JP2018510289A - Apparatus, system, and method for compressing a process fluid - Google Patents
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Abstract
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。The supersonic compressor of the present invention includes an inlet configured to receive and flow process fluid. The supersonic compressor may further include a rotating shaft and a centrifugal impeller coupled thereto. The centrifugal impeller may be configured to energize the received process fluid to at least partially radially release the process fluid at an outlet absolute Mach number of about 1 or more. The supersonic compressor may further include a stationary diffuser disposed circumferentially around the centrifugal impeller and configured to receive process fluid from the centrifugal impeller and convert the applied energy. The supersonic compressor may further include a collector fluidly coupled to collect process fluid discharged from the diffuser such that the supersonic compressor is configured to provide a compression ratio of at least about 8: 1. Good.
Description
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。 This invention was made with government support under government contract number DOE-DE-FE000003 granted by the US Department of Energy. The government has certain rights in the invention.
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。 This application is a US patent having US Provisional Patent Application No. 62 / 139,027 filed on March 27, 2015 and US Patent Application No. 15 / 073,820 filed on March 18, 2016. Claims the benefit of the application. The aforementioned patent application is hereby incorporated by reference in its entirety to the extent that it is consistent with the present application.
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。 Compressors and systems including compressors have already been developed, and these are typically applied by applying mechanical energy to the gas in a low pressure environment and transferring the gas to the high pressure environment. By compressing, it is used in a wide variety of industrial processes (such as oil refineries, offshore oil production platforms, and subsea process control systems) to compress gas. Compressed gas may be utilized for efficient work performance or one or more downstream process operations. Conventional compressors are used in an increasing number of offshore oil production facilities and other environments and face space constraints. Thus, the demand for smaller, lighter and more compact compressors is increasing. In addition, for commercial purposes, it is desirable for such compact compressors to achieve higher compression ratios (eg, 10: 1 or higher) while maintaining a compact configuration.
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。 In view of the above, those skilled in the art often attempt to achieve higher compression ratios by increasing the number of compression stages in the compressor. However, increasing the number of compression stages increases the components required to achieve the desired compressor throughput (eg, mass flow) and pressure increase to achieve higher compression ratios (eg, impellers and / or Increase the number of all other complex parts). Increasing the number of components required for these compact compressors may increase the length required for the rotating shaft and / or increase the distance required between the rotating shaft bearings. In many cases, these requirements can result in larger and less compact compressors as compared to compact compressors with fewer compression stages. Further, in many cases, increasing the number of compression stages of a compact compressor does not provide the desired higher compression ratio, or even if the desired compression ratio is achieved, the compact compressor is efficient. It shows a decline, making such compact compressors commercially undesirable.
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。 Therefore, there is a need for an efficient compression system that can increase the compression ratio in a compact configuration that is economically and commercially feasible.
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。 Embodiments of the present disclosure may provide a supersonic compressor. The supersonic compressor may include a housing and an inlet coupled to or integral with the housing, the inlet defining an inlet passage configured to receive and flow process fluid. The supersonic compressor may also include a plurality of inlet guide vanes coupled to the housing and extending into the inlet passage. The supersonic compressor may further include a rotating shaft configured to be driven by the driving device, and a centrifugal impeller coupled to the rotating shaft. The centrifugal impeller includes a plurality of flow paths formed by the centrifugal impeller. And is fluidly connected to the inlet passage. The centrifugal impeller has a tip and energizes the process fluid received via the inlet passage, and at least partially radially through the plurality of channels with an absolute outlet Mach number of about 1 or more. It is configured to discharge process fluid from the tip. The supersonic compressor may also include a balance piston configured to balance the axial thrust generated by the centrifugal impeller. The supersonic compressor may further include a stationary diffuser disposed circumferentially around the tip of the centrifugal impeller. The fixed diffuser is partially bounded by a shroud wall and a hub wall that define an annular diffuser passage. The stationary diffuser may be configured to receive process fluid from a plurality of flow paths of the centrifugal impeller and convert the applied energy within the annular diffuser passage. The supersonic compressor may further include a collector fluidly coupled to the annular diffuser passage, wherein the collector is annular so that the supersonic compressor is configured to provide a compression ratio of at least about 8: 1. It is configured to collect the process fluid discharged through the diffuser passage.
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。 Embodiments of the present disclosure may further provide a compression system. The compression system is operably coupled to the drive device via a drive shaft, a drive device configured to provide rotational energy to the drive shaft, and a rotary shaft integrated with or coupled to the drive shaft. And a supersonic compressor. The supersonic compressor may include a compressor chassis and an inlet that defines an inlet passage configured to allow process fluid to flow therethrough. The process fluid may have a first velocity and a first pressure energy. The supersonic compressor includes a plurality of inlet guide vanes rotatably connected to the compressor chassis and extending into the inlet passage, and a plurality of flow paths connected to the rotating shaft and formed by a centrifugal impeller. And a centrifugal impeller that is fluidly coupled to the inlet passage. The centrifugal impeller may have a tip and increase the first velocity and first pressure energy of the process fluid received via the inlet passage, and increase the second velocity and second pressure energy. The process fluid may be configured to be at least partially discharged radially from the chip via the plurality of flow paths. The second velocity may be supersonic with an exit absolute Mach number of about 1 or greater. The supersonic compressor may include a fixed diffuser disposed circumferentially around the tip of the centrifugal impeller, the fixed diffuser defining an annular diffuser passage fluidly connected to the plurality of flow paths. The annular diffuser passage may be configured to receive the process fluid and reduce the second velocity of the process fluid to a third velocity and increase the second pressure energy to the third pressure energy. The third speed is subsonic. The supersonic compressor is configured to receive a process fluid fluidly coupled to and flowing from the annular diffuser passage such that the supersonic compressor is configured to provide a compression ratio of at least about 8: 1. A discharge volute may be included.
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。 Embodiments of the present disclosure may further provide a method for compressing a process fluid. The method may include driving the rotating shaft of the supersonic compressor via a drive device operably coupled to the supersonic compressor. The method also includes an inlet defined by the inlet of the supersonic compressor via at least one operable inlet guide vane pivotally connected to the housing of the supersonic compressor and extending into the inlet passage. Establishing fluid properties of the process fluid flowing through the passage may be included. This method uses a centrifugal mounted around a rotating shaft so that the process fluid flowing through the inlet passage of the supersonic compressor is drawn into the centrifugal impeller and discharged from the tip of the centrifugal impeller through a plurality of flow paths. A step of rotating the impeller may be included. The discharged process fluid may have a supersonic speed with an exit absolute Mach number of about 1.0 or greater. The method may also include flowing a discharge process fluid having supersonic speed through an annular diffuser passage defined by a stationary diffuser and fluidly connected to the plurality of flow paths. This increases the pressure energy of the released process fluid and compresses the released process fluid at a compression ratio of about 8: 1 or greater.
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。 The present disclosure will be best understood from the following detailed description when read with the accompanying drawing figures. It should be emphasized that the various features are not shown to scale in accordance with standard practice in the industry. Indeed, the dimensions of the various features may be arbitrarily increased or decreased for clarity of discussion.
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。 It should be understood that the following disclosure describes several exemplary embodiments for implementing various features, structures, or functions of the present invention. To simplify the present disclosure, exemplary embodiments of components, arrangements, and configurations are described below; however, these exemplary embodiments are provided as examples only, and It is not intended to limit the scope. In addition, the present disclosure may repeat reference signs and / or text in various exemplary embodiments and throughout the drawings provided herein. These repetitions are for the sake of simplicity and clarity and do not prescribe the relationship between the various exemplary embodiments and / or configurations discussed in the various drawings. Furthermore, the formation of the first feature on the second feature in the following description may include an embodiment in which the first and second features are formed in direct contact with each other, and Embodiments may be included in which additional features are formed between the first and second features such that the first and second features are not in direct contact. Finally, the exemplary embodiments presented below may be combined in any combination of ways, i.e., any of the exemplary embodiments without departing from the scope of the disclosure herein. The element may be used in any other exemplary embodiment.
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。 In addition, specific terminology is used throughout the following description and claims to refer to specific components. As will be appreciated by those skilled in the art, the various components may refer to the same component with different names, and the naming conventions for the elements described herein are not expressly specified herein. In no way is it intended to limit the scope of the invention. Furthermore, the naming conventions used herein are not intended to distinguish between components that differ in name but not function. Further, in the following description and claims, the terms “including” and “comprising” are used in an unrestricted manner, so that “including, but not limited to” Should be taken to mean. All numerical values in this disclosure may be accurate or approximate unless stated otherwise. Accordingly, various embodiments of the disclosure may deviate from the numbers, numbers, and ranges disclosed herein without departing from the intended scope. Further, as used in the claims or specification, the term “or” is intended to encompass both exclusive and generic cases unless the context clearly dictates otherwise. That is, “A or B” is intended to be synonymous with “at least one of A and B”.
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。
FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic diagram of an
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。
The
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。
The
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。
In the exemplary embodiment,
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。
The
It may have a compression ratio of 0: 1.
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。
FIG. 2 illustrates a cross-sectional view of an embodiment of a
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。
The
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。
As illustrated in FIG. 2, the
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。
In one or more embodiments, the
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。
The
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。
As illustrated in FIG. 2, the
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。
The
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。
In one or more embodiments, the process fluid at the
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。
Referring now to FIGS. 3-5 following FIG. 2, FIG. 3 shows a perspective view of a
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。
As shown in FIG. 2 and more clearly shown in FIGS. 3-5, the
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。
The plurality of
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。
The plurality of
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。
As most clearly shown in FIGS. 2 and 3, each of the
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。
The
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。
In one or more embodiments, the
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。
When placed between adjacent
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。
In one or more embodiments, the
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。
When placed between adjacent
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。
In an exemplary embodiment, the first percentage amount may be greater than the second percentage amount. In another embodiment, the first percentage amount may be less than the second percentage amount. For example, the difference in displacement between the
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。
As illustrated in FIGS. 3 to 5, a plurality of
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。
As will be appreciated by those skilled in the art, the desired displacement of the
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。
As illustrated in FIG. 2, the
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。
With continued reference to FIG. 2, in the embodiment most clearly shown in FIG. 4, the
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。
The fixed
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。
With continued reference to FIG. 2, in another embodiment shown most clearly in FIG. 5, a fixed
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。
The
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。
In the exemplary embodiment,
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。
As illustrated in FIG. 5, a plurality of
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。
In the exemplary embodiment, the
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。
In the exemplary embodiment, the incidence of the
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。
In another embodiment, the fixed
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。
As described above, in one or more embodiments, the
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。
The flow of process fluid discharged from the
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。
With continued reference to FIGS. 1-5, one or more exemplary operating aspects of the
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。
The process fluid may be drawn into the
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。
Process fluid may be drawn into the rotating
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。
In one embodiment, the
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。
The speed of the supersonic process fluid flowing into the
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。
The process fluid exiting the
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。
The process fluid that is pressurized, circulated, contained, or otherwise utilized in the
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。
In an exemplary embodiment, the process fluid or process fluid mixture may be carbon dioxide or may include carbon dioxide. The amount of carbon dioxide in the process fluid or process fluid mixture is at least about 80%, at least about 85%, at least about 90%, at least about 95%, at least about 96%, at least about 97%, at least about 98 by volume. %, At least about 99%, or more. By utilizing carbon dioxide as a process fluid or as a component or part of a process fluid mixture in the
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。
The carbon dioxide may be of a particular type, source, purity, or grade. For example, industrial grade carbon dioxide may be utilized as a process fluid without departing from the scope of the disclosure herein. Further, as described above, the process fluid may be a mixture or a process fluid mixture. The process fluid mixture may be selected with respect to one or more desired properties of the process fluid mixture within the
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。
FIG. 6 is a flowchart illustrating an
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。
The
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。
In
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。 The stationary diffuser may be a vaneless diffuser partially surrounded by a shroud wall and a hub wall that defines an annular diffuser passage between the shroud wall and the hub wall. The shroud wall defining the annular diffuser passage may be a straight wall, a relief wall, or a combination thereof, and the hub wall defining the annular diffuser passage is a straight wall, a relief wall, Alternatively, a combination thereof may be used. In another embodiment, the stationary diffuser may be a vaned diffuser partially surrounded by a shroud wall and a hub wall defining an annular diffuser passage between the shroud wall and the hub wall. The attached diffuser may include a plurality of low stiffness diffuser vanes extending into the annular diffuser passage from either or both of the shroud wall and the hub wall.
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。 It should be understood that all numbers and ranges disclosed herein are approximate numbers and ranges, regardless of whether “about” is used together. The term “about” as used herein, in conjunction with a number, is a value that is +/− 5% (inclusive), +/− 10% (inclusive) of the number. Or a (inclusive) value that is +/− 15% of the number. If a numerical range is disclosed herein, it should be further understood that any numerical value within that range is also specifically disclosed.
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。 Certain embodiments and features have been described using a set of numerical upper limits and a set of numerical lower limits. Any two value combinations, such as any lower and higher value combinations, any two lower value combinations, and / or any two higher value combinations are not otherwise indicated. It should be understood that it is considered as far as possible.
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。 The foregoing has outlined rather broadly the features of several embodiments so that those skilled in the art may better understand the present disclosure. One of ordinary skill in the art can use the present disclosure as a basis for designing or modifying other processes and structures to perform the embodiments introduced herein for the same purpose and / or achieve the same advantages. It should be understood that can be easily used. Those skilled in the art should realize such equivalent configurations without departing from the spirit and scope of the present disclosure, and that various changes, substitutions and modifications can be made without departing from the spirit and scope of the present disclosure. Should be understood.
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
DESCRIPTION OF
Claims (20)
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。 A supersonic compressor,
A housing;
An inlet coupled to or integral with the housing, the inlet defining an inlet passage, the inlet passage configured to receive and flow process fluid therethrough;
A plurality of inlet guide vanes coupled to the housing and extending into the inlet passage;
A rotating shaft configured to be driven by a drive device;
A centrifugal impeller coupled to the rotating shaft, wherein the centrifugal impeller is fluidly coupled to the inlet passage through a plurality of flow paths formed by the centrifugal impeller, and the centrifugal impeller has a tip. And energizing the process fluid received via the inlet passage and at least partially radially through the plurality of channels from the tip with an absolute Mach number of about 1 or more. A centrifugal impeller configured to discharge process fluid;
A balance piston configured to balance the axial thrust generated by the centrifugal impeller;
A stationary diffuser disposed circumferentially around the tip of the centrifugal impeller, the stationary diffuser being partially bounded by a shroud wall and a hub wall defining an annular diffuser passage therebetween; The fixed diffuser is defined and configured to receive process fluid from the plurality of flow paths of the centrifugal impeller and to convert applied energy within the annular diffuser passage. When,
A collector fluidly connected to the annular diffuser passage and configured to collect process fluid discharged from the annular diffuser passage;
With
The supersonic compressor is configured to provide a compression ratio of at least about 8: 1.
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。 The plurality of inlet guide vanes are rotatably connected to the housing,
The balance piston is integral with the centrifugal impeller;
The supersonic compressor according to claim 1, wherein the collector is a discharge volute configured to discharge process fluid to a downstream processing component.
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。 The supersonic compressor is configured to provide a compression ratio of at least about 10: 1;
The process fluid contains carbon dioxide,
The centrifugal impeller is configured to discharge process fluid from the tip at an outlet absolute Mach number of about 1.3 or greater, at least partially in the radial direction, through the plurality of flow paths,
The supersonic compressor according to claim 1, wherein the centrifugal impeller is further configured to rotate through the rotating shaft at a rotational speed of about 500 meters per second or more.
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。 The centrifugal impeller includes a hub and a plurality of blades extending therefrom and forming the plurality of flow paths,
Each of the plurality of blades includes a leading edge, and at least one leading edge of the plurality of blades is spaced from the at least one other leading edge of the plurality of blades in a meridian direction. The supersonic compressor according to claim 1, wherein the compressor is a supersonic compressor.
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。 A compression system,
A drive device comprising a drive shaft, wherein the drive device is configured to provide rotational energy to the drive shaft; and
A supersonic compressor that is integrated with the drive shaft or operatively connected to the drive device via a rotating shaft connected to the drive shaft, the supersonic compressor comprising:
A compressor chassis,
An inlet defining an inlet passage, the inlet passage configured to flow process fluid therethrough, the process fluid having a first velocity and a first pressure energy;
A plurality of inlet guide vanes pivotably connected to the compressor chassis and extending into the inlet passage;
A centrifugal impeller coupled to the rotating shaft, wherein the centrifugal impeller is fluidly coupled to the inlet passage through a plurality of flow paths formed by the centrifugal impeller, and the centrifugal impeller has a tip. And a process fluid having a second velocity and a second pressure energy to increase the first velocity and the first pressure energy of the process fluid received via the inlet passage. A centrifugal impeller configured to discharge at least partially in the radial direction from the tip through the plurality of channels, wherein the second velocity is a supersonic velocity having an outlet absolute Mach number of about 1 or more When,
A stationary diffuser that is circumferentially disposed about the tip of the centrifugal impeller and defines an annular diffuser passage fluidly connected to the plurality of flow paths, the annular diffuser passage receiving a process fluid; And configured to reduce a second speed of the process fluid to a third speed and to increase the second pressure energy to a third pressure energy, the third speed being subsonic. A fixed diffuser,
A discharge volute fluidly connected to the annular diffuser passage and configured to receive a process fluid flowing therefrom;
With
The supersonic compressor is configured to provide a compression ratio of at least about 8: 1.
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。 The supersonic compressor is
A shroud having an abradable material disposed adjacent to a plurality of blades extending from a hub of the centrifugal impeller and forming the plurality of flow paths fluidly connected to the annular diffuser passage and the inlet passage;
A balance piston integrated with the centrifugal impeller and configured to balance axial thrust generated by the centrifugal impeller;
Further comprising
The supersonic compressor is configured to provide a compression ratio of at least about 10: 1;
The process fluid contains carbon dioxide,
The compression system of claim 11, wherein the second speed has an exit absolute Mach number of about 1.3 or greater.
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。 The stationary diffuser is partially bounded by a shroud wall and a hub wall defining the annular diffuser passage therebetween;
The plurality of low stiffness diffuser vanes are arranged vertically in the annular diffuser passage, and from the shroud wall, the hub wall, or both the shroud wall and the hub wall into the annular diffuser passage. The compression system of claim 15, wherein the compression system extends.
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。 A method for compressing a process fluid comprising:
Driving the rotating shaft of the supersonic compressor via a drive device operably coupled to the supersonic compressor;
A fluid characteristic of the process fluid flowing through an inlet passage defined by the inlet of the supersonic compressor is at least one pivotally connected to the housing of the supersonic compressor and extending into the inlet passage. Establishing via an operable inlet guide vane;
The process fluid flowing through the inlet passage of the supersonic compressor is attached around the rotating shaft so that it is drawn into the centrifugal impeller and discharged from the tip of the centrifugal impeller through a plurality of flow paths. Rotating the centrifugal impeller, wherein the discharged process fluid has a supersonic velocity with an exit absolute Mach number greater than or equal to about 1.0;
The discharged process fluid having supersonic speed is fixed to a fixed diffuser so that the pressure energy of the discharged process fluid is increased and the discharged process fluid is compressed at a compression ratio of about 8: 1 or more. Flowing through an annular diffuser passage defined by and fluidly connected to the plurality of flow paths;
A method comprising the steps of:
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。 Adjusting the at least one operable inlet guide vane to establish fluid properties of the process fluid;
The fluid property is selected from the group consisting of a flow pattern, a first velocity, mass flow rate, pressure, and temperature; and
The method of claim 17, wherein the process fluid comprises carbon dioxide.
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。 The stationary diffuser is a vaneless diffuser partially delimited by a shroud wall and a hub wall defining an annular diffuser passage therebetween;
The shroud wall that delimits the annular diffuser passage is a straight wall, an undulating wall, or a combination thereof;
The method of claim 17, wherein the hub wall that delimits the annular diffuser passage is a straight wall, a undulating wall, or a combination thereof.
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。 The stationary diffuser is a vaned diffuser partially bounded by a shroud wall and a hub wall defining the annular diffuser passage therebetween;
The method of claim 17, wherein the stationary diffuser comprises a plurality of low stiffness diffuser vanes extending into the annular diffuser passage from either or both of a shroud wall and a hub wall.
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A912 | Re-examination (zenchi) completed and case transferred to appeal board |
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C22 | Notice of designation (change) of administrative judge |
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