(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
背中合わせの配置を成す第１の圧縮段（１Ａ）及び第２の圧縮段（１Ｂ）と、前記第１の圧縮段（１Ａ）と前記第２の圧縮段（１Ｂ）との間のシール構造（１７）と、前記第１の圧縮段（１Ａ）と前記第２の圧縮段（１Ｂ）との間のサイドストリームライン（１９）とを備えるガス圧縮機（１）を動作させるための方法において、
第１の分子量（ＭＷ１）を有する第１のガスを前記第１の圧縮段（１Ａ）の吸込側（１０）へ供給して、前記第１のガスを前記第１の圧縮段（１Ａ）を通じて圧縮するステップと、
第２のガスのサイドストリーム流（Ｆ２）を前記サイドストリームライン（１９）を通じて前記第２の圧縮段（１Ｂ）へ供給するステップであって、前記第２のガスが前記第１のガスよりも低い分子量（ＭＷ２）を有する、ステップと、
前記第１のガス及び前記第２のガスのガス混合物を前記第２の圧縮段（１Ｂ）を通じて圧縮するステップと、
前記第１の圧縮段（１Ａ）の圧力パラメータを検出するステップと、
前記ガス混合物の前記第２の圧縮段（１Ｂ）から前記第１の圧縮段（１Ａ）への再循環によって引き起こされる前記第１の圧縮段（１Ａ）により圧縮されるガスの分子量の変化によってもたらされる圧縮機全体にわたる圧力比変化を補正するために前記サイドストリーム流（Ｆ２）を調整するステップと、
を備える方法。
【請求項２】
前記圧力パラメータが前記第１の圧縮段（１Ａ）の両端間の圧力比である請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記圧力パラメータが前記第１の圧縮段（１Ａ）の吸込側における吸込圧である請求項１記載の方法。
【請求項４】
バイパスライン（２１）とアンチサージバルブ（２３）とから構成されるアンチサージシステムを前記第１の圧縮段（１Ａ）のために設けるステップと、
前記アンチサージシステムが作用している場合にのみ前記サイドストリーム流（Ｆ２）を調整する前記ステップを有効にするステップと、
を更に備える請求項１乃至３のいずれか１項記載の方法。
【請求項５】
ガス圧縮機（１）を動作させるための方法において、
背中合わせの配置を成す第１の圧縮段（１Ａ）及び第２の圧縮段（１Ｂ）を設けるステップと、
前記第１の圧縮段（１Ａ）と前記第２の圧縮段（１Ｂ）との間にシール構造（１７）を設けるステップと、
前記第１の圧縮段（１Ａ）と前記第２の圧縮段（１Ｂ）との間にサイドストリームライン（１９）を設けるステップと、
第１の分子量（ＭＷ１）を有する第１のガスを前記第１の圧縮段（１Ａ）の吸込側（１０）へ供給して、前記第１のガスを前記第１の圧縮段（１Ａ）を通じて圧縮するステップと、
第２のガスのサイドストリーム流（Ｆ２）を前記サイドストリームライン（１９）を通じて供給するステップであって、前記第２のガスが前記第１のガスの分子量（ＭＷ１）よりも低い分子量（ＭＷ２）を有する、ステップと、
前記第１のガス及び前記第２のガスのガス混合物を前記第２の圧縮段（１Ｂ）を通じて圧縮するステップと、
前記ガス混合物を前記第２の圧縮段（１Ｂ）から前記第１の圧縮段（１Ａ）の吸込側（１０）へと再循環させるステップと、
再循環される前記ガス混合物によって引き起こされる前記第１の圧縮段（１Ａ）により処理されるガスの分子量の変化によってもたらされる圧縮機全体にわたる圧力比変化を補正するために前記サイドストリーム流（Ｆ２）を調整するステップと、
を備える方法。
【請求項６】
前記サイドストリーム流（Ｆ２）は、前記第１の圧縮段（１Ａ）の両端間の圧力比の減少が検出されるときに減少される請求項５記載の方法。
【請求項７】
前記サイドストリーム流（Ｆ２）は、前記第１の圧縮段（１Ａ）の吸込側における吸込圧の増大が検出されるときに減少される請求項５記載の方法。
【請求項８】
吸込側（１０）及び吐出側（１１）を有する第１の圧縮段（１Ａ）であって、前記吸込側（１０）が分子量（ＭＷ１）を有する第１のガスの流れ（Ｆ１）を受けるためのものである、第１の圧縮段（１Ａ）と、吸込側（１２）及び吐出側（１６）を有する第２の圧縮段（１Ｂ）であって、前記第１の圧縮段及び前記第２の圧縮段が背中合わせに配置される、第２の圧縮段（１Ｂ）と、前記第１の圧縮段（１Ａ）と前記第２の圧縮段（１Ｂ）との間のシール構造（１７）とから構成される圧縮機（１）と、
前記第１のガスよりも低い分子量（ＭＷ２）を有する第２のガスの流れ（Ｆ２）を供給するために前記第２の圧縮段（１Ｂ）の前記吸込側（１２）と流体連通するサイドストリームライン（１９）であって、前記第１のガス及び前記第２のガスの混合物流（Ｆ３）が前記第２の圧縮段（１Ｂ）を通じて処理される、サイドストリームライン（１９）と、
前記第２のガスの前記流れ（Ｆ２）を調整するための前記サイドストリームライン（１９）上のサイドストリームバルブ（２０）と、
前記サイドストリームバルブ（２０）を制御するためのサイドストリームコントローラ（２２）と、
ガスを前記第１の圧縮段（１Ａ）の前記吐出側（１１）から前記吸込側（１０）へと再循環させるためのバイパスライン（２１）と、前記バイパスライン（２１）上のアンチサージバルブ（２３）とから構成されるアンチサージ装置と、
前記第１の圧縮段（１Ａ）の少なくとも１つの圧力パラメータを検出するための圧力トランスデューサ装置（２５、３５）と、
を備え、
前記サイドストリームコントローラ（２２）は、前記アンチサージ装置を通じたガスの再循環により引き起こされる前記第１の圧縮段（１Ａ）の両端間の圧力比の減少を示す前記圧力パラメータの変化を前記圧力トランスデューサ装置が検出するときに前記第２のガスの前記流れ（Ｆ２）を減少させるように構成される、
圧縮機システム。
【請求項９】
前記圧力トランスデューサ装置は、前記第１の圧縮段（１Ａ）の前記吸込側（１０）におけるガスの圧力の変化を検出するように構成される請求項８記載の圧縮機システム。
【請求項１０】
前記圧力トランスデューサ装置は、前記第１の圧縮段（１Ａ）の両端間の圧力比の変化を検出するように構成される請求項８記載の圧縮機システム。
【請求項１１】
前記サイドストリームコントローラ（２２）は、前記第１の圧縮段（１Ａ）の両端間の圧力比の減少が検出されるときに前記第２のガスの前記流れ（Ｆ２）の減少を引き起こすように構成される請求項８乃至１０のいずれか１項記載の圧縮機システム。
【請求項１２】
前記サイドストリームコントローラ（２２）は、前記第１の圧縮段（１Ａ）の前記吸込側におけるガス圧の増大が検出されるときに前記第２のガスの前記流れ（Ｆ２）の減少を引き起こすように構成される請求項８乃至１０のいずれか１項記載の圧縮機システム。
【請求項１３】
前記サイドストリームコントローラ（２２）は、前記アンチサージ装置が作用している場合又は前記第１の圧縮段（１Ａ）がサージ限界ライン付近で動作している場合に前記第２のガスの前記流れ（Ｆ２）の減少を可能にするように構成される請求項８乃至１２のいずれか１項記載の圧縮機システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、圧縮機に関し、より詳細には、背中合わせの形態を成して配置される第１の圧縮段と第２の圧縮段との間にサイドストリームを有する、いわゆるバックトゥバック型圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
遠心圧縮機は多種多様な産業用途で使用される。例えば、遠心圧縮機は、炭化水素ガスの圧力を高めるために石油産業及びガス産業で使用される。遠心圧縮機の回転インペラ及びディフューザを通じてガスを圧縮するために必要な圧縮仕事は、圧縮機シャフトに作用する軸方向推力を生み出す。シャフトベアリングに作用する全体の軸方向推力を減少させるためにバランスドラムがしばしば使用される。
【０００３】
幾つかの公知の圧縮機は、圧縮機シャフトに作用する軸方向推力を減少させる、いわゆるバックトゥバック形態を有する。第１の圧縮段の吐出側が第２の圧縮段の吐出側と対向し、それにより、処理済みガスは、ほぼ一方向で第１の圧縮段を通じて流れるとともに、ほぼ反対の方向で第２の圧縮段を通じて流れる。圧縮機により処理されるガスの主ストリームは、第１の圧縮段の吸込側で吸い込まれ、第２の圧縮段の吐出側で吐出される。
【０００４】
幾つかの用途では、第１の圧縮段の吐出側と第２の圧縮段の吸込側との間にサイドストリームガスを注入するためにサイドストリームラインが設けられる。幾つかの用途において、サイドストリームガスは、第１の圧縮段で吸い込まれるガスの化学組成とは異なる化学組成を有する。例えば、第１の圧縮段により処理される第１のガスは、サイドストリームガスの分子量よりも高い分子量を有する。したがって、第１の圧縮段からのガスとサイドストリームガスとの混合物である、第２の圧縮段を通じて流れるガスは、第１の圧縮段を通じて流れるガスよりも低い平均分子量を有する。
【０００５】
第２の圧縮段内の吐出側にある最後のインペラから第１の圧縮段内の最後のインペラへと向かう逆流を減らすために、圧縮機シャフト上には第１の圧縮段と第２の圧縮段との間にシール構造が設けられる。シール効率は、通常、第２の圧縮段内の最後のインペラにより供給されるガスの重量で約１０−２０％が第１の圧縮段内の最後のインペラへ向けて逆流するようになっている。
【０００６】
第１の圧縮段には、通常はアンチサージバルブを含む再循環バイパスラインを備えるアンチサージ装置が設けられる。バイパスラインは、第１の圧縮段の吸込側に吐出側を接続する。第１の圧縮段の動作ポイントがアンチサージ限界ラインに近づくと、アンチサージバルブが開放され、第１の圧縮段の吐出側で吐出されるガス流の一部が第１の圧縮段の吸込側へ向けて再循環される。
【０００７】
アンチサージバルブが開くと、第１の圧縮段と第２の圧縮段との間のシール構造を通じて漏れるサイドストリームからのガスは、第１の圧縮段の吸込側で再循環される。アンチサージガス再循環の結果として、低分子量ガスが第１の圧縮段内に蓄積する。したがって、第１の圧縮段により処理されるガスの平均分子量が減少する。圧縮段の圧力比は、処理済みガスの分子量によって決まるとともに、分子量が減少するときに降下するため、アンチサージ再循環は、第１の圧縮段の両端間の圧力比の降下をもたらす。これは、最終的に、第１段吸込ヘッダでのガス圧の増大をもたらし得る。幾つかの構成では、吸込ヘッダで供給されるガスの圧力が制限されて自由自在に増大し得ない。この場合、圧力比の降下及びそれに伴う圧縮機吸込側での圧力の増大は、吸込ヘッダを通じて供給されるガス流を減らす。幾つかの状況下で、この事態は、最終的に、圧縮機トレインを通じたガス流の損失をもたらし得る。この事態は、２つ以上の圧縮機トレインが並列に配置されて同じガス源により供給されるときに特に重大である。実際のところ、この場合、１つの圧縮機の吸込側での圧力増大は、不安定なガス流をもたらし、圧力比が降下した圧縮機を通じた流量が減少するとともに、他の並列の圧縮機を通じた流量が増大する。
【０００８】
したがって、低分子量サイドストリームを伴うバックトゥバック型圧縮機装置の故障のリスクを軽減する必要性が存在する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】国際公開第２０１０／０８４４２２号
【発明の概要】
【００１０】
第１の態様によれば、本明細書中に開示される主題は、背中合わせの配置を成す第１の圧縮段及び第２の圧縮段であって、圧縮機により処理されるガスの方向に関して第１の圧縮段が第２の圧縮段の上流側に配置される、第１の圧縮段及び第２の圧縮段と、第１の圧縮段と第２の圧縮段との間のシール構造と、第１の圧縮段と第２の圧縮段との間のサイドストリームラインとを備えるガス圧縮機を動作させるための方法に関する。幾つかの実施形態によれば、方法は、第１の分子量を有する第１のガスを第１の圧縮段の吸込側へ供給して、第１のガスを第１の圧縮段を通じて圧縮することを行なう。また、方法は、第２のガスのサイドストリーム流をサイドストリームラインを通じて第２の圧縮段へ供給することを行ない、第２のガスは第１のガスよりも低い分子量を有する。第１のガス及び第２のガスにより形成されるガス混合物は、第２圧縮段を通じて圧縮される。例えばアンチサージバイパスラインが開放されるときに、ガス混合物の再循環に起因する第１の圧縮段の両端間の圧力比降下を防止する或いは減少するために、サイドストリームガス流が減少される。これは、第２の圧縮段の両端間の圧力比を増大させ、したがって、第１の圧縮段の両端間の圧力比の減少に抗する。
【００１１】
方法は、サイドストリームガスが第１の上流側の圧縮段に入るガスよりも低い分子量を有する場合におけるシステム内のアンチサージ目的のガスの再循環が第１の圧縮段により処理されるガスの分子量の減少を引き起こすという認識に基づく。分子量のそのような変化は、第１の圧縮段の両端間の圧力比を減少させる。圧力比の降下を対照させる或いは補償するために、第２の圧縮段を通じて処理されるガスの分子量は、サイドストリームラインを通じた流量を減少させることによって増大される。
【００１２】
更なる態様によれば、本明細書中に開示される主題は、背中合わせに配置される第１の圧縮段及び第２の圧縮段を備え、これらの圧縮段間にシール構造を伴う圧縮機に関する。システムは、第１の圧縮段の吸込側で供給される主ガス流の分子量よりも低い分子量を有するサイドストリームガス流を供給するために第２の圧縮段の吸込側と流体連通するサイドストリームラインを更に備える。サイドストリームラインを通じた第２のガスの流れを調整するためにサイドストリームバルブ及びサイドストリームコントローラが更に設けられる。バイパスラインとアンチサージバイパスとから構成されるアンチサージ装置が第１の圧縮段と組み合わされる。第１の圧縮段内のサージング現象を防止するべく第１の圧縮段により処理されるガス流の一部を再循環させるために必要に応じてアンチサージバルブが開放される。第１の圧縮段の少なくとも１つの圧力パラメータ、例えば圧力比及び／又は吸込圧を検出するためにトランスデューサ装置が更に設けられる。サイドストリームコントローラは、アンチサージ装置を通じたガスの再循環により引き起こされる第１の圧縮段の両端間の圧力比の減少を示す圧力パラメータの変化を圧力トランスデューサ装置が検出するときにサイドストリームを通じたガスの流れを減少させるように構成される。
【００１３】
特徴及び実施形態は、ここでは以下に開示されるとともに、この明細書本文の不可欠な部分を形成する添付の特許請求の範囲に更に記載される。先の簡単な説明は、以下の詳細な説明がより良く理解され得るように且つ当該技術分野に対する本発明の寄与がより良く分かるように、本発明の様々な実施形態の特徴を記載する。無論、以下で説明されて添付の特許請求の範囲に記載される本発明の他の特徴が存在する。この点において、本発明の幾つかの実施形態を詳しく説明する前に、本発明の様々な実施形態がそれらの適用において以下の説明に記載される或いは図面に示される構成の細部に及び構成要素の配置に限定されないことが理解される。本発明は、他の実施形態が可能であるとともに、様々な方法で実施して行なうことができる。また、本明細書中で使用される表現及び専門用語が説明のためのものであって限定的に見なされるべきでないことが理解されなければならない。
【００１４】
したがって、当業者であれば分かるように、本開示が基づいている考え方は、本発明の幾つかの目的を果たすための他の構造、方法、及び／又は、システムを設計するための基準として手軽に利用されてもよい。そのため、特許請求の範囲がそのような等価な構成をそれらの構成が本発明の思想及び範囲から逸脱しない限りにおいて含むと見なされることが重要である。
【００１５】
本発明の開示された実施形態及びその付随する利点の多くの更に完全な正しい認識は、添付図面に関連して考慮されるときに以下の詳細な説明を参照することにより、実施形態及びその付随する利点が更に良く理解されるように容易に得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】圧縮機ロータの回転軸を含む平面にしたがったバックトゥバック圧縮機の断面図を示す。
【図２】圧縮機及び関連するアンチサージシステムの概略図を示す。
【図３】図１及び図２の圧縮機の第１及び第２の圧縮段における２つの流量対圧力比線図を示す。
【図４】図１及び図２の圧縮機の第１及び第２の圧縮段における２つの流量対圧力比線図を示す。
【図５】圧力制御を表わす図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
典型的な実施形態の以下の詳細な説明は、添付図面を参照する。異なる図面中の同じ参照番号は、同一又は同様の要素を特定する。加えて、図面は、必ずしも原寸に比例して描かれない。また、以下の詳細な説明は発明を限定しない。代わりに、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって規定される。
【００１８】
明細書の全体にわたって「１つの実施形態」又は「一実施形態」又は「幾つかの実施形態」への言及は、実施形態に関連して説明される特定の特徴、構造、又は、特性が開示される主題の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。したがって、明細書の全体にわたる様々な場所での「１つの実施形態において」又は「一実施形態において」又は「幾つかの実施形態において」という表現の出現は、必ずしも同じ実施形態に言及していない。更に、特定の特徴、構造、又は、特性は、１つ以上の実施形態において任意の適した態様で組み合わされてもよい。
【００１９】
図１は、圧縮機ロータの回転軸Ａ−Ａを含む平面にしたがったバックトゥバック圧縮機１の断面を概略的に示す。圧縮機１は、ケーシング３と、ケーシング３内に回転可能に配置されるシャフト５とを備える。
【００２０】
圧縮機１は、バレル５Ａと２つのヘッドエンドカバー３Ｂ、３Ｃとを有する垂直分割型圧縮機であってもよい。図示しない他の実施形態において、圧縮機は、圧縮機シャフトの回転軸を含む実質的に水平面に沿って合致する２つの半体から構成されるケーシングを有する水平分割型圧縮機であってもよい。
【００２１】
図１に示される実施形態において、圧縮機１は、背中合わせに配置される第１の圧縮段１Ａ及び第２の圧縮段１Ｂを備える。第１の圧縮段１Ａは、軸Ａ−Ａの周りで回転できるようにシャフト５に装着される１つ以上のインペラ７を備える。圧縮機ダイヤフラムに形成される複数のディフューザ８及び戻しチャネル９が、吸込側１０で第１の圧縮段１Ａに入って吐出側１１で出るガスのための第１の圧縮経路を画定する。
【００２２】
吸込側１０は、第１のインペラ７と流体連通するガス入口プレナムを備えることができる。吐出側１１はボリュートを備えることができ、このボリュートからガスが収集されて更に接続ダクト（図１に示されない）を通じて第２の圧縮段１Ｂの吸込側１２へと運ばれる。
【００２３】
幾つかの実施形態によれば、第２の圧縮段１Ｂは、軸Ａ−Ａの周りで回転できるようにシャフト５に装着される１つ以上のインペラ１３を備える。第２の圧縮段１Ｂは、圧縮機ダイヤフラムに形成されるとともに第２の圧縮段１Ｂにより処理されるガスのための第２の圧縮経路を画定するディフューザ１４及び戻しチャネル１５を更に備える。
【００２４】
ガスは、入口又は吸込側１２で第２の圧縮段１Ｂに入るとともに、第２の圧縮段１Ｂのインペラ、ディフューザ、及び、戻しチャネルを通じて連続的に処理される。圧縮されたガスは、最終的に、圧縮機１の吐出側にも相当する第２の圧縮段１Ｂの吐出側１６で吐出される。圧縮機１の吐出側１６はボリュートを備えることができ、このボリュートは、最後のインペラのディフューザからガスを収集して、圧縮ガスを図示しない出口ダクトへ向けて運ぶ。
【００２５】
第１の圧縮段１Ａの最後のインペラ７Ｌと第２の圧縮段１Ｂの最後のインペラ１３Ｌとの間には、圧縮機シャフト５の周りにシール構造１７が設けられる。シール構造１７は、ガスがより高い圧力を得てしまった第２の圧縮段１Ｂの最後のインペラ１３Ｌからガスがより低い圧力にある第１の圧縮段１Ａの最後のインペラ７Ｌへと向かうシャフト５に沿う漏出を減少させる。シール構造を例えばラビリンスシールから構成することができる。
【００２６】
シール構造にもかかわらず、圧縮動作中、重量で１０−２０％、一般的には約１５％と１８％の間の漏出物が、第２の圧縮段１Ｂから第１の圧縮段１Ａへ向けて流れて、第２の圧縮段１Ｂの吸込側１２に戻される。
【００２７】
図２は、圧縮機１及び関連するガス接続部の概略図である。図２には、シール構造１７を通じたガス漏れが１８で概略的に示される。参照番号３０は、第１の圧縮段１Ａの吐出側１１を第２の圧縮段１Ｂの吸込側１２に接続するダクトを概略的に表わす。参照番号４０は、第１の圧縮段１Ａの吸込ヘッダを示す。
【００２８】
図１を継続して参照して、図２に最も良く示されるように、サイドストリームライン１９がサイドストリームガス流を第１の圧縮段１Ａの吐出側１１と第２の圧縮段１Ｂの吸込側との間に供給する。サイドストリームバルブ２０をサイドストリームライン１９に設けることができる。参照番号２２は、以下で更に説明されるようにサイドストリームバルブ２０を制御するためのサイドストリームコントローラを概略的に示す。サイドストリームラインは、ダクト３０に接続されるように概略的に示される。幾つかの実施形態によれば、サイドストリームライン１９は、第２の圧縮段１Ｂの第１のインペラ、すなわち、最も上流側のインペラ１３の入口で直接にサイドストリーム流を供給できるサイドストリームノズルを介して、第２の圧縮段１Ｂの入口と流体連通し得る。
【００２９】
図２の概略図において、Ｐ１は、第１の圧縮段１Ａの吸込側の吸込側圧力、すなわち、圧縮機１の吸込圧を示す。Ｐ３は、第２の圧縮段１Ｂの吐出側１６の吐出圧、すなわち、圧縮機１の吐出圧を示す。参照符号Ｐ２は、第２の圧縮段１Ｂの吸込圧、すなわち、段間圧力を示す。以下の説明のため、圧縮機１の吐出側の吐出圧Ｐ３が一定に維持され得ると仮定される。
【００３０】
参照番号２１は、第１の圧縮段１Ａのためのアンチサージ装置のバイパスラインを示す。参照番号２３は、バイパスライン２１に配置される対応するアンチサージバルブを示す。トランスデューサ装置２４を圧縮機入口に設けることができる。幾つかの実施形態において、トランスデューサ装置２４は圧力トランスデューサ２５を含むことができ、圧力トランスデューサ２５は、圧縮機１の吸込側、すなわち、第１の圧縮段１Ａの吸込側でガス圧を検出する。トランスデューサ装置２４は、圧縮機１の吸込側でガス流量を検出するために流量トランスデューサ２７を更に備えることができる。幾つかの実施形態によれば、トランスデューサ装置２４は、圧縮機１の吸込側でガス流温度を検出する温度トランスデューサ２９を備えることができる。大まかに言えば、トランスデューサ装置２４は、特定の圧縮段１Ａのために使用されるアンチサージ制御により必要とされるそれらの手段から構成される。
【００３１】
第２の圧縮段１Ｂには別個のアンチサージ装置を設けることができる。図２を再び参照すると、参照番号３１は、第２の圧縮段１Ｂのためのアンチサージ装置のバイパスラインを示す。参照番号３３は、バイパスライン３１に配置される対応するアンチサージバルブを示す。トランスデューサ装置３４を第２の圧縮段１Ｂの入口又は吸込側１２に設けることができる。幾つかの実施形態において、トランスデューサ装置３４は、第２の圧縮段１Ｂの吸込側でガス圧を検出する圧力トランスデューサ３５を備えることができる。トランスデューサ装置３４は、第２の圧縮段１Ｂの吸込側でガス流量を検出するために流量トランスデューサ３７から更に構成され得る。幾つかの実施形態によれば、トランスデューサ装置３４は、第２の圧縮段１Ｂの吸込側でガス流温度を検出する温度トランスデューサ３９を備えることができる。大まかに言えば、トランスデューサ装置３４は、特定の圧縮段１Ｂのために使用されるアンチサージ制御により必要とされるそれらの手段から構成される。
【００３２】
アンチサージシステムは、圧縮機制御の当業者に知られる任意の利用可能なアンチサージアルゴリズムにしたがって動作できる。アンチサージアルゴリズムの詳細を本明細書中で説明する必要はない。あえて言うなら、アンチサージバルブは、圧縮段の動作ポイントがサージ限界ラインに近づくときに開放し、それにより、サージ現象が圧縮段で生じることが防止される。バイパスライン２１又は３１を通じたガス流のアンチサージ再循環は、圧縮段の吸込側で吸い込まれるガス流が圧縮段を安定した動作状態に維持するのに不十分であるときに必要とされる。
【００３３】
動作中、第１のガス流又は主ガス流Ｆ１が、第１の圧縮段１Ａの吸込側１０へ供給されて、第１の圧縮段１Ａを通じて処理される。第１のガス流のガスは第１の分子量ＭＷ１を有する。ガス組成は、圧縮機の動作中に一定又は可変であってもよい。本開示のために、分子量ＭＷ１は一定又は準一定であると仮定される。
【００３４】
第２のガス流Ｆ２が、第２の圧縮段１Ｂの吸込側１２でサイドストリームライン１９に沿ってサイドストリームガス流として供給される。サイドストリームライン１９を通じて供給されるガスは、第１の分子量ＭＷ１よりも低い第２の分子量ＭＷ２を有する。本開示のために、第２の分子量ＭＷ２は動作中に一定であると仮定される。
【００３５】
サイドストリームガス流Ｆ２は、第１の圧縮段１Ａの吐出側１１から吐出される主ガス流Ｆ１と混ざり合う。第１のガス流Ｆ１と第２のガス流Ｆ２とのガス混合物Ｆ３は、第２の圧縮段１Ｂを通じて処理される。第２の圧縮段１Ｂを通じて処理されるガスの平均分子量ＭＷ３は、ＭＷ１よりも低い分子量ＭＷ２を有するサイドストリームガスの寄与に起因して、第１の圧縮段１Ａにより処理される第１のガスの分子量ＭＷ１よりも低い。
【００３６】
通常動作中、シール構造１７の全体にわたる圧力降下に起因する漏れ流ＦＬが、第２の圧縮段１Ｂの吐出側１６から第１の圧縮段１Ａの吐出側１１へ向けて流れる。漏れ流ＦＬが第１のガス流Ｆ１よりも低い分子量ＭＷ３を有するにもかかわらず、漏れ流ＦＬは、第１の圧縮段１Ａの動作状態に影響を及ぼさない。これは、漏れ流ＦＬが、第１の圧縮段を通じて処理されず、むしろ、第２の圧縮段１Ｂの入口１２へ直接に戻されるからである。
【００３７】
第１の圧縮段１Ａがサージ限界ラインから離れて動作すると、アンチサージバルブ２３が閉じられる。しかしながら、第１の圧縮段１Ａの動作ポイントが図３の流量対圧力比（流量／ヘッド）線図においてＳＬで概略的に表わされるサージ限界ラインに近づけば、アンチサージバルブ２３は、第１の圧縮段１Ａを通じて処理されるガス流の一部を再循環させるべく開放し、それにより、第１の圧縮段１Ａを通じた流量を増大させる。圧縮段１Ａの吐出側１１のガスがより低い分子量ＭＷ２の第２のガスの一部を含むため、バイパスライン２１を通じた再循環は、第１の圧縮段１Ａを通じて処理されるガスの分子量ＭＷ１の減少をもたらす。
【００３８】
両方の圧縮段１Ａ、１Ｂの圧力比は、処理済みガスの分子量によって決まる。より具体的には、圧力比は、分子量が減少するときに減少し、逆もまた同様である。図３は、第１の圧縮段１Ａの複数の特性曲線ＣＣAをこの圧縮段により処理されるガスの分子量ＭＷ１の異なる値に関して示す。図３中の矢印Ａ１は、分子量の減少方向を示す。所定の流量においては、ガス分子量の減少が圧力比の対応する減少をもたらし、逆もまた同様であることが分かる。
【００３９】
したがって、第１の圧縮段１Ａの両端間の圧力比は、第１の圧縮段１Ａを通じて処理されるガスの平均分子量ＭＷ１の間接的な指標を与える。アンチサージ制御器がアンチサージバルブ２３を開放すると、第１の圧縮段１Ａの両端間の圧力比、或いは、より一般的には、それに関連する圧力パラメータ、例えば吸込側圧力Ｐ１は、アンチサージバイパスライン２１からの低分子量ガスの一部分の再循環に起因する、第１の圧縮段１Ａにより処理されるガスの分子量の変化の間接的な表示を与える。
【００４０】
幾つかの実施形態によれば、第１の圧縮段１Ａの吸込側１０及び第２の圧縮段１Ｂの吸込側の圧力トランスデューサ２５、３５によって圧力比の降下を検出できる。圧力比Ｐ２／Ｐ１は、第１の圧縮段１Ａを通じて処理されているガスの分子量の変化の間接的な証拠を与える第１の圧縮段の圧力パラメータとして使用され得る。
【００４１】
他の実施形態によれば、第１の圧縮段１Ａの吸込側１０の圧力Ｐ１は、ガスの分子量が変化しているかどうかを決定するためのパラメータとして使用され得る。例えば、圧縮機１の吐出側の圧力Ｐ３が固定されれば、吐出圧Ｐ３及び段間圧力Ｐ２が一定のままであるため、分子量ＭＷ１の降下は吸込圧Ｐ１の増大をもたらす。
【００４２】
吸込ヘッダ４０における圧力Ｐ１が圧縮段１Ａにより処理されるガスの分子量の減少に起因して増大すれば、圧縮機１を通じた流量も、第１の圧縮段１Ａの吸込ヘッダ４０へガスを供給する上流側プロセスが最終的にガス流を圧縮機へ向けて供給できなくなるまで降下する。最終的に、圧縮機１を通じたガス流が停止する。
【００４３】
圧縮機１を通じたガス流の最終的な破たんを防止するために、吸込圧Ｐ１の増大が検出されれば、或いは、圧力比Ｐ２／Ｐ１の減少が検出されれば、サイドストリームコントローラ２２がサイドストリーム流を減少させるようにサイドストリームバルブ２０に作用する。サイドストリーム流の減少時には、サイドストリームライン１９からの低分子量ガスのパーセンテージが減少するため、第２の圧縮段１Ｂにより処理されるガスの平均分子量ＭＷ３が増大する。
【００４４】
これは、ひいては、圧力比Ｐ３／Ｐ２の増大をもたらす。吐出圧Ｐ３が一定であれば、第２の圧縮段１Ｂの吸込圧Ｐ２、したがって、第１の圧縮段１Ａの吸込圧Ｐ１は、第２の圧縮段１Ｂにより処理されるガス流Ｆ３の分子量の増大の結果として降下する。
【００４５】
好ましい実施形態において、圧縮段１Ａの吸込側１０における吸込圧Ｐ１の変化に基づくサイドストリーム流制御は、第１の圧縮段１Ａのアンチサージ制御が作用している場合にのみ、すなわち、アンチサージバルブ２３が少なくとも部分的に開放している場合、及び／又は、第１の圧縮段１ＡがサージラインＳＬに近づいている場合に可能にされる。これは、例えば圧縮段１Ａの動作ポイントがヘッド／流量チャート（図３）の右側へ向けて移動することにより圧力比Ｐ２／Ｐ１が降下する場合にサイドストリーム流の減少を防止する。確かに、圧力比Ｐ３／Ｐ２の減少は、圧縮機１を通じた流量を増大させることによっても引き起こされ得る。この場合、圧力パラメータの検出される変化は、第１の圧縮段１Ａを通じて処理されているガスの分子量の変化に起因せず、また、サイドストリーム制御が作用されるべきでない。
【００４６】
サイドストリーム流量の調整による圧力比の制御は、第２の圧縮段１Ｂにおける流量対圧力比線図を示す図４を見れば分かる。図４は、第２の圧縮段１Ｂの複数の特性曲線ＣＣBをこの圧縮段により処理されるガスの分子量ＭＷ３の異なる値に関して示す。図４中の矢印Ａ２は、分子量の増大方向を示す。図４は、所定の流量に関して、ガス分子量ＭＷ３を増大させることにより、圧力比も増大することを示す。
【００４７】
したがって、圧縮段１Ａの吸込圧Ｐ１が設定点に達するまでサイドストリーム流量を調整することができ、それにより、圧縮機１を通じた流れの破たんが防止される。
【００４８】
図５は、前述の制御プロセスを図式的に示す。左側の図は、正常動作状態（アンチサージ非作用）下で、圧力値と、第１の圧縮段の両端間の圧力比（ＰＲ１＝Ｐ２／Ｐ１）及び第２の圧縮段の両端間の圧力比（ＰＲ２＝Ｐ３／Ｐ２）とを示す。中央の図は、第１の圧縮段１Ａを通じて流れるガスの分子量ＭＷ１の減少により引き起こされる圧力比及び圧力値の挙動を示す。三番目の図は、サイド流量を減少させることで第２の圧縮段１Ｂにより処理されるガスの分子量ＭＷ３を増大させることによって得られる圧力調整を示す。吸込側圧力Ｐ１は、設定点値へ向けて再び徐々に降下する。
【００４９】
本明細書中に記載される主題の開示された実施形態を図面で示して幾つかの典型的な実施形態に関連して入念に詳しく十分説明してきたが、当業者であれば明らかなように、本明細書中に記載される新規の技術、原理、及び、概念、並びに、添付の特許請求の範囲に挙げられる主題の利点から実質的に逸脱することなく、多くの改変、変更、及び、省略が想定し得る。そのため、開示される技術革新の適切な範囲は、そのような改変、変更、及び、省略の全てを包含するべく添付の特許請求の範囲の最も広い解釈によってのみ決定されるべきである。様々な実施形態の異なる特徴、構造、及び、手段を異なって組み合わせることができる。
【符号の説明】
【００５０】
１  圧縮機
１Ａ  第１の圧縮段
１Ｂ  第２の圧縮段
３  ケーシング
３Ｂ、３Ｃ  ヘッドエンドカバー
５  シャフト
５Ａ  バレル
７  インペラ
８  ディフューザ
９  戻しチャネル
１０  吸込側
１１  吐出側
１２  吸込側
１３  インペラ
１４  ディフューザ
１５  戻しチャネル
１６  吐出側
１７  シール構造
１９  サイドストリームライン
２０  サイドストリームバルブ
２１  バイパスライン
２２  サイドストリームコントローラ
２３  アンチサージバルブ
２４  トランスデューサ装置
２５  圧力トランスデューサ
２７  流量トランスデューサ
２９  温度トランスデューサ
３０  ダクト
３１  バイパスライン
３３  アンチサージバルブ
３４  トランスデューサ装置
３５  圧力トランスデューサ
３７  流量トランスデューサ
３９  温度トランスデューサ
４０  吸込ヘッダ
【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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