JP6163495B2 - 弁を作動させる装置及び方法 - Google Patents

Description

本明細書に開示の本発明の実施形態は一般に、アクチュエータ式弁を有すると共に石油・ガス産業で用いられる往復圧縮機において静水圧を担うように構成される装置と方法とに関する。

圧縮機は気体の圧力を増加させる機械装置であって、エンジン、タービン、発電、極低温用途、石油及びガスの精製等において見られる。その広範な用途により、圧縮機に関係する様々な機構及び技術はしばしば圧縮機の効率の向上と特定の動作環境に関係する問題の解決とを目的とする研究の対象となる。石油・ガス産業において用いられる圧縮機に関して考慮しなければならない１つの特別な状況は、圧縮される流体が往々にして腐食性且つ可燃性であることである。石油・ガス産業で用いられる設備の公認の業界標準を定める機関であるアメリカ石油協会（ＡＰＩ）は、往復圧縮機に関する最小限の要求事項一式を列挙した文書であるＡＰＩ６１８を発行した（この文書の２０１１年６月時点の版を参照により本明細書に組み込む）。

圧縮機は、容積式圧縮機（例えば往復、スクリュー又はベーン圧縮機）又は動圧縮機（例えば遠心又は軸流圧縮機）として分類される。容積式圧縮機において、気体は、ある一定量の気体を閉じ込め、然る後にその容積を減少させることによって圧縮される。動圧縮機では、気体は、運動エネルギーを回転要素（インペラ等）から圧縮機により圧縮される気体に伝達することによって圧縮される。

図１は、石油・ガス産業において用いられる従来の２室型往復圧縮機１０（即ち容積式圧縮機）の図である。圧縮はシリンダ２０において行なわれる。圧縮される流体（例えば天然ガス）は入口３０を介してシリンダ２０内に導入され、圧縮後に、出口４０を介して排出される。圧縮機は、循環過程で動作し、この循環過程中にシリンダ２０内においてピストン５０がヘッド側２６とクランク側２８との間で移動することにより流体が圧縮される。ピストン５０はシリンダ２０を、循環過程の異なる段階で作用する２つの圧縮室２２及び２４に分割し、圧縮室２２の容積が最小値となる時に圧縮室２４の容積は最大値となり、逆もまた同様である。

吸込み弁３２及び３４は、開弁すると、圧縮される（即ち第１／吸込み圧力ｐ₁を有する）流体を入口３０からそれぞれ圧縮室２２及び２４内に導入可能にする。吐出し弁４２及び４４は、開弁すると、圧縮された（即ち第２／吐出し圧力ｐ₂を有する）流体をそれぞれ圧縮室２２及び２４から出口４０を介して排出可能にする。ピストン５０は、クランク軸６０からクロスヘッド７０とピストンロッド８０とを介して伝達されるエネルギーにより移動する。従来的に、往復圧縮機に用いられる吸込み及び圧縮弁は、弁の前後差圧によって閉弁状態（即ち流体の通過を防止する）と開弁状態（即ち流体の通過を可能にする）との間で切り替えられる自動弁である。

一般的な圧縮サイクルは、拡大と吸込みと圧縮と吐出しとの４つの段階を含む。圧縮された流体が圧縮サイクルの終了時点で圧縮室から排出される時、送出圧力ｐ₂の少量の流体がすき間容積（即ち圧縮室の最小容積）内に閉じ込められたままになる。圧縮サイクルの拡大段階及び吸込み段階では、ピストンが移動して圧縮室の容積を増加させる。拡大段階の開始時点で送出弁が閉弁し（吸込み弁は閉弁したまま）、よって、流体が利用できる圧縮室の容積が増加するため、閉じ込められた流体の圧力は低下する。圧縮サイクルの吸込み段階は、圧縮室内の圧力が吸込み圧力ｐ₁と等しくなって吸込み弁の開弁が起こる時点から始まる。吸込み段階では、圧縮室の最大容積に達するまで、圧縮室の容積と圧縮される流体（圧力ｐ₁）の量とが増加していく。

圧縮サイクルの圧縮及び吐出し段階において、ピストンは、拡大及び圧縮段階中の移動方向とは反対の方向に移動して、圧縮室の容積を減少させる。圧縮段階中は、吸込み及び送出弁の両方が閉弁し、圧縮室の容積が減少するため、圧縮室内の流体の圧力は増大する（吸込み圧力ｐ₁から送出圧力ｐ₂へ）。圧縮サイクルの送出段階は、圧縮室内の圧力が送出圧力ｐ₂に等しくなって送出弁の開弁が起こる時点から始まる。送出段階では、圧縮室の最小（すき間）容積に達するまで、送出圧力ｐ₂の流体が圧縮室から排出される。

自動弁（弁の前後差圧によって開閉する）の代わりにアクチュエータ式弁を用いることにより、効率を高め、すき間容積を減少させることができる。しかし、石油・ガス産業で用いられる往復圧縮機の特殊な技術的要件、即ち現在利用可能なアクチュエータによって達成されるものと比べて大きい力、大きい押しのけ容積及び短い応答時間という技術的要件のために、アクチュエータ式弁の使用はまだ進んでいない。現在利用可能なアクチュエータの中にはこれらの要件の１つを満たすものはあるが、これらの全ての条件を同時に満たすことはできない。加えて、石油・ガス産業における往復圧縮機の使用に付随する腐食と損害を伴う爆発の危険性とが更にアクチュエータ式弁の使用を妨げ、アクチュエータを圧縮機の外側に配置することが必要になっている。

アクチュエータは往復圧縮機の外側に配置されるため、アクチュエータが弁閉じ部材を動作させるために必要な大きい力は、ひとつには往復圧縮機内の流体と環境との間の差圧（静水圧として知られる）に起因する。加えて、電磁アクチュエータが短い作動時間で大きい力を発生させる時に、アクチュエータは相当量の熱も発生させ、この熱の放散が問題になることがある（場合によっては冷却システムを必要とすることさえある）。このため、弁を作動させるために必要な力を小さくすることができれば有利である。従って、往復圧縮機において弁を作動させるために必要な力を小さくすることができる弁組立体及び方法を得ることが望ましい。

国際公開第２００９−１４６２２２号

現在の本発明の概念の様々な実施形態は、石油・ガス産業で用いられる往復圧縮機の弁を作動させる上での技術的問題を解決する装置と方法とを示すものである。特に、様々な実施形態は、圧縮機内における静水圧の影響を取り除いて、以って必要とされる作動力を小さくするように構成される。作動力を小さくすることにより、石油・ガス産業で用いられる往復圧縮機に求められる短い作動時間で必要な（より小さい）力を発生させることができる電磁アクチュエータを、放熱の問題を生じさせることなしに使用することが可能になる。

１つの例証的な実施形態によれば、石油・ガス産業用往復圧縮機に用いることができる弁組立体は、アクチュエータと軸とカラーとスラストブッシュとを含む。アクチュエータは変位を起こさせるように構成される。軸は、この変位によって引き起こされる回転運動を受けると共に往復圧縮機の圧縮機本体の内側に侵入するように構成される。カラーは、軸が圧縮機本体の内側に侵入する位置に近接して配置される。スラストブッシュはカラーと圧縮機本体との間に配置される。回転運動は圧縮機本体の内側において弁の弁閉じ部材を作動させる。

また他の例証的な実施形態によれば、石油・ガス産業で用いられる往復圧縮機の内側で弁を作動させる方法は、変位を起こさせる段階と、変位による回転運動を、第１の流動媒体がある圧縮機の外側から第１の流動媒体より実質的に高い圧力を有する第２の流動媒体がある圧縮機本体の内側へと軸を介して伝達する段階とを含む。更に、この方法は、圧縮機本体の内側の軸上のカラーと、カラーと圧縮機本体との間のスラストブッシュとを用いることによって、第２の媒体と第１の媒体との間の静水圧による力を除去する段階を含む。

また他の例証的な実施形態によれば、石油・ガス産業で用いられる往復圧縮機は、（１）流体を環境から分離するように構成される圧縮機本体と、（２）圧縮機本体上において弁を動作させるように構成される弁組立体とを有する。弁組立体は、（Ａ）圧縮機本体の外側に配置されると共に変位を起こさせるアクチュエータと、（Ｂ）変位によって引き起こされる回転運動を受けると共に往復圧縮機の圧縮機本体の内側に侵入するように構成される軸と、（Ｃ）軸が圧縮機本体の内側に侵入する位置に近接して配置されるカラーと、（Ｄ）流体と環境との間の静水圧による力を低減するように構成されるスラストブッシュとを含む。回転運動は弁の弁閉じ部材を作動させる。

また他の例証的な実施形態によれば、当初は自動弁を有する往復圧縮機を改装する方法を提供する。この方法は、往復圧縮機の圧縮機本体の外側に変位を起こさせるように構成されるアクチュエータを取り付ける段階と、圧縮機本体の内側に侵入する軸であって、変位による回転運動を受けると共に自身が圧縮機本体の内側に侵入する位置に近接してカラーを有する軸を自動弁の弁閉じ部材に接続する段階とを含む。この方法は、更に、圧縮機本体の内側の流体と圧縮機本体の外側の環境との間の静水圧による力を減衰させるように構成されるスラストブッシュを、圧縮機本体の内側においてカラーと圧縮機本体との間に取り付ける段階を含む。

本明細書に組み込まれると共に本明細書の一部分を構成する添付図面は、１つ以上の実施形態の図であり、詳細な説明と組み合わさって、これらの実施形態を説明するものである。

従来の２室型往復圧縮機の略図である。 圧縮機本体の内側にアクチュエータを有する弁組立体を示す略図である。 圧縮機本体の外側にアクチュエータを有する弁組立体を示す略図である。 例証的な実施形態に従った往復圧縮機の略図である。 例証的な実施形態に従って静水圧を担うように構成される弁組立体の略図である。 例証的な実施形態に従った弁組立体の略図である。 また他の例証的な実施形態に従った弁組立体の略図である。 また他の例証的な実施形態に従った弁組立体の略図である。 また他の例証的な実施形態に従った弁組立体の略図である。 また他の例証的な実施形態に従った弁組立体の略図である。 石油・ガス産業で用いられる往復圧縮機の内側において弁を作動させる、例証的な実施形態に従った方法の流れ図である。 石油・ガス産業で用いられる往復圧縮機を改装する、例証的な実施形態に従った方法を示す流れ図である。

以下の例証的な実施形態の説明では添付図面を参照する。異なる図中の同じ参照符号は同じ又は同様の要素を示す。以下の詳細な説明は本発明を制限するものではない。寧ろ、本発明の範囲は添付の特許請求の範囲によって画定される。以下の実施形態の説明は、簡単にするために、石油・ガス産業で用いられるアクチュエータ式弁を有する往復圧縮機の用語及び構造に関するものである。しかし、以下に説明する実施形態はこれらのシステムに制限されるわけでなく、その他のシステムにも適用可能である。

本明細書全体を通じて「１つの実施形態」又は「実施形態」という表現は、ある実施形態と関連して説明される特定の特徴、構造又は特性が開示の本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。よって、本明細書全体を通じて様々な箇所に見られる「１つの実施形態において」又は「実施形態において」という言いまわしは必ずしも同じ実施形態を指すわけではない。更に、こうした特定の特徴、構造又は特性を１つ以上の実施形態においていかなる適切な態様で組み合わせてもよい。

以下に説明する実施形態の１つの目的は、往復圧縮機において１つ以上のアクチュエータ式弁を使用することを可能にする装置（即ち弁組立体）及び方法を提供することにある。最初に、アクチュエータを圧縮機本体の内側又は外側のいずれに配置するかを考えなければならない。

図２に示す第１の構成において、弁組立体２００は、圧縮機本体２２０の内側、特には、圧縮機本体２２０と流体連通すると共にアクチュエータ２１０を受け入れるように構成されるカバー２３０の内側にアクチュエータ２１０を含む。ステム２４０は変位とそれに付随する作動力とを弁閉じ部材２５０（例えばディスク、ボール、プラグ等）に伝達する。

これに代わる方法として、図３に示すように、弁組立体３００は圧縮機本体３２０の外側に配置されるアクチュエータ３１０を含む。ステム３３０は、例えばカバー３４０を貫通して圧縮機本体の内側に侵入して弁閉じ部材３５０を作動させる。

アクチュエータ２１０及び３１０は、線形変位をもたらす線形アクチュエータ又は角変位をもたらす回転アクチュエータであってよい。線形アクチュエータの場合は、アクチュエータからアクチュエータ軸を介して弁の可動部に伝達される作動力の大きさは、アクチュエータが圧縮機本体の内側又は外側のいずれに配置されるかによって異なる。

アクチュエータ３１０（即ち圧縮機本体の外側に配置される線形アクチュエータ）では、作動力は、弁の前後の圧力差を克服するために必要な第１の力Ｆ₁と、圧縮機本体の内側の流体と圧縮機本体の外側の周囲圧力との間の差である静水圧を克服するために必要な第２の力Ｆ₂との総和を上回らなければならない。第１の力Ｆ₁は弁の可動部３５０の表面に比例し、第２の力Ｆ₂はアクチュエータ軸３３０の表面に比例する。アクチュエータ軸３３０の表面は弁の可動部３５０の表面より実質的に小さいが、弁の前後の圧力差は静水圧より実質的に小さくなる（例えば１バール対３００バール）。この作動力は、現在利用可能なアクチュエータが所要の短い作動時間（例えば約５ミリ秒）で相対的に大きい変位（例えば約１０〜１５ｍｍ）を達成するためにもたらすことができる力より大きくなる場合もある。

アクチュエータ２１０（即ち圧縮機本体の内側に配置される線形アクチュエータ）では、作動力は弁の前後の圧力差による第１の力Ｆ₁を克服しさえすればよいため、アクチュエータ３１０に要求される作動力より小さくなる。

しかし、アクチュエータが圧縮機本体の内側に配置される場合は、特に圧縮対象の流体が腐食性且つ可燃性である時には、克服しなければならない付加的な技術的問題がある。アクチュエータの内部の部分は、腐食性の流体による損傷を防ぐために特殊なコーティング及びシーリングを必要とし、そのために熱の放散が困難になることがある。特にアクチュエータが電動アクチュエータである場合、圧縮機本体の内側のアクチュエータをこうした可燃性の環境で動作させることは、アクチュエータに関係ある火花によりいつ爆発が起こってもおかしくない危険性があるため、安全ではない。

よって、圧縮される流体（例えば天然ガス）の爆発の危険性を回避するために、（１つ以上の）弁の弁閉じ部材を動作させるように構成され且つ接続される（１つ以上の）アクチュエータを好ましくは圧縮機本体の外側に取り付けて、アクチュエータが腐食性且つ可燃性の流体と直接接触しないようにするのである。

図４は、１つ以上のアクチュエータ式弁を有する往復圧縮機４００の略図である。圧縮機４００は２室型往復圧縮機である。しかし、図５〜１０に示すものと同様の実施形態に従った弁組立体は、単室型往復圧縮機にも使用可能である。圧縮はシリンダ４２０内で行なわれる。圧縮対象の流体（例えば天然ガス）は入口４３０を介してシリンダ４２０内に導入され、圧縮後に出口４４０を介して排出される。圧縮は、ピストン４５０がシリンダ４２０に沿ってヘッド側４２６とクランク側４２８との間で前後に移動することによって行なわれる。ピストン４５０はシリンダ４２０を、循環過程の異なる段階で作用する２つの圧縮室４２２及び４２４に分割し、圧縮室４２２の容積が最小値となる時に圧縮室４２４の容積は最大値となり、逆もまた同様である。

吸込み弁４３２及び４３４は、開弁すると、圧縮される（即ち第１圧力Ｐ₁を有する）流体を入口４３０からそれぞれ圧縮室４２２及び４２４内に導入可能にする。吐出し弁４４２及び４４４は、開弁すると、圧縮された（即ち第２圧力Ｐ₂を有する）流体をそれぞれ圧縮室４２２及び４２４から出口４４０を介して排出可能にする。ピストン４５０は、例えばクランク軸（図示せず）からクロスヘッド（図示せず）とピストンロッド４８０とを介してエネルギーを受けることにより移動する。図３において、弁４３２、４３４、４４２及び４４４は、シリンダ４２０の側壁に配置されるものとして示されている。しかし、弁４３２及び４４２と４３４及び４４４とは、それぞれシリンダ４２０のヘッド側４２６又はクランク側４２８に配置されてもよい。

弁の弁閉じ部材の両側の差圧によって開く自動弁とは対照的に、図４の４３２のようなアクチュエータ式弁は、図４の４３７のようなアクチュエータがステム４３５を介して弁４３２の弁閉じ部材４３３に伝達される力を加えて、以って弁閉じ部材４３３の線形変位又は角変位を誘導すると開く。ステム４３５は、作動動作がアクチュエータ４３７から弁閉じ部材に伝達される態様を制限することを意図するものではなく、この目的のためにステム４３５の代わりにその他の運動伝達及び変換機構を用いてもよい。往復圧縮機４００の１つ以上の弁をアクチュエータ式弁とすることができる。一部の実施形態では、アクチュエータ式弁と自動弁との組合せも想到され、例えば吸込み弁をアクチュエータ式にする一方で吐出し弁を自動弁としてもよい。

１つ以上のアクチュエータ式弁（例えば図４の４３２）は、図５に示す弁組立体５００のような、静水圧を担うように構成される弁組立体を含む。アクチュエータ５１０は（線形又は角）変位を起こさせると共に、ステム５２０を介してこの変位を弁閉じ部材５３０に伝達する。ステム５２０は圧縮機本体５４０の内側に侵入する。侵入位置に近接し且つ圧縮機本体５４０の内側において、ステム５２０はカラー５５０（即ちより大きい直径を有する部分）を有する。弁組立体５００は更に、カラー５５０と圧縮機本体５４０との間に配置されるブッシュ５６０を含む。圧縮機本体５４０と軸５２０との間に配置される１つ以上の運動用シール５７０（例えばラビリンスシール）は流体が圧縮機本体５４０の内側から環境中に脱出するのを防ぐ。

アクチュエータ５１０とステム５２０が圧縮機本体５４０の内側に侵入する位置との間又はステム５２０が圧縮機本体５４０の内側に侵入する位置と弁閉じ部材５３０との間に様々な機械要素を用いて、アクチュエータ５４０により起こされる線形変位及び角変位の増幅及び／又はこれらの変位間の変換を行なうことができる。ステム５２０が圧縮機本体５４０に侵入する位置において、ステム５２０は回転運動（即ち角変位に関係する）を行う。これらの様々な要素は図５には具体的に示されない（破線で示唆される）が、それらの実施形態を図６〜１０に関連して例証し且つ説明する。

軸５２０が圧縮機本体５４０に侵入する位置において、静水圧はカラー５５０をブッシュ５６０の方に押圧し、以って軸５２０の回転運動に影響を及ぼすことなしに静水圧を担う。

図６は、例証的な実施形態に従った弁組立体６００の略図である。圧縮機本体６２０の外側に配置されるアクチュエータ６１０は、圧縮機本体６２０の内側に侵入するステム６３０に角変位を行わせるように構成される。

ステム６３０は、それぞれカバー軸支持体６４０及び６５０に近接してカラー６３２及び６３４を有する。カバー支持体６４０及び６５０とカバー６６０とは弁組立体６００を収容し且つ支持するように互いに組み付けられる。それぞれカバー支持体６４０及び６５０とカバー６６０との間に配置される固定シール６４２及び６５２（例えばＯリング）は、圧縮機本体の内側の高圧の流体が圧縮機本体の外側に漏出しないことを確実にする。

カラー６３２とカバー軸支持体６４０との間に配置されるスラストブッシュ６４４は静水圧による力を担うように構成される。軸６３０とカバー６６０との間に配置される１つ以上の運動用シール６４６（例えばラビリンスシール）は、高圧の流体が圧縮機の外側に漏出しないことを確実にする。

カム６３６は、カラー６３２及び６３４間において軸６３０に取り付けられる。設置しやすくするために、カラー６３２及び６３４の少なくとも一方は軸６３０から取外し可能であってよいが、カラー６３２及び６３４は運転中は固定的に取り付けられる（例えば一方のカラーは軸６３０と一体的に形成されてよい）。カム６３６は軸６３０の回転軸に対して非対称の形状を有する。カム６３６は、リニア弁（例えばポッパー弁又はリング弁）の弁閉じ部材６８０に接続されるステム６７０と接触するように構成される。カム６３６の形状により、アクチュエータ６１０から軸６３０に伝達される回転変位は弁閉じ部材６８０の線形変位に変換される。

このように、組立体６００において、軸６３０は、圧縮機本体の外側に配置されるアクチュエータ６１０によって起こされる角変位を担う。カラー６３２及びスラストブッシュ６４４は静水圧を担うように構成されて、静水圧がこの変位の伝達に影響を及ぼさないようにする。

図７は、また他の例証的な実施形態に従った弁組立体７００の略図である。弁組立体７００の一部の構成要素は図６の弁組立体６００の構成要素と同様であって、従って同じ符号が付けられており、繰り返しを避けるために再び説明することはしない。しかし、同様の構成要素でも実質的に異なる特性を有することがある。圧縮機本体６２０の外側に配置されるアクチュエータ６１０は、圧縮機本体６２０の内側に侵入する軸７３０に角変位を行わせるように構成される。軸７３０は、カバー軸支持体６４０及び６５０に近接してカラー７３２及び７３４を有する。カバー支持体６４０及び６５０とカバー６６０とは弁組立体７００を収容し且つ支持するように互いに組み付けられる。

軸７３０は、自身の回転軸に対して実質的に平行をなすが回転軸から所定の有意な（即ち、その部分に取り付けられる要素の動きに影響を及ぼすほど顕著な）距離にある部分７３６を有するように構成される。接続ロッド７７０が部分７３６に取り付けられる。接続ロッド７７０の、部分７３６側の端部７７２は、部分７３６と一緒に回転する一方で、ステム７７５に接続される反対側の端部７７４は線形変位を行う。この線形変位はステム７７５を介して弁の弁閉じ部材６８０に伝達される。

このように、組立体７００において、軸７３０は、圧縮機本体６２０の外側に配置されるアクチュエータ６１０による角変位を担う。カラー６３２及びスラストブッシュ６４４は、静水圧を担うように構成されて、この角変位の伝達に影響を及ぼさないようにする。

図８は、また他の例証的な実施形態に従った弁組立体８００の略図である。弁組立体８００において、アクチュエータ８１０により起こされる線形変位は、線形−回転変換器８２０により角変位（即ち回転運動）に変換される。線形−回転変換器の設計（即ち構成要素の相対的な寸法）は、アクチュエータ８１０によって起こされる変位を増幅させるようなものとされる。アクチュエータ８１０と線形−回転変換器８２０とのいずれもが圧縮機本体８３０の外側に配置される。図８では、アクチュエータ８１０は線形−回転変換器８２０から分離されて示されている。しかし、また別の実施形態では、アクチュエータ８１０と線形−回転変換器８２０の要素とを同じハウジングの内側に取り付けることができる。

アクチュエータ８１０により起こされる線形変位は、アクチュエータ軸８４０を介して接続ロッド８５０の回転軸８６０側に伝達される。接続ロッド８５０は、アクチュエータ軸８４０に取り付けられる一方の端部８５２と軸８６０の部分８６２に取り付けられる反対側の端部８５４とを有する。軸８６０は、実質的に平行をなすが部分８６２から有意な距離にある軸の周りで回転するように構成される。軸８６０の形状と接続ロッド８５０が移動する態様とにより、線形変位は軸８６０の角変位（即ち回転運動）に変換される。線形−回転変換器８２０の内側において、軸８６０は軸受８７０によって支持される。

軸８６０は圧縮機本体８３０の内側に侵入するように構成され、圧縮機本体の内側において軸８６０の端部は回転弁の可動部８９０に接続される。軸８６０はカラー８６４を有する。カラー８６４と圧縮機本体８３０のカバー８３２との間に配置されるスラスト軸受８８０は静水圧による力を減衰させる。カバー８３２と軸８６０との間に配置される運動用シール８８２は圧縮機本体８３０の内側の流体が圧縮機本体の外側に漏出するのを防ぐ。

このように、組立体８００において、軸８６０は圧縮機本体８３０の内側に角変位を伝達する一方で、カラー８３２とスラストブッシュ８４４とは静水圧を担うように構成されて、静水圧がこの角変位の伝達に影響を及ぼさないようにする。

図９はまた他の例証的な実施形態に従った弁組立体９００の略図である。圧縮機本体９２０の外側に配置されるアクチュエータ９１０は軸９３０に角変位（即ち回転運動）を行なわせる。軸９３０はカバー９４０を貫通して圧縮機本体９２０の内側に侵入する。軸９３０は、カラー９３２とカバー９４０との間に配置されるスラスト軸受９５０の方へと静水圧により押圧されるカラー９３２を有する。スラスト軸受９５０は静水圧による力を減衰させる。カバー９４０と軸９３０との間に配置される運動用シール９５２は圧縮機本体９２０の内側の流体が圧縮機本体の外側に漏出するのを防ぐ。

圧縮機本体９２０の内側において、軸９３０の角変位はねじジャッキ機構９６０により線形変位に変換される。ねじジャッキ機構９６０は、カバー９４０とシリンダ本体９２０との間に配置されるねじジャッキカバー９７０に固定的に取り付けられる。ねじジャッキ機構９６０はめねじを有し、軸９３０はおねじを有して、以って角変位は線形変位に変換される。例えば、ねじジャッキ機構９６０は、リニア弁（例えばポペット弁又はリング弁）の弁閉じ部材９９０に取り付けられるアクチュエータ軸９８０を線形運動で押し動かす。

このように、組立体９００において、軸９３０は、圧縮機本体の外側に配置されるアクチュエータ９１０により起こされる角変位を伝達する。カラー９３２及びスラストブシュ９５０は静水圧を担うように構成されて、静水圧がこの変位の伝達に影響を及ぼさないようにする。

図１０は、更にまた他の例証的な実施形態に従った弁組立体１０００の略図である。圧縮機本体１０２０の外側に配置されるアクチュエータ１０１０は軸１０３０に角変位を行わせる。軸１０３０はカバー１０４０を貫通して圧縮機本体の内側に侵入する。軸１０３０は、その長さの大部分に沿った軸直径より大きい直径を有するカラー１０３２を有する。カラー１０３２とカバー１０４０との間に配置されるスラスト軸受１０５０は静水圧による力を減衰させる。カバー１０４０と軸１０３０との間に配置される運動用シール１０５２は圧縮機本体１０２０の内側の流体が圧縮機本体の外側に漏出するのを防ぐ。

更に、弁組立体１０００はアクチュエータ軸１０６０を含み、このアクチュエータ軸の第１の端部１０６２に回転弁の弁閉じ部材１０７０が取り付けられる。回転弁は固定弁座（ステータ）１０８０も含む。第１の位置において、弁座１０８０を貫通する開口１０８２が回転弁１０７０を貫通する開口１０７２と重なり合うと、弁が開く。回転弁の弁閉じ部材１０７０を弁座１０８０に対して回転させて第２の位置につけることにより、開口１０７２及び１０８２はもはや重なり合わず、弁は閉じられる。

このように、軸１０３０は、圧縮機本体の外側に配置されるアクチュエータ１０１０による角変位を担う。カラー１０３２及びスラストブッシュ１０４４は静水圧を担うように構成されて、静水圧がこの角変位の伝達に影響を及ぼさないようにする。

要約すると、図５〜１０に、石油・ガス産業用往復圧縮機に使用可能な弁組立体を示す。これらの弁組立体は、圧縮機本体の外側に配置されるアクチュエータを含み、このアクチュエータは、圧縮機本体の内側に侵入する、角変位（回転運動）を伝達する軸に接続される。圧縮機本体の内側において、軸が圧縮機本体の内側に侵入する位置に近接して、スラストブッシュと軸のカラーとが静水圧（圧縮機本体の内側の流体と圧縮機本体の外側の環境との間の）による力を減衰させて、静水圧が回転運動（即ち角変位）の伝達に影響を及ぼさないようにする。このようにすると、静水圧がアクチュエータに影響を及ぼすことはない。更に、アクチュエータは圧縮機本体の外側にあるため、いかなる特殊なコーティング及びシーリングも不要である。

石油・ガス産業で用いられる往復圧縮機の内側の弁を作動させる、例証的な実施形態に従った方法１１００の流れ図を図１１に示す。この方法１１００は、変位を起こさせる段階Ｓ１１１０と、第１の流動媒体がある圧縮機本体の外側から第１の流動媒体より実質的に高い圧力を有する第２の流動媒体がある圧縮機本体の内側に軸を介して変位による回転運動を伝達する段階Ｓ１１２０とを含む。更に、この方法１１００は、圧縮機本体の内側の軸上のカラーと、このカラーと圧縮機本体との間のスラストブッシュとを用いることにより、第２の媒体と第１の媒体との間の静水圧による力を減衰させる段階Ｓ１１３０を含む。

この方法１１００は、軸が圧縮機本体の内側に侵入する位置において、軸と圧縮機本体との間の界面を動的に密封する段階も含んでよい。変位が、回転運動を引き起こす角変位であり、弁がリニア弁である場合は、この方法１１００は更に、角変位を線形変位に変換して圧縮機本体の内側においてリニア弁の弁閉じ部材を作動させる段階を含んでよい。変位が線形変位である場合は、方法１１００は更に、圧縮機本体の外側において線形変位を回転運動に変換する段階を含んでよい。

方法１１００は、（１）圧縮機本体の外側においてアクチュエータと軸との間で変位を増幅させる段階及び／又は（２）圧縮機本体の内側において軸と弁の弁閉じ部材との間で回転運動を増幅させる段階も含んでよい。

石油・ガス産業で用いられる自動弁付き往復圧縮機を、１つ以上の弁が静水圧による力を担うように構成される弁組立体を有するアクチュエータ式弁になるように改装することができる。弁の弁閉じ部材の前後の差圧に基づいて動作する自動弁を有する往復圧縮機を改装する方法１２００の流れ図を図１２に示す。この方法１２００は、往復圧縮機の圧縮機本体の外側に変位を起こさせるように構成されるアクチュエータを取り付ける段階Ｓ１２１０を含む。更に、この方法１２００は、圧縮機本体の内側に侵入する軸を自動弁の弁閉じ部材に接続する段階Ｓ１２２０を含み、この軸は、変位に関係する回転運動を受けるように構成されると共に、軸が圧縮機本体の内側に侵入する位置に近接してカラーを有する。最後に、方法１２００は、圧縮機本体の内側においてカラーと圧縮機本体との間に、圧縮機本体の内側の流体と圧縮機本体の外側の環境との間の静水圧による力を減衰させるように構成されるスラストブッシュを取り付ける段階Ｓ１２３０を含む。

方法１２００は、軸が圧縮機本体の内側に侵入する位置において軸と圧縮機本体との間の界面に１つ以上の運動用シールを取り付ける段階も含んでよい。変位が角変位であり、弁がリニア弁である場合は、方法１２００は更に、回転運動を引き起こす角変位を線形変位に変換してリニア弁の弁閉じ部材を作動させるように構成される変位伝達機構を圧縮機本体の内側に取り付ける段階を含んでよい。アクチュエータが線形変位を起こさせる場合は、方法１２００は更に、線形変位を回転運動に変換するように構成される線形−回転変換器を圧縮機本体の外側においてアクチュエータと軸との間に取り付ける段階を含んでよい。

弁の作動を促進するために、方法１２００は、（１）変位を増幅させるように構成される変位増幅機構をアクチュエータと軸との間に取り付ける段階及び／又は（２）回転運動を増幅させるように構成される変位増幅機構を軸と弁の弁閉じ部材との間に取り付ける段階を含んでよい。

開示の例証的な実施形態は、静水圧による力が圧縮機本体の外側に配置されるアクチュエータから圧縮機本体の内側の弁の弁閉じ部材への変位の伝達に影響を及ぼさないように構成される弁組立体を提供するものである。この説明は本発明を制限することを意図するものではないことを理解されたい。寧ろ、例証的な実施形態は、添付の特許請求の範囲により画定される本発明の精神及び範囲に含まれる代替物、改変形態及び均等物を網羅することを意図している。更に、例証的な実施形態の詳細な説明には、特許請求の範囲に示す本発明を包括的に理解するために数多くの具体的な詳細事項が示されている。しかし、当業者には、このような具体的な詳細事項を用いずに様々な実施形態を実施できることが理解されよう。

本発明の例証的な実施形態においては、実施形態の特徴及び要素を特定の組合せで説明したが、各特徴又は要素は、実施形態のその他の特徴及び要素を伴わずに単独で、或いは本明細書に開示のその他の特徴及び要素と様々に組み合わされ又は組み合されずに使用可能である。

本明細書は、開示の本発明の例を用いて、あらゆる装置又はシステムの製作及び使用と本明細書に組み込まれるあらゆる方法の実行とを含めて、あらゆる当業者が本発明を実施することを可能にするものである。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲により画定されると共に、当業者が想到するその他の例を含みうる。このようなその他の例は、特許請求の範囲内に含まれることを意図している。

Claims (7)

1. 石油・ガス産業用往復圧縮機に使用可能な弁組立体において、
   変位を起こさせるように構成されるアクチュエータと、
   前記変位によって引き起こされる回転運動を受けると共に前記往復圧縮機の本体の内側に侵入するように構成される軸と、
   前記軸が前記圧縮機本体の内側に侵入する位置に近接して配置されるカラーと、
   前記カラーと前記圧縮機本体との間に配置されるスラストブッシュと、
   前記変位が角変位であり、弁がリニア弁であり、前記圧縮機本体の内側に配置されると共に前記回転運動を引き起こす前記角変位を線形変位に変換して前記リニア弁の弁閉じ部材を作動させるように構成される変位伝達機構と、
   を含む、弁組立体。
2. 前記軸が前記圧縮機本体の内側に侵入する位置において前記軸と前記圧縮機本体との間の界面に配置される１つ以上の運動用シールを更に含む、請求項１に記載の弁組立体。
3. 石油・ガス産業で用いられる往復圧縮機の内側において弁を作動させる方法において、
   変位を起こさせる段階と、
   前記変位による回転運動を、第１の流動媒体がある圧縮機本体の外側から前記第１の媒体より実質的に高い圧力を有する第２の流動媒体がある前記圧縮機本体の内側に軸を介して伝達する段階と、
   前記圧縮機本体の内側の前記軸上のカラーと、前記カラーと前記圧縮機本体との間のスラストブッシュとを用いることにより、前記第１の流動媒体と前記第２の流動媒体との間の静水圧による力を除去する段階と、
   前記変位が角変位であり、前記弁がリニア弁であり、前記圧縮機本体の内側において、前記回転運動を引き起こす前記角変位を線形変位に変換して前記リニア弁の弁閉じ部材を作動させる段階と、
   を含む、方法。
4. 石油・ガス産業で用いられる往復圧縮機において、
   流体を環境から分離するように構成される圧縮機本体と、
   前記圧縮機本体上において弁を動作させるように構成される少なくとも１つの弁組立体であって、
   前記圧縮機本体の外側に配置されると共に変位を起こさせるように構成されるアクチュエータと、
   前記変位によって引き起こされる回転運動を受けると共に往復圧縮機の圧縮機本体の内側に侵入するように構成される軸と、
   前記軸が前記圧縮機本体の内側に侵入する位置に近接して配置されるカラーと、
   前記圧縮機本体の内側において前記カラーと前記圧縮機本体との間に配置されると共に前記流体と環境との間の静水圧による力を低減するように構成されるスラストブッシュと、
   前記変位は角変位であり、弁はリニア弁であり、前記圧縮機本体の内側に配置されると共に前記回転運動を引き起こす前記角変位を線形変位に変換して前記リニア弁の前記弁閉じ部材を作動させるように構成される変位伝達機構と、
   を含む、弁組立体と、
   を備える、往復圧縮機。
5. 前記軸が前記圧縮機本体の内側に侵入する前記位置において前記軸と前記圧縮機本体との間に配置される１つ以上の運動用シールを更に含む、請求項４に記載の往復圧縮機。
6. （１）前記アクチュエータと前記軸との間に配置されて前記変位を増幅させるように構成されるか、又は（２）前記軸と前記弁の前記弁閉じ部材との間に配置されると共に前記回転運動を増幅させるように構成される変位増幅機構を更に含む、請求項４または５に記載の往復圧縮機。
7. 当初は自動弁を有する往復圧縮機を改装する方法において、
   前記往復圧縮機の圧縮機本体の外側に変位を起こさせるように構成されるアクチュエータを取り付ける段階と、
   前記圧縮機本体の内側に侵入する軸であって、前記変位による回転運動を受けるように構成されると共に、自身が前記圧縮機本体の内側に侵入する位置に近接してカラーを有する軸を前記自動弁の弁閉じ部材に接続する段階と、
   前記圧縮機本体の内側の流体と前記圧縮機本体の外側の環境との間の静水圧による力を低減するように構成されるスラストブッシュを前記圧縮機本体の内側において前記カラーと前記圧縮機本体との間に取り付ける段階と、
   前記変位が角変位であり、前記自動弁がリニア弁であり、前記圧縮機本体の内側において、前記回転運動を引き起こす前記角変位を線形変位に変換して前記リニア弁の弁閉じ部材を作動させる段階と、
   含む、方法。