JP2011007792A - 圧縮機を検査するための装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】圧縮機を検査するための装置及び方法を提供する。
【解決手段】本圧縮機用の検査装置は、バルブ（１２）と該バルブ（１２）と連結したダクト（１４）とを有する。ダクト（１４）と連結したフローノズル（１６）は、対応する流量係数を有する。フローノズル（１６）と連結した圧力センサ（２６）が、作動流体の圧力を測定し、また作動流体の流量が、圧力及び流量係数を使用して計算される。本圧縮機を検査する方法は、第１の出力レベルで圧縮機を作動させるステップと、第１の出力レベルで作動流体の流量を測定するステップと、作動流体の圧力を第１の所定の圧力に等しくなるように調整するステップと、第１の出力レベルで圧縮機の作動パラメータを測定するステップとを含む。本方法はまた、作動流体の圧力を第２の所定の圧力に等しくなるように調整するステップと、作動流体の圧力が第２の所定の圧力である状態で第１の出力レベルで圧縮機の作動パラメータを測定するステップとを含む。
【選択図】 図１

Description

本発明は、総括的には圧縮機のための検査装置に関連する。より具体的には、本発明は、圧縮機を検査するための較正流量制御モジュールについて記述する。

圧縮機は、ガスタービン、ジェットエンジン、及び様々なその他の産業用途において広く使用されている。一般的な圧縮機は、作動流体を徐々に加圧する複数段の翼形部を含む。複数段の翼形部は、作動流体を加速するブレード又はロータとしても知られている回転翼形部を含む。ステータ又はベーンとしても知られている固定翼形部は、作動流体を減速しかつ次の段の回転翼形部に向けて該作動流体の流れ方向を配向し直す。このようにして、圧縮機は、その後燃焼及び膨張して仕事を行うための加圧作動流体の連続流れを発生させる。

圧縮機の作動性能を検査するための様々な装置が存在する。例えば、米国特許第６２２００８６号には、タービンの圧縮機におけるサージ圧力比を検査するための方法及び装置が記載されている。本装置は、スロットルバルブを通して作動流体を圧縮機入口に供給するダクトを含む。スロットルバルブの位置は、検査時に圧縮機入口への作動流体の流れを暫く減少させるために一時的に変更される。

米国特許第６２２００８６号に記載されている検査装置は、圧縮機入口への作動流体の流れを正確に測定することができる能力を備えていない。さらに、この検査装置は、圧縮機入口内に流入させるのに先立って作動流体の温度を制御することができる能力を備えていない。従って、作動流体の流れにおける過渡的変化が所望の検査を行うのに十分でない場合には、そのプロセスを繰り返さなければならず、また所望の検査を行うために、スロットルバルブを一時的に変更して圧縮機入口への作動流体の流れをさらに暫く減少させなければならない。従って、検査装置は、所望の検査を行うために圧縮機入口への作動流体の流れを充分に減少させる正確なスロットル位置を決定する繰り返しのプロセスを必要とすることになる。

米国特許第６２２００８６号明細書 米国特許第７０６９１３７号明細書

従って、検査するために圧縮機に対して作動流体の所望の流れを正確に送給することができる検査装置の必要性が存在する。さらに、圧縮機入口内に流入させるのに先立って作動流体の温度を上昇させることができる検査装置の必要性が存在する。

本発明の態様及び利点は、以下において次の説明に記載しており、或いはそれら説明から自明なものとして理解することができ、或いは本発明の実施により学ぶことができる。

本発明の１つの実施形態では、圧縮機用の検査装置は、圧縮機と連結したバルブと、該バルブと連結したダクトとを含む。フローノズルがダクトに連結され、フローノズルは、対応する流量係数を有する。フローノズルと連結した圧力センサが、該フローノズルを流れる作動流体の圧力を測定し、作動流体の流量は、作動流体の圧力及びフローノズルの流量係数を使用して計算される。

本発明の別の実施形態では、圧縮機用の検査装置は、圧縮機と連結したバルブと、該バルブと連結したダクトとを含む。フローノズルがダクトに連結され、フローノズルは、対応する流量係数を有する。フローノズルを通る作動流体の流量を測定するための手段が、該フローノズルに連結される。

本発明はまた、圧縮機を検査する方法を含む。本方法は、第１の出力レベルで圧縮機を作動させるステップと、第１の出力レベルで圧縮機への作動流体の流量を測定するステップと、圧縮機に流入する作動流体の圧力が第１の所定の圧力に等しくなるまで該作動流体の圧力を調整するステップとを含む。本方法はさらに、圧縮機に流入する作動流体の圧力が第１の所定の圧力である状態で第１の出力レベルで該圧縮機の作動パラメータを測定するステップを含む。本方法はまた、圧縮機に流入する作動流体の圧力が第２の所定の圧力に等しくなるまで該作動流体の圧力を調整するステップと、圧縮機に流入する作動流体の圧力が第２の所定の圧力である状態で第１の出力レベルで該圧縮機の作動パラメータを測定するステップとを含む。

本明細書を精査することにより、当業者には、そのような実施形態の特徴及び態様並びにその他がより良好に理解されるであろう。

添付図面の図を参照することを含む本明細書の以下の残り部分において、当業者に対する本発明の最良の形態を含む本発明の完全かつ有効な開示をより具体的に説明する。

圧縮機検査装置内に含むことができる流量制御モジュールの実施形態の簡略平面図。 本発明の１つの実施形態による検査装置の簡略平面図。 本発明の別の実施形態による検査装置の簡略ブロック図。

次に、その１つ又はそれ以上の実施例を添付図面に示している本発明の現時点での実施形態を詳細に説明する。詳細な説明では、図面中の特徴要素を示すために参照符号及び文字表示を使用している。本発明の同様な又は類似した部品を示すために、図面及び説明において同様な又は類似した表示を使用している。

各実施例は、本発明の限定ではなくて本発明の説明として示している。実際には、本発明においてその技術的範囲及び技術思想から逸脱せずに修正及び変更を加えることができることは、当業者には明らかであろう。例えば、１つの実施形態の一部として例示し又は説明した特徴要素は、別の実施形態で使用してさらに別の実施形態を生成することができる。従って、本発明は、そのような修正及び変更を特許請求の範囲及びその均等物の技術的範囲内に属するものとして保護することを意図している。

図１は、圧縮機の検査装置内に含むことができる流量制御モジュール１０の実施形態の簡略平面図を示している。図示するように、流量制御モジュール１０は一般的に、バルブ１２、ダクト１４、フローノズル１６、及び該フローノズル１６を通る作動流体の流量を測定するための手段１８を含む。

バルブ１２は、流体を流し、止めることのできるものであれば、当業者に公知の任意の構造のものでよい。特定の実施形態では、バルブ１２はまた、検査する圧縮機への入口圧力を低下させるように絞るのを可能にすることができる。例えば、バルブ１２は、グローブバルブ、スロットルバルブ、ボールバルブ、ゲートバルブ、バタフライバルブ、又はあらゆる同等の構造とすることができる。選択した特定のバルブのタイプは、圧縮機における予測流量、温度及び／又は入口圧力のような作動因子に応じて決まることになる。例えば、３６インチフランジ付き端部弾性シート式バタフライバルブは、作動流体の十分な流量を可能にし、バルブにおける圧力低下を最少にしかつ絞り機能を備えた好適なバルブである。

バルブ１２はさらに、遠隔操作のためのアクチュエータ２０を含むことができる。アクチュエータ２０は、バルブ１２を遠隔操作する電気モータ、空気圧モータ、液圧モータ又はあらゆるその他の同等の装置とすることができる。

ダクト１４は、フローノズル１６をバルブ１２に連結しかつ作動流体用の流路を構成する。ダクト１４は、薄板金属、プラスチック、ウレタン又は塩化ポリビニールのようなあらゆる好適な材料で製作することができる。ダクト１４は、ＡＳＭＥノズルスロート部直径に基づいて所望のベータ比が得られるような寸法にされる。例えば、２４インチＡＳＭＥ長半径フローノズル及び０．５の所望のベータに好適なダクト１４は、４８インチの内径を有することができる。ダクト１４をフローノズル１６又はバルブ１２に連結するためには、付加的取付け具を必要とすることになる。

フローノズル１６は、作動流体の流れをダクト１４内に導く。フローノズル１６は一般的に、それを通って作動流体が流れる入口２２及びスロート部２４を含む。本発明の技術的範囲内の好適なフローノズル１６は、２４インチＡＳＭＥ長半径フローノズルとすることができる。

流量制御モジュール１０は、フローノズル１６を通り、従って圧縮機内に流れる作動流体の流量を正確に測定するように較正される。流量制御モジュール１０の較正は、該流量制御モジュール１０における流量係数（ｃ）対レイノズル数（Ｒｄ）の相関を決定する。

作動流体の流量を測定するための手段１８は、流体流量を測定するために当業者には公知の１つ又はそれ以上の圧力センサ、差圧センサ、パイロットチューブ、インパルスチューブ、又は同様の装置を含むことができる。例えば、フローノズル１６は、該フローノズル１６の入口２２及びスロート部２４にインパルスチューブのような１つ又はそれ以上の圧力センサ２６を含むことができる。圧力センサ２６は、差圧信号２８を生成するために使用することができ、この差圧信号２８は次に、流量係数と共に使用して流量制御モジュール１０を通る作動流体の流量を計算することができる。フローノズル１６はまた、作動流体の温度を測定する１つ又はそれ以上の温度センサ３０を含んでいて、計算した流量を作動流体の温度における変化に合わせて調整することができるようにすることができる。

図２は、本発明の１つの実施形態による検査装置３２の簡略平面図である。この実施形態では、検査装置３２は、プレナム３６によって圧縮機３８と連結した複数の流量制御モジュール３４を含む。検査装置における流量制御モジュール３４の実際の数は、検査する圧縮機の流量要件に応じて決まりかつ１個〜２４個又はそれ以上の範囲とすることができる。作動流体の全流量は、各流量制御モジュール３４を通る流量の合計として計算される。

図２に示すように、検査装置３２は、流量制御モジュール３４への入口にサイレンサ４０を含むことができる。サイレンサ４０は、騒音が減衰するかつ／又は異物が検査装置３２に流入するのを防止するために当技術分野では公知のスクリーン、平行バッフル、マフラ、又は好適な同等の構造体を含むことができる。サイレンサダクト４２は、サイレンサ４０を流量制御モジュール３４に連結する。

各流量制御モジュール３４は、図１に関してこれまで説明したのと同様に、バルブ４４、ダクト４６、フローノズル４８、及び流量を測定するための手段５０を含む。

プレナム３６は、流量制御モジュール３４を圧縮機３８に連結する。プレナム３６は、薄板金属、プラスチック、ウレタン又は塩化ポリビニールのようなあらゆる好適な材料で製作することができ、かつ圧縮機３８に予測される所望の流量に適応するような寸法にされる。プレナム３６は、圧縮機検査によって生じる圧力及び真空の変化に耐えることができなければならない。例えば、一般的な圧縮機検査は、流量制御モジュール３４の下流のプレナム内に約１．５気圧の圧力過渡状態及び水柱２００インチの真空過渡状態を発生させる可能性がある。

プレナム３６は、流量制御モジュール３４の下流で所望の流れ速度が得られるように作動流体の流れを導くバッフル又は穿孔プレート５２を含むことができる。好適な構成は、例えば約４８．５％の穿孔面積を有する３つの千鳥配置した穿孔プレート５２を含むことができる。

図３は、本発明の別の実施形態による、圧縮機５６に連結した検査装置５４の簡略ブロック図である。検査装置５４は、図１及び図２に関してこれまで説明したのと同様に、サイレンサ５８、１つ又はそれ以上の流量制御モジュール６０、及びプレナム６２を含む。作動流体は、サイレンサ５８を通って流量制御モジュール６０に流れる。流量制御モジュール６０は、作動流体の流量を正確に測定し、またバルブ６４の位置は、検査する圧縮機５６の入口において作動流体の所望の圧力が得られるように調整される。プレナム６２内の穿孔プレート６６は、該プレナム６２を圧縮機５６に連結する様々なエルボ６８及び移行部品７０を通して作動流体の流れを圧縮機５６に導く。

図３に示す検査装置５４はさらに、圧縮機５６内に流入させるのに先立って作動流体を加熱するブリードシステム７２を含む。ブリードシステム７２の第１の端部７４は、圧縮機５６の吐出口に連結され、またブリードシステム７２の第２の端部７６は、検査装置５４に連結される。ブリードシステム７２は、加圧かつ加熱作動流体の一部分を分流させて、検査装置５４、例えば流量制御モジュール６０の下流のプレナム６２に戻す。ブリードシステム７２は、検査装置５４に供給される分流空気の量を調整するように遠隔操作可能な流量制御バルブ７８を含むことができる。

本発明で説明した検査装置は、圧縮機の入口に結合して、圧縮機が様々な出力レベルで作動する時に圧縮機に流入する作動流体の流量を正確に測定しかつ該作動流体の圧力を調整することができる。例えば、特定の検査で必要となる第１の出力レベルで圧縮機が作動している状態で、検査装置は、圧縮機への作動流体の流量を正確に測定しかつ圧縮機に流入する作動流体の圧力が第１の所定の圧力に等しくなるまでバルブを調整することができる。排出温度、排出圧力及び加圧比のような圧縮機の作動パラメータは、第１の出力レベルで、第１の所定の圧力時における圧縮機の入口での作動流体の圧力と共に測定しかつ記録することができる。検査装置は次に、圧縮機に流入する作動流体の圧力が第２の所定の圧力に等しくなるまでバルブを調整することができ、またここでも圧縮機の作動パラメータを測定しかつ記録することができる。

検査は次に、第２の出力レベルで圧縮機が作動している状態で繰り返すことができる。以前と同様に、検査装置は、圧縮機に流入する作動流体の流量を正確に測定しかつ該作動流体の圧力を第３及び第４の所定の圧力に調整して、圧縮機の作動性能を検査する。第３及び第４の所定の圧力は、それぞれ第１及び第２の所定の圧力と同じものとすることができる。

圧縮機検査時に、検査装置はさらに、圧縮機の様々な出力レベルで作動流体の温度を測定することができる。圧縮機検査が作動流体の特定の温度を必要とする場合には、検査装置はさらに、圧縮機内に流入させるのに先立って作動流体を加熱するブリードシステムを使用することができる。さらに、検査装置は、圧縮機内に流入させるのに先立って穿孔プレートを通して作動流体を流して、圧縮機内への作動流体の流量を調整することができる。

特許請求の範囲に記載したような本発明の技術的範囲及び技術思想並びにその均等物から逸脱せずに本明細書に記載した本発明の実施形態に対して改良及び変更を加えることができることは当業者には分かるであろう。

１０ 流量制御モジュール
１２ バルブ
１４ ダクト
１６ フローノズル
１８ 流量測定手段
２０ アクチュエータ
２１ 取付け具
２２ 入口
２４ スロート部
２６ 圧力センサ
２８ 差圧信号
３０ 温度センサ
３２ 検査装置
３４ 流量制御モジュール
３６ プレナム
４０ サイレンサ
４２ サイレンサダクト
４４ バルブ
４６ ダクト
４８ フローノズル
５０ 流量測定手段
５２ 穿孔プレート
５４ 検査装置
５６ 圧縮機
５８ サイレンサ
６０ 流量制御モジュール
６２ プレナム
６４ バルブ
６６ 穿孔プレート
６８ エルボ
７０ 移行部品
７２ ブリードシステム
７４ 第１の端部
７６ 第２の端部
７８ 流量制御バルブ

Claims (18)

1. 圧縮機（５６）用の検査装置（５４）であって、当該検査装置（５４）が、
   （ａ）圧縮機（５６）と連結したバルブ（６４）と、
   （ｂ）バルブ（６４）と連結したダクト（４６）と、
   （ｃ）ダクト（４６）に連結されかつ対応する流量係数を有するフローノズル（４８）と、
   （ｄ）フローノズル（４８）に連結されて該フローノズル（４８）を流れる作動流体の圧力を測定する圧力センサ（２６）と
   を備えており、作動流体の圧力及びフローノズル（４８）の流量係数を用い作動流体の流量を計算することができる、検査装置（５４）。
2. フローノズル（４８）に連結されて該フローノズル（４８）を流れる作動流体の温度を測定する温度センサ（３０）をさらに備える、請求項１記載の検査装置（５４）。
3. フローノズル（４８）の上流にサイレンサ（５８）をさらに備える、請求項１記載の検査装置（５４）。
4. バルブ（６４）の下流にバッフル（６６）をさらに備える、請求項１記載の検査装置（５４）。
5. 圧縮機（５６）と検査装置（５４）との間に連結されて該検査装置（５４）に加熱作動流体を供給するブリードシステム（７２）をさらに備える、請求項１記載の検査装置（５４）。
6. バルブ（６４）がスロットルバルブである、請求項１記載の検査装置（５４）。
7. 圧縮機（５６）用の検査装置（５４）であって、
   （ａ）圧縮機（５６）と連結したバルブ（６４）と、
   （ｂ）バルブ（６４）と連結したダクト（４６）と、
   （ｃ）ダクト（４６）に連結されかつ対応する流量係数を有するフローノズル（４８）と、
   （ｄ）フローノズル（４８）に連結されて該フローノズル（４８）を通る作動流体の流量を測定するための手段と
   を備える検査装置（５４）。
8. 作動流体の流量を測定するための手段が、フローノズル（４８）を流れる作動流体の圧力を測定する圧力センサ（２６）を含む、請求項７記載の検査装置（５４）。
9. フローノズル（４８）に連結されて該フローノズル（４８）を流れる作動流体の温度を測定する温度センサ（３０）をさらに備える、請求項７記載の検査装置（５４）。
10. フローノズル（４８）の上流にサイレンサ（５８）をさらに備える、請求項７記載の検査装置（５４）。
11. バルブ（４８）の下流にバッフル（６６）をさらに備える、請求項７記載の検査装置（５４）。
12. 圧縮機（５６）と検査装置（５４）との間に連結されて、該検査装置（５４）に加熱作動流体を供給するブリードシステム（７２）をさらに備える、請求項７記載の検査装置（５４）。
13. バルブ（４８）がスロットルバルブである、請求項７記載の検査装置（５４）。
14. 圧縮機（５６）を検査する方法であって、
    （ａ）第１の出力レベルで圧縮機（５６）を作動させるステップと、
    （ｂ）第１の出力レベルで圧縮機（５６）への作動流体の流量を測定するステップと、
    （ｃ）圧縮機（５６）に流入する作動流体の圧力が第１の所定の圧力に等しくなるまで該作動流体の圧力を調整するステップと、
    （ｄ）圧縮機（５６）に流入する作動流体の圧力が第１の所定の圧力である状態で第１の出力レベルで圧縮機（５６）の作動パラメータを測定するステップと、
    （ｅ）圧縮機（５６）に流入する作動流体の圧力が第２の所定の圧力に等しくなるまで該作動流体の圧力を調整するステップと、
    （ｆ）圧縮機（５６）に流入する作動流体の圧力が第２の所定の圧力である状態で第１の出力レベルで圧縮機（５６）の作動パラメータを測定するステップと
    を含む方法。
15. （ａ）第２の出力レベルで圧縮機（５６）を作動させるステップと、
    （ｂ）第２の出力レベルで圧縮機（５６）への作動流体の流量を測定するステップと、
    （ｃ）圧縮機（５６）に流入する作動流体の圧力が第３の所定の圧力に等しくなるまで該作動流体の圧力を調整するステップと、
    （ｄ）圧縮機（５６）に流入する作動流体の圧力が第３の所定の圧力である状態で第２の出力レベルで圧縮機（５６）の作動パラメータを測定するステップと、
    （ｅ）圧縮機（５６）に流入する作動流体の圧力が第４の所定の圧力に等しくなるまで該作動流体の圧力を調整するステップと、
    （ｆ）圧縮機（５６）に流入する作動流体の圧力が第４の所定の圧力である状態で第２の出力レベルで圧縮機（５６）の作動パラメータを測定するステップと
    をさらに含む、請求項１４記載の方法。
16. 第１の出力レベルで作動流体の温度を測定するステップをさらに含む、請求項１４記載の方法。
17. 圧縮機（５６）内に流入させるのに先立って作動流体を加熱するステップをさらに含む、請求項１４記載の方法。
18. 圧縮機（５６）内に流入させるのに先立って穿孔プレートを通して作動流体を流すステップをさらに含む、請求項１４記載の方法。