JP4762316B2

JP4762316B2 - 固定式流体システムにおける過渡的圧力スパイク除去装置

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Publication number: JP4762316B2
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Authority: JP
Inventors: カムラン・エフテハリ・シャーロウディ; ケビン・イー・グリーブ
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Filing date: 2006-10-24
Publication date: 2011-08-31
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Description

本発明は概ね安全弁に関し、特に産業用タービンシステムに使用可能な安全弁に関する。

電力業界においては、発電用に産業用タービンシステムが用いられている。このタービンシステムは、特に、産業用タービン（例えばガスタービン）、供給タンク、供給スキッド、量定スキッド（メータリングスキッド）、ポンプ、安全弁、閉止弁、及び接続配管を含む。供給スキッドと量定スキッドとは協働して、産業用タービンに、ディーゼル燃料、ジェット燃料、ケロシン、ガス燃料などの液体燃料を供給する。

燃料の特性として、タービンシステムにおいて閉止弁（すなわちストップ弁）を突然閉じると、タービンシステムにおける急激な圧力上昇、すなわち圧力スパイクを生じることが多い。この圧力上昇すなわち圧力スパイクは、システムに燃料を送り込むポンプ（例えば容積式ポンプ又は遠心ポンプ）が事実上停止するか、又は安全弁が開くまで、継続する。ポンプの継続使用に加えて、ポンプの慣性、制御検出の遅れ、「水撃」作用、及び使用燃料の非圧縮性によっても、圧力が上昇する。

タービンシステムにおける圧力上昇率は、閉止弁が極めて速く閉じる場合に悪化することが多い。例えば、ある種の運転状況及び故障状況においては、タービンシステムにおいて用いられる閉止弁は、タービンが「オーバースピード」しないように、急速でなければならない。この閉止弁の合計閉止時間は、ほんの数ミリ秒となる可能性がある。このように急速に閉止弁を閉じることは、緊急状況下においてタービンへの燃料の流れを中断するという要件を充たすが、１００ポンド毎平方インチ（ｐｓｉ）毎ミリ秒を超える急速な圧力上昇が、閉止弁の直近の上流側に発生する可能性がある。そのような急激な圧力上昇に対して、装置（例えば配管、固定部品など）の上限圧力を超える前に、何らかの圧力逃がし対策を講じる必要がある。

圧力の急上昇のジレンマに加えて、閉止弁の急速な閉止は、設置状況によっては供給スキッドと量定スキッドとの間で７０フィート以上にもなり得る配管内に、大きな「慣性」圧力振動をも引き起こす。この圧力振動は、スキッドに用いられる感度の高い装置（例えば流量センサ、圧力センサ、フィルタ容器）を損傷する可能性がある。

いくつかの安全弁は、極めて急速に開いて圧力を逃がすように設計されてはいるが、これらの弁では典型的には流量が限られている。流量が限られているため、これらの弁は多くのタービンにおいて使用に適さない。当業者には自明であるが、安全弁の流量面積の増大と開き時間の短縮とは、相反する設計パラメータである。例えば、燃料ポンプによって供給される燃料の量（例えば毎分１５０ガロン）を受け入れるための十分な有効最大流れ面積を確保しつつ、圧力スパイクと慣性圧力振動とを抑制又は防止するように、極めて急速に（すなわち数ミリ秒又は数マイクロ秒で）開く安全弁の設計が試みられている。ある実施例の安全弁は、最大流量を供給するに足る大きさであったが、この弁の開放応答時間は約４０ミリ秒と、余りにも遅いものであった。４０ミリ秒という応答を改善するため、この安全弁を更に最適化することは、弁のバタつきによる望ましくないシステムの不安定をもたらす可能性があると思われた。

業界では、見込みのありそうな解決策がいくつか試みられた。一例では、過渡的圧力スパイクへの取組みとして、５ガロンのガスを充填した袋状の蓄圧タンクを２個、２個の閉止弁の上流側に設置した。このタイプの蓄圧タンクは、極めて急速に圧力を逃がす他に、流れ吸収率も極めて大きい。しかし、ガスが充填された袋状の蓄圧タンク内の圧力が温度の変化と共に変化し、これが問題を引き起こす可能性がある。例えば、温度変化によるガス充填圧力の変化の影響を和らげるため、温度制御システムを追加して蓄圧タンクの温度を調節しなければならなかった。ガスの充填が許容限度内に留まることを確保するため、ガス圧を定期的に監視し維持しなければならない。この解決策は、高価で、複雑で、潜在的に信頼性に欠けることが判明し、結果的に周辺システムが大型でコスト高になった。従って、信頼性を高めるため、タービンシステムに複数の蓄圧タンクを追加しても、ほとんどの適用例において、成果を得られないであろう。事実、蓄圧タンクを用いるとガス漏れの可能性が高まり、システムの全体的信頼性を低下させる。

圧力スパイクすなわち過渡的圧力への別の取組みとして、３方向閉止弁がタービンシステムに用いられて来た。残念ながら、これら装置は概して余り速くはないし（例えば閉止完了までに１００ミリ秒かかる）、所望のコストと全体的寸法を維持しつつ、より大きな寸法に適合させることは容易でない。また、これら設計は通常、液体燃料あるいは水への適用に限られる。そこで、コスト効果があり、信頼性が高く、効率的なやり方で、圧力スパイク及び過渡的圧力の影響を除去又は緩和できる装置が望まれるであろう。本発明は、そのような装置を提供する。本発明の上記及びその他の利点は、追加の発明的特徴と共に、本明細書に記載の発明の説明から明らかになるであろう。

本発明の一つの態様は、タービンシステムの燃料経路における過渡的圧力スパイクを低減するための装置を提供する。このタービンシステムは、閉止弁と安全弁とを有する。安全弁は、燃料経路において閉止弁の上流にある。この装置は、本体と、付勢部材と、可動分離部材とを備えている。本体は第１のチャンバと第２のチャンバとを形成する。第１のチャンバは閉止弁の上流において燃料経路に接続され、第２のチャンバは閉止弁の下流において燃料経路に接続されている。付勢部材と可動分離部材とは、本体内にある。可動分離部材は付勢部材によって第１のチャンバ側へ強制的に付勢され、閉止弁が開いているとき、第１のチャンバと第２のチャンバとを分離する。可動分離部材は、閉止弁が閉じているとき、第１のチャンバを膨張させ、付勢部材を圧縮するように構成されている。安全弁が開きつつあるとき、膨張しつつある第１のチャンバが燃料を溜め込んで、過渡的圧力スパイクが低減し、タービンシステムへ損傷を与えることが起こりにくくなる。

本発明の別の態様は、タービンシステムの燃料経路における過渡的圧力スパイクを低減するための装置を提供する。このタービンシステムは、閉止弁を有する。この装置は、本体と、付勢部材と、可動分離部材とを備えている。本体は第１のチャンバと、第２のチャンバと、第３のチャンバとを有する。第１のチャンバは閉止弁の上流において燃料経路に接続され、第２のチャンバは閉止弁の下流において燃料経路に接続されている。第３のチャンバは、第１のチャンバに隣接すると共に接続可能である。付勢部材と可動分離部材とは、本体内にある。可動分離部材は付勢部材によって第１のチャンバ側へ付勢され、閉止弁が開いているとき、第１のチャンバを第２のチャンバから分離する。可動分離部材は、閉止弁が閉じているとき、第１のチャンバを膨張させ、付勢部材を圧縮し、第１のチャンバと第３のチャンバとを連通させるように構成されている。閉止弁が閉じているとき、膨張している第１のチャンバ及び第３のチャンバの少なくとも一方が燃料を溜め込む。このようにして、過渡的圧力スパイクが低減され、タービンシステムへ損傷を与えることが起こりにくくなる。

本発明の更に別の態様は、タービンシステムの燃料経路における過渡的圧力スパイクを低減するための装置を提供する。このタービンシステムは、閉止弁を有する。この装置は、本体と、付勢部材と、可動分離部材とを備えている。本体は第１のチャンバと、第２のチャンバと、第３のチャンバとを有する。第１のチャンバは閉止弁の上流において燃料経路に接続され、第２のチャンバは閉止弁の下流において燃料経路に接続されている。第３のチャンバは、第１のチャンバに隣接すると共に接続可能である。第３のチャンバはリターン経路に接続されている。付勢部材と可動分離部材とは、本体内にある。可動分離部材は付勢部材によって第１のチャンバ側へ付勢され、第１のチャンバを第２のチャンバから分離する。閉止弁が開いているとき、可動分離部材は第１のチャンバと第３のチャンバとの間の流れを制限する。可動分離部材は、閉止弁が閉じているとき、第１のチャンバを膨張させ、付勢部材を圧縮し、第１のチャンバと第３のチャンバとを連通させるように構成されている。膨張した第１のチャンバが燃料を溜め込み、第３のチャンバはリターン経路を介して燃料を排出する。このようにして、過渡的圧力スパイクが低減され、タービンシステムへ損傷を与えることが起こりにくくなる。

本発明の他の側面、目的及び利点は、以下の詳細な説明及び添付図面からより明らかとなるだろう。

本明細書の中に組み込まれかつその一部を形成する添付図面は、本発明のいくつかの側面を例示し、その説明と共に、本発明の原理を説明するように機能する。

本発明を特定の好適な実施の形態と併せて説明するが、これらの実施の形態に限定するものではない。逆に、添付の特許請求の範囲により定義されるように、本発明の精神及び範囲により、すべての代替、改変、及び均等物を含めるよう意図する。

本発明は作動が極めて迅速で、高い流量を許容し、温度又は圧力制御システムが不要であり、流体力学的及び機械的振動及び／又は隣接する上流側及び下流側構成部品及び検出装置への損傷を低減し、気体及び液体燃料のいずれにも適し、コスト効率がよく、従来の閉止弁に一体構成が可能である。発明の詳細な説明に先立って、本発明の作動環境の典型例を簡単に説明する。当業者は、本発明が他の環境においても作動可能であることを認識するであろう。

図１に、発電用タービンシステム１０を示す。このタービンシステム１０は、本発明に関する典型的な環境を提供し、燃料経路２０すなわち燃料パイプの一部分又は複数の部分によって相互に連結された、主として産業用タービン１２（例えばガスタービン）と、供給タンク１４と、供給スキッド１６と、量定スキッド（メータリングスキッド）１８とを含む。供給スキッド１６と量定スキッド１８との間の燃料経路２０の長さは、７０フィート又はそれ以上になる場合がある。

産業用タービンは、産業界において市場入手可能な各種タービンの一つ、例えばテキサス州ヒューストン在のＧＥパワーシステムズ社製のＬＭＳ１００^ＴＭ高効率ガスタービンを用いることができる。この産業用タービン１２には、供給タンク１４に貯留され燃料経路２０を介して輸送される燃料２２が供給される。産業用タービン１２を動かす燃料２２は、液体燃料が好ましく、例えばディーゼル燃料、ジェット燃料、ケロシン、ガス燃料など、この分野で既知のものである。

供給スキッド１６は主として、燃料２２を燃料経路２０経由で加圧供給するポンプ２４と、燃料から混入物質を除去するフィルタ２６と、閉止弁２８とを含んでいる。量定スキッド１８は主として、量定装置３０（例えばセンサ、モニタ）と閉止弁３２とを含んでいる。安全弁３４、３６などの１つ以上の安全弁は、燃料経路２０内の圧力を軽減するのに適しており、さまざまな異なる場所でタービンシステム１０に組み込まれることが可能になっている。

以上で本発明が作動可能な環境を説明したので、以下、本発明を詳述する。図２は、タービンシステム１０のような容積式流体システム内の過渡的圧力スパイクを除去及び／又は軽減する装置３８を示す。この装置３８は、第１のチャンバ４２、第２のチャンバ４３、第３のチャンバ４４を形成する本体４０と、付勢部材４６と、可動分離部材４８とを備えている。

本体４０は、当技術分野において公知の任意の適当なバルブ材料で製作すればよい。本体４０は、図２に示すように燃料経路２０及び閉止弁２８と一体的に形成されていてもよいし、既存の燃料経路２０に装置３８を後付け可能なように構成されていてもよい。図示のように、本体４０は、一般的に付勢部材４６と可動分離部材４８とを収容して組み込んでいる。

図２に示すように、装置３８は燃料経路２０に接続され、複数の閉止弁の一つである弁２８を「またいで」いる。説明の都合上、燃料経路２０は、供給タンク１４から来ている上流部２１と、産業用タービン１２に向かう下流部２３とを有するものとする。両部２１、２３は、閉止弁２８によって画成、分離されている。図２に示すように閉止弁２８が開いて全開流量となっているとき、上流部２１は概して上流圧（Ｐ１）にあり、下流部２３は概して下流圧（Ｐ２）にある。

第１のチャンバ４２は、本体４０の一部と可動分離部材４８の一部とによって画成されている。第１のチャンバ４２は、圧力経路５０（すなわち逃がし口）によって燃料経路２０の上流部２１に接続されている。圧力経路５０は、燃料経路２０の上流部２１と第１のチャンバ４２とを制限なく完全に流体連通させる。従って、閉止弁が開いているとき、第１のチャンバ４２と上流部２１とは概して等圧（Ｐ１）である。図示のように、第１のチャンバ４２は、可動分離部材４８の寸法と形状に対応した大きさに形成されている。好ましくは、第１のチャンバ４２は円筒形で平滑な内壁を有している。

第２のチャンバ４３は、本体４０の一部と可動分離部材４８の一部とによって画成されている。好ましくは、第２のチャンバ４３は、円筒形で、第１のチャンバ４２より大きい。従って、図２に示すように、第１のチャンバ４２と第２のチャンバ４３との交点は、本体４０内に環状開口４９（すなわち第２の逃がし口）を画成する。第２のチャンバ４３は、感知経路５２によって燃料経路２０の下流部２３に接続されている。感知経路５２は、好ましくはオリフィス５４を備え、これが第２のチャンバ４３と下流部２３との間の燃料２２の流れを制限する。閉止弁が開いているとき、オリフィス５４によって、第２のチャンバ４３は、燃料経路２０の下流部２３の圧力（Ｐ２）よりわずかに低い圧力（Ｐ２’）になっている。

図２に示すように、第３のチャンバ４４は、本体４０の一部と、可動分離部材４８と、プラグ４５とによって画成されている。第３のチャンバ４４は、概して第１のチャンバ４２に隣接し、第３の圧力Ｐ３にある。図３に示す好ましい実施の形態においては、類似の参照符号が類似の部品を示し、プラグ４５が取り除かれて代わりにリターン経路８８を用い、これを第３のチャンバ４４に接続している。リターン経路８８は、好ましくは０ないし３００ｐｓｉｇ程度の範囲の低圧（Ｐ４）にある。図２と図３とに示すように、閉止弁２８が開いているとき、第３のチャンバ４４は、可動分離部材４８によって、第１のチャンバ４２との連通が制限される。

付勢部材４６は、好ましくはバネなどの弾性部材であって、第１端５６と第２端５８とを有する。第１端５６は第２のチャンバ４３内において本体４０の後壁６０に係合し、第２端５８は可動分離部材４８に固定されている。代替の実施の形態において、付勢部材４６は、別の場所、例えば第１のチャンバ４２内、又は本体４０の外部に配置することができる。付勢部材４６は、装置３８に取付けられたとき、少なくとも部分的に圧縮された状態にあることが好ましい。そのようにして、付勢部材４６は、可動分離部材４８を第１のチャンバ４２に向けて付勢し、本体４０に係合される。すなわち、付勢部材４６は「予圧」されている。付勢部材４６は圧力及び温度の変化に無関係であり、従って付勢部材４６の環境を調節するための圧力及び／又は温度制御システムは不要である。

可動分離部材４８は、第１のチャンバ４２を第２のチャンバ４３から分離する。図２に示す実施の形態においては、可動分離部材４８はプランジャとして示してあるが、可動分離部材はダイアフラム、ピストン、ブラダーなどでもよい。プランジャ型の可動分離部材４８は、円筒体６２と、この円筒形の本体における小開口６３と、本体の内壁どうし間を横切って延在する円形横断部材部分６４と、フランジ６６とを有する。

円筒体６２における小開口６３は、第３のチャンバ４４の開口４７からオフセットされ、芯ずれしている。例示した実施の形態においては、小開口６３と開口４７とは、各開口の最も近い端から約１／２インチだけオフセットさせてある。また、概して円筒体６２は、第１のチャンバ４２側を向いた第１の開口端６８と、第２のチャンバ４３側を向いた第２の開口端７０とを有する。第１の開口端６８と、円筒体６２と、及び／又は横断部材６４とが、燃料２２を捕捉するようになされた貯留空洞７２、すなわち「カップ」を共同で形成する。

円筒体６２の寸法は、装置３８内において可動分離部材４８が平行移動できるように定められている。好ましくは、可動分離部材４８は、軸方向に往復運動し、円筒体の一部が第１のチャンバ４２内から第２のチャンバ４３へ、またその逆へ移動するように構成されている。図２に示すように、フランジ６６は、第２のチャンバ４３内に配置された円筒体６２の一端から半径方向外側へ延び、本体４０の着座部７４に係合することによって、可動分離部材４８が第１のチャンバ４２内へ完全には入り込まないように制限している。図示してないが、円筒体６２と本体４０との間、及び／又はフランジ６６と着座部７４との間に、一つ又は複数のシール部材を挿入配置することができる。

可動分離部材４８は、概ね閉止弁２８を越えて配置される。実際、図２に方向付けしたように、閉止弁が全開のとき、横断部材６４は閉止弁２８に対して垂直に整列することが好ましい。このように配置すると、可動分離部材４８は、閉止弁２８の前後の圧力差を自動的に感知することができる。すなわち、可動分離部材４８は、第１のチャンバ４２と第２のチャンバ４３との間、及び燃料経路２０の上流部２１と下流部２３との間の圧力差を感知する。

タービン１２がフル稼動していおり、最大量の燃料２２が燃料経路２０と閉止弁２８とを通って流れているとき、横断部材６４の両側間（すなわち第１のチャンバ４２と第２のチャンバ４３との間、及び上流部２１と下流部２３との間）の圧力差はわずか（例えば１０ｐｓｉ程度）であることが好ましい。この小さな圧力差は、これが可動分離部材４８を第２のチャンバ４３側へ移動することをうながすのだが、付勢部材４６が予圧されているので、この付勢力が逆作用する。従って、閉止弁２８が全開になっている正常運転の際、可動分離部材４８のフランジ６６は、本体４０の着座部７４に向けて付勢される。

典型的な実施の形態において、付勢部材４６の、たわみの無い完全に伸びた状態での軸方向長さは、約８インチである。更に、第２のチャンバ内において可動分離部材と本体４０の後壁６０との間に挟まれて多少圧縮された状態のとき、付勢部材４６は可動分離部材４８に対して約１３０ポンドの付勢力を与える。更に、本実施の形態において可動分離部材４８の直径は約２インチ６／１０（半径が１インチ３／１０）であり、付勢部材４６は、約８０ｐｓｉの力が作用するようになっている。そのような実施の形態においては、可動分離部材４８の質量は１ポンド３／１０、オリフィス５４の直径は約５／１００インチである。

引き続き上記実施の形態において、本体４０と可動分離部材との間の静摩擦は、約１０ポンド毎平方インチである一方、動摩擦は約２ポンド毎平方インチであるという差がある。これらのパラメータに基づいて、可動分離部材４８の最高推定速度（すなわち速さ）は約１２０インチ毎秒である。

作動の際、閉止弁２８が、例えば数ミリ秒又は数マイクロ秒で急速に閉じると、装置３８は作動が要求される。例えば、閉止弁２８のようにこの技術分野で公知の複数の閉止弁の一つは、６５ミリ秒という速さで流れを制限することができる。この６５ミリ秒のうち約５０ミリ秒は、第１段階の遅れと第２段階の遅れとが重なっているので、実際には弁２８は最大流量を流す状態から流量ゼロの状態へ、約１５ミリ秒で変化する。

図２において、閉止弁２８が急速に閉じると、燃料経路２０の上流部２１内の上流圧力（Ｐ１）は急激に上昇する。もしもポンプ２４（図１）が、依然として圧送中か、作動が停止していないか、及び／又は閉止弁が閉止可能である速度よりも低速度でポンプ２４が作動停止すると、圧力上昇率及び圧力上昇は、より大きくなる。燃料経路２０の上流部２１内の圧力（Ｐ１）が上昇すると、第１のチャンバ４２内の圧力（Ｐ１）は、圧力経路５０を介して連通しているので、対応して上昇する。第１のチャンバ内の圧力が上昇すると、可動分離部材４８へ力が作用する。可動分離部材４８へ作用する力が増加すると、可動分離部材に接する付勢部材４６の付勢力は、この力に負け始める。

更に、閉止弁２８が閉じると、燃料経路の下流部２３内の下流圧力（Ｐ２）が急激に低下し始める。圧力（Ｐ２）の急激な低下は、感知経路５２を介して連通している第２のチャンバ４３内の圧力（Ｐ２’）をも低下させる。このことは、第１のチャンバ内の圧力の上昇によって第２のチャンバ内の圧力が上昇する標準的なアキュムレータとは、大きく異なる。第２のチャンバ４３内の圧力（Ｐ２’）が、第１のチャンバ４２内の圧力上昇と同時に低下するので、可動分離部材４８の横断部材６４の両側の圧力差は急速に増大する。従って、可動分離部材４８は、従来のアキュムレータよりも迅速に反応し、動くことができる。もしもタービン１２（図１）が運転を継続し、燃料経路２０の下流部２３における燃料２２の継続供給を要求すれば、第２のチャンバ４３内の圧力低下率及び圧力低下は、より大きくなるであろう。

第１のチャンバ４２内の上昇した圧力と第２のチャンバ４３内の低下した圧力とが、可動分離部材４８の両側の圧力差を、共同で急速に変化させ始める。可動分離部材４８の両側の圧力差が、付勢部材４６の予圧と付勢力とによって定まる特有のレベルに達すると、可動分離部材は第２のチャンバ４３側へ移動し始める。例えば、本実施の形態においては、この差圧レベルは、約２５ないし７５ｐｓｉである。可動分離部材４８を移動させるのに必要な特有の圧力差は比較的小さいので、閉止弁２８が閉じられたときの可動分離部材の動きは、ほとんど瞬間的である。

装置３８は、そして特に可動分離部材４８は、図２、３に示した「閉じた」位置から図４、５に示した「開いた」位置へ極めて迅速に移動可能である。可動分離部材４８が閉位置から開位置へ平行移動するので、第１のチャンバ４２が膨張すると、装置３８は、貯留空洞７２を用いて、ある程度アキュムレータのような作用をする。好ましくは、膨張中の第１のチャンバ４２（図４、５）は、ポンプ２４が燃料を吐出するより速い率で燃料２２を吸収できる。本実施の形態においては、膨張中の第１のチャンバ４２は、毎秒６４０立方インチの燃料２２を吸収可能であり、これはポンプの吐出量より１０パーセント以上多い。膨張した第１のチャンバ４２が、短時間のうちに全ポンプ流量を吸収できるので、リターン経路８８において流体運動量に打ち勝つための、より多くの時間が利用可能であり、第３のチャンバ４４と開口４７とは比較的小さくできる。

可動分離部材４８が第２のチャンバ４３側へ十分な距離だけ移動すると、図４及び図５に示すように、小開口６３はもはや本体４０によって遮られることなく、第３のチャンバ４４の開口４７に整列する。開位置において、整列された小開口６３と開口４７とは、追加の燃料が膨張した第１のチャンバ４２から引き続き排出され、第３のチャンバ４４へ放出されることを可能にする。第３のチャンバ４４が図５に示すようにリターン経路８８に接続されていれば、燃料２２はリターン経路からも排出される。従って、この装置３８は、かなりの量の燃料２２の貯留が可能であるのみならず、第３のチャンバ４４へ、しかも場合によってはリターン経路８８へも、燃料を排出可能である。

図４に示す実施の形態においては、貯留空洞７２、膨張した第１のチャンバ４２、及び第３のチャンバ４４の一つ又は複数が、十分な燃料２２を吸収し、安全弁３４、３６（図１）の一方又は両方に、これらが開いて燃料経路２０の上流部２１内の圧力を低減するための十分な時間を与える。図５に示す実施の形態においては、貯留空洞７２、膨張した第１のチャンバ４２、第３のチャンバ４４、及びリターン経路８８の一つ又は複数が、十分な燃料２２を吸収し、燃料経路２０の上流部２１内の圧力を分散させる。リターン経路８８を用いるので、安全弁３４、３６は一般的に不要である。

以上の説明から、装置３８の二重機能性（吸収と排出）が圧力スパイクと過渡的圧力とを除去することができる。これらを補償せずにおけば、閉止弁２８、３２のいずれかが急速に閉止した場合の機械的及び／又は流体力学的振動によって閉止弁２８の上流及び下流において、タービンシステム１０全体にわたって損傷をこうむる可能性がある。このようにして、感度の高い部品、例えばセンサ、フィルタ、コンテナ、パイプ、などが損傷を免れる。

有利なことに、装置３８は自己作動式であるため、追加の制御システムが不要であり、追加の圧送又は作動源（例えば電気的、流体圧的、及び空気圧的な作動源）が不要であり、寄生流れの割合を増大させずに運転可能である。更に、装置３８は、閉止弁２８、３２の漏れ分類を変更せず、高圧フランジ及び配管を使用する必要性を排除し、過渡的圧力スパイクの低減及び／又は除去をしようとする代替策よりも、コスト効率がよく、信頼性が高く、構成が複雑でない。また、小開口６３が開くときまでには、横断部材がすでに最高速度で動いているので、流動力（例えば横断部材６４の動きに対抗する傾向のあるベルヌーイの定理による力）が不安定さを生じさせることがない。

本明細書中で引用する公報、特許出願及び特許を含むすべての文献は、各文献を個々に具体的に示し、参照して組み込んだのと同様に、また、その開示内容のすべて記載されているのと同様に、ここで参照して組み込まれる。

本発明の説明に関連して（特に特許請求の範囲に関連して）用いられる名詞及び同様な指示語の使用は、本明細書中で特に指摘したり、明らかに文脈と矛盾したりしない限り、単数及び複数の両方に及ぶものと解釈される。語句「備える」、「有する」、「含む」及び「包含する」は、特に断りのない限り、オープンエンドターム（すなわち「〜を含むが限定しない」という意味）として解釈される。本明細書中の数値範囲の記載は、本明細書中で特に指摘しない限り、単にその範囲内に該当する各値を個々に言及するための略記法としての役割を果たすことだけを意図しており、各値は、本明細書中で個々に記載されているのと同様に、明細書に組み込まれる。本明細書中で説明されるすべての方法は、本明細書中で特に指摘したり、明らかに文脈と矛盾したりしない限り、あらゆる適切な順番で行うことができる。本明細書中で使用するあらゆる例又は例示的な言い回し（例えば「など」）は、特に主張しない限り、単に本発明をよりよく説明することだけを意図し、本発明の範囲に対する制限を設けるものではない。明細書中の如何なる言い回しも、本発明の実施に不可欠である、特許請求の範囲に記載されていない要素を示すものとは解釈されないものとする。

本明細書中では、発明を実施するため本発明者が知っている最良の形態を含め、本発明の好ましい実施の形態について説明している。当業者にとっては、上記説明を読んだ上で、これらの好ましい実施の形態の変形が明らかとなろう。本発明者は、熟練者が適宜このような変形を適用することを期待しており、本明細書中で具体的に説明される以外の方法で発明が実施されることを予定している。従って本発明は、準拠法で許されているように、本明細書に添付された特許請求の範囲に記載の内容の修正及び均等物をすべて含む。更に、本明細書中で特に指摘したり、明らかに文脈と矛盾したりしない限り、好ましい実施の形態で考えられるすべての変形における上記要素のいずれの組合せも本発明に包含される。

閉止弁を用い本発明が作動するタービンシステム環境の簡易概略図である。本発明の教示によって構成された、過渡的圧力スパイク除去装置の閉止位置における実施の形態の簡易概略図である。本発明の教示によって構成された、過渡的圧力スパイク除去装置の閉止位置における別の実施の形態の簡易概略図である。図２の装置の開放位置における簡易概略図である。図３の装置の開放位置における簡易概略図である。

符号の説明

１０タービンシステム
１６供給スキッド
１８量定スキッド
２０燃料経路
２１上流部
２２燃料
２３下流部
２８、３２閉止弁
３４、３６安全弁
３８過渡的圧力スパイク低減装置
４０本体
４２第１のチャンバ
４３第２のチャンバ
４４第３のチャンバ
４６付勢部材
４７開口
４８可動分離部材
５２感知経路
５４オリフィス
６３小開口
７２貯留空洞
８８リターン経路

Claims

タービンシステムの燃料経路における過渡的圧力スパイクを低減するための装置であって、前記タービンシステムは閉止弁と安全弁とを有し、前記安全弁は前記燃料経路における前記閉止弁の上流側に位置し、
前記閉止弁の上流において前記燃料経路に接続された第１のチャンバと、前記閉止弁の下流において前記燃料経路に接続された第２のチャンバとを形成する本体と、
前記本体内にある付勢部材と、
前記本体内にある可動分離部材であって、前記付勢部材によって前記第１のチャンバ側へ付勢され、前記閉止弁が開いているときに前記第１のチャンバと前記第２のチャンバとを分離し、前記閉止弁が閉じているときに前記第１のチャンバを膨張させると共に前記付勢部材を圧縮する可動分離部材とを備え、
前記安全弁が開きつつあるときに膨張する前記第１のチャンバが燃料を貯留することにより、前記過渡的圧力スパイクを低減し前記タービンシステムへ損傷を与えることを起こりにくくし、
前記可動分離部材の第１の部分が前記第１のチャンバ内に配置され、前記可動分離部材の第２の部分が前記第２のチャンバ内に配置され、前記閉止弁が閉じているときに前記第２の部分が前記第２のチャンバ内へ強制的に押し込まれる、
過渡的圧力スパイク低減装置。
前記付勢部材が圧縮されたバネである、請求項１に記載の過渡的圧力スパイク低減装置。
前記可動分離部材は、プランジャ、ダイアフラム、ピストン、及びブラダーからなる群から選ばれた一部材である、請求項１又は請求項２に記載の過渡的圧力スパイク低減装置。
前記第２のチャンバが前記閉止弁の下流の前記燃料経路に感知経路によって接続され、前記感知経路が感知経路オリフィスを含む、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の過渡的圧力スパイク低減装置。
タービンシステムの燃料経路における過渡的圧力スパイクを低減するための装置であって、前記タービンシステムが閉止弁を有し、
第１のチャンバと第２のチャンバと第３のチャンバとを有する本体であって、前記第１のチャンバが前記閉止弁の上流において前記燃料経路に接続され、前記第２のチャンバが前記閉止弁の下流において前記燃料経路に接続され、前記第３のチャンバが前記第１のチャンバに対して隣接すると共に接続可能である本体と、
前記本体内にある付勢部材と、
前記本体内にある可動分離部材であって、前記閉止弁が開いているときに前記付勢部材によって前記第１のチャンバ側へ付勢されると共に前記第１のチャンバを前記第２のチャンバから分離し、前記閉止弁が閉じているときに前記第１のチャンバを膨張させると共に前記付勢部材を圧縮して前記第１のチャンバと前記第３のチャンバとを連通させるように構成された可動分離部材とを備え、
前記閉止弁が閉じているときに、膨張している前記第１のチャンバと前記第３のチャンバとの少なくとも一方が燃料を貯留することによって過渡的圧力スパイクを低減し前記タービンシステムへ損傷を与えることを起こりにくくし、
膨張した前記第１のチャンバと前記第３のチャンバとが、前記閉止弁が閉じられたとき、安全弁にこれが開く時間を与えるように構成された、
過渡的圧力スパイク低減装置。
タービンシステムの燃料経路における過渡的圧力スパイクを低減するための装置であって、前記タービンシステムが閉止弁を有し、
第１のチャンバと第２のチャンバと第３のチャンバとを有する本体であって、前記第１のチャンバが前記閉止弁の上流において前記燃料経路に接続され、前記第２のチャンバが前記閉止弁の下流において前記燃料経路に接続され、前記第３のチャンバが前記第１のチャンバに対して隣接すると共に接続可能である本体と、
前記本体内にある付勢部材と、
前記本体内にある可動分離部材であって、前記閉止弁が開いているときに前記付勢部材によって前記第１のチャンバ側へ付勢されると共に前記第１のチャンバを前記第２のチャンバから分離し、前記閉止弁が閉じているときに前記第１のチャンバを膨張させると共に前記付勢部材を圧縮して前記第１のチャンバと前記第３のチャンバとを連通させるように構成された可動分離部材とを備え、
前記閉止弁が閉じているときに、膨張している前記第１のチャンバと前記第３のチャンバとの少なくとも一方が燃料を貯留することによって過渡的圧力スパイクを低減し前記タービンシステムへ損傷を与えることを起こりにくくし、
前記第３のチャンバがリターン経路に接続され、前記リターン経路は、前記閉止弁が閉じられたときに前記第３のチャンバ、膨張した前記第１のチャンバ、及び前記閉止弁よりも上流の経路の少なくとも一つから燃料を排出するように構成された、
過渡的圧力スパイク低減装置。
タービンシステムの燃料経路における過渡的圧力スパイクを低減するための装置であって、前記タービンシステムが閉止弁を有し、
第１のチャンバと第２のチャンバと第３のチャンバとを有する本体であって、前記第１のチャンバが前記閉止弁の上流において前記燃料経路に接続され、前記第２のチャンバが前記閉止弁の下流において前記燃料経路に接続され、前記第３のチャンバが前記第１のチャンバに対して隣接すると共に接続可能である本体と、
前記本体内にある付勢部材と、
前記本体内にある可動分離部材であって、前記閉止弁が開いているときに前記付勢部材によって前記第１のチャンバ側へ付勢されると共に前記第１のチャンバを前記第２のチャンバから分離し、前記閉止弁が閉じているときに前記第１のチャンバを膨張させると共に前記付勢部材を圧縮して前記第１のチャンバと前記第３のチャンバとを連通させるように構成された可動分離部材とを備え、
前記閉止弁が閉じているときに、膨張している前記第１のチャンバと前記第３のチャンバとの少なくとも一方が燃料を貯留することによって過渡的圧力スパイクを低減し前記タービンシステムへ損傷を与えることを起こりにくくし、
前記第３のチャンバが前記第１のチャンバ側を向いた開口を有し、前記可動分離部材が前記第３のチャンバ側を向いた小開口を有し、前記可動分離部材が、前記閉止弁が開いているときに前記開口を塞ぎ、前記閉止弁が閉じられているときに前記開口と前記小開口とを整列させるように構成されている、
過渡的圧力スパイク低減装置。
タービンシステムの燃料経路における過渡的圧力スパイクを低減するための装置であって、前記タービンシステムが閉止弁を有し、
第１のチャンバと第２のチャンバと第３のチャンバとを有する本体であって、前記第１のチャンバが前記閉止弁の上流において前記燃料経路に接続され、前記第２のチャンバが前記閉止弁の下流において前記燃料経路に接続され、前記第３のチャンバが前記第１のチャンバに対して隣接すると共に接続可能である本体と、
前記本体内にある付勢部材と、
前記本体内にある可動分離部材であって、前記閉止弁が開いているときに前記付勢部材によって前記第１のチャンバ側へ付勢されると共に前記第１のチャンバを前記第２のチャンバから分離し、前記閉止弁が閉じているときに前記第１のチャンバを膨張させると共に前記付勢部材を圧縮して前記第１のチャンバと前記第３のチャンバとを連通させるように構成された可動分離部材とを備え、
前記閉止弁が閉じているときに、膨張している前記第１のチャンバと前記第３のチャンバとの少なくとも一方が燃料を貯留することによって過渡的圧力スパイクを低減し前記タービンシステムへ損傷を与えることを起こりにくくし、
前記可動分離部材が貯留空洞を有するプランジャであり、前記貯留空洞は前記第１のチャンバ側を向いた開口を有すると共に前記閉止弁が閉じられているときに燃料を受け入れ、前記受け入れられた燃料が前記可動分離部材を前記第２のチャンバ側へ押し込む、
過渡的圧力スパイク低減装置。
前記第１のチャンバ内の第１の圧力が、前記閉止弁の上流の前記経路内の上流圧力に等しい、請求項５乃至請求項８のいずれか１項に記載の過渡的圧力スパイク低減装置。
前記第２のチャンバ内の第２の圧力が、前記閉止弁の下流の前記経路内の下流圧力より低い、請求項５乃至請求項９のいずれか１項に記載の過渡的圧力スパイク低減装置。
前記閉止弁が開いているときに、前記第１のチャンバ内の第１の圧力から前記可動分離部材に作用する力が、前記第２のチャンバ内の第２の圧力及び前記付勢部材の両方から前記可動分離部材に作用する対抗力と等しい、請求項５乃至請求項１０のいずれか１項に記載の過渡的圧力スパイク低減装置。
前記閉止弁が閉じられており燃料が前記燃料経路を流れているときに、前記第１のチャンバ内の第１の圧力から前記可動分離部材に作用する力が、前記第２のチャンバ内の第２の圧力と前記付勢部材との両方から前記可動分離部材に作用する対抗力より大きい、請求項５乃至請求項１１のいずれか１項に記載の過渡的圧力スパイク低減装置。
前記燃料が、ジェット燃料、ディーゼル燃料、及びケロシンからなる群から選ばれる、請求項５乃至請求項１２のいずれか１項に記載の過渡的圧力スパイク低減装置。
前記閉止弁が、ガスタービンシステム内の供給スキッドに配置され、前記供給スキッドは前記燃料経路へ前記燃料を供給するように構成されている、請求項５乃至請求項１３のいずれか１項に記載の過渡的圧力スパイク低減装置。
前記閉止弁が、ガスタービンシステム内の量定スキッドに配置され、前記量定スキッドは、前記燃料経路によって供給される前記燃料をモニタするように構成されている、請求項５乃至請求項１３のいずれか１項に記載の過渡的圧力スパイク低減装置。
タービンシステムの燃料経路内の過渡的圧力スパイクを低減するための装置であって、
第１のチャンバ、第２のチャンバ及び第３のチャンバを含む本体であって、前記第１のチャンバが閉止弁の上流で前記燃料経路に接続され、前記第２のチャンバが前記閉止弁の下流で前記燃料経路に接続され、前記第３のチャンバが前記第１のチャンバに隣接すると共に接続可能でありかつリターン経路に接続された、本体と、
前記本体内にある付勢部材と、
前記本体内にある可動分離部材であって、前記付勢部材によって前記第１のチャンバ側へ付勢されて前記第１のチャンバを前記第２のチャンバから分離し、前記閉止弁が開いているときに前記第１のチャンバと前記第３のチャンバとの間の流れを制限し、前記閉止弁が閉じているときに前記第１のチャンバを膨張させ前記付勢部材を圧縮して前記第１のチャンバと第３のチャンバとを連通させるように構成された可動分離部材とを備え、
前記膨張した第１のチャンバが燃料を貯留し、前記第３のチャンバが前記リターン経路を介して前記燃料を排出して、前記過渡的圧力を低減しタービンシステムへ損傷を与えることを起こりにくくする、
過渡的圧力スパイク低減装置。
前記第３のチャンバが更に前記燃料を貯留する、請求項１６に記載の過渡的圧力スパイク低減装置。
前記付勢部材が、圧縮されたバネであり、前記可動分離部材が、前記第１のチャンバ側を向いた開口を持つ貯留空洞を有するプランジャである、請求項１６又は請求項１７に記載の過渡的圧力スパイク低減装置。
前記閉止弁が、前記本体と一体に形成されている、請求項１６乃至請求項１８のいずれか１項に記載の過渡的圧力スパイク低減装置。