(57)【要約】  アクチュエータをターボ機械に統合し、該ターボ機械に関連するプロセス流体に基づいてアクチュエータを作動させる装置及び方法。統合アクチュエータ機構は、アクチュエータケーシングと、ラビリンスシールを有するバランスドラムと、アクチュエータケーシングにおいてバランスドラムに力を加えるよう構成された復帰バネと、バランスドラムに接続され、該バランスドラムの方向で直線的に移動させるよう構成された作動バーと、バネ力とは反対方向でバランスドラムに力を加えるためにアクチュエータケーシングにターボ機械のプロセス流体の分流部分を接続する接続機構と、を含む。ラビリンスシールは、分流したターボ機械のプロセス流体がターボ機械を通って流出し該ターボ機械に戻ることができるようにする。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アクチュエータケーシングを備えたアクチュエータ装置であって、
前記アクチュエータケーシングが、
前記アクチュエータケーシングの内側表面に取り付けられるバランスドラムと、
前記アクチュエータケーシングに流体を流入させることができ且つ前記バランスドラムに第１の力を作用させるように構成された、前記アクチュエータケーシング上の第１の接続部と、
前記バランスドラムの第１の側部に第２の力を作用させるよう構成された復帰バネと、
流体が前記アクチュエータケーシングから流出することができるように構成された、前記アクチュエータケーシング上の第２の接続部と、
を含み、
前記アクチュエータ装置が更に、
前記バランスドラムに接続された作動バーと、
前記第１の接続部に関連したラインにあり且つ前記第１の接続部への前記流体の流れを制御する調節バルブと、
を備える、アクチュエータ装置。
【請求項２】
前記アクチュエータケーシングが、前記バランスドラムの外側表面と前記アクチュエータケーシングの内側表面との間に構成される、ラビリンスシールを含むシールを更に含む、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記復帰バネにより、前記調節バルブが閉鎖されたときに前記バランスドラムが開始位置に戻るようになる、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記作動バーが、前記バランスドラムの直線移動に関連して直線方向に移動する、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記作動バーが、前記第２の接続部を通って前記アクチュエータケーシングの外部に延びる、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記第１の接続部での前記流体が、前記第２の接続部での前記流体よりも高い圧力状態にある、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記ラビリンスシールにより、前記流体が前記バランスドラムの周りに流出できるようになる、請求項２に記載の装置。
【請求項８】
前記バネが、前記バランスドラムの第１の側部と反対の側部に反対方向で第２の力を作用させる、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
ターボ機械を密閉するケーシングと、
前記ケーシングにシームレスに統合され、流体の流入を調整するよう構成されたアクチュエータ組立体と、
を備えた装置であって、前記アクチュエータ組立体が、アクチュエータケーシングを有し、該アクチュエータケーシングが、
前記アクチュエータケーシングの内側表面に取り付けられるバランスドラムと、
前記アクチュエータケーシングに流体を流入させることができ且つ前記バランスドラムに第１の力を作用させるように構成された、前記アクチュエータケーシング上の第１の接続部と、
前記バランスドラムに第２の力を作用させるよう構成された復帰バネと、
前記流体が前記アクチュエータケーシングから流出することができるように構成された、前記アクチュエータケーシング上の第２の接続部と、
を含み、
前記装置が更に、
前記バランスドラムに接続され且つ前記ターボ機械と関連するレバーに接続された作動バーと、
前記第１の接続部に関連したラインにあり、前記第１の接続部への前記流体の流れを制御する調節バルブと、
を備える、装置。
【請求項１０】
アクチュエータをターボ機械に統合する方法であって、
アクチュエータケーシングを含めるようにターボ機械ケーシングを構築するステップと、
バランスドラムを前記アクチュエータケーシングに挿入して前記アクチュエータケーシングに取り付けるステップと、
前記バランスドラムに第１の力を加えるように復帰バネを構成するステップと、
前記バランスドラムに関連して移動させるために作動バーを前記バランスドラムに接続し、且つ前記ターボ機械と関連するレバーに接続するステップと、
前記ターボ機械のプロセス流体の一部を調節バルブに通して前記アクチュエータケーシングに分流し、前記第１の力とは反対の第２の力を前記バランスドラムに加えて前記作動バーの位置を制御するステップと、
を含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書で開示される主題は、全体的に、方法及び装置に関し、より詳細には、ターボ機械の１つ又はそれ以上の可動システムを作動させるための機構及び技法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ターボ機械は、一般に、内部回転構成要素、典型的には例えばベーンを有し、これら内部回転構成要素は、ターボ機械の作動状態に基づいて調整される。自動化システムでは、可動構成要素の調整は、可動圧縮機に接続されるレバーに取り付けたアクチュエータの使用を必要とする。利用可能なアクチュエータの解決手法において、図１の従来技術に示すように、アクチュエータ１０２は、ターボ機械の外部に装着され、レバーへの機械的接続は、ターボ機械ケーシング１０８を通過しなければならない。この設計要件は、市場からの圧力に押されて、アクチュエータアームをレバーに接続し且つアクチュエータ／レバー接続をターボ機械のケーシングに通過させるために高価で複雑なシールフランジ１０６、１０８の必要性を変革しようとしている問題領域の１つを明らかにしている。
【０００３】
現行の設計技術の別の態様において、アクチュエータを作動させるために、アクチュエータ１０２に制御要素の出力源を提供しなければならない。例えば、アクチュエータ１０２は、電気、油圧流体、又は空気圧によって動力を供給することができるが、ターボ機械上のアクチュエータ１０２に対して何らかの供給源、ワイヤ、ライン、又はパイプを動力供給者から延在させる必要がある。別の問題において、外部動力供給源は、アクチュエータ１０２に動力を供給する媒体の損失に基づくターボ機械の停止時間のリスクの別の発生可能な要因を提供する。
【０００４】
ターボ機械上の外部装着のアクチュエータ１０２に関連する別の問題は、アクチュエータ１０２のアームがターボ機械ケーシング１０８を通過するフランジシール１０６、１０８から、又はアクチュエータ１０２から直接的にプロセスガスが漏洩するリスクがあることである。一部の事例において、プロセスガスは、可燃性、毒性、極高温などであり、シールが故障し、プロセスガスが大気に放出可能になった場合には、重大事象につながる可能性がある。更に、アクチュエータ１０２がターボ機械ケーシング１０８から突出している場合、アクチュエータ１０２が他の機器と接触して損傷を受け、ターボ機械の動作不能、及びプロセスガスの大気への重大な放出につながる可能性がある。
【０００５】
従って、上述の問題及び欠点が回避された装置及び方法を提供することが望ましいことになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第３，０７１，３４５号明細書
【発明の概要】
【０００７】
１つの例示的な実施形態によれば、アクチュエータケーシングであって、アクチュエータケーシングの内側表面に取り付けられるバランスドラムと、アクチュエータケーシングに流体を流入させることができ且つバランスドラムに第１の力を作用させるように構成された、アクチュエータケーシング上の第１の接続部と、バランスドラムの第１の側部に第２の力を作用させるよう構成された復帰バネと、流体がアクチュエータケーシングから流出することができるように構成された、アクチュエータケーシング上の第２の接続部と、を含む。例示的な実施形態の１つの態様において、作動バーがバランスドラムに接続される。例示的な実施形態の別の態様において、調節バルブが、第１の接続部に関連したラインにあり且つ第１の接続部への前記流体の流れを制御する。
【０００８】
別の例示的な実施形態によれば、ターボ機械を密閉するケーシングと、ケーシングにシームレスに統合され、流体の流入を調整するよう構成されたアクチュエータ組立体とがある。例示的な実施形態は更に、アクチュエータケーシングを有するアクチュエータを備え、アクチュエータケーシングは、アクチュエータケーシングの内側表面に取り付けられるバランスドラムと、アクチュエータケーシングに流体を流入させることができ且つバランスドラムに第１の力を作用させるように構成された、アクチュエータケーシング上の第１の接続部と、バランスドラムに第２の力を作用させるよう構成された復帰バネと、流体がアクチュエータケーシングから流出することができるように構成された、アクチュエータケーシング上の第２の接続部と、を含む。更に例示的な実施形態において、作動バーが、一方の端部でバランスドラムに接続され、他方の端部でアクチュエータのレバーに接続される。次に、例示的な実施形態において、調節バルブは、第１の接続部に関連したラインにあり、第１の接続部への流体の流れを制御する。
【０００９】
別の例示的な実施形態によれば、アクチュエータをターボ機械に統合する方法がある。本方法は、アクチュエータケーシングをシームレスに含めるようにターボ機械ケーシングを構築するステップを含む。次に、例示的な実施形態では、バランスドラムをアクチュエータケーシングに挿入してアクチュエータケーシングに取り付けるステップを含む。次に、例示的な実施形態では、バランスドラムに第１の力を加えるように復帰バネを構成するステップを含む。例示的な実施形態では、作動バーをバランスドラムに接続し、且つターボ機械と関連するレバーに接続し、作動バーがバランスドラムにおって移動する方向で直線的に移動する。例示的な実施形態では、ターボ機械のプロセス流体の一部を調節バルブに通してアクチュエータケーシングに分流し、第１の力とは反対の第２の力をバランスドラムに加えて作動バーの位置を制御するステップを含む。
【００１０】
本明細書に組み込まれ且つその一部を構成する添付図面は、１つ又はそれ以上の実施形態を例証しており、本明細書と共にこれらの実施形態を説明している。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】外部フランジに取り付けたアクチュエータを有するターボ機械の従来の例示的な実施形態の図。
【図２】統合アクチュエータを有するターボ機械の例示的な実施形態の図。
【図３】例示的な実施形態による、ターボ機械と統合されたアクチュエータを作動させるステップを示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
例示的な実施形態の以下の説明は、添付図面を参照する。異なる図面における同じ参照符号は、同じ又は同様の要素を示している。以下の詳細な説明は、本発明を限定するものではない。むしろ、本発明の範囲は、添付の請求項によって定義される。以下の実施形態は、簡略化のために、限定ではないが圧縮機及び膨張器を含むターボ機械の用語及びその構造に関して説明している。
【００１３】
本明細書を通して「１つの実施形態」又は「実施形態」として言及することは、実施形態に関連して説明される具体的な特徴、構造、又は特性が本開示の主題の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。従って、本明細書全体を通じて様々な箇所で表現「１つの実施形態では」又は「ある実施形態では」が出現するが、必ずしも同じ実施形態について言及している訳ではない。更に、具体的な特徴、構造、又は特性は、１つ又はそれ以上の実施形態においてあらゆる好適な様態で組み合わせてもよい。
【００１４】
図２に示すように、例示的な実施形態２００は、統合アクチュエータ２０４を備えたターボ機械を描いている。例示的な実施形態の１つの態様において、ターボ機械ケーシング２０２及び統合アクチュエータは、接続フランジを必要としないターボ機械の単一の構成要素シェルである。例示的な実施形態において、統合アクチュエータ２０４は、ターボ機械ケーシングの付属部品のように見えるが、ターボ機械においてシールが必要となるどのようなシーム（継ぎ目）も有していない点に留意されたい。例示的な実施形態の別の態様において、統合アクチュエータは、統合アクチュエータ２０４が視覚的に見えないようにターボ機械に組み込むことができる。
【００１５】
この例示的な実施形態を引き続き説明すると、統合アクチュエータは、ターボ機械の作動下でプロセス流体の圧力差により動力が供給される。例えば、入口と出口の間のガス圧力の差を有する圧縮機は、統合アクチュエータ２０４に動力を供給することができる。例示的な実施形態の別の態様において、統合アクチュエータ２０４を有するターボ機械は、作動バー２０６、動力流体供給ライン２０８、圧力調節バルブ２１０、復帰バネ２１２、ラビリンスシール２１４、及びアクチュエータバランスドラム２１８を含む。例示的な実施形態において、動力流体供給ライン２０８は、ターボ機械上の高圧Ｐ２の部位に、すなわち、圧力調節バルブ２１０を通ってバランスドラム２１８の一方側上のアクチュエータ２０４に接続される点に留意されたい。更に、バランスドラム２１８上のラビリンスシール２１４に起因して、動力流体がバランスドラム２１８の周りで及びアクチュエータバー２０６に沿って流出し、ターボ機械上の低圧Ｐ１の部位に戻る可能性がある点に留意されたい。例示的な実施形態の別の態様において、動力流体圧力Ｐ１は、圧力調節バルブ２１０の設定に基づいて、圧力調節バルブ２１０の下流側でＰＢまで低下させることができる。
【００１６】
次に例示的な実施形態において、アクチュエータバー２０６は、バランスドラム２１８に接続され、該バランスドラム２１８が移動するとバランスドラム２１８の方向に直線的に移動する。例示的な実施形態の別の態様において、バランスドラム２１８は、動力流体の圧力ＰＢの下で一方の側に作用する動力流体の力と、復帰バネ２１２によって作用するバランスドラム２１８の反対側に作用する力とのバランスが保たれる。例示的な実施形態において、復帰バネはまた、動力流体からの力と同じバランスドラム２１８の側部上に接続されるが、復帰バネの力は動力流体の力とは反対の方向に加えることができる点に留意されたい。引き続きこの例示的な実施形態において、調節バルブ２１０の閉鎖又はターボ機械のシャットダウンに基づき、動力流体の力が取り除かれたときには、復帰バネ２１２は、バランスドラム２１８及び取り付けられたアクチュエータバー２０６を開始位置に戻す。
【００１７】
従って、この例示的な実施形態は、調節バルブ２１０の位置を制御することにより、アクチュエータバー２０６の直線位置を制御することを説明している。アクチュエータバー２０６は、作動時にバランスドラム２１８の方向で直線運動を受け入れる何れかのレバーに接続することができる。例えば、アクチュエータバー２０６は、圧縮機の性能を最適化するために圧縮機作動リング２１６上でベーンを作動させるレバーに接続することができる。
【００１８】
次に、アクチュエータとターボ機械を統合する例示的な方法の実施形態について、図３を参照しながら考察する。図３は、ターボ機械におけるプロセス流体の圧力差に基づいた作動のためターボ機械においてアクチュエータを統合する例示的な方法の実施形態のステップを示している。例示的な方法の実施形態は、アクチュエータをターボ機械に統合するステップ３０２を含む。例示的な実施形態の１つの態様において、アクチュエータは、ターボ機械ケーシングの付属部品のように見えるが、アクチュエータとターボ機械との間にシームを有さず又はシールを必要としない統合構成要素である。例示的な実施形態の別の態様において、アクチュエータは、ターボ機械無いに完全に密閉され、ターボ機械のケーシング上で識別できない。
【００１９】
次に、例示的な方法のステップ３０４において、バランスドラムは、アクチュエータケーシングのキャビティ内に挿入される。例示的な方法の実施形態の別の態様において、シールシステムは、バランスドラムの外側表面とアクチュエータケーシングの内側表面との間に置かれる。例示的な方法の実施形態において、シールシステムは、限定ではないが、ラビリンスシールとすることができる点に留意されたい。更に、ラビリンスシールは、バランスドラムの周りの流体の流れを制限すると共に、他方では、流体がバランスドラムを通って流出してその周りに流れるのを可能にする点に留意されたい。例示的な方法の実施形態のステップ３０６に進み、復帰バネがバランスドラム２１８アクチュエータケーシング内に挿入され、バランスドラムに隣接して置かれ、該復帰バネが、バランスドラムをアクチュエータケーシングの一方端まで変位させる力をバランスドラムに作用させるようにする。例示的な方法の実施形態において、復帰バネは、復帰バネのタイプ及びバランスドラムへの接続のタイプに応じて、圧縮力又は拡張力の何れかをバランスドラムに作用させることにより動作することができる点に留意されたい。例示的な方法の実施形態の別の態様において、復帰バネのタイプ及び接続のタイプに関係なく、単独で動作する際には、復帰バネの力は、ターボ機械においてバランスドラムを開始位置に変位させる。
【００２０】
次に、例示的な方法の実施形態のステップ３０８では、作動バーをバランスドラムに接続するステップに進む。例示的な実施形態において、作動バーは、バランスドラムの移動方向に直線運動で移動する点に留意されたい。例示的な実施形態の別の態様において、ラビリンスシールを通り、バランスドラムの周りで流出するプロセス流体は、ターボ機械の低圧領域に戻る作動バーの経路を辿る。例示的な実施形態において、作動バーは、ターボ機械に対して制御された運動を提供する接続点として機能する点に留意されたい。
【００２１】
ステップ３１０に進み、例示的な方法の実施形態は、アクチュエータケーシングに接続され且つ調節バルブを含むラインを通して高圧プロセス流体の一部を分流させる。例示的な方法の実施形態において、プロセス流体は、復帰バネによるバランスドラムに作用する力とは反対の方向で、バランスドラムの表面上に圧力の力を作用させる。引き続き例示的な実施形態において、プロセス流体の圧力によって作用する力の量及びこれに関連する作動バーの移動は、所望の移動に基づいて調節バルブを開閉することにより制御される。例えば、圧縮機出力を最大にすることは、作動リング上のベーンを制御するレバーに作動レバーを接続して、圧縮機のスループットを最適化するようベーンを位置付けるように調節バルブを調整することによって達成することができる。例示的な実施形態において、バランスドラムに関連するラビリンスシールにより、プロセス流体がバランスドラムの周りに流出して、ターボ機械の低圧領域に戻ることが可能になり、このようにして、プロセス流体は、統合アクチュエータを通って流れることができ、ターボ機械がシャットダウンしたときに統合アクチュエータが自動的に始動設定に戻ることができるようになる点に留意されたい。
【００２２】
開示された例示的な実施形態は、アクチュエータをターボ機械に統合し、ターボ機械にわたるプロセス流体の圧力勾配に基づいてアクチュエータを作動させる装置及び方法を提供する。本明細書は本発明を限定することを意図していない点は理解されたい。逆に、例示的な実施形態は、添付の請求項によって定義される本発明の技術的思想及び範囲に含まれる、代替形態、修正形態、及び均等形態を保護するものとする。更に、例示的な実施形態の詳細な説明において、請求項に記載された本発明を包括的に理解するために多数の具体的な詳細事項が記載されている。しかしながら、種々の実施形態はこのような具体的な詳細事項がなくとも実施できる点は当業者であれば理解されるであろう。
【００２３】
本発明の例示的な実施形態の特徴及び要素は、特定の組み合わせで実施形態において説明したが、各特徴又は要素は、実施形態の他の特徴及び要素を伴わず単独で、或いは本明細書で開示される他の特徴及び要素の有無に関わりなく種々の組み合わせで用いることができる。
【００２４】
本明細書は、最良の形態を含む実施例を用いて本発明を開示し、更に、あらゆる当業者があらゆるデバイス又はシステムを実施及び利用すること並びにあらゆる包含の方法を実施することを含む本発明を実施することを可能にする。本発明の特許保護される範囲は、請求項によって定義され、当業者であれば想起される他の実施例を含むことができる。このような他の実施例は、請求項の文言と差違のない構造要素を有する場合、或いは、請求項の文言と僅かな差違を有する均等な構造要素を含む場合には、本発明の範囲内にあるものとする。
【符号の説明】
【００２５】
２００
２０４  統合アクチュエータ
２０６  作動バー
２０８  動力流体供給ライン
２１０  圧力調節バルブ
２１２  復帰バネ
２１４  ラビリンスシール
２１６  圧縮機作動リング
２１８  アクチュエータバランスドラム
【図１】
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【図２】
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【図３】
2014528044.tif 000005
【国際調査報告】
2014528044.tif 000006
2014528044.tif 000007
2014528044.tif 000008