(57)【要約】  本発明の超音速圧縮機は、プロセス流体を受け取って流すよう構成された入口を含む。超音速圧縮機は、回転シャフトと、それに連結された遠心インペラとをさらに含んでもよい。遠心インペラは、受け取ったプロセス流体にエネルギーを与えて、プロセス流体を約１以上の出口絶対マッハ数で少なくとも部分的に半径方向に放出するよう構成されてもよい。超音速圧縮機は、遠心インペラの周りにおいて円周方向に配置されかつ遠心インペラからプロセス流体を受け取って付与されたエネルギーを変換するよう構成された固定ディフューザをさらに含んでもよい。超音速圧縮機は、超音速圧縮機が少なくとも約８：１の圧縮比を提供するよう構成されるように、ディフューザから放出されるプロセス流体を収集するように流体連結されたコレクタをさらに含んでもよい。
2018510289.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音速圧縮機であって、
ハウジングと、
前記ハウジングに連結されるかまたは前記ハウジングと一体化された入口であって、前記入口は入口通路を画定し、前記入口通路は、そこを通してプロセス流体を受け取りかつ流すように構成された入口と、
前記ハウジングに連結され、かつ前記入口通路内に延在する複数の入口ガイドベーンと、
駆動装置によって駆動されるよう構成された回転シャフトと、
前記回転シャフトに連結された遠心インペラであって、前記遠心インペラは、前記遠心インペラによって形成された複数の流路を介して前記入口通路に流体連結されており、前記遠心インペラは、先端を有しており、かつ前記入口通路を介して受け取ったプロセス流体にエネルギーを与えるように、かつ前記先端から、約１以上の出口絶対マッハ数で少なくとも部分的に半径方向において前記複数の流路を介して、プロセス流体を放出するように構成された、遠心インペラと、
前記遠心インペラによって発生する軸方向スラストのバランスをとるように構成されたバランスピストンと、
前記遠心インペラの前記先端の周りにおいて円周方向に配置された固定ディフューザであって、前記固定ディフューザは、それらの間に環状ディフューザ通路を画定するシュラウド壁およびハブ壁によって、部分的に、境界が定められており、前記固定ディフューザは、前記遠心インペラの前記複数の流路からプロセス流体を受け取るように、かつ前記環状ディフューザ通路内で、付与されたエネルギーを変換するように構成された、固定ディフューザと、
前記環状ディフューザ通路に流体連結され、かつ前記環状ディフューザ通路から放出されるプロセス流体を収集するよう構成されたコレクタと、
を備えており、
前記超音速圧縮機は、少なくとも約８：１の圧縮比を提供するよう構成されていることを特徴とする超音速圧縮機。
【請求項２】
前記複数の入口ガイドベーンは、前記ハウジングに回動可能に連結されており、
前記バランスピストンは、前記遠心インペラと一体であり、
前記コレクタは、プロセス流体を下流の処理構成要素へ放出するよう構成された放出ボリュートであることを特徴とする請求項１に記載の超音速圧縮機。
【請求項３】
前記複数の入口ガイドベーンは、流れパターン、速度、質量流量、圧力、および温度からなる群から選択される１つ以上の所定の流体特性をもたらすように、そこを通って流れるプロセス流体を調整するように構成されていることを特徴とする請求項２に記載の超音速圧縮機。
【請求項４】
前記超音速圧縮機は、少なくとも約１０：１の圧縮比を提供するよう構成されており、
プロセス流体は二酸化炭素を含み、
前記遠心インペラは、プロセス流体を、前記先端から、約１．３以上の出口絶対マッハ数で、少なくとも部分的に半径方向において、前記複数の流路を介して放出するよう構成されており、
前記遠心インペラは、さらに、約５００メートル毎秒以上の回転速度で前記回転シャフトを介して回転するよう構成されていることを特徴とする請求項１に記載の超音速圧縮機。
【請求項５】
前記固定ディフューザは、それを通って流れるプロセス流体を亜音速で放出するよう構成されたベーンのないディフューザであることを特徴とする請求項１に記載の超音速圧縮機。
【請求項６】
前記遠心インペラは、ハブと、そこから延在しかつ前記複数の流路を形成する複数のブレードと、を備えており、
前記複数のブレードの各々は、前縁を備えており、かつ
前記複数のブレードの少なくとも１つの前縁は、前記複数のブレードの少なくとも１つの他の前縁から子午線方向に離間されていることを特徴とする請求項１に記載の超音速圧縮機。
【請求項７】
前記遠心インペラのハブから延在する複数のブレードに隣接して配置されたアブレイダブル材料を有するシュラウドをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の超音速圧縮機。
【請求項８】
前記プロセス流体が二酸化炭素を含むことを特徴とする請求項１に記載の超音速圧縮機。
【請求項９】
前記プロセス流体は、約９０％の二酸化炭素を含むことを特徴とする請求項８に記載の超音速圧縮機。
【請求項１０】
前記遠心インペラは、面が開放されたインペラであることを特徴とする請求項１に記載の超音速圧縮機。
【請求項１１】
圧縮システムであって、
駆動シャフトを備える駆動装置であって、前記駆動装置は、前記駆動シャフトに回転エネルギーを提供するよう構成された、駆動装置と、
前記駆動シャフトに一体化されるかまたは前記駆動シャフトに連結された回転シャフトを介して前記駆動装置に動作可能に連結された超音速圧縮機であって、前記超音速圧縮機は、
圧縮機シャーシと、
入口通路を画定する入口であって、前記入口通路は、そこを通してプロセス流体を流すように構成されており、前記プロセス流体は第１の速度および第１の圧力エネルギーを有する、入口と、
前記圧縮機シャーシに回動可能に連結されかつ前記入口通路内に延在する複数の入口ガイドベーンと、
前記回転シャフトに連結された遠心インペラであって、前記遠心インペラは、前記遠心インペラによって形成された複数の流路を介して前記入口通路に流体連結されており、前記遠心インペラは、先端を有しており、かつ前記入口通路を介して受け取ったプロセス流体の前記第１の速度および第１の圧力エネルギーを増加させるように、かつ第２の速度および第２の圧力エネルギーを有するプロセス流体を、少なくとも部分的に半径方向において前記複数の流路を介して前記先端から放出するように構成されており、前記第２の速度は約１以上の出口絶対マッハ数を有する超音速である、遠心インペラと、
前記遠心インペラの前記先端の周りにおいて円周方向に配置され、かつ前記複数の流路に流体連結された環状ディフューザ通路を画定する固定ディフューザであって、前記環状ディフューザ通路は、プロセス流体を受け取り、かつプロセス流体の第２の速度を第３の速度に減少させ、かつ前記第２の圧力エネルギーを第３の圧力エネルギーに増加させるよう構成されており、前記第３の速度は亜音速である、固定ディフューザと、
前記環状ディフューザ通路に流体連結され、かつそこから流れるプロセス流体を受け取るように構成された放出ボリュートと、
を備えており、
前記超音速圧縮機は少なくとも約８：１の圧縮比を提供するよう構成されていることを特徴とする圧縮システム。
【請求項１２】
前記超音速圧縮機は、
前記遠心インペラのハブから延在しかつ前記環状ディフューザ通路および前記入口通路に流体連結された前記複数の流路を形成する複数のブレードに隣接して配置されるアブレイダブル材料を有するシュラウドと、
前記遠心インペラと一体化され、かつ前記遠心インペラによって発生した軸方向スラストのバランスをとるように構成されたバランスピストンと、
をさらに備えており、
前記超音速圧縮機は、少なくとも約１０：１の圧縮比を提供するよう構成されており、
プロセス流体は二酸化炭素を含み、
前記第２の速度は約１．３以上の出口絶対マッハ数を有することを特徴とする請求項１１に記載の圧縮システム。
【請求項１３】
前記固定ディフューザは、それらの間に前記環状ディフューザ通路を画定するシュラウド壁とハブ壁とによって部分的に境界が定められたベーンのないディフューザであることを特徴とする請求項１１に記載の圧縮システム。
【請求項１４】
前記シュラウド壁および前記ハブ壁のいずれかまたは両方は、前記シュラウド壁および前記ハブ壁が半径方向外側に延在するにつれて前記環状ディフューザ通路の軸方向の幅が低減するように、形成されていることを特徴とする請求項１３に記載の圧縮システム。
【請求項１５】
前記固定ディフューザは、前記環状ディフューザ通路内に延在する複数の低剛性ディフューザベーンを含むことを特徴とする請求項１１に記載の圧縮システム。
【請求項１６】
前記固定ディフューザは、それらの間に前記環状ディフューザ通路を画定するシュラウド壁とハブ壁とによって部分的に境界が定められており、
前記複数の低剛性ディフューザベーンは、前記環状ディフューザ通路内に縦に並んで配置されており、かつ前記シュラウド壁、前記ハブ壁、または前記シュラウド壁および前記ハブ壁の両方から前記環状ディフューザ通路内に延在することを特徴とする請求項１５に記載の圧縮システム。
【請求項１７】
プロセス流体を圧縮するための方法であって、
超音速圧縮機の回転シャフトを、前記超音速圧縮機に動作可能に連結された駆動装置を介して駆動するステップと、
前記超音速圧縮機の入口によって画定された入口通路を通って流れるプロセス流体の流体特性を、前記超音速圧縮機のハウジングに回動可能に連結されかつ前記入口通路内に延在する少なくとも１つの動作可能な入口ガイドベーンを介して、確立するステップと、
前記超音速圧縮機の前記入口通路を通って流れるプロセス流体が、遠心インペラに引き込まれかつ複数の流路を介して前記遠心インペラの先端から放出されるように、前記回転シャフトの周りに取り付けられた遠心インペラを回転させるステップであって、放出されたプロセス流体が約１．０以上の出口絶対マッハ数を有する超音速を有する、ステップと、
前記放出されたプロセス流体の圧力エネルギーが増加して、前記放出されたプロセス流体が約８：１以上の圧縮比で圧縮されるように、超音速を有する前記放出されたプロセス流体を、固定ディフューザによって確定されかつ前記複数の流路に流体連結された環状ディフューザ通路を通して流動させるステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１８】
プロセス流体の流体特性を確立するために、前記少なくとも１つの動作可能な入口ガイドベーンを調整するステップをさらに含み、
前記流体特性は、流れパターン、第１の速度、質量流量、圧力、および温度からなる群から選択され、かつ、
前記プロセス流体は、二酸化炭素を含むことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記固定ディフューザは、それらの間の環状ディフューザ通路を画定するシュラウド壁とハブ壁とによって部分的に境界が定められたベーンのないディフューザであり、
前記環状ディフューザ通路の境界を定めるシュラウド壁は、直線的な壁、起伏のある壁、またはそれらの組み合わせであり、
前記環状ディフューザ通路の境界を定めるハブ壁は、直線的な壁、起伏のある壁、またはそれらの組み合わせであることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記固定ディフューザは、それらの間に前記環状ディフューザ通路を画定するシュラウド壁とハブ壁とによって部分的に境界が定められたベーン付きのディフューザであり、
前記固定ディフューザは、シュラウド壁およびハブ壁のいずれかまたは両方から前記環状ディフューザ通路内に延在する複数の低剛性ディフューザベーンを備えることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、米国エネルギー省によって付与された政府契約番号ＤＯＥ−ＤＥ−ＦＥ００００４９３の下において政府の支援を伴ってなされたものである。政府は本発明に特定の権利を有する。
【０００２】
本出願は、２０１５年３月２７日に出願された米国仮特許出願第６２／１３９，０２７号および２０１６年３月１８日に出願された米国特許出願第１５／０７３，８２０号を有する米国特許出願の利益を主張するものである。上述の特許出願は、その参照によって、本出願と一致する範囲までその全体が本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【０００３】
圧縮機および圧縮機を含むシステムがすでに開発されており、これらは、典型的には低圧環境でガスに機械的エネルギーを付与することによってかつ高圧環境へガスを移送して高圧環境内でガスを圧縮することによって、ガスを圧縮するために、多種多様な産業プロセス（例えば石油精製所、オフショアオイル生産プラットフォーム、および海底プロセス制御システムなど）で使用されている。効率的な作業パフォーマンスまたは１つ以上の下流プロセス運用のために、圧縮されたガスが利用されてもよい。従来の圧縮機はますます多くのオフショアオイル生産施設や他の環境で使用されており、スペースの制約に直面している。そのためこれまで、より小型で、より軽量で、よりコンパクトな圧縮機の需要が高まっている。これに加えて、商業的な目的で、そうしたコンパクトな圧縮器がコンパクトな構成を維持しつつより高い圧縮比（例えば１０：１以上）を達成することが望まれている。
【０００４】
上述の観点から、当業者は、多くの場合に、圧縮機内の圧縮段の数を増やすことによって、より高い圧縮比を実現しようと試みることがある。しかしながら、圧縮段階の数を増やすことは、より高い圧縮比を達成するために所望の圧縮機スループット（例えば質量流量）および圧力上昇を実現するのに必要とされる構成要素（例えばインペラおよび／または他の複雑な部品）すべての数を増大させる。これらのコンパクトな圧縮機に必要な構成要素の数を増やすことによって、回転シャフトに必要な長さを増大させ、かつ／または回転シャフトベアリング間に必要な距離を増大させることがある。多くの場合、こうした要求が課されることによって、より少ない圧縮段を用いたコンパクトな圧縮機に比べて、より大きく、よりコンパクトでない圧縮機が生じ得る。さらに、多くの場合に、コンパクト圧縮機の圧縮段の数を増やしても所望のより高い圧縮比が得られず、あるいは、所望の圧縮比が達成されても、コンパクトな圧縮機は効率性の低下を見せ、そうしたコンパクトな圧縮機を商業的に望ましくないものにしてしまう。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、経済的かつ商業的に実行可能なコンパクトな構成で圧縮比を高めることのできる効率的な圧縮システムが必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の実施形態は、超音速圧縮機を提供してもよい。超音速圧縮機は、ハウジングと、ハウジングに連結されるかまたはハウジングと一体化された入口とを含んでもよく、入口は、プロセス流体を受け入れて流すように構成された入口通路を画定する。超音速圧縮機はまた、ハウジングに連結されかつ入口通路内に延在する複数の入口ガイドベーンを含んでもよい。超音速圧縮機は、駆動装置によって駆動されるよう構成された回転シャフトと、回転シャフトに連結された遠心インペラとをさらに含んでもよく、遠心インペラは、遠心インペラによって形成された複数の流路を介して入口通路に流体連結される。遠心インペラは、先端を有しており、かつ入口通路を介して受け取られるプロセス流体にエネルギーを与え、約１以上の絶対出口マッハ数で少なくとも部分的に半径方向に複数の流路を介してその先端からプロセス流体を放出するよう構成されている。超音速圧縮機はまた、遠心インペラによって生成された軸方向スラストのバランスをとるように構成されたバランスピストンを含んでもよい。超音速圧縮機は、遠心インペラの先端の周りに円周方向に配置された固定ディフューザをさらに含んでもよい。固定ディフューザは、環状ディフューザ通路を画定するシュラウド壁とハブ壁とによって部分的に境界を定められている。固定ディフューザは、遠心インペラの複数の流路からプロセス流体を受け取り、環状ディフューザ通路内で、付与されたエネルギーを変換するよう構成されてもよい。超音速圧縮機は、環状ディフューザ通路に流体的に連結されたコレクタをさらに含んでもよく、コレクタは、超音速圧縮機が少なくとも約８：１の圧縮比を提供するよう構成されるように、環状ディフューザ通路を放出されたプロセス流体を収集するよう構成されている。
【０００７】
本開示の実施形態は、さらに圧縮システムを提供してもよい。圧縮システムは、駆動シャフトと、駆動シャフトに回転エネルギーを提供するよう構成された駆動装置と、駆動シャフトに一体化されるかまたは連結された回転シャフトを介して駆動装置に動作可能に連結された超音速圧縮機と、を含んでもよい。超音速圧縮機は、圧縮機シャーシと、プロセス流体が流通するよう構成された入口通路を画定する入口とを含んでもよい。プロセス流体は、第１の速度および第１の圧力エネルギーを有してもよい。また、超音速圧縮機は、圧縮機シャーシに回動可能に連結されかつ入口通路内に延在する複数の入口ガイドベーンと、回転シャフトに連結されかつ遠心インペラによって形成された複数の流路を介して入口通路に流体結合される遠心インペラと、を含んでもよい。遠心インペラは先端を有してもよく、かつ入口通路を介して受け取られるプロセス流体の第１の速度および第１の圧力エネルギーを増加させるように、かつ第２の速度および第２の圧力エネルギーを有する状態でプロセス流体を少なくとも部分的に複数の流路を介してチップから少なくとも部分的に半径方向において放出するよう構成されてもよい。第２の速度は、約１以上の出口絶対マッハ数を有する超音速であってもよい。超音速圧縮機は、遠心インペラの先端の周りに円周方向に配置された固定ディフューザを含んでもよく、固定ディフューザは、複数の流路に流体連結された環状ディフューザ通路を画定する。環状ディフューザ通路は、プロセス流体を受け取りプロセス流体の第２の速度を第３の速度まで減少させるとともに第２の圧力エネルギーを第３の圧力エネルギーまで増加させるように構成されてもよい。当該第３の速度は亜音速である。超音速圧縮機は、超音速圧縮機が少なくとも約８：１の圧縮比を提供するよう構成されるように、環状ディフューザ通路に流体的に連結されかつそこから流れるプロセス流体を受け入れるように構成された放出ボリュートを含んでもよい。
【０００８】
本開示の実施形態は、プロセス流体を圧縮するための方法をさらに提供してもよい。この方法は、超音速圧縮機と動作可能に結合された駆動装置を介して超音速圧縮機の回転シャフトを駆動するステップを含んでもよい。この方法はまた、超音速圧縮機のハウジングに回動可能に連結されかつ入口通路内に延在する少なくとも１つの動作可能な入口ガイドベーンを介して、超音速圧縮機の入口によって画定される入口通路を通って流れるプロセス流体の流体特性を確立するステップを含んでもよい。この方法は、超音速圧縮機の入口通路を流れるプロセス流体が遠心インペラに引き込まれて当該遠心インペラの先端から複数の流路を介して放出されるように、回転シャフトの周りに取り付けられた遠心インペラを回転させるステップを含んでもよい。放出されたプロセス流体は、約１．０以上の出口絶対マッハ数を有する超音速を有してもよい。この方法はまた、超音速を有する放出プロセス流体を、固定ディフューザによって画定されかつ複数の流路に流体連結された環状ディフューザ通路を通して流通させるステップを含んでもよい。これによって、放出されたプロセス流体の圧力エネルギーが増加して、放出されたプロセス流体を約８：１以上の圧縮比で圧縮する。
【０００９】
本開示は、添付の図面を参照した場合に、以下の詳細な説明から最もよく理解されるだろう。重視されるべきことに、この産業における標準的な慣例にしたがってさまざまな特徴が一定の縮尺で図示されていない。実際に、さまざまな特徴の寸法は、検討の明瞭化のために任意で増減されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】１つ以上の実施形態に基づく例示的な圧縮システムの概略図を示す図である。
【図２】開示された１つ以上の実施形態に基づく、図１の圧縮システムに含まれ得る例示的な圧縮機の部分断面図である。
【図３】１つ以上の実施形態に基づく、図２の圧縮機に含まれ得る例示的なインペラの斜視図である。
【図４】図３のインペラの一部と、１つ以上の実施形態に基づく図２の圧縮機に含まれ得る例示的なベーンのない固定ディフューザの一部とを示す正面図である。
【図５】１つ以上の実施形態に基づく、図３のインペラの一部と図２の圧縮機に含まれ得る例示的なベーン付きの固定ディフューザの一部とを示す正面図である。
【図６】１つ以上の実施形態に基づく、プロセス流体を圧縮するための例示的な方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下の開示は、本発明のさまざまな特徴、構造、または機能を実現するためのいくつかの例示的な実施形態を説明するものであることを理解されたい。本開示を単純化するために、構成要素、配置、および構成の例示的な実施形態について以下で説明する；なお、これら例示的な実施形態は単なる例示として提供されたものであり、本発明の範囲を限定することを意図するものではない。加えて本開示は、さまざまな例示的な実施形態においてかつ本明細書で提供される図面にわたって、参照符号および／または文を繰り返すことがある。こうした繰返しは、単純化および明瞭化を目的としており、さまざまな例示的な実施形態および／またはさまざまな図面で検討された構成の間の関係を規定するものではない。さらに、以下の説明における第２の特徴部上への第１の特徴部の形成は、第１および第２の特徴部が直接接触した状態で形成される実施形態を含んでもよく、かつ、第１および第２の特徴部が直接接触しないように、付加的な特徴部を第１の特徴部と第２の特徴部との間に介在させるよう形成する実施形態を含んでもよい。最終的に、以下に提示される例示的な実施形態は、任意の組み合わせの方法で組み合わせてもよい、つまり本明細書の開示の範囲から逸脱することなく、例示的な一実施形態の任意の要素を任意の他の例示的な実施形態で使用してもよい。
【００１２】
加えて特定の用語は、以下の説明および特許請求の範囲を通して、特定の構成要素を示すために使用される。当業者には理解されるように、さまざまな構成要素は、異なる名称で同じ構成要素を意味してもよく、本明細書に記載された要素の命名の慣習は、本明細書で特に明記しない限り、本発明の範囲を限定するようには意図されていない。さらに、本明細書で使用される命名の慣習は、名称は異なるが機能は異ならない構成要素を区別することを意図していない。さらに、以下の説明および特許請求の範囲において、「含む（including）」および「備える（comprising）」との用語は、無制限の様式で使用されており、そのため「含むが、これに限定されない」ことを意味すると解釈されるべきである。本開示におけるすべての数値は、特に明記しない限り正確であるかまたは近似値であってもよい。したがって、本開示のさまざまな実施形態は、意図された範囲から逸脱することなく、本明細書に開示される数、数値、および範囲から外れてもよい。さらに、特許請求の範囲または明細書で使用されるように、「または」との用語は、本明細書で特に明記しない限り、排他的な場合および包括的な場合の両方を包含することを意図している、つまり「ＡまたはＢ」は「ＡおよびＢの少なくとも１つ」と同義であるように意図している。
【００１３】
図１は、１つ以上の実施形態に基づく例示的な圧縮システム１００の概略図を示す図である。圧縮システム１００は、他の構成要素のうち、プロセス流体を圧縮するよう構成された１つ以上の圧縮機１０２（その１つが図示される）を含んでもよい。例示的な実施形態では、圧縮システム１００は、少なくとも約６：１以上の圧縮比を有してもよい。例えば圧縮システム１００は、プロセス流体を、約６：１、約６.１：１、約６.２：１、約６.３：１、約６.４：１、約６.５：１、約６.６：１、約６.７：１、約６.８：１、約６.９：１、約７：１、約７.１：１、約７.２：１、約７.３：１、約７.４：１、約７.５：１、約７.６：１、約７.７：１、約７.８：１、約７.９：１、約８：１、約８.１：１、約８.２：１、約８.３：１、約８.４：１、約８.５：１、約８.６：１、約８.７：１、約８.８：１、約８.９：１、約９：１、約９.１：１、約９.２：１、約９.３：１、約９.４：１、約９.５：１、約９.６：１、約９.７：１、約９.８：１、約９.９：１、約１０：１、約１０.１：１、約１０.２：１、約１０.３：１、約１０.４：１、約１０.５：１、約１０.６：１、約１０.７：１、約１０.８：１、約１０.９：１、約１１：１、約１１.１：１、約１１.２：１、約１１.３：１、約１１.４：１、約１１.５：１、約１１.６：１、約１１.７：１、約１１.８：１、約１１.９：１、約１２：１、約１２.１：１、約１２.２：１、約１２.３：１、約１２.４：１、約１２.５：１、約１２.６：１、約１２.７：１、約１２.８：１、約１２.９：１、約１３：１、約１３.１：１、約１３.２：１、約１３.３：１、約１３.４：１、約１３.５：１、約１３.６：１、約１３.７：１、約１３.８：１、約１３.９：１、約１４：１またはそれ以上の圧縮比で圧縮してもよい。
【００１４】
圧縮システム１００はまた、他の構成要素のうち、駆動シャフト１０６を介して圧縮機１０２に動作可能に連結された駆動装置１０４を含んでもよい。駆動装置１０４は、駆動シャフト１０６に回転エネルギーを提供するよう構成されてもよい。例示的な実施形態では、駆動シャフト１０６は、駆動シャフト１０６の回転エネルギーが回転シャフト１０８に付与されるように、圧縮機１０２の回転シャフト１０８と一体化されるかまたは回転シャフト１０８に連結されてもよい。駆動シャフト１０６は、駆動シャフト１０６の回転エネルギーを圧縮機１０２の回転シャフト１０８に伝達するよう構成された複数のギアを含むギアボックス（図示せず）を介して回転シャフト１０８に連結されてもよく、それによって駆動シャフト１０６および回転シャフト１０８は、同じ速度、実質的に同様の速度、または異なる速度および回転方向で回転できる。
【００１５】
駆動装置１０４は、モータであってもよく、具体的には永久磁石モータなどの電気モータであってもよく、かつステータ（図示せず）およびロータ（図示せず）を含んでもよい。当然のことながら、他の実施形態は、これに限定されないが同期モータ、誘導モータおよびブラシ付きＤＣモータを含む他のタイプの電気モータを使用してもよい。駆動装置１０４は、油圧モータ、内燃機関、蒸気タービン、ガスタービン、または圧縮機１０２の回転シャフト１０８を直接的にまたは動力伝達系を介して駆動できる他の装置であってもよい。
【００１６】
例示的な実施形態において、圧縮機１０２は、直接吸入式遠心圧縮機であってもよい。他の実施形態においては、圧縮機２００は、back-to-back型圧縮機であってもよい。直接吸入式遠心圧縮機は、例えばニューヨーク州オレアンのDresser-RandCompanyによって製造されたドレッサーランドパイプライン直接吸入式（ＰＤＩ）遠心圧縮機のバージョンのものであってもよい。圧縮機２００は、図１に示されているように、センターハングロータ構造またはオーバーハングロータ構造を有してもよい。例示的な実施形態では、圧縮機１０２は、軸流遠心圧縮機であってもよい。別の実施形態では、圧縮機１０２は、ラジアル吸入式遠心圧縮機であってもよい。上述のように、圧縮システム１００は、１つ以上の圧縮機１０２を含んでもよい。例えば圧縮システム１００は、複数の圧縮機（図示せず）を含んでもよい。図１に示す別の例では、圧縮システム１００は、単一の圧縮機１０２を含んでもよい。圧縮機１０２は、超音速圧縮機または亜音速圧縮機であってもよい。少なくとも１つの実施形態では、圧縮システム１００は、複数の圧縮機（図示せず）を含んでもよく、かつ複数の圧縮機のうち少なくとも１つの圧縮機は亜音速圧縮機である。図１に示す別の実施形態では、圧縮システム１００は単一の圧縮機１０２を含み、かつ単一の圧縮機１０２は超音速圧縮機である。
【００１７】
圧縮機１０２は、単一のステージ（段）または複数のステージ（図示せず）を含んでもよい。少なくとも１つの実施形態では、圧縮機１０２は、単段圧縮機であってもよい。別の実施形態では、圧縮機１０２は、多段遠心圧縮機であってもよい。圧縮機１０２の各段（図示せず）は亜音速圧縮機段または超音速圧縮機段であってもよい。例示的な実施形態では、圧縮機１０２は、単一の超音速圧縮機ステージを含んでもよい。別の実施形態では、圧縮機１０２は、複数の段亜音速圧縮機ステージを含んでもよい。さらに別の実施形態では、圧縮機１０２は、亜音速圧縮機段および超音速圧縮機段を含んでもよい。圧縮機１０２の以上のステージは、約１：１より大きい圧縮比を有してもよい。例えば圧縮機１０２の１つ以上のステージは、約１.１：１、約１.２：１、約１.３：１、約１.４：１、約１.５：１、約１.６：１、約１.７：１、約１.８：１、約１.９：１、約２：１、約２.１：１、約２.２：１、約２.３：１、約２.４：１、約２.５：１、約２.６：１、約２.７：１、約２.８：１、約２.９：１、約３：１、約３.１：１、約３.２：１、約３.３：１、約３.４：１、約３.５：１、約３.６：１、約３.７：１、約３.８：１、約３.９：１、約４：１、約４.１：１、約４.２：１、約４.３：１、約４.４：１、約４.５：１、約４.６：１、約４.７：１、約４.８：１、約４.９：１、約５：１、約５.１：１、約５.２：１、約５.３：１、約５.４：１、約５.５：１、約５.６：１、約５.７：１、約５.８：１、約５.９：１、約６：１、約６.１：１、約６.２：１、約６.３：１、約６.４：１、約６.５：１、約６.６：１、約６.７：１、約６.８：１、約６.９：１、約７：１、約７.１：１、約７.２：１、約７.３：１、約７.４：１、約７.５：１、約７.６：１、約７.７：１、約７.８：１、約７.９：１、約８.０：１、約８.１：１、約８.２：１、約８.３：１、約８.４：１、約８.５：１、約８.６：１、約８.７：１、約８.８：１、約８.９：１、約９：１、約９.１：１、約９.２：１、約９.３：１、約９.４：１、約９.５：１、約９.６：１、約９.７：１、約９.８：１、約９.９：１、約１０：１、約１０.１：１、約１０.２：１、約１０.３：１、約１０.４：１、約１０.５：１、約１０.６：１、約１０.７：１、約１０.８：１、約１０.９：１、約１１：１、約１１.１：１、約１１.２：１、約１１.３：１、約１１.４：１、約１１.５：１、１１.６：１、約１１.７：１、約１１.８：１、約１１.９：１、約１２：１、約１２.１：１、約１２.２：１、約１２.３：１、約１２.４：１、約１２.５：１、約１２.６：１、約１２.７：１、約１２.８：１、約１２.９：１、約１３：１、約１３.１：１、約１３.２：１、約１３.３：１、約１３.４：１、約１３.５：１、約１３.６：１、約１３.７：１、約１３.８：１、約１３.９：１、約１４：１またはそれ以上の圧縮比を有してもよい。例示的な実施形態では、圧縮機１０２は、複数の圧縮機段を含んでもよく、複数の圧縮機段の第１の段（図示せず）は約１.７５：１の圧縮比を有してもよく、複数の圧縮機段の第２の段（図示せず）は、約６.
０：１の圧縮比を有してもよい。
【００１８】
図２には、図１の圧縮システム１００に含まれ得る圧縮機１０２の実施形態の断面図を示す。図２に図示されるように、圧縮機１０２は、入口通路１１４を規定する軸方向入口１１２を形成するか含むハウジング１１０と、入口通路１１４に流体連結された固定ディフューザ１１６と、固定ディフューザ１１６に流体連結されたコレクタ１１７と、を含む。図２においては軸方向入口として示されているが、１つ以上の他の実施形態では、入口１１２は、半径方向入口であってもよい。駆動装置１０４は、ハウジング１１０が第１の端部つまり圧縮機端部と第２の端部（図示せず）つまり駆動装置端部とを有し得るように、ハウジング１１０の外側（図１に図示されるように）にまたはハウジング１１０の内側に配置されてもよい。ハウジング１１０は、駆動装置１０４および圧縮機１０２を内部に密閉してシールするよう構成されてもよく、それによって、圧縮システム１００の各構成要素を支持できるとともに保護できる。ハウジング１１０はまた、圧縮機１０２の１つ以上の部分または構成要素を通って流れるプロセス流体を収容するよう構成されてもよい。
【００１９】
駆動装置１０４の駆動シャフト１０６および圧縮機１０２の回転シャフト１０８はそれぞれ、図１に示されているようにオーバーハング構造で１つ以上のラジアルベアリング１１８によって支持されてもよい。ラジアルベアリング１１８は、ハウジング１１０によって直接的にまたは間接的に支持されてもよく、続いて圧縮システム１００の動作中に圧縮機１０２および駆動装置１０４を支持する駆動シャフト１０６および回転シャフト１０８を支持する。一実施形態では、ラジアルベアリング１１８は、アクティブ磁気ベアリングまたはパッシブ磁気ベアリングなどの磁気ベアリングであってもよい。なお他の実施形態では、他のタイプのベアリング（例えば油膜ベアリング）を使用してもよい。加えて、回転シャフト１０８の軸方向の動作を管理するために少なくとも１つの軸方向スラストベアリング１２０を設けてもよい。駆動装置１０４および圧縮機１０２がハウジング１１０内に密閉状態でシールされる実施形態では、スラストベアリング１２０は、ハウジング１１０の圧縮機端部に隣接する回転シャフト１０８の端部に設けられてもよく、もしくは回転シャフト１０８のそうした端部の近くに設けられてもよい。軸方向スラストベアリング１２０は、磁気ベアリングであってもよく、かつ圧縮機１０２によって発生する軸方向スラストを担うよう構成されてもよい。
【００２０】
図２に図示されるように、圧縮機１０２の入口通路１１４を画定する軸方向入口１１２は、そこを流れるプロセス流体の状態を調整して所定の所望の流体特性および／または流体の流れ特性を達成するよう構成された入口ガイドベーンアセンブリの１つ以上の入口ガイドベーン１２２を含んでもよい。そうした流体特性は、流れパターン（例えば渦流の分布）、速度、質量流量、圧力、温度、および／または、圧縮機１０２を本明細書に記載されるように機能できるようにする任意の適切な流体特性および流体流性質を含み得る。入口ガイドベーン１２２は、入口通路１１４内に配置されてもよく、かつ固定されていてもあるいは移動可能であるつまり調節可能であってもよい。例示的な実施形態では、複数の入口ガイドベーン１２２を、軸方向入口１１２の円周方向内面１２４の周りにおいて所定の間隔で離間された方向を向くように配置されてもよい。複数の入口ガイドベーン１２２のそれぞれは入口通路１１４内に延在している。入口ガイドベーン１２２の間隔は、等間隔であってもよく、または所定のプロセス流体特性および／または所望の流体流れ属性に応じて変化してもよい。形状に関して、入口ガイドベーン１２２は、エアフォイル形状または流線形を有してもよく、もしくは入口通路１１４を通って流れるプロセス流体に１つ以上の流体特性および／または流体流性質を少なくとも部分的に付与するような他の形状を付与されてもあるいはそのように構成されてもよい。
【００２１】
１つ以上の実施形態では、入口ガイドベーン１２２は、米国特許第８，６３２，３０２号に開示されているように、ハウジング１１０に移動可能に連結されかつ入口通路１１４内に配置されてもよく、当該文献は、本願の開示と一致する程度まで、その参照によって本明細書に組み込まれる。入口ガイドベーン１２２は、環状入口ベーン作動部材（図示せず）にさらに連結されてもよい。環状入口ベーン作動部材の作動時に、環状入口ガイドベーン作動部材に連結された入口ガイドベーン１２２の各々が、ハウジング１１０へのそれぞれの連結部周りで回動してもよく、それによって、圧縮機１０２の構成要素に流入する流れを調整できる。入口ガイドベーン１２２は、設定されるように、圧縮機１０２の性能を調整するためにハウジング１１０を分解することなく調整されてもよい。圧縮機１０２を分解することなく調節することによって、特定の運転条件に対して圧縮機１０２を最適化する時間と労力を省略できる。さらに、全体的な流量範囲および／またはピーク効率に対するインペラの錯角の影響を評価してパフォーマンスを向上させるために最適化することができ、また、所定の用途のための入口ガイドベーン角度の最良の組合せを決定するためにデータを解析し得るように、入口ガイドベーンの角度のマトリックスが従来の圧縮機に対して比較的短いサイクル時間で生成されてもよい。
【００２２】
圧縮機１０２は、ハウジング１１０内の中心軸線１２８の周りで回転するよう構成された遠心インペラ１２６を含んでもよい。例示的な実施形態では、遠心インペラ１２６は、ハブ１３０を含み、開放されたまたは「覆われていない」。別の実施形態では、遠心インペラ１２６は、シュラウドで覆われたインペラであってもよい。ハブ１３０は、一般的に遠心インペラ１２６のアイと称される、第１の子午線端部１３２と、ディスク形状を有する第２の子午線端部１３４とを含んでもよく、第２の子午線端部１３４の外周は一般的に遠心インペラ１２６の先端１３６と称される。ディスク形状の第２の子午線端部１３４は、環状を有する第１の子午線端部１３２へ対して内側に向かうテーパー形状になされてもよい。ハブ１３０は、遠心インペラ１２６を回転シャフト１０８に連結するために、連結ボルトなどの連結部材１４０を受け入れるように構成された穴１３８を画定してもよい。別の実施形態では、穴１３８は、穴１３８を通って延在する回転シャフト１０８を受けるように構成されてもよい。
【００２３】
図２に図示されるように、圧縮機１０２は、動作中に遠心インペラ１２６によって発生した軸方向スラストのバランスをとるように構成されたバランスピストン１４２を含んでもよい。例示的な実施形態では、バランスピストン１４２は、バランスピストン１４２および遠心インペラ１２６が単一部品または一体部品から形成されるように、遠心インペラ１２６と一体化されてもよい。別の実施形態では、バランスピストン１４２および遠心インペラ１２６は、別個の構成要素であってもよい。例えばバランスピストン１４２および遠心インペラ１２６は、互いに連結された別々の環状構成要素であってもよい。バランスピストン１４２を外部の汚染物質または潤滑剤から隔離するために、例えばラビリンスシールなどの１つ以上のシールを実装することができる。
【００２４】
遠心インペラ１２６は、回転シャフト１０８に動作可能に連結されてもよい。そのため回転シャフト１０８は、駆動シャフト１０６を介して駆動装置１０４に作用される際に回転して、遠心インペラ１２６の回転を引き起こし、それによって入口通路１１４に流入するプロセス流体が、遠心インペラ１２６に引き込まれて遠心インペラ１２６の先端１３６またはその周辺で加速され、結果的にプロセス流体の速度が増加される。１つ以上の実施形態では、遠心インペラ１２６の先端１３６におけるプロセス流体は亜音速であってもよく、その絶対マッハ数は１未満である。例えば遠心インペラ１２６の先端１３６におけるプロセス流体は、１未満、０．９未満、０．８未満、０．７未満、０．６未満、または０．５未満の出口絶対マッハ数を有してもよい。したがって、そうした実施形態では、遠心インペラ１２６が、１未満の出口絶対マッハ数を有する遠心インペラ１２６の先端１３６におけるプロセス流体を提供するのに十分な速度で中心軸線１２８周りで回転するように構成され得るように、本明細書に開示される圧縮機１０２は「亜音速」のものであってもよい。
【００２５】
１つ以上の実施形態では、遠心インペラ１２６の先端１３６におけるプロセス流体は、超音速であってもよく、出口絶対マッハ数が１以上であってもよい。例えば遠心インペラ１２６の先端１３６におけるプロセス流体は、少なくとも１、少なくとも１．１、少なくとも１．２、少なくとも１．３、少なくとも１．４、または少なくとも１．５の出口絶対マッハ数を有してもよい。したがって、そうした実施形態では、遠心インペラ１２６が、１以上の出口絶対マッハ数を有するか音速以上の速度を有する遠心インペラ１２６の先端１３６におけるプロセス流体を提供するのに十分な速度で中心軸線１２８周りで回転するように構成され得るように、本明細書に開示される圧縮機１０２は「超音速」のものであってもよい。超音速圧縮機またはその圧縮段では、遠心インペラ１２６の回転速度または先端速度は約５００メートル毎秒（ｍ／ｓ）以上であってもよい。例えば遠心インペラ１２６の先端速度は、約５１０ｍ／ｓ、約５２０ｍ／ｓ、約５３０ｍ／ｓ、約５４０ｍ／ｓ、約５５０ｍ／ｓ、約５６０ｍ／ｓ以上であってもよい。
【００２６】
ここで図２に引き続いて図３〜図５を参照すると、図３には、１つ以上の実施形態に基づく圧縮機１０２に含まれ得る遠心インペラ１２６の斜視図を示す。図４には、１つ以上の実施形態に基づく、図３の遠心インペラ１２６の一部と、図２の圧縮機１０２に含まれ得る固定ディフューザ１１６の一部との正面図を示す。図５には、１つ以上の実施形態に基づく、図３の遠心インペラ１２６の一部と、図２の圧縮機１０２に含まれかつ固定超音速ディフューザ１１６の代わりに使用される別の固定ディフューザ２１６の一部との正面図を示す。
【００２７】
図２に示されかつ図３〜５により明瞭に示されるように、遠心インペラ１２６は、ハブ１３０に連結されるかハブ１３０に一体形成された複数の空気力学的表面またはブレード１４４ａ、ｂを含んでもよく、これらブレード１４４ａ、ｂは、プロセス流体の速度およびエネルギーを増加するよう構成される。図３〜図５に図示されるように、遠心インペラ１２６のブレード１４４ａ、ｂは、プロセス流体が、ブレード１４４ａ、ｂによって形成された複数の流路１４６，１４８を通って遠心力によって接線方向および半径方向に促されて、遠心インペラ１２６のブレード先端（累積的には遠心インペラ１２６の先端１３６）から遠心インペラ１２６の周りに３６０度広がる半径方向に少なくとも部分的に放出されるように、湾曲していてもよい。当然のことながら、ブレード１４４ａ、ｂの輪郭または湾曲の量は、図３〜図５に示す形状に限定されず、少なくとも部分的に所望の動作パラメータに基づいて決定されてもよい。
【００２８】
複数のブレード１４４ａ、ｂは、中心軸線１２８の周りに円周方向において等間隔で間隔を置いて配置されたメインブレード１４４ａを含んでもよい。各メインブレード１４４ａは、遠心インペラ１２６の第１の子午線端部１３２に隣接して配置された前縁１５０から、遠心インペラ１２６の第２の子午線端部１３４に隣接して配置された後縁１５２まで延在してもよい。さらに遠心インペラ１２６の回転に基づいて、各メインブレード１４４ａは、メインブレード１４４ａの一方の側面１５４における圧力面と、メインブレード１４４ａの反対側の側面１５６の吸引面とを画定してもよい。図３に最も明確に示されるように、遠心インペラ１２６は、１３個のメインブレード１４４ａを含んでもよい；なお本明細書では、１３個以上のまたは１３個未満のメインブレードを含む他の実施形態が考慮されてもよい。メインブレード１４４ａの数は、少なくとも部分的に、所望の動作パラメータに基づいて決定されてもよい。
【００２９】
複数のブレード１４４ａ、ｂは、遠心インペラ１２６に対して使用されるブレード１４４ａ、ｂの数に応じて、圧縮機１０２内で発生し得る空気力学的窒息（チョーキング）状態を低減するよう構成された１つ以上のスプリッターブレード１４４ｂを含んでもよい。スプリッターブレード１４４ｂは、中心軸線１２８の周りにおいて円周方向に等間隔で離間して配置されてもよい。各スプリッターブレード１４４ｂは、第１の子午線端部１３２から下流において子午線方向に離間された前縁１５８から、遠心インペラ１２６の第２の子午線端部１３４に隣接して配置された後縁１６０まで延在してもよい。各スプリッターブレード１４４ｂの前縁１５８は、メインブレード１４４ａの前縁１５０から子午線方向において外向きに配置されており、メインブレード１４４ａの前縁１５０およびスプリッターブレード１４４ｂの前縁１５８は、同一平面上にないように、交互に配置される。さらに、遠心インペラ１２６の回転に基づいて、各スプリッターブレード１４４ｂは、スプリッターブレード１４４ｂの一方の側面１６２における圧力面と、スプリッターブレード１４４ｂの反対側の側面１６４における吸引面とを画定してもよい。
【００３０】
図２および図３に最も明瞭に示されるように、メインブレード１４４ａおよびスプリッターブレード１４４ｂの各々は、遠心インペラ１２６の第２の子午線端部１３４からその第１の子午線端部１３２に向けて子午線方向に延在する。メインブレード１４４ａおよびスプリッターブレード１４４ｂのそれぞれの子午線方向における広がりの構成は、メインブレード１４４ａの後縁１５２およびスプリッターブレード１４４ｂの後縁１６０に実質的に同様に近接していてもよい。メインブレード１４４ａおよびスプリッターブレード１４４ｂのそれぞれの子午線方向における広がりの構成は、メインブレード１４４ａの後縁１５２およびスプリッターブレード１４４ｂの後縁１６０に対して、第２の子午線端部１３４と異なっていてもよい。例示的な実施形態では、メインブレード１４４ａのそれぞれの子午線方向における広がりは、スプリッターブレード１４４ｂの子午線方向における広がりより大きくてもよく、スプリッターブレード１４４ｂのそれぞれの前縁１５８は、メインブレード１４４ａのそれぞれの前縁１５０から遠心インペラ１２６の第２の子午線端部１３４へ向けて、メインブレード１４４ｂの子午線方向にオフセットして配置されてもよい。
【００３１】
スプリッターブレード１４４ｂおよびメインブレード１４４ａは、スプリッターブレード１４４ｂがメインブレード１４４ａとそれに隣接するメインブレード１４４ａとの間に配置されるようなパターンで、中心軸線１２８の周りにおいて円周方向に配置されてもよい。各スプリッターブレード１４４ｂは、隣接するメインブレード１４４ａの圧力面側１５４と、他の隣接するメインブレード１４４ａの吸引面側１５６との間に配置されてもよい。さらに、スプリッターブレード１４４ｂは、各スプリッターブレード１４４ｂが、それぞれの隣接するメインブレード１４４ａから円周方向にずれるかまたは等距離になく、ひいては隣接するメインブレード１４４ａ間に円周方向中央に配置されないように、メインブレード１４４ａに対して「クロック(clocked)」される。例えば隣接するメインブレード１４４ａから等距離にあるポジションからスプリッターブレード１４４ｂを移動させるなどによって、スプリッターブレード１４４ｂをクロックすることによって、遠心インペラ１２６の動作特性を向上させることができる。
【００３２】
１つ以上の実施形態において、スプリッターブレード１４４ｂおよびメインブレード１４４ａは、隣接するメインブレード１４４ａ間に複数のスプリッターブレード１４４ｂが配置され得るパターンで、中心軸線１２８の周りにおいて円周方向に配置されてもよい。したがって、一実施形態では、少なくとも２つのスプリッターブレード１４４ｂが、隣接するメインブレード１４４ａ間に配置される。それぞれのスプリッターブレード１４４ｂの前縁１５８は、スプリッターブレード１４４ｂのそれぞれの前縁１５８が同一平面上にないように交互に配置されるように、子午線方向において互いからずらされてもよい。
【００３３】
隣接するメインブレード１４４ａ間に配置される場合、各スプリッターブレード１４４ｂは、スプリッターブレード１４４ｂが傾斜するように、方向付けられてもよく、それによってスプリッターブレード１４４ｂの前縁１５８が、スプリッターブレード１４４ｂの後縁１６０とは異なる割合量で、隣接するメインブレード１４４ａから等距離おいたポジションから円周方向にずれる。したがって、例示的な実施形態では、スプリッターブレード１４４ｂの前縁１５８は、隣接するメインブレード１４４ａ間の角距離θの半分の第１の割合量の距離だけ、隣接するメインブレード１４４ａから等距離おいたポジションから変位されてもよい。スプリッターブレード１４４ｂの後縁１６０は、隣接するメインブレード１４４ａ間の角距離θの半分の第２の割合量の距離だけ、隣接するメインブレード１４４ａから等距離おいたポジションからずらされてもよい。
【００３４】
１つ以上の実施形態において、スプリッターブレード１４４ｂおよびメインブレード１４４ａは、複数のスプリッターブレード１４４ｂが隣接するメインブレード１４４ａ間に配置され得るパターンで、中心軸線１２８の周りにおいて円周方向に配置されてもよい。したがって、一実施形態では、少なくとも２つのスプリッターブレード１４４ｂが、隣接するメインブレード１４４ａ間に配置される。それぞれのスプリッターブレード１４４ｂの前縁１５８は、スプリッターブレード１４４ｂのそれぞれの前縁１５８が同一平面上にないように交互になるように、互いから子午線方向においてずれていてもよい。
【００３５】
隣接するメインブレード１４４ａ間に配置される場合、各スプリッターブレード１４４ｂは、スプリッターブレード１４４ｂが傾斜するように方向付けられてもよく、それによって、スプリッターブレード１４４ｂの前縁１５８が、スプリッターブレード１４４ｂの後縁１６０とは異なる割合量で、隣接するメインブレード１４４ａから等距離おいたポジションから円周方向にずらされる。したがって、例示的な実施形態では、スプリッターブレード１４４ｂの前縁１５８は、隣接するメインブレード１４４ａ間の角距離θの半分の第１の割合量だけ、隣接するメインブレード１４４ａから等距離おいたポジションからずらされてもよい。スプリッターブレード１４４ｂの後縁１６０は、隣接するメインブレード１４４ａ間の角距離θの半分の第２の割合量の距離だけ、隣接するメインブレード１４４ａと等距離おいたポジションから変位されてもよい。
【００３６】
例示的な実施形態では、第１の割合量は、第２の割合量よりも多くてもよい。別の実施形態では、第１の割合量は第２の割合量より少なくてもよい。例えば隣接するメインブレード１４４ａから等距離おいたポジションからの前縁１５８と後縁１６０との間における変位の差は、約１％、約２％、約３％、約４％、約５％パーセント、約１０パーセント、約１５パーセント、約２０パーセント以上の割合量であってもよい。別の例では、隣接するメインブレード１４４ａから等距離おいたポジションからの前縁１５８と後縁１６０との間の変位の差は、約１％〜約２％、約３％〜約５％、約５％〜約１０％、または約１０％〜約２０％であってもよい。例えばスプリッターブレード１４４ｂが傾斜される量などの割合量に関する距離の差は、少なくとも部分的に、所望の動作パラメータに基づいて決定されてもよい。
【００３７】
図３〜図５に図示されるように、スプリッターブレード１４４ｂと隣接するメインブレード１４４ａとの間に、中心軸線１２８の周りに配置される複数の流路１４６，１４８が形成されてもよい。例示的な実施形態では、複数の流路１４６，１４８は、スプリッターブレード１４４ｂの圧力面側１６２と、隣接するメインブレード１４４ａのうちの一方のメインブレード１４４ａの吸引面側１５６との間に形成された第１の流路１４６と、スプリッターブレード１４４ｂの吸引面側１６４と隣接するメインブレード１４４ａの他方のメインブレード１４４ａの圧力面側１５４との間に、形成された第２の流路１４８とを含んでもよい。第１および第２流路１４６，１４８を通るプロセス流体の質量流量は、隣接するメインブレード１４４ｂに対するスプリッターブレード１４４ｂの変位に基づいて決定されてもよい。例えば、スプリッターブレード１４４ｂを隣接するメインブレード１４４ａ間に等間隔で配置することによって、第１の流路１４６および第２の流路１４８を通る等しい質量流量が得られないことがあることが特定されている。したがって、例示的な実施形態では、スプリッターブレード１４４ｂは、隣接するメインブレード１４４ａの中央にあるポジションから円周方向にオフセットされてもよく、それによって、スプリッターブレード１４４ｂの吸引面側１６４が、隣接するメインブレード１４４ａの一方のメインブレード１４４ａの圧力面側面１５４により近接しかつ隣接するメインブレード１４４ａの他方のメインブレード１４４ａの吸引面側１５６から離れる方向に配置され、それによって、それぞれの流路１４６，１４８を通る質量流量が実質的に均等化される。
【００３８】
当業者には理解されるように、スプリッターブレード１４４ｂの所望の変位は、ブレード１４４ａ、ｂの形状、ブレード１４４ａ、ｂの入射角、ブレード１４４ａ、１４４ｂのサイズ、遠心インペラ１２６のサイズなどのさまざまな要因に左右されてもよい。なお第１の流路１４６および第２の流路１４８を通る質量流量を等しくするために必要な変位は、質量流量計を使用して質量流量を測定することによって、遠心インペラ１２６および対応するブレード１４４ａ、ｂの所定のデザインに関して決定されてもよい。
【００３９】
図２に図示されるように、圧縮機１０２は、ハウジング１１０に連結されかつ遠心インペラ１２６の複数のブレード１４４ａ、ｂに隣接して配置されるシュラウド１７０を含んでもよい。特に、シュラウド１７０の表面１７２は、アブレイダブル材料（摩耗性材料）を含んでもよく、かつ複数のブレード１４４ａ、ｂのシルエットと実質的に整列される輪郭を有してもよく、それによって、その間に画定されるギャップ内のプロセス流体の漏出が実質的に低減される。アブレイダブル材料は、シュラウド１７０の表面１７２上に配置され、かつ回転シャフト１０８の軸方向移動中、回転する遠心インペラ１２６が固定シュラウド１７０のアブレイダブル材料と偶発的に接触する間に変形しかつ／またはシュラウド１７０から取り除かれるよう構成されており、それによって、ブレード１４４ａ、ｂへの損傷を防止して、犠牲となるアブレイダブル材料の量を減少させる。
【００４０】
図２を引き続き参照して、図４において最も明確に示されている実施形態では、圧縮機１０２は、軸方向入口１１２に流体連結された固定ディフューザ１１６を含んでもよく、固定ディフューザ１０６は、遠心インペラ１２６の先端１３６から流出した半径方向プロセス流体を受け取るよう構成されている。例示的な実施形態では、固定ディフューザ１１６は、ベーンのないディフューザであってもよい。固定ディフューザ１１６は、遠心インペラ１２６からのプロセス流体の運動エネルギーを、高められた静圧に変換するよう構成されてもよい。例示的な実施形態では、固定ディフューザ１１６は遠心インペラ１２６の下流に配置されてもよく、かつ遠心インペラ１２６の外周すなわち先端１３６の周りにおいて円周方向に固定状態に配置されてもよい。
【００４１】
固定ディフューザ１１６は、圧縮機１０２のハウジング１１０に連結されるかまたは一体化されてもよく、かつ遠心インペラ１２６の先端１３６に隣接する入口端部１７６と半径方向外側出口端部１７８とを有する環状ディフューザ通路１７４を形成してもよい。例示的な実施形態では、環状ディフューザ通路１７４は、固定ディフューザ１１６の境界側壁を形成するハウジング１１０の一部、すなわちシュラウド壁１８０およびハブ壁１８２によって少なくとも部分的に形成されてもよい。シュラウド壁１８０およびハブ壁１８２はそれぞれ、直線的な壁または起伏のある壁であってもよく、環状ディフューザ通路１７４は、直線的な壁または起伏のある壁もしくはその組み合わせから形成されてもよい。加えて、環状ディフューザ通路１７４は、シュラウド壁１８０およびハブ壁１８２が半径方向外側に延在するにつれて減少する幅を有してもよい。そのような「ピンチ形状になされた」ディフューザは、より低いチョーク限界およびサージ限界を提供してもよく、それによって遠心インペラ１２６の効率が向上される。
【００４２】
図２を引き続き参照して、図５に最も明瞭に示されている別の実施形態では、固定ディフューザ２１６が、上で説明された固定ディフューザ１１６の代わりに圧縮機１０２内で利用されてもよい。図５に示す固定ディフューザ２１６は、いくつかの点で、上述の固定ディフューザ１１６と類似していてもよく、そのため固定ディフューザ２１６は、図２および図４の説明を参照して最もよく理解されよう。同様の参照符号は同様の構成要素を示してもよく、その詳細について再度説明しない。固定ディフューザ２１６は、軸方向入口１１２に流体連結され、かつ遠心インペラ１２６から放出される半径方向プロセス流体流を受け取るように構成されてもよい。
【００４３】
固定ディフューザ２１６は、遠心インペラ１２６からのプロセス流体の運動エネルギーを増加した静圧に変換するよう構成されてもよい。例示的な実施形態では、固定ディフューザ２１６は、遠心インペラ１２６の下流に配置されてもよく、かつ遠心インペラ１２６の外周つまり先端１３６の周りに円周方向に固定状態で配置されてもよい。固定ディフューザ２１６は、圧縮機１０２のハウジング１１０に連結されていてもよくあるいはハウジング１１０と一体化されていてもよく、さらに、遠心インペラ１２６の先端１３６に隣接する入口端部１７６と半径方向外側出口端部１７８とを有する環状ディフューザ通路１７４を形成してもよい。例示的な実施形態では、環状ディフューザ通路１７４は、ハウジング１１０のシュラウド壁１８０およびハブ壁１８２によって少なくとも部分的に形成されてもよい。
【００４４】
例示的な実施形態では、固定ディフューザ２１６は、インペラ付きディフューザ、例えばウェッジディフューザ、またはインペラ付きディフューザ（図５参照）であってもよい。固定ディフューザ２１６は、中心軸線１２８の周りに複数の同心リング１８８，１９０内に配置された複数のディフューザベーン１８４，１８６を有してもよい。複数のディフューザベーン１８４，１８６は、固定ディフューザ２１６のシュラウド壁１８０またはハブ壁１８２から、またはシュラウド壁１８０およびシュラウド壁１８０の両方から延在する。図５に図示されるように、複数のディフューザベーン１８４，１８６は、中心軸線１２８の周りにおいて第１のリング１８８内に配置されるとともに固定ディフューザ２１６のハブ壁１８２から延在する第１列ベーン１８４を含んでもよい。第１列ベーン１８４は、それぞれ、入口端部１７６に近接して配置された前縁１９２と、前縁１９２から半径方向および円周方向にずれた後縁１９４とを含む。第１列ベーン１８４は、第１列ベーン１８４のコード対ピッチの比が１未満の剛性の低いディフューザベーンであってもよい。本明細書で提供されるように、１未満のコード対ピッチ比を有するディフューザベーンは、低剛性ディフューザベーンと称される。図５の図示された実施形態では、第１のリング１８８は１７個の低剛性ディフューザベーンを含む；なお本明細書においては、１７個以上のまたは１７個未満の低剛性ディフューザベーンを含む実施形態が考慮されてもよい。第１列ベーン１８４の各々は、翼形部であってもよく、またはそれに実質的に類似した形状であってもよい。
【００４５】
図５に図示されるように、複数のディフューザベーン１８４，１８６は、中心軸線１２８の周りにおいて第２のリング１９０内に配置されるとともに固定ディフューザ２１６のハブ壁１８２から延在する第２列ベーン１８６を含んでもよい。複数のディフューザベーン１８４，１８６は、第２列ベーン１８６の第２のリング１９０が第１列ベーン１８４の第１のリング１８８から半径方向外側に配置されるように、縦に配置される。第２列ベーン１８６は、第１列ベーン１８４の後縁１９４に近接して配置される個々の前縁１９６と、前縁１９６から半径方向および円周方向にずれた個々の後縁１９８とを含む。第２列ベーン１８６は、第１列ベーン１８４よりも大きい剛性を有してもよい。第２列ベーン１８６の弦対ピッチの比は、第１の列の翼１８４のコード対ピッチの比よりも実質的に大きい。例示的な実施形態では、第２列ベーン１８６のコード対ピッチ比は１以上である。本明細書で提供されるように、１以上のコード対ピッチ比を有するディフューザベーンは、高剛性ディフューザベーンと称される。図５の図示された実施形態では、第２のリング１９０は、多数の第１列ベーン１８４を複数含んでおり、より具体的には、第１列ベーン１８４の数の２倍含んでいる。したがって、第１のリング１８８が１７個の第１列ベーン１８４を含む実施形態では、第２のリング１９０は、３４個のディフューザベーンを含んでもよい；なお本明細書では、３４個以上のまたは３４個未満のディフューザベーンを含む実施形態も考慮される。第２列ベーン１８６の各々は、翼形部であってもよく、または実質的に同様の形状であってもよい。
【００４６】
例示的な実施形態では、第１のリング１８８の第１列ベーン１８４は、遠心インペラ１２６の先端１３６の付近に配置されてもよく、かつ内側のベーンのない空間２００を介して遠心インペラ１２６の先端１３６から離間されていてもよい。したがって、内側のベーンのない空間２００は、遠心インペラ先端半径２０２と第１のリング１８８の前縁半径２０４との間に設けられてもよい。例示的な実施形態では、内側のベーンのない空間２００は、遠心インペラ先端半径２０２よりも約５〜約１０％大きい前縁半径２０４から形成されてもよい。別の実施形態では、内側のベーンのない空間２００は、遠心インペラ先端半径２０２よりも約６〜約８パーセント大きい前縁半径２０４から形成されてもよい。同様に、第１のリング１８８の第１列ベーン１８４の後縁１９４によって形成された半径２０８と第２のリングの第２列ベーン１８６の前縁１９６の半径２１０との間に、外側のインペラのない空間２０６を設けることができる。例示的な実施形態では、外側のインペラのない空間２０６は、第１のリング１８８の後縁半径２０８よりも約５〜約１０パーセント大きい第２のリング１９０の前縁半径２１０から形成されてもよい。別の実施形態では、外側のインペラのない空間２０６は、第１のリング１８８の後縁半径２０８よりも約６〜約８パーセント大きい第２のリング１９０の前縁半径２１０から形成されてもよい。
【００４７】
例示的な実施形態では、第１のリング１８８の第１列ベーン１８４の入射は、出口絶対マッハ数を制御するようにかつ固定ディフューザ２１６の入口端部１７６に導入された超音速流れを、第１のリング１８８の後縁１９４における亜音速流れまで低減するように決定されてもよい。構成されているように、第１のリング１８８の前縁１９２によって発生した衝撃波は、第２列ベーン１８６には伝播しない；しかしながら、第１のリング１８８の前縁１９２は、遠心インペラ１２６の圧力を逆行させるように固定ディフューザ２１６の下流部分から遠心インペラ１２６の上流部分に向かう連通経路を提供し、それによってより広い範囲が得られる。第２のリング１９０の第２列ベーン１８６の入射は、第２のリング１９０を第１のリング１８８の「影」または流路に配置することによって決定されてもよい。したがって、第２列ベーン１８６は、２つの第２列ベーン１８６が各第１列ベーン１８４の後に設けられかつプロセス流体の流れの方向を変更するよう設けられるように、構成されてもよい。
【００４８】
別の実施形態では、固定ディフューザ２１６は、中心軸線１２８の周りにおいて第３のリング（図示せず）内に配置されるとともに第１のリング１８８および第２のリング１９０の半径方向外側に配置された第３列ベーン１８８を含んでもよく、第１のリングと第２のリング１９０と第３のリングとは同心である。第３列ベーンは、第２のリング１９０の第２列ベーン１８６のコード対ピッチ比よりも小さいコード対ピッチ比を有してもよい。別の実施形態では、第３列ベーンは、第１のリング１８８の第１列ベーン１８４のコード対ピッチ比に実質的に等しいコード対ピッチ比を有してもよい。第３列ベーンは、プロセス流体の流れをさらに旋回させるように構成されてもよい。
【００４９】
上述したように１つ以上の実施形態では遠心インペラ１２６が高速で中心軸線１２８の周りを回転するように設計され、固定ディフューザ１１６の入口端部１７６に入る移動プロセス流体が、圧縮されるプロセス流体の音速を超える流体速度を有すると言われるため、本明細書で提供される圧縮機１０２は「超音速」のものと称されてもよい。したがって、例示的な実施形態では、固定ディフューザ１１６の入口端部１７６に入る移動プロセス流体は、約１以上の出口絶対マッハ数を有してもよい。なお流体システムの全エネルギーを増加させるために、固定ディフューザ１１６の入口端部１７６に入る移動プロセス流体は、少なくとも約１．１、少なくとも約１．２、少なくとも約１．３、少なくとも約１．４、または少なくとも約１．５の出口絶対マッハ数を有してもよい。別の例では、遠心インペラ１２６の先端１３６におけるプロセス流体は、約１．１から約１．５、または約１．２から約１．４の出口絶対マッハ数を有してもよい。
【００５０】
固定ディフューザ１１６，２１６の出口端部１７８から放出されたプロセス流体の流れは、図２に最も明瞭に示されるように、コレクタ１１７に流入してもよい。コレクタ１１７は、固定ディフューザ１１６，２１６からのプロセス流体の流れを集めるように、かつプロセス流体の流れを下流のパイプおよび／またはプロセス構成要素（図示せず）に送るように、構成されてもよい。例示的な実施形態では、コレクタ１１７は、放出ボリュート、または具体的にはスクロール型放出ボリュートであってもよい。別の実施形態では、コレクタ１１５はプレナムであってもよい。コレクタ１１７は、プロセス流体の運動エネルギーを静圧に変換することによって、プロセス流体の流れの静圧を増加させるようにさらに構成されてもよい。コレクタ１１７は、丸い舌状部（図示せず）を有していてもよい。別の実施形態では、コレクタは、鋭い舌状部（図示せず）を有してもよい。当然のことながら、コレクタ１１７の舌状部は、本開示の範囲から変更することなく、当業者に知られている他の形状を形成してもよい。
【００５１】
図１〜図５を続けて参照しながら、例示的な圧縮システム１００の１つ以上の例示的な動作態様について説明する。プロセス流体は、低圧環境を有する外部供給源（図示せず）から圧縮システム１００に提供されてもよい。圧縮システム１００は、他の構成要素の中でも、回転シャフト１０８に連結された遠心インペラ１２６と、回転遠心インペラ１２６の周囲において円周方向に配置された固定ディフューザ１１６とを有する圧縮機１０２を含んでもよい。別の実施形態では、圧縮システム１００は、回転シャフト１０８に連結された遠心インペラ１２６と、回転遠心インペラ１２６の周りにおいて円周方向に配置された固定ディフューザ２１６とを有する圧縮機１０２を含んでもよい。
【００５２】
プロセス流体は、例えば約マッハ０．０５から約マッハ０．４０の範囲の速度で圧縮機１０２の軸方向入口１１２に引き込まれてもよい。プロセス流体は、軸方向入口１１２によって画定された入口通路１１４を通り、入口通路１１４内に延在する入口ガイドベーン１２２を横切って流れてもよい。入口ガイドベーン１２２を横切って流れるプロセス流体は、回転する遠心インペラ１２６に引き込まれる前に、速度が高められた状態で提供され、かつ少なくとも１つの流体特性（例えば渦流）を付与されてもよい。入口ガイドベーン１２２は、プロセス流体に付与された１つ以上の流体特性を変化させるために調整されてもよい。
【００５３】
プロセス流体は、回転する遠心インペラ１２６に引き込まれてもよく、かつ湾曲した遠心インペラブレード１４４ａ、ｂと接触してもよい。それによってプロセス流体が遠心力によって接線方向および半径方向に加速されてもよく、かつ回転する遠心インペラ１２６の周りに３６０度広がる半径方向において少なくとも部分的に遠心インペラ１２６のブレード先端（累積的には遠心インペラ１２６の先端１３６）を介して、流路１４６，１４８から放出されてもよい。いくつかの実施形態では、ブレード先端（累積的には遠心インペラ１２６の先端１３６）から放出されたプロセス流体の速度が、超音速でありかつ少なくとも約１、少なくとも約１．１、少なくとも約１．２、少なくとも約１．３、少なくとも約１．４、または少なくとも約１．５の出口絶対マッハ数を有し得るように、回転する遠心インペラ１２６はプロセス流体の速度および静圧を増加させる。
【００５４】
一実施形態では、固定ディフューザ１１６は、遠心インペラ１２６の外周または先端１３６の周りにおいて円周方向に配置されてもよく、かつ圧縮機１０２のハウジング１１０に連結されていても一体化されてもよい。別の実施形態では、固定ディフューザ２１６は、遠心インペラ１２６の外周または先端１３６の周りにおいて円周方向に配置されてもよく、かつ圧縮機１０２のハウジング１１０に連結されていても一体化されてもよい。回転する遠心インペラ１２６から放出された半径方向のプロセス流体の流れは、回転する遠心インペラ１２６の先端１３６から放出されるプロセス流体の流れの速度が固定ディフューザ１１６，２１６の入口端部１７６に入るプロセス流体の速度と実質的に同様となるように、固定ディフューザ１１６，２１６に受け取られてもよい。したがって、プロセス流体は、例えば少なくとも１の出口絶対マッハ数を有する超音速で固定ディフューザ１１６，２１６の入口端部１７６に入ってもよく、かつ対応して、超音速プロセス流体と称されてもよい。
【００５５】
固定ディフューザ１１６，２１６の入口端部１７６に流入する超音速プロセス流体の速度は、速度ヘッドが静圧に変換されるように、プロセス流体が入口端部１７６から固定ディフューザ１１６，２１６の半径方向外側出口端部１７８へ向けて流動するにつれて、環状ディフューザ通路１７４の半径が増加するとともに、減少する。固定ディフューザ２１６を含む少なくとも１つの実施形態では、超音速プロセス流体の接線方向の速度は、ショック損失を伴わずに第１列ベーン１８４を横切って超音速から亜音速に減速してもよい。固定ディフューザ１１６，２１６は、プロセス流体の速度を減少させかつ圧力エネルギーを増加させてもよい。
【００５６】
固定ディフューザ１１６，２１６から流出したプロセス流体は、亜音速を有してもよく、かつコレクタ１１７または放出ボリュートに供給されてもよい。コレクタ１１７は、プロセス流体の残りの運動エネルギーを静圧に変換することによって、プロセス流体の静圧を増加させてもよい。続いて、プロセス流体は、作業を実施するためにあるいは１つ以上の下流のプロセスまたは構成要素（図示せず）の動作のために特定の経路で送られてもよい。
【００５７】
圧縮システム１００において加圧され、循環され、収容され、またはその他の方法で利用されるプロセス流体は、液相、気相、超臨界状態、亜臨界状態、またはそれらの組み合わせの流体であってもよい。プロセス流体は、混合物またはプロセス流体混合物であってもよい。プロセス流体は、１つ以上の高分子量プロセス流体、１つ以上の低分子量プロセス流体、またはそれらの任意の混合物または組み合わせを含んでもよい。本明細書で使用する「高分子量プロセス流体」との用語は、約３０グラム／モル（ｇ／ｍｏｌ）以上の分子量を有するプロセス流体を意味する。例示的な高分子量プロセス流体は、エタン、プロパン、ブタン、ペンタンおよびヘキサンなどの炭化水素を含んでもよいが、これに限定されない。例示的な高分子量プロセス流体は、二酸化炭素（ＣＯ２）または二酸化炭素を含有するプロセス流体混合物を含んでもよいが、これに限定されない。本明細書で使用される場合、「低分子量プロセス流体」との用語は、約３０ｇ／ｍｏｌ未満の分子量を有するプロセス流体を意味する。例示的な低分子量プロセス流体には、空気、水素、メタン、またはそれらの組み合わせまたは混合物が含まれてもよいが、これに限定されない。
【００５８】
例示的な実施形態では、プロセス流体またはプロセス流体混合物は、二酸化炭素であってもよく、あるいは二酸化炭素を含んでもよい。プロセス流体またはプロセス流体混合物中の二酸化炭素の量は、容量で、少なくとも約８０％、少なくとも約８５％、少なくとも約９０％、少なくとも約９５％、少なくとも約９６％、少なくとも約９７％、少なくとも約９８％、少なくとも約９９％、またはそれ以上であってもよい。圧縮システム１００においてプロセス流体としてまたはプロセス流体混合物の成分または一部として二酸化炭素を利用することによって、１つ以上の利点を提供できる。例えば他のプロセス流体に対して二酸化炭素の高密度性および高熱容量性または容積熱容量性は、二酸化炭素をより「エネルギー密度が高い」ものにすることができる。したがって、圧縮システム１００のパフォーマンスを低下させることなく、圧縮システム１００および／またはその構成要素の相対的なサイズを縮小することができる。
【００５９】
二酸化炭素は、特定のタイプ、供給源、純度、または等級のものであってもよい。例えば工業用等級の二酸化炭素は、本明細書の開示の範囲から逸脱することなくプロセス流体として利用されてもよい。さらに、上述のように、プロセス流体は、混合物またはプロセス流体混合物であってもよい。プロセス流体混合物は、圧縮システム１００内におけるプロセス流体混合物の１つ以上の望ましい特性に関して選択されてもよい。例えばプロセス流体混合物は、二酸化炭素（または二酸化炭素を含むプロセス流体）を単独で圧縮するよりも少ないエネルギー投入量を用いて、プロセス流体混合物を比較的高い圧力まで圧縮できる液体吸収剤および二酸化炭素（または二酸化炭素を含むプロセス流体）の混合物を含んでもよい。
【００６０】
図６は、１つ以上の実施形態に基づく、プロセス流体を圧縮するための例示的な方法３００を示すフローチャートである。方法３００は、ステップ３０２において、超音速圧縮機と動作可能に連結された駆動装置を介して超音速圧縮機の回転シャフトを駆動するステップを含んでもよい。駆動シャフトは、例えば電気モータなどの駆動装置によって駆動されてもよい。
【００６１】
方法３００はまた、超音速圧縮機のハウジングに回動可能に連結されるとともに入口通路内に延在する少なくとも１つの可動入口ガイドベーンを介して、超音速圧縮機の入口によって画定される入口通路を通って流れるプロセス流体の流体特性を確立するステップを含んでもよい。プロセス流体は、ステップ３０４において、二酸化炭素を含む。この方法はまた、プロセス流体の流体特性を確立するために少なくとも１つの可動入口ガイドベーンを調整するステップを含んでもよく、この場合の流体特性は、流れパターン、第１の速度、質量流量、圧力、または温度である。
【００６２】
方法３００は、ステップ３０６において、超音速圧縮機の入口通路を流れるプロセス流体が遠心インペラに引き込まれて遠心インペラの先端から複数の流路を介して放出されるように、回転シャフトの周りに取り付けられた遠心インペラを回転させるステップを含んでもよい。放出されたプロセス流体は、約１以上の出口絶対マッハ数を有する超音速を有する。方法３００はまた、ステップ３０８において、放出されたプロセス流体の圧力エネルギーが増加するように、超音速を有する放出されたプロセス流体を、固定ディフューザによって画定されるとともに複数の流路に流体連結された環状ディフューザ通路を通るよう流動させるステップを含んでもよい。それによって、放出されたプロセス流体を約８：１以上の圧縮比で圧縮できる。
【００６３】
固定ディフューザは、シュラウド壁と、シュラウド壁とハブ壁との間に環状ディフューザ通路を画定するハブ壁とによって、部分的に囲まれたベーンのないディフューザであってもよい。環状ディフューザ通路を画定するシュラウド壁は、直線的な壁、起伏のある壁、またはそれらの組み合わせであってもよく、環状ディフューザ通路を画定するハブ壁は、直線的な壁、起伏のある壁、またはそれらの組み合わせであってもよい。別の実施形態では、固定ディフューザは、シュラウド壁とハブ壁との間の環状ディフューザ通路を画定するシュラウド壁とハブ壁とによって、部分的に囲まれたベーン付きのディフューザであってもよく、ベーン付きのディフューザは、シュラウド壁およびハブ壁のいずれかまたは両方から環状ディフューザ通路内に延在する複数の低剛性ディフューザベーンを含んでもよい。
【００６４】
本明細書で開示される全ての数値および範囲は、「約」がともに使用されるかどうかにかかわらず、おおよその数値および範囲であることを理解されたい。本明細書で使用される「約」との用語は、数字と併せて、その数字の＋／−５％である（包括的な）値、＋／−１０％である（包括的な）値、またはその数字の＋／−１５％である（包括的な）値を意味することを理解されたい。数値範囲が本明細書に開示される場合、その範囲内の任意の数値も具体的に開示されていることをさらに理解されたい。
【００６５】
特定の実施形態および特徴について、数値上限値のセットおよび数値下限値のセットを使用して説明した。任意の２つの値の組み合わせ、例えば任意のより低い値とより高い値との組み合わせ、任意の２つのより低い値の組み合わせ、および／または任意の２つのより高い値の組み合わせは、他に示されない限り考慮されることを理解されたい。
【００６６】
上述の説明は、当業者が本開示をよりよく理解できるように、いくつかの実施形態の特徴を概略的に説明したものである。当業者であれば、本明細書に導入された実施形態を同じ目的で遂行しかつ／または同じ利点を達成するための他のプロセスおよび構造を設計するかまたは変更するための基礎として、本開示を容易に利用できることを理解されたい。当業者は、本開示の趣旨および範囲から逸脱せずにそうした同等の構成を実現すべきであり、本開示の趣旨および範囲から逸脱することなくさまざまな変更、置き換えおよび変更を行うことができることを理解すべきである。
【符号の説明】
【００６７】
１００  圧縮システム
１０２  圧縮機
１０４  駆動装置
１０６  駆動シャフト
１０８  回転シャフト
１１０  ハウジング
１１２  軸方向入口
１１２  入口
１１４  入口通路
１１５  コレクタ
１１６  固定ディフューザ
１１７  コレクタ
１１８  ラジアルベアリング
１２０  スラストベアリング
１２２  入口ガイドベーン
１２４  周方向内面
１２６  遠心インペラ
１２８  中心軸線
１３０  ハブ
１３２  第１の子午線端部
１３４  第２の子午線端部
１３６  先端
１３８  穴
１４０  連結部材
１４２  バランスピストン
１４４ａ  メインブレード
１４４ｂ  スプリッターブレード
１４６，１４８  流路
１７０  シュラウド
１７４  環状ディフューザ通路
１７６  入口端部
１７８  出口端部
１８０  シュラウド壁
１８２  ハブ壁
【図１】
2018510289.tif 000003
【図２】
2018510289.tif 000004
【図３】
2018510289.tif 000005
【図４】
2018510289.tif 000006
【図５】
2018510289.tif 000007
【図６】
2018510289.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成30年1月11日(2018.1.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音速圧縮機であって、
ハウジングと、
前記ハウジングに連結されるかまたは前記ハウジングと一体化された入口であって、前記入口は入口通路を画定し、前記入口通路は、前記入口通路を通してプロセス流体を受け取りかつ流すように構成されている、入口と、
前記ハウジングに連結され、かつ前記入口通路内に延在する複数の入口ガイドベーンと、
駆動装置によって駆動されるよう構成された回転シャフトと、
前記回転シャフトに連結された遠心インペラであって、前記遠心インペラは、前記遠心インペラによって形成された複数の流路を介して前記入口通路に流体連結されており、前記遠心インペラは、先端を有しており、かつ前記入口通路を介して受け取ったプロセス流体にエネルギーを与えるように、かつ前記先端から、１以上の出口絶対マッハ数で少なくとも部分的に半径方向において前記複数の流路を介して、プロセス流体を放出するように構成された、遠心インペラと、
前記遠心インペラによって発生する軸方向スラストのバランスをとるように構成されたバランスピストンと、
前記遠心インペラの前記先端の周りにおいて円周方向に配置された固定ディフューザであって、前記固定ディフューザは、シュラウド壁とハブ壁との間に環状ディフューザ通路を画定するシュラウド壁およびハブ壁によって、部分的に、境界が定められており、前記固定ディフューザは、前記遠心インペラの前記複数の流路からプロセス流体を受け取るように、かつ前記環状ディフューザ通路内で、付与されたエネルギーを変換するように構成された、固定ディフューザと、
前記環状ディフューザ通路に流体連結され、かつ前記環状ディフューザ通路から放出されるプロセス流体を収集するよう構成されたコレクタと、
を備えており、
前記超音速圧縮機は、少なくとも８：１の圧縮比を提供するよう構成されていることを特徴とする超音速圧縮機。
【請求項２】
前記複数の入口ガイドベーンは、前記ハウジングに回動可能に連結されており、
前記バランスピストンは、前記遠心インペラと一体であり、
前記コレクタは、プロセス流体を下流の処理構成要素へ放出するよう構成された放出ボリュートであることを特徴とする請求項１に記載の超音速圧縮機。
【請求項３】
前記複数の入口ガイドベーンは、流れパターン、速度、質量流量、圧力、および温度からなる群から選択される１つ以上の所定の流体特性をもたらすように、前記複数の入口ガイドベーンを通って流れるプロセス流体を調整するように構成されていることを特徴とする請求項２に記載の超音速圧縮機。
【請求項４】
前記超音速圧縮機は、少なくとも１０：１の圧縮比を提供するよう構成されており、
プロセス流体は二酸化炭素を含み、
前記遠心インペラは、プロセス流体を、前記先端から、１．３以上の出口絶対マッハ数で、少なくとも部分的に半径方向において、前記複数の流路を介して放出するよう構成されており、
前記遠心インペラは、さらに、５００メートル毎秒以上の回転速度で前記回転シャフトを介して回転するよう構成されていることを特徴とする請求項１に記載の超音速圧縮機。
【請求項５】
前記固定ディフューザは、前記固定ディフューザを通って流れるプロセス流体を亜音速で放出するよう構成されたベーンのないディフューザであることを特徴とする請求項１に記載の超音速圧縮機。
【請求項６】
前記遠心インペラは、ハブと、前記ハブから延在しかつ前記複数の流路を形成する複数のブレードと、を備えており、
前記複数のブレードの各々は、前縁を備えており、かつ
前記複数のブレードの少なくとも１つの前縁は、前記複数のブレードの少なくとも１つの他の前縁から子午線方向に離間されていることを特徴とする請求項１に記載の超音速圧縮機。
【請求項７】
前記遠心インペラのハブから延在する複数のブレードに隣接して配置されたアブレイダブル材料を有するシュラウドをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の超音速圧縮機。
【請求項８】
前記プロセス流体が二酸化炭素を含むことを特徴とする請求項１に記載の超音速圧縮機。
【請求項９】
前記プロセス流体は、９０％の二酸化炭素を含むことを特徴とする請求項８に記載の超音速圧縮機。
【請求項１０】
前記遠心インペラは、シュラウドで覆われていないインペラであることを特徴とする請求項１に記載の超音速圧縮機。
【請求項１１】
圧縮システムであって、
駆動シャフトを備える駆動装置であって、前記駆動装置は、前記駆動シャフトに回転エネルギーを提供するよう構成された、駆動装置と、
前記駆動シャフトに一体化されるかまたは前記駆動シャフトに連結された回転シャフトを介して前記駆動装置に動作可能に連結された超音速圧縮機であって、前記超音速圧縮機は、
圧縮機シャーシと、
入口通路を画定する入口であって、前記入口通路は、前記入口通路を通してプロセス流体を流すように構成されており、前記プロセス流体は第１の速度および第１の圧力エネルギーを有する、入口と、
前記圧縮機シャーシに回動可能に連結されかつ前記入口通路内に延在する複数の入口ガイドベーンと、
前記回転シャフトに連結された遠心インペラであって、前記遠心インペラは、前記遠心インペラによって形成された複数の流路を介して前記入口通路に流体連結されており、前記遠心インペラは、先端を有しており、かつ前記入口通路を介して受け取ったプロセス流体の前記第１の速度および第１の圧力エネルギーを増加させるように、かつ第２の速度および第２の圧力エネルギーを有するプロセス流体を、少なくとも部分的に半径方向において前記複数の流路を介して前記先端から放出するように構成されており、前記第２の速度は１以上の出口絶対マッハ数を有する超音速である、遠心インペラと、
前記遠心インペラの前記先端の周りにおいて円周方向に配置され、かつ前記複数の流路に流体連結された環状ディフューザ通路を画定する固定ディフューザであって、前記環状ディフューザ通路は、プロセス流体を受け取り、かつプロセス流体の第２の速度を第３の速度に減少させ、かつ前記第２の圧力エネルギーを第３の圧力エネルギーに増加させるよう構成されており、前記第３の速度は亜音速である、固定ディフューザと、
前記環状ディフューザ通路に流体連結され、かつ前記環状ディフューザ通路から流れるプロセス流体を受け取るように構成された放出ボリュートと、
を備えており、
前記超音速圧縮機は少なくとも８：１の圧縮比を提供するよう構成されていることを特徴とする圧縮システム。
【請求項１２】
前記超音速圧縮機は、
前記遠心インペラのハブから延在しかつ前記環状ディフューザ通路および前記入口通路に流体連結された前記複数の流路を形成する複数のブレードに隣接して配置されるアブレイダブル材料を有するシュラウドと、
前記遠心インペラと一体化され、かつ前記遠心インペラによって発生した軸方向スラストのバランスをとるように構成されたバランスピストンと、
をさらに備えており、
前記超音速圧縮機は、少なくとも１０：１の圧縮比を提供するよう構成されており、
プロセス流体は二酸化炭素を含み、
前記第２の速度は１．３以上の出口絶対マッハ数を有することを特徴とする請求項１１に記載の圧縮システム。
【請求項１３】
前記固定ディフューザは、シュラウド壁とハブ壁との間に前記環状ディフューザ通路を画定するシュラウド壁とハブ壁とによって部分的に境界が定められたベーンのないディフューザであることを特徴とする請求項１１に記載の圧縮システム。
【請求項１４】
前記シュラウド壁および前記ハブ壁のいずれかまたは両方は、前記シュラウド壁および前記ハブ壁が半径方向外側に延在するにつれて前記環状ディフューザ通路の軸方向の幅が低減するように、形成されていることを特徴とする請求項１３に記載の圧縮システム。
【請求項１５】
前記固定ディフューザは、前記環状ディフューザ通路内に延在する複数の低剛性ディフューザベーンを含むことを特徴とする請求項１１に記載の圧縮システム。
【請求項１６】
前記固定ディフューザは、シュラウド壁とハブ壁との間に前記環状ディフューザ通路を画定するシュラウド壁とハブ壁とによって部分的に境界が定められており、
前記複数の低剛性ディフューザベーンは、前記環状ディフューザ通路内に縦に並んで配置されており、かつ前記シュラウド壁、前記ハブ壁、または前記シュラウド壁および前記ハブ壁の両方から前記環状ディフューザ通路内に延在することを特徴とする請求項１５に記載の圧縮システム。
【請求項１７】
プロセス流体を圧縮するための方法であって、
超音速圧縮機の回転シャフトを、前記超音速圧縮機に動作可能に連結された駆動装置を介して駆動するステップと、
前記超音速圧縮機の入口によって画定された入口通路を通って流れるプロセス流体の流体特性を、前記超音速圧縮機のハウジングに回動可能に連結されかつ前記入口通路内に延在する少なくとも１つの動作可能な入口ガイドベーンを介して、確立するステップと、
前記超音速圧縮機の前記入口通路を通って流れるプロセス流体が、遠心インペラに引き込まれかつ複数の流路を介して前記遠心インペラの先端から放出されるように、前記回転シャフトの周りに取り付けられた遠心インペラを回転させるステップであって、放出されたプロセス流体が１．０以上の出口絶対マッハ数を有する超音速を有する、ステップと、
前記放出されたプロセス流体の圧力エネルギーが増加して、前記放出されたプロセス流体が８：１以上の圧縮比で圧縮されるように、超音速を有する前記放出されたプロセス流体を、固定ディフューザによって確定されかつ前記複数の流路に流体連結された環状ディフューザ通路を通して流動させるステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１８】
プロセス流体の流体特性を確立するために、前記少なくとも１つの動作可能な入口ガイドベーンを調整するステップをさらに含み、
前記流体特性は、流れパターン、第１の速度、質量流量、圧力、および温度からなる群から選択され、かつ、
前記プロセス流体は、二酸化炭素を含むことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記固定ディフューザは、シュラウド壁とハブ壁との間の環状ディフューザ通路を画定するシュラウド壁とハブ壁とによって部分的に境界が定められたベーンのないディフューザであり、
前記環状ディフューザ通路の境界を定めるシュラウド壁は、直線的な壁、起伏のある壁、またはそれらの組み合わせであり、
前記環状ディフューザ通路の境界を定めるハブ壁は、直線的な壁、起伏のある壁、またはそれらの組み合わせであることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記固定ディフューザは、シュラウド壁とハブ壁との間に前記環状ディフューザ通路を画定するシュラウド壁とハブ壁とによって部分的に境界が定められたベーン付きのディフューザであり、
前記固定ディフューザは、シュラウド壁およびハブ壁のいずれかまたは両方から前記環状ディフューザ通路内に延在する複数の低剛性ディフューザベーンを備えることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【国際調査報告】
2018510289.tif 000009
2018510289.tif 000010