２のステージを有するブースター空気圧縮機へ前記主空気圧縮機からのさらに圧縮された空気の流れを送ることである。第１２のステップは、前記ブースター空気圧縮機の前記第１のステージにおいて、前記主空気圧縮機からのさらに圧縮された空気の前記流れの少なくとも一部分をさらに圧縮することである。第１３のステップは、前記ブースター空気圧縮機の前記第２のステージにおいて、前記ブースター空気圧縮機の前記第１のステージから送られたさらに圧縮された空気の流れの少なくとも一部分をさらに圧縮することである。第１４のステップは、前記補助ブースター空気圧縮機から第３のピニオン軸上に第１のステージおよび前記第３のピニオン軸上に第２のステージを有する補助ブースター空気圧縮機へさらに圧縮された空気の流れを送ることである。第１５のステップは、前記補助ブースター空気圧縮機の前記第１のステージにおいて、前記ブースター空気圧縮機からのさらに圧縮された空気の前記流れの少なくとも一部分をさらに圧縮することである。第１６のステップは、前記補助ブースター空気圧縮機の前記第２のステージにおいて、前記補助ブースター空気圧縮機の前記第１のステージから送られたさらに圧縮された空気の流れの少なくとも一部分をさらに圧縮し、それによって前記補助ブースター空気圧縮機からのさらに圧縮された空気の流れを生成させることである。第１７のステップは、ブルギアおよび他の変速機の少なくとも１つを直接的にまたは間接的に通して少なくとも１つの他の駆動機を用いて、別の駆動軸、前記第１のピニオン軸、前記第２のピニオン軸、および前記第３のピニオン軸、の少なくとも１つを駆動することである。第１８のステップは、少なくとも１つの冷却器を用いて、前記第１の前主遠心空気圧縮機および第２の前主遠心空気圧縮機から送られた圧縮空気の前記第１の流れおよび第２の流れの少なくとも一部分、前記主空気圧縮機のそれぞれのステージから送られたさらに圧縮された空気のそれぞれの流れの少なくとも一部分、前記ブースター空気圧縮機のそれぞれのステージから送られたさらに圧縮された空気のそれぞれの流れの少なくとも一部分、および前記補助ブースター空気圧縮機のそれぞれのステージから送られたさらに圧縮された空気のそれぞれの流れの少なくとも一部分、の少なくとも１つを冷却することである。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
本出願人のシステムと方法は、例として以下の添付図面を参照してさらに説明される。
【００３７】
【図１】図１は、空気分離装置（ＡＳＵ）で使用するための従来の圧縮機配置の略図である。
【００３８】
【図２】図２は、ＡＳＵで使用するための別の従来の圧縮機配置の略図である。
【００３９】
【図３】図３は、ＡＳＵで使用するための別の従来の圧縮機配置の略図である。
【００４０】
【図４】図４は、ＡＳＵで使用するための別の従来の圧縮機配置の略図である。
【００４１】
【図５】図５は、ＡＳＵで使用するための別の従来の圧縮機配置の略図である。
【００４２】
【図６】図６は、ＡＳＵで使用するための別の従来の圧縮機配置の略図である。
【００４３】
【図７】図７は、本出願人のシステムおよび方法のための圧縮機配置の１つの態様を示す略図である。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
図７は、多くの変形態様および変形態様の変化型が存在する本出願人のシステムと方法の圧縮機配置１０の１つの例示的態様を示す。圧縮機配置１０は、前ＭＡＣステージ２、ＭＡＣステージ４、およびＢＡＣステージ６を含む。２つの前ＭＡＣ圧縮機（５６と７６）、２つのＭＡＣ圧縮ステージ（ＭＡＣ１とＭＡＣ２）（１８２と２２２）、および４つのＢＡＣ圧縮ステージ（ＢＡＣ１、ＢＡＣ２、ＢＡＣ３、およびＢＡＣ４）（２９０、３３０、３７０、および４１０）がある。
【００４５】
図７に示される例示的態様を参照すると、変速駆動機（１６２）（例えば、蒸気タービンまたは変速モーター）は、２つの連結器９２、９６を通して２つの単一のステージの遠心前主空気圧縮機（前ＭＡＣ）５６、７６を駆動する。第１の前ＭＡＣ圧縮機５６は、周囲（または別の供給源）から空気を取り、入り口空気フィルター５２と入り口ライン５４を通して空気を引き込み、空気を約２ｂａｒａに圧縮する。圧縮された空気は、ライン５８により前ＭＡＣ最終冷却器（前ＭＡＣ  ＡＣ）６１に追い出され、冷却された空気はライン６２によりマニホールド８６に追い出される。第２の前ＭＡＣ圧縮機７６は、周囲（または別の供給源）から空気を取り、入り口空気フィルター７２と入り口ライン７４を通して空気を引き込み、空気を約２ｂａｒａに圧縮する。圧縮された空気は、ライン７８により前ＭＡＣ最終冷却器（前ＭＡＣ  ＡＣ）８１に追い出され、冷却された空気はライン８２によりマニホールド８６に追い出される。
【００４６】
前ＭＡＣ最終冷却器６１、８１からの圧縮され冷却された空気（約２ｂａｒａ）は、ライン１７２を通して第１のＭＡＣ圧縮ステージＭＡＣ１（１８２）に供給され、ここでさらに圧縮され、次にライン１９２を通してＭＡＣ１のステージ間冷却器２０２（ＭＡＣ１  １Ｃ）に供給される。ステージ間冷却器２０２からの冷却された空気は、ライン２１２を通して第２のＭＡＣ圧縮ステージＭＡＣ２（２２２）に供給され、ここでさらに圧縮され、次にライン２３２を通してＭＡＣ２の最終冷却器２４０（ＭＡＣ２  ＡＣ）に供給される。最終冷却器２４０からの冷却空気は、ライン２５０を通して、空気分離装置（ＡＳＵ）流２６０に追い出される。
【００４７】
好ましくは、前ＭＡＣの放出圧力またはＭＡＣの入り口圧力は、任意の周囲圧力の予め規定された圧力または一定圧力である。しかし、最適な経済的利益を与えないかも知れないが、種々の他の圧力が可能であることを、当業者は認識するであろう。
【００４８】
ＡＳＵ流２６０は、精製装置（図示されていない）と熱交換器（図示されていない）を通過し、ＡＳＵ流の一部はＢＡＣ入り口流２７０から戻り、これは、ライン２８０を通して第１のＢＡＣ圧縮ステージＢＡＣ１（２９０）に追い出され、さらに圧縮され、そしてライン３００を通してＢＡＣ１のステージ間冷却器３１０（ＢＡＣ１  １Ｃ）に追い出される。
【００４９】
ステージ間冷却器３１０からの冷却空気は、ライン３２０により第２のＢＡＣ圧縮ステージＢＡＣ２（３３０）に追い出され、さらに圧縮され、そしてライン３４０によりＢＡＣ２のステージ間冷却器３５０（ＢＡＣ２  ＩＣ）に追い出される。
【００５０】
ステージ間冷却器３５０からの冷却空気の一部または全ては、ライン３６０により第３のＢＡＣ圧縮ステージＢＡＣ３（３７０）に追い出され、さらに圧縮され、そしてライン３８０によりＢＡＣ３のステージ間冷却器３９０（ＢＡＣ３  ＩＣ）に追い出される。
【００５１】
ステージ間冷却器３９０からの冷却空気は、ライン４００によりＢＡＣ圧縮ステージＢＡＣ４（４１０）に追い出され、さらに圧縮され、そしてライン４２０によりＢＡＣ４の最終冷却器４３０（ＢＡＣ４  ＡＣ）に追い出される。最終冷却器４３０からの冷却空気は、ライン４４０により追い出され、さらなる処理のためにＡＳＵ流４５０に行く。
【００５２】
図７に示される例示的態様の圧縮機配置１０において、ＭＡＣ１（１８２）とＭＡＣ２（２２２）は、両方とも第１のピニオン軸８上にある。ＢＡＣ１（２９０）とＢＡＣ２（３３０）は、両方とも第２のピニオン軸１４上にある。ＢＡＣ３（３７０）とＢＡＣ４（４１０）は、両方とも第３のピニオン軸１６上にある。第２の駆動機６００は、ピニオン軸８、１４、および１６上のＭＡＣステージ４とＢＡＣステージ６の組合せを、連結器４２［必要であれば、ギアボックス（図示されていない）を通しても良い］とブルギア１８の軸でもよい駆動軸とを通して駆動する。
【００５３】
例えば、ＢＡＣステージ６が４つのステージを超える追加のステージ（例えば、５つまたは６つのステージ）を有する場合、４つを超える余分なステージは、追加のピニオン軸を用いてＭＡＣ１ステージ４とＢＡＣステージ６との組合せ中に含まれることができる。
【００５４】
変速駆動機１６２が前ＭＡＣ圧縮機５６、７６を駆動する設計速度は、最適の効率と最小の電力消費とを達成するために、場所の標高と場所の平均周囲温度に基づいて最適化される。可変入口案内羽根（ＩＧＶ）および／または可変ディフューザーは、それらのプロセス条件に対してより効果的に電力消費を低減するための他のプロセスのデューティ条件を処理するために、可変速度の調整と組み合わせて使用することができる。
【００５５】
本出願人のシステムおよび方法は、少なくとも部分的には、図１〜６に示した従来の圧縮機配置に共通の３つの課題に、少なくともいくつかの方法で取り組む：
・本出願人のシステムおよび方法は、周囲または他の供給源から空気を取る２つの主要な吸引部を利用し、これによって、周囲から空気を取る１つのみの主要な吸引を有する図１、２、４、および６の従来の圧縮機配置により扱うことができる流量を２倍にする。
・本出願人のシステムおよび方法は、それを妨害する隣接するステージや圧縮機スクロールを持たない独立型のパワートレインを使用するため、本出願人のシステムおよび方法は、図３に示される圧縮機配置によって課されるスペースと寸法の制約をなくす。その結果、本出願人のシステムおよび方法は、はるかに高い流量（＞１，０００，０００ｍ3／時間）を処理することができ、そして
・前ＭＡＣが、歯車に関連するいかなる機械的な損失も無しに変速駆動機によって駆動されるため、本出願人のシステムおよび方法は、電力を節約する。そして、本出願人のシステムおよび方法は、以下の「実施例」の項での実施例１により示されるように、より少ない電力を使用する等温圧縮を提供する。
【００５６】
任意の場所について、空気入口圧力は一定であるが、空気入口温度は冬から夏に大きく変化することが可能であり、体積流量の大きな変動及び体積熱への変動をもたらす、体積流量と体積熱の上昇は入口温度とともに上昇する。
【００５７】
上記のように、全ての従来の圧縮機配置について、ＭＡＣステージ（および全ての大型機械のための全てのＢＡＣステージ）は同じパワートレイン上にあり、従って、いったん設計速度が選択されると、この速度を変化させて季節的温度変動および／または生産変更を受け入れる余地はほとんど無い。すなわち、最も有効な圧縮機性能の制御変数である速度は、従来の圧縮機配置について使用する自由度ではない。夏の高温条件で必要な流量と体積熱を扱うために、ＭＡＣは夏の高温条件用のサイズにする必要があり、ＩＧＶは通常の操作条件を扱うために部分的に閉じられるであろう。これは、他の作用条件およびそのターンダウン範囲（すなわち、設計流量から圧縮機サージの無い最小の許容される流量までの範囲）の圧縮機効率を低下させるであろう。冬またはターンダウン条件中は、夏の高温状態の流量と比較して体積流量が大幅に低下し、ＩＧＶをさらに閉じる必要があり、圧縮機の急上昇を防止するために、圧縮空気は大気中に放出されなければならない。どちらも電力の浪費につながる。
【００５８】
対照的に、前ＭＡＣを使用する圧縮機配置は、真の自由度としてその独自の独立型の可変速度を有している。夏の高温状態では速度を上昇させることができ、冬または折り返しとなる条件では速度を低減することができる。可変ＩＧＶと可変ディフューザーは（必要な場合）、さらに操作の範囲を高めることができる。他の操作条件のための圧縮機効率は、従来の配置に比べて良いであろう。通気は完全に排除することができ、さらなる電力節約をもたらすことができる。
【００５９】
異なる場所の標高により、ＭＡＣの空気入口圧力が大幅に変化することがある。平均吸気温度はまた、異なる場所間の気候条件によりかなり変化し得る。例えばＭＡＣは、入口圧力が１．０１ｂａｒａで平均入口温度が７．２℃の場所から、入り口圧力が０．８５２ｂａｒａで平均入口温度が２０℃である別の場所に移動すると、同じ空気分離製品と低温プロセスサイクルについて、入り口容積流量が２５％超増加し、第１ステージの体積熱が３４％超増加されるであろう。
【００６０】
上記のように、従来の配置の全てのＭＡＣステージは同じパワートレイン上にある。いったん速度が選択されると、速度を変化させる余地はほとんど無い。その結果、最も有効な圧縮機性能の制御変数である速度は、所定のＭＡＣハードウェアについて自由度はない。標高が高くおよび／または平均入口温度が高い場所では、所定のＭＡＣハードウェアのための第１ステージについて、設計速度は高い必要がある。しかし、いかなる速度の増加は、同じパワートレイン上の全てのＭＡＣステージ並びにＢＡＣステージに適用されるため、従って、与えられた極低温プロセスサイクルとＡＳＵ設計のためには機能しないであろう。これらの理由から、従来の配置は場所毎に調整する必要がある。
【００６１】
対照的に、前ＭＡＣを使用する圧縮機配置は、真の自由度として独自の独立型の可変速度を有する。前ＭＡＣは、全て同じ前ＭＡＣハードウェアを用いて、高い標高および／または高い平均吸気温度を有する用途についてはより高い設計速度を、海面位と低い平均吸気温度を有する用途についてはより低い速度を、使用することができる。可変ＩＧＶと可変ディフューザ（必要な場合）は、そのような変動を扱う前ＭＡＣの能力をさらに高めることができる。前ＭＡＣはまた、従来の圧縮機配置より広範囲の空気分離製品をカバーすることもできる。
【００６２】
場所の標高と空気入口温度に関係なく、前ＭＡＣはほぼ一定の圧力と温度で「ユーティリティ」空気をＭＡＣに供給し、従ってＭＡＣは標準化することができる。
【実施例】
【００６３】
図１、図２、図４、および図６中の圧縮機配置の全ては周囲条件から空気を取る主入り口を１つしか持っていないため、図１、図２、図４、および図６中の圧縮機配置に対する流量限界は、１つの遠心ステージにより扱うことができる最大流量により直接設定される。
【００６４】
図５の圧縮機配置は軸方向の圧縮部を持っており、これは１，０００，０００ｍ3／時間またはそれ以上の高い流量を処理することができる。しかし、軸方向の圧縮部内のステージ間冷却が無いため、圧縮機の消費電力は同等の等温圧縮よりも大きい。下記の実施例１を参照されたい。
実施例１
空気流＝１，０００，０００ｍ3／時間
ＭＡＣ入口圧力＝０．８７９ｂａｒａ
ＭＡＣ入口温度＝２９℃
相対湿度＝５５％
ＭＡＣ放出圧力＝５．８５ｂａｒａ
【００６５】
多段軸部が空気を３．４ｂａｒａに圧縮し次に遠心ステージが空気を３．４ｂａｒａから最終放出圧力５．８５ｂａｒａに圧縮する図５に示したような軸方向放射状圧縮機が使用されると仮定する。軸方向圧縮部と比較して、遠心ステージは空気を０．８７９ｂａｒａから最終放出圧力の２ｂａｒａに圧縮し、放出空気を４０℃に冷却し、次に第２の遠心ステージを使用して空気を３．４ｂａｒａに圧縮する。多段軸流圧縮部と、ステージ間冷却器を有する２つの遠心ステージとの電力消費の比較は以下の通りである：
【表１】
2015137651.tif 000003
【００６６】
実施例１に示したように、図５に示したような軸方向放射状圧縮機の配置はより大きな流量を扱うことができるが、等温圧縮機と比較してより大きなガス出力が必要である。
【００６７】
図３の圧縮機配置は２つの吸引部を有する。その電流の限界が８００，０００ｍ3／時間であり、このような配置については上記の理由のために１，０００，０００ｍ3／時間を超える可能性は低い。また、流量が増加すると、羽根車のサイズとスクロールサイズが比例して増加する。隣接スクロール間に必要なスペースを維持するためには、より大きなブルギアまたはアイドラーの追加が必要であり、これはより高い機械的損失、重量や寸法の増加、およびコスト高につながる。パイプのサイズが大きくなると、駆動機に近い第２の主入り口の配管経路はより困難になる。
実施例２
図３のＭＡＣ機械圧縮機配置について、総流速Ｑ＝８００，０００ｍ3／時間、すなわち、ＭＡＣ１Ａ（１０１Ａ）およびＭＡＣ１Ｂ（１０１Ｂ）のそれぞれが流速Ｑ1＝４００，０００ｍ3／時間と仮定する。
ＭＡＣ入り口圧力＝０．８７９ｂａｒａ
ＭＡＣ入り口温度＝２９℃
相対湿度＝５５％
ＭＡＣ１ＡおよびＭＡＣ１Ｂ放出圧力＝２ｂａｒａ
【００６８】
図３に示されるように、２重吸引部を有するギア一体型遠心圧縮機、ＭＡＣ１Ａ（１０１Ａ）およびＭＡＣ１Ｂ（１０１Ｂ）は、同じピニオン軸上にある。このピニオン軸はブルギアと相互作用するため、機械的なギアリング損失（典型的には約２．５％、またはより高く５％超までのガス出力）が発生する。本出願人の前ＭＡＣ圧縮機配置について、前ＭＡＣ５６および前ＭＡＣ７６は、ギアリングすることなく、変速駆動機１６２によって直接駆動され、従って機械的なギアリング損失がない。駆動機側のＭＡＣ１Ｂ（１０１Ｂ）については、図３に示すように、６．８ｍ以上の長さで直径が１．７ｍの直管部が必要とされ、駆動機とメンテナンスのためのアクセスに必要なブロックとの干渉を引き起こす。本出願人の前ＭＡＣ圧縮機配置について、前ＭＡＣ５６および前ＭＡＣ７６の吸引部は変速駆動機１６２から反対を向いており、従って駆動機との干渉の可能性はない。
【表２】
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【００６９】
本出願人のシステムおよび方法を１つまたはそれ以上の態様を参照して例示し説明したが、本出願人のシステムおよび方法は示された詳細に限定されるものではない。むしろ、特許請求の範囲の均等の範囲内でかつ本発明の精神から逸脱することなく、詳細な種々の変更態様が可能である。
【００７０】
本出願人のシステムおよび方法は、図面で示されずまた詳細な説明欄で考察もされない他の多くの形態およびその変形態様を含む。しかし、これらの形態と変形態様は、添付の特許請求の範囲およびその同等物の範囲内である。
【００７１】
図面で示され詳細な説明欄で考察された態様および変形態様が、本出願人のシステムの全ての可能な配置を開示するものではないこと、および他の配置が可能であることは、当業者により理解されるであろう。従って、全てのこのような他の配置は、本出願人のシステムおよび方法により企図され、添付の特許請求の範囲およびその均等の範囲内である。
【００７２】
また、本出願人の本概念を取り込んだ多くの他の態様が可能であること、並びに本明細書に例示し説明された態様の多くの変形態様が可能であることも、当業者は認識するであろう。
【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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【外国語明細書】
2015137651000001.pdf