(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レシプロ式装置に使用する状態監視システム（１２）であって、
前記レシプロ式装置内の圧力を感知するように構成された少なくとも１つの圧力センサ（１１６）と、
前記レシプロ式装置の振動を感知するように構成された少なくとも１つの振動センサ（１３２）と、
前記圧力センサ及び前記振動センサと通信可能に結合された保護システム（２２）であって、感知された前記レシプロ式装置内の前記圧力及び感知された前記レシプロ式装置の前記振動に基づいて、前記レシプロ式装置の剛性値を計算するように構成されている、保護システムと、
を備える、状態監視システム（１２）。
【請求項２】
前記保護システム（２２）と通信可能に結合されたユーザ演算装置（２００）を更に備え、前記保護システムは、計算された前記剛性値が所定のレシプロ式装置剛性値と異なると判定すると、通知信号を前記ユーザ演算装置に送信するように構成されている、請求項１に記載の状態監視システム（１２）。
【請求項３】
前記保護システム（２２）は、
感知された前記レシプロ式装置内の前記圧力に少なくとも部分的に基づいてガス力を計算し、
感知された前記レシプロ式装置の前記振動に少なくとも部分的に基づいて前記レシプロ式装置の変位値を計算し、
計算された前記ガス力を計算された前記変位値で割った商に少なくとも部分的に基づいて前記剛性値を計算するように構成されている、請求項１に記載の状態監視システム（１２）。
【請求項４】
前記レシプロ式装置がクランクシャフト（４４）を備え、
前記状態監視システムが、前記クランクシャフト（４４）の位置を感知するように構成された少なくとも１つの位置センサ（５６）を更に備え、
前記保護システムが、前記位置センサ（５６）と通信可能に結合されており、検出された前記位置に少なくとも部分的に基づいて前記クランクシャフト（４４）のクランク角を計算するように構成されている、請求項３に記載の状態監視システム（１２）。
【請求項５】
前記保護システム（２２）が、
前記クランク角における剛性値を計算し、
計算された前記剛性値が所定剛性値と異なると判定すると、通知信号を前記ユーザ演算装置に送信するように構成されている、請求項４に記載の状態監視システム（１２）。
【請求項６】
前記レシプロ式装置が、フレーム（２８）に結合されたシリンダアセンブリ（２６）を含み、
前記状態監視システムが、
前記シリンダアセンブリに結合された、前記レシプロ式装置の振動を感知するように構成されている第１振動センサ（１３４）と、
前記フレーム（２８）に結合されており、前記フレーム（２８）の振動を感知するように構成されている第２振動センサ（１３６）と、を更に備え、
前記保護システムが、感知された前記レシプロ式装置の振動及び感知された前記フレームの前記振動に少なくとも部分的に基づいて、前記シリンダアセンブリの変位値を計算するように構成されている、請求項１に記載の状態監視システム（１２）。
【請求項７】
前記保護システム（２２）が、
複数の計算されたクランク角におけるガス力値の配列を計算し、
前記複数の計算されたクランク角における変位値の配列を計算し、
計算された前記ガス力値の配列を計算された前記変位値の配列で割った商に少なくとも部分的に基づいて、計算された前記クランク角の所定範囲内の剛性値の配列を計算するように構成されている、請求項４に記載の状態監視システム（１２）。
【請求項８】
前記保護システム（２２）が、
計算された前記ガス力値の配列を計算された前記変位値の配列で割った商に少なくとも部分的に基づいて、剛性スペクトル出力を計算し、
計算された前記剛性スペクトル出力が所定のスペクトル剛性出力と異なると判定すると、通知信号を前記ユーザ演算装置に送信するように構成されている、請求項７に記載の状態監視システム（１２）。
【請求項９】
レシプロ圧縮機（１０）であって、
圧縮機フレーム（２８）と、
前記圧縮機フレームの内部に位置するクランクシャフト（４４）と、
前記圧縮機フレーム及び前記クランクシャフトに結合されたシリンダセンブリ（２６）であって、中心軸（６８）に沿って前記圧縮機フレームから外方向に延在している、前記シリンダアセンブリ（２６）と、
該レシプロ圧縮機内の圧力を感知するように構成された少なくとも１つの圧力センサ（１１６）と、
該レシプロ圧縮機の振動を感知するように構成された少なくとも１つの振動センサ（１３２）と、
前記圧力センサ及び前記振動センサと通信可能に結合された保護システム（２２）であって、感知された該レシプロ圧縮機内の前記圧力及び感知された該レシプロ圧縮機の前記振動に基づいて、該レシプロ圧縮機の剛性値を計算するように構成されている、保護システム（２２）と、
を備える、レシプロ圧縮機（１０）。
【請求項１０】
前記保護システム（２２）と通信可能に結合されたユーザ演算装置（２００）を更に備え、
前記保護システムが、計算された前記剛性値が所定のレシプロ圧縮機剛性値と異なると判定すると、通知信号を前記ユーザ演算装置に送信するように構成されている、請求項９に記載のレシプロ圧縮機（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は主に、レシプロ圧縮機に関し、特に、レシプロ圧縮機の動作の監視に使用する方法及びシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
少なくとも幾つかの周知のレシプロ圧縮機は、圧縮機フレームに結合された、シリンダヘッド内において往復運動動作するピストンアセンブリを含むシリンダアセンブリを含む。周知のピストンアセンブリは、シリンダヘッド内に導かれたガスを圧縮した後、この圧縮ガスを出力装置に放出する。
【０００３】
周知の圧縮機における少なくとも幾つかの周知のレシプロ部品は、構造疲労に起因する負荷（例えば、非対称負荷）の増加に曝される可能性がある。時間が経つにつれて、負荷の増加は、レシプロ圧縮機のシリンダアセンブリ及び／又はその他の部品にかかる疲労サイクルの上昇に繋がる可能性があるため、このような部品の早期不良に繋がる可能性がある。また、適切に取り付けられていない部品は、動作中に緩む可能性がある。これに加えて、周知のレシプロ圧縮機は、圧力変動、振動、温度変動、及び一般的な機械的摩耗等、動作状態に起因する動作上の不都合を被る可能性がある。これらの動作上の不都合と負荷の増大が組み合わさると、レシプロ圧縮機の性能に悪影響を及ぼし得る、構造疲労及び／又は故障を引き起こす応力が圧縮機にもたらされる可能性がある。
【０００４】
周知のレシプロ圧縮機を監視するための少なくとも幾つかの周知の方法は、圧縮機及び関連部品の手作業による検査を必要とする。このような検査は高価であり且つ／又は時間がかかる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第７３１８３５０号明細書
【発明の概要】
【０００６】
一態様において、レシプロ式装置に使用する状態監視システムを提供する。この状態監視システムは、レシプロ式装置内の圧力を感知するように構成された、少なくとも１つの圧力センサを含む。少なくとも１つの振動センサは、レシプロ式装置の振動を感知するように構成されている。保護システムが、圧力センサ及び振動センサに通信可能に結合されている。保護システムは、レシプロ式装置内の感知された圧力及びレシプロ式装置の感知された振動に基づいて、レシプロ式装置の剛性値を計算するように構成されている。
【０００７】
別の態様において、レシプロ圧縮機を提供する。このレシプロ圧縮機は、圧縮機フレームと、圧縮機フレーム内に位置するクランクシャフトと、圧縮機フレーム及びクランクシャフトに結合されたシリンダアセンブリと、を含む。シリンダアセンブリは、中心軸に沿って圧縮機フレームから外方向に延在する。少なくとも１つの圧力センサが、レシプロ圧縮機内の圧力を感知するように構成されている。少なくとも１つの振動センサが、レシプロ圧縮機の振動を感知するように構成されている。保護システムが、圧力センサ及び振動センサに通信可能に結合されている。保護システムは、レシプロ圧縮機内の感知された圧力及びレシプロ圧縮機の感知された振動に基づいて、レシプロ圧縮機の剛性値を計算するように構成されている。
【０００８】
更に別の態様において、レシプロ圧縮機の状態を監視する方法を提供する。このレシプロ圧縮機は、フレームに結合されたシリンダアセンブリを含む。この方法は、第１センサから保護システムへ、レシプロ圧縮機のシリンダアセンブリ内の圧力を示す第１監視信号を送信するステップを含む。少なくとも第２センサが、シリンダアセンブリの振動を示す少なくとも第２監視信号を、保護システムに送信する。保護システムは、第１信号及び第２信号に少なくとも部分的に基づいてレシプロ圧縮機の剛性値を計算する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】例示的なレシプロ圧縮機の部分斜視図である。
【図２】線２−２に沿った、図１に示すレシプロ圧縮機の断面図である。
【図３】図１に示すレシプロ圧縮機に適用可能な、例示的な状態監視システムのブロック図である。
【図４】図３に示す状態監視システムに適用可能な、例示的な保護システムのブロック図である。
【図５】図３に示す状態監視システムに適用可能な、例示的なユーザ演算装置のブロック図である。
【図６】図１に示すレシプロ圧縮機の監視に使用可能な、例示的な方法のフローチャートである。
【図７】図１に示すレシプロ圧縮機の監視に使用可能な、代替方法のフローチャートである。
【図８】図１に示すレシプロ圧縮機の監視に使用可能な、代替方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本明細書に記載の例示的な方法及びシステムは、周知のレシプロ圧縮機の状態の監視を容易にする状態監視システムを提供することによって、周知の監視システムの不都合を克服する。加えて、この状態監視システムにより、圧縮機を動作させたままで、シリンダアセンブリの剛性に基づいて、レシプロ圧縮機の連結部品のボルト留めの完全性の判定が可能になる。更に、この状態監視システムは、レシプロ圧縮機の状態が所定の状態とは異なると判定すると、レシプロ圧縮機を停止させることができる。
【００１１】
図１は、状態監視システム１２を含む例示的なレシプロ圧縮機１０の概略図である。図２は、線２−２に沿ったレシプロ圧縮機１０の断面図である。この実施例において、レシプロ圧縮機１０は、ガス源１４と出力アセンブリ１６との間に流体連通した状態で結合されている。レシプロ圧縮機１０は、例えばガス又はガス混合物等の流体の流れを受け、より高圧及び低容積となるようにガスを圧縮し、圧縮ガスを出力アセンブリ１６に放出する。この実施例において、１つ以上の流入導管１８が、ガス源１４からレシプロ圧縮機１０にガスを供給するために、ガス源１４とレシプロ圧縮機１０との間に結合されている。更に、１つ以上の流出導管２０が、レシプロ圧縮機１０から出力アセンブリ１６に圧縮ガスを供給するために、レシプロ圧縮機１０と出力アセンブリ１６との間に結合されている。
【００１２】
この実施例では、状態監視システム１２が、レシプロ圧縮機１０を監視するためにレシプロ圧縮機１０に結合されている。より具体的には、状態監視システム１２が、レシプロ圧縮機１０の剛性を監視できるように、レシプロ圧縮機１０に結合されている。本明細書で使用する場合、「剛性」という用語は、レシプロ圧縮機１０に対して所定方向に印加される力の量に対するレシプロ圧縮機１０の変位量を指す。状態監視システム１２は、複数のセンサ２４と通信して結合された保護システム２２（図２には示さず）を含む。各センサ２４は、レシプロ圧縮機１０の様々な状態を検出する。センサ２４は、位置センサ、温度センサ、流量センサ、加速度センサ、圧力センサ、及び／又はレシプロ圧縮機１０の動作に対する様々なパラメータを感知するその他のセンサを含み得るが、これらに限定されない。本明細書で使用する場合、「パラメータ」という用語は、振動、圧力、及び所定位置を流れる流体等、レシプロ圧縮機１０の動作状態を定義するにあたりその値を使用可能な、物理的特性を指す。
【００１３】
この実施例において、レシプロ圧縮機１０は、圧縮機フレーム２８に結合された、少なくとも１つのシリンダアセンブリ２６を含む。複数のファスナアセンブリ３０が、シリンダアセンブリ２６を圧縮機フレーム２８に結合する。この実施例において、圧縮機フレーム２８が、その内部に空洞３４を画成する内面３２を含む。圧縮機フレーム２８に結合されたクランクシャフトアセンブリ３６が、空洞３４の内部に位置する。シリンダアセンブリ２６が、圧縮機フレーム２８から外方向に延在しており、シリンダ空洞４０を画成する内面３８を含む。ピストンアセンブリ４２が、シリンダ空洞４０の内部に位置しており、クランクシャフトアセンブリ３６に結合されている。クランクシャフトアセンブリ３６は、モータ４６に回転可能に結合されたクランクシャフト４４を含む。モータ４６は、回転軸４８の周りを回転するように構成されており、保護システム２２がモータ４６の動作を制御する。
【００１４】
この実施例において、クランクシャフト４４は、クランクシャフト４４からほぼ半径方向外方に延在する、少なくとも１つのクランクピン５０を含む。より具体的には、この実施例において、３つの直交する軸Ｘ、Ｙ、Ｚが、クランクシャフト４４を貫通し、クランクシャフト４４に対して三次元デカルト座標系を定義しており、Ｚ軸が回転軸４８とほぼ同軸となり、Ｘ軸及びＹ軸が交差してクランクピン５０の回転面５２を形成している。クランク角αは、クランクピン５０とＹ軸との間で画成される。クランクシャフト４４は、約０°から約３６０°のクランク角の間でクランクピン５０を軸４８の周りで回転させるように構成されている。少なくとも１つの位置センサ５６は、Ｙ軸に対するクランクピン５０の位置を感知するために、及び検出位置を示す信号を保護システム２２に送信するために、圧縮機フレーム２８に結合されている。一実施例において、位置センサ５６は、Ｙ軸に対するクランクピン５０の位置の感知に使用するための、マルチイベントホイールを含む。
【００１５】
この実施例において、ピストンアセンブリ４２は、ピストンヘッド５８と、ピストンヘッド５８に結合されたピストンロッド６０と、ピストンロッド６０に結合されたクロスヘッド６２と、クロスヘッド６２とクランクピン５０との間に結合された接続ロッド６４と、を含む。ピストンロッド６０は、第１端部６６から第２端部６７まで延在する中心軸６８を含む。ピストンアセンブリ４２は、回転軸４８が中心軸６８に対して実質的に直角に配向されるように、クランクシャフトアセンブリ３６に結合されている。ピストンヘッド５８は、半径方向内面７２及び半径方向外面７４を含む、環状ピストン本体７０を含む。半径方向内面７２は、中心軸６８に沿ってピストン本体７０を通じてほぼ軸方向に延在する、内側円筒空洞部７６を画成する。内側円筒空洞部７６は、ほぼ円筒形状であり、その内部にピストンロッドを受けるよう寸法決めされている。ピストンヘッド５８は、クランク端面７８及びその反対側のヘッド端面８０も含む。クランク端面７８は、ヘッド端面８０よりもクランクシャフト４４に近い位置にある。各端面７８及び８０は、中心軸６８に対してほぼ直交する方向に、半径方向内面７２と半径方向外面７４との間でほぼ半径方向に延在する。各端面７８及び８０は、面７２と面７４との間に延在する、作動面領域８４を含む。
【００１６】
この実施例において、ピストンアセンブリ４２は、軸４８を中心とするクランクシャフト４４の回転を、中心軸６８に沿ったピストンヘッド５８の直線運動に変換する。ピストンロッド６０は、クロスヘッド６２とピストンヘッド５８との間に結合されており、中心軸６８に沿ってピストンヘッド５８を動作させるように配向されている。接続ロッド６４は、クロスヘッド６２とクランクピン５０との間に延在し、第１端部８８及び第２端部９０を含む。第１端部８８は、クランクピン５０に結合されており、クランクピン５０が軸４８の周りで回転すると、クランクピン５０に対して枢動することが可能である。第２端部９０は、クロスヘッド６２に結合されており、クロスヘッド６２に対して枢動可能である。動作時、クランクシャフト４４が軸４８の周りで回転すると、接続ロッド６４はクロスヘッド６２に対して枢動し、中心軸６８に沿ってクロスヘッド６２を動作させる。そして、クロスヘッド６２は、中心軸６８に沿って縦方向にピストンロッド６０及びピストンヘッド５８を動作させる。クランクシャフト４４が０°から３６０°のクランク角αからの全回転によって回転すると、ピストンヘッド５８は中心軸６８に沿って往復する。レシプロ圧縮機１０の全圧縮機動作サイクルは、０°から３６０°のクランク角αでの全回転を含む。
【００１７】
この実施例において、シリンダアセンブリ２６は、シリンダヘッド９２、ディスタンスピース９４、及びクロスヘッドガイド９６を含む。ファスナアセンブリ３０は、シリンダヘッド９２、ディスタンスピース９４、及びクロスヘッドガイド９６を一緒に結合し易くするために、シリンダヘッド９２、ディスタンスピース９４、及びクロスヘッドガイド９６の間に結合されている。ディスタンスピース９４は、シリンダヘッド９２とクロスヘッドガイド９６との間に延在する。クロスヘッドガイド９６は、圧縮機フレーム２８からシリンダアセンブリ２６を支持するために、圧縮機フレーム２８に結合されている。圧縮機フレーム２８に結合されたシリンダヘッド９２は、空洞１００を画成する内面９８を含む。ピストンヘッド５８は、空洞１００の内部に位置し、中心軸６８に沿って空洞１００内を動作可能である。ヘッド端面８０は、第１チャンバ１０４、即ちヘッド端面８０と内面９８との間に延在するヘッド端（ＨＥ）チャンバを、少なくとも部分的に画成する。クランク端面７８は、第２チャンバ１０８、即ちクランク端面７８と内面９８との間に延在するクランク端（ＣＥ）チャンバを画成する。ピストンロッド６０は、ピストンヘッド５８から外方向に延在し、ディスタンスピース９４と共に配置されている。クロスヘッド６２は、ピストンロッド６０に結合されており、クロスヘッドガイド９６の内部に位置している。
【００１８】
この実施例において、ピストンアセンブリ４２は、矢印１１２で示す圧縮ストロークと、矢印１１４で示す引張ストロークとの間で、中心軸６８に沿った往復運動動作が可能である。圧縮ストローク１１２の間、ピストンヘッド５８は、ＨＥチャンバ１０４、即ちＨＥ容積が減少し、チャンバ１０８、即ちＣＥ容積が増加するように、クランクシャフト４４から外方向に動作する。引張ストローク１１４の間、ピストンヘッド５８は、ＨＥチャンバ容積が増加し、ＣＥチャンバ容積が減少するように、クランクシャフト４４に向かって内方向に動作する。少なくとも１つの圧力センサ１１６が、シリンダアセンブリ２６に結合されており、ＨＥチャンバ１０４及び／又はＣＥチャンバ１０８の内部の圧力の感知に使用される。圧力センサ１１６は、流体圧力を示す信号を保護システム２２に送信する。この実施例において、状態監視システム１２は、第１圧力センサ１１８及び第２圧力センサ１２０を含む。第１圧力センサ１１８は、ＨＥチャンバ１０４内の圧力を感知するためにＨＥチャンバ１０４内に結合されており、第２圧力センサ１２０は、ＣＥチャンバ１０８内の圧力を感知するためにＣＥチャンバ１０８に結合されている。
【００１９】
この実施例において、シリンダヘッド９２は、ＨＥ吸入弁１２２及びＨＥ放出弁１２４を含む。ＨＥ吸入弁１２２は、ガス源１４からＨＥチャンバ１０４へのガスの流れを調整するために、ＨＥチャンバ１０４と流入導管１８との間に流体連通した状態で結合されている。ＨＥ吸入弁１２２は、ガスをガス源１４からＨＥチャンバ１０４に供給可能な開放位置と、ガスがガス源１４からＨＥチャンバ１０４に供給されない閉鎖位置との間で、動作可能である。ＨＥ放出弁１２４は、ＨＥチャンバ１０４から出力アセンブリ１６への圧縮ガスの流れを調整するために、ＨＥチャンバ１０４と流出導管２０との間に流体連通した状態で結合されている。ＨＥ放出弁１２４は、ガスをＨＥチャンバ１０４から出力アセンブリ１６に放出可能な開放位置と、ガスがＨＥチャンバ１０４から出力アセンブリ１６に放出されない閉鎖位置との間で、動作可能である。ＨＥ吸入弁１２２は、ＨＥチャンバ１０４内の圧力が第１所定圧力であるときに開放位置まで動作し、ＨＥチャンバ１０４内の圧力が第１圧力よりも高いときに閉鎖位置まで動作する。ＨＥ放出弁は、ＨＥチャンバ内の圧力が第１圧力よりも高い第２所定圧力であるときに開放位置まで動作し、圧力が第２圧力よりも高いときに閉鎖位置まで動作する。
【００２０】
シリンダヘッド９２は、ＣＥ吸入弁１２６及びＣＥ放出弁１２８も含む。ＣＥ吸入弁１２６は、ガス源１４からＣＥチャンバ１０８へのガスの流れを調整するために、ＣＥチャンバ１０８と流入導管１８との間に流体連通した状態で結合されている。ＣＥ吸入弁１２６は、ガスをガス源１４からＣＥチャンバ１０８に供給可能な開放位置と、ガスがガス源１４からＣＥチャンバ１０８に供給されない閉鎖位置との間で、動作可能である。ＣＥ放出弁１２８は、ＣＥチャンバ１０８から出力アセンブリ１６へのガスの流れを調整するために、ＣＥチャンバ１０８と流出導管２０との間に流体連通した状態で結合されている。ＣＥ放出弁１２８は、ガスをＣＥチャンバ１０８から出力アセンブリ１６に放出可能な開放位置と、ガスがＣＥチャンバ１０８から出力アセンブリ１６に放出されない閉鎖位置との間で、動作可能である。ＣＥ吸入弁１２６は、ＣＥチャンバ１０８内の圧力が第３所定圧力であるときに開放位置まで動作し、ＣＥチャンバ１０８内の圧力が第３圧力よりも高いときに閉鎖位置まで動作する。ＣＥ放出弁１２８は、ＣＥチャンバ１０８内の圧力が第３圧力よりも高い第４所定圧力であるときに開放位置まで動作し、ＣＥチャンバ１０８内の圧力が第４圧力よりも低いときに閉鎖位置まで動作する。
【００２１】
レシプロ圧縮機１０の動作時、ＨＥ吸入弁１２２及びＨＥ放出弁１２４は、ＨＥチャンバ１０４内の圧力を第１及び第２圧力の間に維持するように作動する。ピストンアセンブリ４２が引張ストローク１１４によって動作し、ＨＥ吸入弁１２２及びＨＥ放出弁が閉鎖されると、ＨＥチャンバの容積が増加するので、ＨＥチャンバ１０４内の圧力が第２圧力から第１圧力まで減少する。第１圧力において、ＨＥ吸入弁１２２は、ガスの流れがガス源１４からＨＥチャンバ１０４内に供給されるように、開放位置まで動作する。ガスがＨＥチャンバ１０４内に供給されると、ピストンアセンブリ４２は、引張ストローク１１４を通じて第１ロッド反転事象に向けて動作する。第１ロッド反転事象の間、ピストンアセンブリ４２は、中心軸６８に沿った方向を引張ストローク１１４から圧縮ストローク１１２に反転する。圧縮ストローク１１２の間、ＨＥチャンバ１０４内の圧力は、第１圧力から第２圧力まで増加する。ＨＥチャンバ１０４内の圧力が増加して第１圧力を超えると、ＨＥ吸入弁１２２は、ガスがガス源１４からＨＥチャンバ１０４に供給されないようにするために、閉鎖位置に動作する。圧縮ストローク１１２の間、ＨＥチャンバ容積は減少し、ＨＥチャンバ１０４内のガスの圧縮が促進される。第２圧力において、ＨＥ放出弁１２４は、ピストンアセンブリ４２が圧縮ストローク１１２によって第２ロッド反転事象に向けて動作すると、圧縮ガスがＨＥチャンバ１０４から出力アセンブリ１６に放出されように、開放位置まで動作する。第２ロッド反転事象の間、ピストンアセンブリ４２は、中心軸６８に沿った方向を圧縮ストローク１１２から引張ストローク１１４に反転する。
【００２２】
同様に、ＣＥ吸入弁１２６及びＣＥ放出弁１２８も、ＣＥチャンバ１０８内の圧力を第３及び第４圧力の間に維持するように動作する。ピストンアセンブリ４２が圧縮ストローク１１２を通じて動作すると、ＣＥ吸入弁１２６及びＣＥ放出弁１２８が閉鎖され、ＣＥチャンバ１０８内の圧力が第４圧力から第３圧力まで減少する。第３圧力において、ガスの流れがガス源１４からＣＥチャンバ１０８内に供給されるように、ＣＥ吸入弁１２６が開放される。ピストンアセンブリ４２が第１ロッド反転事象を通じて引張ストローク１１４まで動作すると、ＣＥチャンバ１０８内の圧力は、第３圧力から第４圧力まで上昇する。ＣＥチャンバ１０８内の圧力が上昇して第３圧力を超えると、ＣＥ吸入弁１２６は、ガスがガス源１４からＣＥチャンバ１０８に供給されないようにするために、及びピストンヘッド５８でＣＥチャンバ１０８内のガスを圧縮できるように、閉鎖される。第４圧力においてＣＥ放出弁１２８が開放され、ピストンアセンブリ４２が第２ロッド反転事象に向かって動作すると、圧縮ガスがＣＥチャンバ１０８から出力アセンブリ１６に放出される。
【００２３】
更に、レシプロ圧縮機１０の動作中、ピストンヘッド５８がＨＥチャンバ１０４内のガスを圧縮すると、圧縮ガスは、矢印１３０で示すように、シリンダヘッド９２に抗するガス力を付与する。本明細書で使用する場合、「ガス力」という用語は、ピストンヘッド５８がＨＥチャンバ１０４及び／又はＣＥチャンバ１０８内のガスを圧縮しているときにガスによってシリンダヘッド９２に対して印加される力の量を指す。シリンダヘッド９２に作用するガス力１３０は、ピストンヘッド５８のクランク端面７８に作用するガス力と、ピストンヘッド５８のヘッド端面８０に作用するガス力との合計と、ほぼ等しい。ヘッド端面８０に作用するガス力は、ヘッド端面８０の作動面領域にＨＥチャンバ１０４内の圧力を乗じた積とほぼ等しい。ピストンヘッド５８のクランク端面７８に作用するガス力は、クランク端面７８の作動面領域にＣＥチャンバ１０８内の圧力を乗じた積とほぼ等しい。
【００２４】
動作時、レシプロ圧縮機１０、シリンダアセンブリ２６、及び圧縮機フレーム２８は、様々な力（即ち、シリンダアセンブリ２６及び圧縮機フレーム２８を振動させる、及び／又は振動を発生する、ガス圧縮負荷及び／又は回転負荷）に、曝される。より具体的には、ピストンアセンブリ４２が圧縮ストローク１１２及び引張ストローク１１４を通じて動作する際に、シリンダアセンブリ２６及び圧縮機フレーム２８は、中心軸６８に沿って振動する。時間と共に、揺動及び／又は振動は、シリンダアセンブリ２６、圧縮機フレーム２８、及び／又はファスナアセンブリ３０の機械的摩耗を増加させる可能性がある。通常動作時、レシプロ圧縮機１０は一般に、シリンダアセンブリ２６及び圧縮機フレーム２８の構造特性に基づいて、所定の変位値の範囲内で動作する。時間と共に、レシプロ圧縮機１０が一般的な機械的摩耗を受けると、ファスナアセンブリ３０が緩む可能性があり、且つ／又はファスナアセンブリ３０内で構造疲労が蓄積する可能性がある。このような疲労は、変位値の所定範囲内ではない変位値で、レシプロ圧縮機１０を動作させる可能性がある。これに加えて、構造疲労は、レシプロ圧縮機１０の剛性を減少させる可能性がある。状態監視システム１２は、レシプロ圧縮機１０の剛性を監視し、レシプロ圧縮機１０が剛性値の所定範囲内で動作していないときはオペレータに通知を行うように、構成されている。一実施例において、状態監視システム１２は、クランクシャフト４４の回転速度を調節し、且つ／又は監視された剛性が所定の剛性とは異なるときはレシプロ圧縮機１０の動作を停止するように、モータ４６を操作する。
【００２５】
この実施例において、状態監視システム１２は、中心軸６８に沿ったシリンダアセンブリ２６の変位を感知するために、シリンダアセンブリ２６に結合された少なくとも１つの振動センサを含む。この実施例において、状態監視システム１２は、第１振動センサ１３４及び第２振動センサ１３６を含む。第１振動センサ１３４は、レシプロ圧縮機１０の振動加速度を感知し、感知した加速度を示す信号を保護システム２２に送信するために、シリンダアセンブリ２６に結合されている。この実施例において、第１振動センサ１３４は、中心軸６８に沿ってレシプロ圧縮機１０の加速度を感知する。第２振動センサ１３６は、圧縮機フレーム２８の振動加速度を感知し、感知した加速度を示す信号を保護システム２２に送信するために、圧縮機フレーム２８に結合されている。第２振動センサ１３６は、中心軸６８に沿って圧縮機フレーム２８の加速度を感知する。
【００２６】
図３は、状態監視システム１２のブロック図である。この実施例において、状態監視システム１２は、ネットワーク２０２を通じて保護システム２２に結合されている、ユーザ演算装置２００を含む。ネットワーク２０２は、インターネット、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、広域ネットワーク（ＷＡＮ）、無線ＬＡＮ（ＷＬＡＮ）、メッシュネットワーク、及び／又は仮想プライベートネットワーク（ＶＰＮ）を含み得るが、これらに限定されない。ユーザ演算装置２００及び保護システム２２は、有線ネットワーク接続（例えば、イーサネット（商標）又は光ファイバ）、高周波（ＲＦ）等の無線通信手段、ＩＥＥＥ（電気電子学会）８０２．１１規格（例えば８０２．１１（ｇ）又は８０２．１１（ｎ））、ＷＩＭＡＸ（マイクロ波アクセスのための世界的相互運用性）規格、携帯電話技術（例えば、汎欧州デジタル移動電話方式（ＧＳＭ（商標）））、衛星通信回線、及び／又はその他の何らかの適切な通信手段を使用して、相互に且つ／又はネットワーク２０２と通信する。ＷＩＭＡＸは、オレゴン州ビーバートンのＷｉＭＡＸフォーラムの登録商標である。ＩＥＥＥは、ニューヨーク州ニューヨークの電気電子学会の登録商標である。
【００２７】
図４は、保護システム２２のブロック図である。この実施例において、保護システム２２は、マイクロコントローラ、縮小命令セットコンピュータ（ＲＩＳＣ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、論理回路、及び／又は本明細書に記載される機能を実行可能なその他何らかの回路又はプロセッサを含む、コンピュータシステム等の何らか適切なプロセッサベース又はマイクロプロセッサベースのシステムを含む、リアルタイムコントローラである。一実施例において、保護システム２２は、例えば２メガビットＲＯＭ及び６４キロビットＲＡＭを備える３２ビットマイクロコンピュータ等、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）及び／又はランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）を含むマイクロプロセッサであってもよい。本明細書で使用する場合、「リアルタイム」という用語は、入力の変更が結果に影響を及ぼしてから実質的に短期間の後に生じる結果を指し、この期間は、結果の重要性及び／又は結果を生じる入力を処理するシステムの能力に基づいて選択可能な、設計パラメータである。
【００２８】
この実施例において、保護システム２２は、実行可能な命令及び／又はレシプロ圧縮機１０の動作状態を表す（且つ／又は示す）１つ以上の動作パラメータを格納する、格納領域２０４を含む。動作パラメータは、これらに限定されないが、振動周波数、流体圧力、回転位置、及び／又は変位を表す（且つ／又は示す）。一実施例において、格納領域２０４は、ユーザ演算装置２００から受信した所定範囲の動作剛性値を格納する。この実施例において、保護システム２２は、格納領域２０４に結合されて、少なくとも部分的に１つ以上の動作パラメータに基づいてレシプロ圧縮機１０の状態を計算するようにプログラミングされた、プロセッサ２０６も含む。例えば、プロセッサ２０６は、動作剛性値の所定範囲に基づいて、レシプロ圧縮機１０の状態も計算する。一実施例において、プロセッサ２０６は、これらに限定されないが、集積回路（ＩＣ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、マイクロコンピュータ、プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）、及び／又はその他いずれかのプログラマブル回路等の、処理装置を含み得る。或いは、プロセッサ２０６は、複数の処理装置（例えば、マルチコア構成）を含み得る。
【００２９】
この実施例において、プロセッサ２０６は、振動センサ１３２から受信した振動信号及び圧力センサ１１６から受信した圧力信号に少なくとも部分的に基づいて、レシプロ圧縮機１０の動作剛性値を計算するようにプログラミングされている。プロセッサ２０６はまた、レシプロ圧縮機１０の状態が所定のレシプロ圧縮機１０状態を下回っているか否か、及び計算された動作剛性値が所定の動作剛性値と異なるか否かを判定するために、計算された動作剛性値を所定の剛性値と比較する。
【００３０】
一実施例において、プロセッサ２０６は、第１全圧縮機動作サイクルの間、レシプロ圧縮機１０の動作剛性値の第１範囲を計算する。このような計算は、少なくとも部分的には、振動センサ１３２から受信した振動信号及び圧力センサ１１６から受信した圧力信号に基づく。この実施例において、プロセッサ２０６は、振動センサ１３２から受信した振動信号及び圧力センサ１１６から受信した圧力信号に少なくとも部分的に基づいて、第２全圧縮機動作サイクルにわたる動作剛性値の第２範囲も計算する。プロセッサ２０６は、動作剛性値の計算された第１範囲を動作剛性値の計算された第２範囲と比較し、動作剛性値の計算された第１範囲が動作剛性値の計算された第２範囲とは異なる場合に、レシプロ圧縮機１０の状態が所定のレシプロ圧縮機１０の状態を下回っていると判定する。
【００３１】
この実施例において、保護システム２２は、レシプロ圧縮機１０の計算された状態に少なくとも部分的に基づいてレシプロ圧縮機１０の動作を制御する、制御インターフェース２０８も含む。幾つかの実施例において、制御インターフェース２０８は、例えばモータ４６（図２に示す）等の、１つ以上のレシプロ圧縮機制御装置２１０に結合されている。
【００３２】
この実施例において、保護システム２２は、センサ２４から信号を受信するために、例えば位置センサ５６、圧力センサ１１６、及び／又は振動センサ１３２等の、少なくとも１つのセンサ２４に結合されている、センサインターフェース２１２を含む。各センサ２４は、レシプロ圧縮機１０の感知された動作パラメータに対応する信号を送信する。更に、各センサ２４は、その他の信号タイミングも考えられるが、例えば連続的に、周期的に、又は１回だけ、信号を送信してもよい。また、各センサ２４は、アナログ形式又はデジタル形式のいずれの信号も送信可能である。保護システム２２は、１つ以上の動作パラメータを生成するために、プロセッサ２０６によって信号を処理する。幾つかの実施例において、プロセッサ２０６は、センサ２４によって生成された信号をサンプリングするように（例えば格納領域２０４内の実行可能な命令を用いて）プログラミングされている。例えば、プロセッサ２０６で、センサ２４から連続信号を受信し、これに応答して、連続信号に基づいてレシプロ圧縮機１０の状態を周期的に（例えば５秒に一回）計算できる。幾つかの実施例において、プロセッサ２０６は、センサ２４から受信した信号を正規化する。例えば、センサ２４は、動作パラメータに正比例するパラメータ（例えば電圧）を含むアナログ信号を生成可能である。プロセッサ２０６を、アナログ信号を動作パラメータに変換するようにプログラミングできる。一実施例において、センサインターフェース２１２は、センサ２４によって生成されたアナログ電圧信号を、保護システム２２によって使用可能なマルチビットデジタル信号に変換する、アナログ−デジタル変換器を含む。
【００３３】
この実施例において、保護システム２２は、通信インターフェース２１４を含む。通信インターフェース２１４は、ユーザ演算装置２００等の、１つ以上の遠隔装置と通信するように結合されている。通信インターフェース２１４は、動作パラメータ及び／又は制御パラメータ（例えば回転速度）を遠隔装置に送信可能である。例えば、通信インターフェース２１４で、信号に含まれる動作パラメータ及び／又は制御パラメータをエンコードしてもよい。これに加えて、通信インターフェース２１４は、遠隔装置から動作パラメータ及び／又は制御パラメータを受信し、受信した動作パラメータ及び／又は制御パラメータに少なくとも部分的に基づいて、レシプロ圧縮機１０の動作を制御する。
【００３４】
制御インターフェース２０８と制御装置２１０との間、及びセンサインターフェース２１２とセンサ２４との間には、様々な接続が利用可能である。このような接続は、これらに限定されないが、導電体、推奨規格（ＲＳ）２３２又はＲＳ−４８５等の低レベルシリアルデータ接続、ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）又は電気電子学会（ＩＥＥＥ）１３９４（ファイアワイヤ（ＦｉｒｅＷｉｒｅ）としても知られる）等の高レベルシリアルデータ接続、ＩＥＥＥ１２８４又はＩＥＥＥ４８８等のパラレルデータ接続、ブルートゥース等の短距離無線通信チャネル、及び／又は有線又は無線のプライベート（例えばレシプロ圧縮機１０の外部ではアクセス不可能な）ネットワーク接続を含んでもよい。
【００３５】
図５は、ユーザ演算装置２００のブロック図である。この実施例において、ユーザ演算装置２００は、命令を実行するためのプロセッサ２１６を含む。幾つかの実施例において、実行可能な命令は、格納領域２１８内に格納される。プロセッサ２１６は、（例えば、マルチコア構成の）１つ以上の処理装置を含み得る。格納領域２１８は、実行可能な命令及び／又はその他のデータ等の情報を格納及び読み出し可能にする、何らかの装置である。
【００３６】
ユーザ演算装置２００は、ユーザ２２２への情報提示に使用するための、少なくとも１つのメディア出力コンポーネント２２０も含む。メディア出力コンポーネント２２０は、ユーザ２２２に情報を送達可能な、何らかのコンポーネントである。メディア出力コンポーネント２２０は、これらに限定されないが、ディスプレイ装置（例えば液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）ディスプレイ、又はオーディオ出力装置（例えばスピーカ又はヘッドフォン）を含む。
【００３７】
幾つかの実施例において、ユーザ演算装置２００は、ユーザ２２２からの入力を受け付けるための入力装置２２４を含む。入力装置２２４は、例えば、キーボード、ポインティングデバイス、マウス、スタイラス、接触感知パネル（例えばタッチパッド又はタッチパネル）、ジャイロスコープ、加速度計、位置検出器、及び／又はオーディオ入力装置を含む。タッチパネル等の単一のコンポーネントで、メディア出力コンポーネント２２０の出力装置及び入力装置２２４の両方の機能を果たしてもよい。ユーザ演算装置２００は、ネットワーク２０２及び／又は保護システム２２に通信可能に結合された、通信インターフェース２２６も含む。
【００３８】
レシプロ圧縮機１０の動作時、保護システム２２は、クランクシャフト４４の回転位置を示す信号を、位置センサ５６から受信する。保護システム２２は、少なくとも部分的にクランクシャフト４４の回転位置に基づいて、クランク角αを計算する。この実施例において、保護システム２２は、０．５°の間隔でクランク角αを計算する。或いは、保護システム２２は、状態監視システム１２を本明細書に記載のように機能させるのに十分な、任意の適切な間隔で、クランク角αを計算する。
【００３９】
この実施例において、保護システム２２は、シリンダヘッド９２内の流体の圧力を示す信号を、圧力センサ１１６から受信する。保護システム２２は、圧力センサ１１６からの受信信号に少なくとも部分的に基づいて、ピストンヘッド５８に作用するガス力１３０を計算する。一実施例において、保護システム２２は、感知した圧力にピストンヘッド５８の作動面領域８４の面積を乗じることによって、シリンダヘッド９２に作用するガス力を計算する。これに加えて、保護システム２２は、計算された各クランク角αにおけるガス力１３０を計算する。
【００４０】
一実施例において、保護システム２２は、ＨＥチャンバ１０４内の圧力を示す信号を第１圧力センサ１１８から受信し、第１圧力センサ１１８からの受信信号に少なくとも部分的に基づいて、ピストンヘッド５８のヘッド端面８０に作用するガス力を計算する。これに加えて、保護システム２２は、ＣＥチャンバ１０８内の圧力を示す信号を第２圧力センサ１２０から受信し、第２圧力センサ１２０からの受信信号に少なくとも部分的に基づいて、ピストンヘッド５８のクランク端面７８に作用するガス力を計算する。この実施例において、保護システム２２は、計算されたクランク端面７８に作用するガス力とヘッド端面８０に作用するガス力とを加算することによって、ガス力１３０を計算する。
【００４１】
この実施例において、保護システム２２は、中心軸６８に沿ったシリンダアセンブリ２６の加速度を示す信号を、振動センサ１３２から受信する。保護システム２２は、少なくとも部分的に、シリンダアセンブリ２６の感知された加速度に基づいて、中心軸６８に沿ったシリンダアセンブリ２６の変位値を計算する。これに加えて、保護システム２２は、各計算クランク角αにおけるシリンダアセンブリ２６の変位値を計算する。
【００４２】
一実施例において、保護システム２２は、中心軸６８に沿ったレシプロ圧縮機１０の加速度を示す信号を、第１振動センサ１３４から受信し、中心軸６８に沿った圧縮機フレーム２８の加速度を示す信号を第２振動センサ１３６から受信する。保護システム２２は、少なくとも部分的に、レシプロ圧縮機１０の感知された加速度及び圧縮機フレーム２８の感知された加速度に基づいて、中心軸６８に沿ったシリンダアセンブリ２６の変位値を計算する。より具体的には、保護システム２２は、少なくとも部分的に、レシプロ圧縮機１０の感知された加速度と圧縮機フレーム２８の感知された加速度との差に基づいて、シリンダアセンブリ２６の変位値を計算する。これに加えて、保護システム２２は、各計算クランク角αにおけるシリンダアセンブリ２６の変位値を計算する。
【００４３】
この実施例において、保護システム２２は、少なくとも部分的に、シリンダヘッド９２に作用する計算されたガス力と、中心軸６８に沿ったシリンダアセンブリ２６の計算された変位値とに基づいて、レシプロ圧縮機１０の剛性値を計算する。より具体的には、保護システム２２は、少なくとも部分的に、シリンダヘッド９２に作用する計算されたガス力を中心軸６８に沿ったシリンダアセンブリ２６の計算された変位値で割った比率に基づいて、シリンダアセンブリ２６の剛性値を計算する。これに加えて、保護システム２２は、０°から３６０°のクランク角αの間の全圧縮機動作サイクルを通じて、各計算クランク角αにおける剛性値を計算する。
【００４４】
この実施例において、保護システム２２は、シリンダアセンブリ２６の計算された剛性値が所定の剛性値とは異なると判定すると、レシプロ圧縮機１０の状態が所定のレシプロ圧縮機状態を下回っていると判定する。保護システム２２はまた、監視されたレシプロ圧縮機の状態が所定のレシプロ圧縮機状態を下回っていると判定すると、通知信号をユーザ演算装置２００に送信する。ユーザ演算装置２００は、保護システム２２から通知信号を受信すると、メディア出力コンポーネント２１４を用いてユーザ２２２に通知を表示する。一実施例において、保護システム２２は、シリンダアセンブリ２６の計算された剛性値が所定剛性値とは異なると判定すると、クランクシャフト４４の回転速度を調節するべくモータ４６を操作する。別の代替実施例において、保護システム２２は、シリンダアセンブリ２６の計算された剛性値が所定剛性値とは異なると判定すると、レシプロ圧縮機１０の動作を停止するべくモータ４６を操作する。
【００４５】
代替実施例において、保護システム２２は、第１圧縮機動作サイクルの計算された第１クランク角においてシリンダヘッド９２に作用する第１ガス力を計算する。保護システム２２は、第１圧縮機動作サイクルの第１計算クランク角でのシリンダアセンブリ２６の第１変位値も、計算する。保護システム２２は、少なくとも部分的に、計算された第１ガス力及び計算された第１変位値に基づいて、第１圧縮機動作サイクルの計算された第１クランク角におけるシリンダアセンブリ２６の第１剛性値を計算する。保護システム２２はまた、第２圧縮機動作サイクルの計算された第１クランク角においてシリンダヘッド９２に作用する第２ガス力を計算し、第２圧縮機動作サイクルの計算された第１クランク角でのシリンダアセンブリ２６の第２変位値を計算する。保護システム２２は、少なくとも部分的に、計算された第２ガス力及び計算された第２変位値に基づいて、第２圧縮機動作サイクルの第１計算クランク角におけるシリンダアセンブリ２６の第２剛性値を計算する。
【００４６】
代替実施例において、保護システム２２は、シリンダアセンブリ２６の計算された第１剛性値が計算された第２剛性値と異なると判定すると、レシプロ圧縮機１０の状態が所定のレシプロ圧縮機状態を下回っていると判定する。保護システム２２は、シリンダアセンブリ２６の計算された第１剛性値が計算された第２剛性値とは異なると判定すると、第１通知信号をユーザ演算装置２００に送信する。保護システム２２はまた、シリンダアセンブリ２６の計算された第２剛性値が所定剛性値よりも小さいと判定すると、第２通知信号を送信する。
【００４７】
一実施例において、保護システム２２は、第１全圧縮機動作サイクルにおいてシリンダヘッド９２に作用するガス力値の範囲を計算する。保護システム２２は、少なくとも部分的に、計算されたガス力値の範囲に基づいて、ガス力値の配列も計算する。保護システム２２は、第１全圧縮機動作サイクルにおけるシリンダアセンブリ２６の変位値の範囲を計算する。保護システム２２は、少なくとも部分的に、計算された変位値の範囲に基づいて、変位値の配列も計算する。この実施例において、保護システム２２は、少なくとも部分的に、計算されたガス力値の配列及び計算された変位値の配列に基づいて、剛性スペクトル出力を計算する。保護システム２２はまた、レシプロ圧縮機１０の計算された剛性スペクトル出力が所定の剛性スペクトル出力とは異なると判定すると、レシプロ圧縮機１０の状態が所定のレシプロ圧縮機状態を下回っていると判定する。
【００４８】
代替実施例において、保護システム２２は、第１全圧縮機動作サイクルに関するシリンダアセンブリ２６の剛性値の第１範囲を計算し、第２全圧縮機動作サイクルに関するシリンダアセンブリ２６の剛性値の第２範囲を計算する。保護システム２２はまた、計算された剛性値の第１範囲に少なくとも部分的に基づいて剛性値の第１周波数を計算し、計算された剛性値の第２範囲に少なくとも部分的に基づいて剛性値の第２周波数を計算する。この実施例において、保護システム２２は、計算された剛性値の第１周波数が計算された剛性値の第２周波数とは異なると判定すると、レシプロ圧縮機１０の状態が所定のレシプロ圧縮機状態を下回っていると判断する。一実施例において、保護システム２２は、フーリエ変換を用いて、ガス力値の周波数及び変位値の周波数を計算する。
【００４９】
別の代替実施例において、保護システム２２は、複数の計算クランク角においてシリンダヘッド９２に作用するガス力値の配列の範囲を計算する。保護システム２２は、複数の計算クランク角におけるシリンダアセンブリ２６の変位値の配列も計算する。この実施例において、保護システム２２は、少なくとも部分的に、計算されたガス力値の配列を計算された変位値の配列で割った商に基づいて、計算クランク角の所定範囲内の剛性値の配列を計算する。
【００５０】
図６は、図１に示すレシプロ圧縮機の状態の監視に使用する、例示的な方法３００を示すフローチャートである。この実施例において、方法３００は、位置センサ５６から保護システム２２に、クランクシャフト４４の回転位置を示す信号を送信するステップ３０２を含む。保護システム２２は、感知されたクランクシャフト４４の回転位置に少なくとも部分的に基づいて、クランク角αを計算３０４する。圧力センサ１１６は、シリンダヘッド９２内の圧力を示す信号を保護システム２２に送信３０６する。保護システム２２は、感知された圧力に少なくとも部分的に基づいて、ピストンヘッド５８に作用するガス力を計算３０８する。一実施例において、保護システム２２は、感知された圧力にピストンヘッド５８の作動面領域８４の面積を乗じることによって、ガス力を計算３０８する。
【００５１】
振動センサ１３２は、中心軸６８に沿ったシリンダアセンブリ２６の加速度を示す信号を、保護システム２２に送信３１０する。保護システム２２は、シリンダアセンブリ２６の感知された加速度に少なくとも部分的に基づいて、中心軸６８に沿ったシリンダアセンブリ２６の変位値を計算３１２する。保護システム２２は、少なくとも部分的に、計算３０８されたガス力及びシリンダアセンブリ２６の計算３１２された変位に基づいて、計算３０４されたクランク角におけるシリンダアセンブリ２６の剛性値を計算３１４する。より具体的には、保護システム２２は、計算３０８されたガス力をシリンダアセンブリ２６の計算３１２された変位で割った商に少なくとも部分的に基づいて、シリンダアセンブリ２６の剛性値を計算３１４する。保護システム２２は、計算３１４された剛性値が所定剛性値とは異なる場合に、レシプロ圧縮機１０の状態が所定のレシプロ圧縮機状態を下回っていると判定３１６する。保護システム２２は、レシプロ圧縮機１０の状態が所定のレシプロ圧縮機状態とは異なると判定３１６すると、通知信号をユーザ演算装置２００に送信３１８する。
【００５２】
図７は、図１に示すレシプロ圧縮機の状態の監視に使用可能な、代替方法４００を示すフローチャートである。代替実施例において、方法４００は、位置センサ５６から保護システム２２に、クランクシャフトの回転位置を示す信号を送信するステップ４０２を含む。保護システム２２は、全圧縮機動作サイクル時、各々０．５°の間隔で、複数のクランク角αを計算４０４する。第１圧力センサ１１８は、ＨＥチャンバ１０４内の圧力を示す信号を、保護システム２２に送信４０６する。保護システム２２は、少なくとも部分的に、第１圧力センサ１１８から送信４０６された信号に基づいて、ピストンヘッド５８のヘッド端面８０に作用するガス力を計算４０８する。第２圧力センサ１２０は、ＣＥチャンバ１０８内の圧力を示す信号を、保護システム２２に送信４１０する。保護システム２２は、第１圧力センサ１１８から送信４０６された信号に少なくとも部分的に基づいて、ピストンヘッド５８のクランク端面７８に作用するガス力を計算４１２する。保護システム２２は、クランク端面７８に作用する計算４１２されたガス力と、ヘッド端面８０に作用する計算４０８されたガス力とを加算することによって、正味ガス力１３０を計算４１４する。
【００５３】
第１振動センサ１３４は、中心軸６８に沿ったレシプロ圧縮機１０の加速度を示す信号を、保護システム２２に送信する。第２振動センサ１３６は、中心軸６８に沿った圧縮機フレーム２８の加速度を示す信号を、保護システム２２に送信する。保護システム２２は、少なくとも部分的に、レシプロ圧縮機１０の感知された加速度と圧縮機フレーム２８の感知された加速度との差に基づいて、中心軸６８に沿ったシリンダアセンブリ２６の変位値を計算する。
【００５４】
保護システム２２は、第１圧縮機動作サイクルでの、計算された第１クランク角αにおけるシリンダアセンブリ２６の第１剛性を計算する。保護システム２２は、第２圧縮機動作サイクルでの、計算された第１クランク角αにおけるシリンダアセンブリ２６の第２剛性を計算する。保護システム２２は、シリンダアセンブリ２６の計算された第１剛性が計算された第２剛性と異なるか否かを判定し、シリンダアセンブリ２６の計算された第１剛性が計算された第２剛性とは異なると判定すると、第１通知信号をユーザ演算装置２００に送信する。保護システム２２は、計算された第２剛性が所定値と異なるか否かを判定し、計算された第２剛性が所定剛性値よりも小さいと判定すると、第２通知信号を送信する。
【００５５】
図８は、図１に示すレシプロ圧縮機の状態の監視に使用可能な、代替方法５００を示すフローチャートである。代替実施例において、方法５００は、保護システム２２によって、第１圧縮動作の各クランク角αにおいてピストンヘッド５８に作用するガス力値の範囲を計算するステップ５０２を含む。保護システム２２は、少なくとも部分的に、ガス力値の計算５０２された範囲に基づいて、ガス力値の周波数を計算５０４する。保護システム２２は、第１圧縮動作の各クランク角αにおけるシリンダアセンブリ２６の変位値の範囲を計算５０６する。保護システム２２は、少なくとも部分的に、変位値の計算５０６された範囲に基づいて、変位値の周波数を計算５０８する。保護システム２２は、少なくとも部分的に、ガス力値の計算５０４された周波数を変位値の計算５０８された周波数で割った商に基づいて、剛性スペクトル出力を計算５１０する。
【００５６】
保護システム２２は、計算５１０された剛性スペクトル出力が所定の剛性スペクトル出力と異なるか否かを判定５１２し、計算５１０された剛性スペクトル出力が所定の剛性スペクトル出力よりも小さいと判定すると、通知信号をユーザ演算装置２００に送信５１４する。
【００５７】
上述のシステム及び方法は、レシプロ圧縮機の動作時におけるレシプロ圧縮機の剛性の監視を容易にする状態監視システムを提供することによって、周知の監視システムの不都合を克服する。より具体的には、状態監視システムは、シリンダアセンブリの剛性を監視すること、及び計算された剛性に基づいてレシプロ圧縮機の状態を判定することを容易にする。更に、本明細書に記載のシステムは、レシプロ圧縮機の剛性が所定のレシプロ圧縮機の剛性とは異なると判定すると、レシプロ圧縮機を停止するべく動作する。こうして、動作中にレシプロ圧縮機に生じる可能性のある損傷を軽減又は排除し、それによって、レシプロ圧縮機の動作寿命を延長することができる。
【００５８】
本明細書に記載の方法、システム、及び装置の例示的な技術的効果は、（ａ）第１センサから保護システムに、レシプロ圧縮機のシリンダアセンブリ内の圧力を示す第１監視信号を送信すること（ｂ）第２センサから保護システムに、シリンダアセンブリの加速度を示す第２監視信号を送信すること（ｃ）保護システムにより、少なくとも部分的に第１信号及び第２信号に基づいて、レシプロ圧縮機の剛性値を計算すること（ｄ）計算された剛性値が所定剛性値とは異なると判定すると、保護システムからユーザ演算装置に通知信号を送信すること（ｅ）シリンダアセンブリ内の感知された圧力に少なくとも部分的に基づいて、ガス力値を計算すること（ｆ）シリンダアセンブリの感知された加速度に少なくとも部分的に基づいて、シリンダアセンブリの変位値を計算すること（ｇ）計算されたガス力及びシリンダアセンブリの計算された変位に少なくとも部分的に基づいて、レシプロ圧縮機の剛性値を計算すること、のうちの少なくとも１つを含む。
【００５９】
以上、レシプロ圧縮機の状態を監視するシステム及び方法の実施例を詳説した。本システム及び方法は、ここに記述した具体的な実施形態に限定されることはなく、本システムの部品及び／又は本方法のステップを、ここに記述したその他の部品及び／又はステップとは別個独立に利用できる。例えば、本方法をレシプロ圧縮機の監視システムと組み合わせて使用できるが、ここに記述したようなレシプロ圧縮機を用いた実装のみに本方法が限定されることはない。むしろ、本実施例をその他多くのレシプロ圧縮機の監視用途と組み合わせて実装及び利用できる。
【００６０】
本発明の様々な実施形態の特定の特徴が、図面によっては示されていたり示されていなかったりするが、これは、あくまでも便宜上のことである。本発明の原理に従って、いかなる図面のいかなる特徴も、その他の図面のいかなる特徴とも組み合わせて参照及び／又はクレームすることができる。
【００６１】
本明細書では、最適な態様を含めた例を用いて本発明を開示しているが、これによって当業者は、任意の装置又はシステムの作製及び使用、並びにこれに付随する任意の方法の実施を含め、本発明を実施することができる。本発明の特許請求の範囲は請求項に記載されているが、当業者に想到可能なその他の例も包含し得る。こうしたその他の例は、請求項の文言と相違ない構成要素を有する場合、又は請求項の文言と実質的に相違ない等価の構成要素を含む場合、本発明の特許請求の範囲に含まれるものとする。
【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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