JP6163496B2

JP6163496B2 - 弁を作動させる装置及び方法

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Publication number: JP6163496B2
Application number: JP2014549411A
Authority: JP
Inventors: トグナレッリ，レオナルド; バガーリ，リカルド
Original assignee: ヌオーヴォピニォーネソシエタペルアチオニ
Priority date: 2011-12-27
Filing date: 2012-12-17
Publication date: 2017-07-12
Anticipated expiration: 2032-12-17
Also published as: RU2618363C2; ITMI20112392A1; CN104011380B; KR20140111658A; CN104011380A; MX2014007921A; KR101990029B1; WO2013098104A1; RU2014123161A; US20150004035A1; CA2859308A1; EP2798213A1; BR112014015739A8; JP2015503696A; BR112014015739A2; CA2859308C; CN107100812B; CN107100812A

Description

本明細書に開示の本発明の実施形態は、一般に、石油・ガス産業において往復圧縮機に用いられる弁を作動させる装置と方法とに関し、特に、アクチュエータとアクチュエータ式弁との間における変位及び／又は変位に付随する力を増幅させ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つの特殊性は、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、チャンバ内に気体を閉じ込め、然る後にそのチャンバ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、運動エネルギーを一般にインペラ等の回転要素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において行われる。圧縮される流体（例えば天然ガス）は入口３０を介し且つ弁３２、３４を通ってシリンダ２０内に導入され、圧縮後に、弁４２及び４４を、然る後に出口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つのチャンバ２２及び２４に分割し、チャンバ２２の容積が最小値となる時にチャンバ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、異なる時期に開弁して、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からそれぞれチャンバ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）流体をそれぞれチャンバ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吐出し弁（例えば３２、３４、４２及び４４）は、弁の前後差圧によって閉弁状態と開弁状態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チャンバから排出される時、送出圧力Ｐ₂の少量の流体がすき間容積（即ちチャンバの最小容積）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チャンバ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、流体が利用できるチャンバ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、チャンバ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、チャンバの最大容積に達するまで、チャンバ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、チャンバ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（即ちシリンダに対する流体の流入又は流出が起こらず）、チャンバの容積が減少するため、チャンバ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、チャンバ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、チャンバの最小（すき間）容積に達するまで、送出圧力ｐ₂の流体がチャンバから排出される。

図２は、それぞれチャンバ２２で行われる圧縮サイクル（実線）とチャンバ２４で行われる圧縮サイクル（破線）とに関して、圧力と容積との関係を座標方式で示すグラフである。このグラフにおいて、チャンバ２２の容積Ｖ_c1は左から右へと増加する一方で、チャンバ２４の容積Ｖ_c1は右から左へと増加する。拡大段階はそれぞれ１〜２と１´〜２´とに対応し、吸込み段階は２〜３と２´〜３´とに対応し、圧縮段階は３〜４と３´〜４´とに対応し、排出段階は４〜１と４´〜１´とに対応する。

自動弁の代わりにアクチュエータ式弁を用いると、石油・ガス産業で用いられる往復圧縮機の効率を高め且つすき間容積を減少させるための潜在的な利点が期待される。しかし、石油・ガス産業における往復圧縮機の運転に求められる特殊な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。現在利用可能ないずれのアクチュエータも、より大きい力、より大きい押しのけ容積及びより短い応答時間という要件を同時に達成することはできない。加えて、石油・ガス産業において往復圧縮機にアクチュエータ式弁を使用することを更に妨げているのは、流体が可燃性であり、爆発は圧縮機を損傷させるという問題である。

これに対して、自動車産業における弁の作動（電気式アクチュエータを用いて行われることが最も多い）には、大きい力と短い応答時間とが求められるが、大きい押しのけ容積は求められない。加えて、自動車産業の設備には爆発の懸念はなく、実際には爆発は必要とされる現象であり、爆発によって生じる高圧は環境中に容易に放散される。

更に、石油・ガス産業における設備とは対照的に、船舶設備（空気式又は油圧式アクチュエータを用いて行われることが最も多い）における弁の作動には、大きな力が求められ且つ大きい押しのけ容積が求められるが、作動時間は重大ではない。従って、石油・ガス産業で用いられる往復圧縮機にアクチュエータ式弁を使用することを可能にする弁組立体及び方法を得ることが望ましい。

米国特許第８０４７７６６号明細書

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。

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、変位をもたらすように構成されるアクチュエータと、アクチュエータに接続されると共にこの変位をアクチュエータから往復圧縮機の弁の弁閉じ部材に伝達するように構成される軸と、この軸に接続されると共に、アクチュエータによってもたらされる変位及び／又は変位に付随する力を増幅させるように構成される変位伝達機構とを含む。

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）自身の内側で流体を圧縮してその圧力を増加させる圧縮機本体と、（２）圧縮機本体に接続される弁であって、弁の弁閉じ部材の位置によって、流体が弁を通って流れることを不能にする閉弁状態と流体が弁を通って流れることを可能にする開弁状態との間で切り替わるように構成される少なくとも１つの弁と、（３）この少なくとも１つの弁に接続される弁組立体とを有する。弁組立体は、（Ａ）変位をもたらすように構成されるアクチュエータと、（Ｂ）この変位をアクチュエータから往復圧縮機の弁の弁閉じ部材に伝達するように構成される軸と、（Ｃ）この軸に接続されると共に、変位及び／又は変位に付随する力を増幅させて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。

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と共に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、（１）往復圧縮機の流体経路の外側に、変位をもたらすように構成されるアクチュエータを取り付ける段階と、（２）アクチュエータに接続される軸であって、変位を受けると共に往復圧縮機の流体経路の内側に侵入し且つ弁の弁閉じ部材に接続されるように構成される軸を取り付ける段階と、（３）弁の弁閉じ部材を作動させるために変位が軸を介して伝達される時に、変位及び／又は変位に付随する力を増幅させるように構成される変位伝達機構をアクチュエータと自動弁の弁閉じ部材との間に接続する段階とを含む。

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。一般的な圧縮サイクルを示すグラフである。例証的な実施形態に従った往復圧縮機の図である。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。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を改装する、例証的な実施形態に従った方法の流れ図である。

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。以下に説明する実施形態は、簡単にするために、石油・ガス産業で用いられ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、構造又は特性は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されてもよい。

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。アクチュエータ式弁はリニア（並進移動）弁又はロータリ（回転）弁であってよい。アクチュエータは、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。（１つ以上の）弁の弁閉じ部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）アクチュエータは、アクチュエータが可燃性の流体と直接接触しないように、好ましくは往復圧縮機の本体の外側に取り付けられる。

現在は、空気式、油圧式及び電気式のアクチュエータが市販されている。油圧式及び空気式アクチュエータは必要なレベルの力を実現することができるが、力及び変位を実現する時間は、石油・ガス産業で用いられる往復圧縮機の弁の作動に必要とされる短い時間をはるかに超える。電気式アクチュエータは所要の応答時間で動作することができるが、十分な力及び／又は変位をもたらすわけではない（例えば、一般に１〜２ｍｍの線形変位又は４０°までの角変位しかもたらさない）。従って、例証的な実施形態に従った、以下に記載の様々な弁組立体が、アクチュエータにより石油・ガス産業で用いられる往復圧縮機の弁に供給される変位及び／又は力を増幅させる。変位及び／又は力を増幅させることにより、現在利用可能なアクチュエータを石油・ガス産業で用いられる往復圧縮機に用いることが可能になる。

アクチュエータ式弁３３２を有する往復圧縮機３００の例証的な実施形態を図３に略図で示す。圧縮機３００は２室型往復圧縮機である。しかし、図４〜１０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３２０のチャンバ３２２及び３２４内で行われる。圧縮対象の流体（例えば天然ガス）は入口３３０を介してシリンダ３２０内に導入され、圧縮後に出口３４０を介して排出される。チャンバ３２２及び３２４の容積は、ピストン３５０がシリンダ３２０の縦軸に沿って移動して、ヘッド側３２６の方への移動とクランク側３２８の方への移動とを交互に行うことによって変化する。ピストン３５０はシリンダ３２０を、循環過程の異なる段階で作用する２つのチャンバ３２２及び３２４に分割し、チャンバ３２２の容積が最小値となる時にチャンバ３２４の容積は最大値となり、逆もまた同様である。

吸込み弁３３２及び３３４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３３０からそれぞれチャンバ３２２及び３２４内に導入可能にする。吐出し弁３４２及び３４４は、開弁すると、圧縮された（即ち第２圧力Ｐ₂を有する）流体をそれぞれチャンバ３２２及び３２４から出口３４０を介して排出可能にする。ピストン３５０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３８０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３３２、３３４、３４２及び３４４は、シリンダ３２０の側壁に配置されるものとして示されている。しかし、弁３３２及び３４２と３３４及び３４４とは、それぞれシリンダ３２０のヘッド側３２６及び／又はクランク側３２８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３の３３２のようなアクチュエータ式弁は、図３の３３７のようなアクチュエータが弁−アクチュエータ結合機構３３５を介して弁３３２の弁閉じ部材３３３に伝達される力を加えて、以って弁閉じ部材３３３の線形変位又は角変位を誘導すると開く。アクチュエータ式弁は自動弁より信頼性が高く、石油・ガス産業で用いられる往復圧縮機の効率を高め且つすき間容積を減少させるための利点をもたらす。往復圧縮機３００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。

図４は、例証的な実施形態に従った弁組立体４００の略図である。圧縮機本体４２０の外側に配置されるアクチュエータ４１０は、圧縮機本体４２０の内側に侵入する軸４３０に角変位を行わせるように構成される。

軸４３０は、それぞれカバー軸支持体４４０及び４５０に近接してカラー４３２及び４３４を有する。軸４３０を取り付けやすくするために、カラー４３２及び４３４の少なくとも一方は取外し可能であってよい（即ち、軸４３０とカラー４３２及び４３４とが一体として形成されない）。カバー支持体４４０及び４５０とカバー４６０とは弁組立体４００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４４０及び４５０とカバー４６０との間に配置される固定シール４４２及び４５２は圧縮機の内側の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。これらの固定シールはＯリングであってよい。

カラー４３２とカバー軸支持体４４０との間に配置されるスラスト軸受４４４及びカラー４３４とカバー支持体４５０との間に配置されるスラスト軸受４５４は、圧縮機本体の内側の流体（例えば天然ガス）と、アクチュエータ４１０が配置される、圧縮機本体の外側の環境との間の圧力差による力（内側から外側に向かって指す矢印を参照）を除去するように構成される。スラスト軸受とは異なるその他の種類の軸受を用いてもよい。軸４３０とカバー４６０との間に配置される運動用シール４４６は、圧縮機の内側の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。これらの運動用シールはラビリンスシールであってよい。

カム４３６は、カラー４３２及び４３４間において軸４３０に取り付けられる（軸と一緒に回転する）。カム４３６は軸４３０の回転軸に対して非対称の形状を有する。カム４３６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（図示せず）に接続されるアクチュエータ軸４７０と接触するように構成される。カム４３６の形状により、アクチュエータ４１０によって軸４３０に伝達される回転変位は弁閉じ部材の線形変位に変換される。

このように、カム４３６により、組立体４００を用いて、電気式アクチュエータによってもたらされる角変位（例えば４０°まで）を増幅させると共に往復圧縮機の弁を作動させるために必要とされる線形変位（例えば５〜１０ｍｍ）に変換することができる。

図５は、また他の例証的な実施形態に従った弁組立体５００の略図である。弁組立体５００の一部の構成要素は図４の弁組立体４００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４２０の外側に配置されるアクチュエータ４１０は、圧縮機本体４２０の内側に侵入する軸５３０に角変位を行わせるように構成される。軸５３０は、カバー軸支持体４４０及び４５０に近接してカラー５３２及び５３４を有する。カバー支持体４４０及び４５０とカバー４６０とは弁組立体５００を収容し且つ支持するように互いに組み付けられる。

軸５３０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５３６を有するように構成される。接続ロッド５７０が部分５３６に取り付けられる。接続ロッド５７０の、部分５３６側の端部５７２は、部分５３６と一緒に回転する一方で、アクチュエータ軸５７５に接続される反対側の端部５７４は線形変位を行う。この線形変位はアクチュエータ軸５７５を介して弁の弁閉じ部材（図示せず）に伝達される。

このように、軸５３０と接続ロッド５７０との形状により、アクチュエータ４１０によって引き起こされる軸の相対的に小さい角変位は弁閉じ部材の実質的な線形変位に変換される。

図６は、また他の例証的な実施形態に従った弁組立体６００の略図である。弁組立体６００において、アクチュエータ６１０によって起こされる線形変位は、線形−回転変換器６２０により角変位に変換される。図６において、アクチュエータ６１０と線形−回転変換器６２０とのいずれもが圧縮機本体６３０の外側に配置される。しかし、また別の実施形態では、線形−回転変換器６２０は圧縮機本体６３０の内側に配置されてよい。ただし、圧縮機本体６３０の内側の可動部品の個数を少なくして、例えば蓄積された電荷によって火花が発生する可能性を低くすることが望ましい。

更に、図６では、アクチュエータ６１０は線形−回転変換器６２０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６１０と線形−回転変換器６２０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６１０により起こされる線形変位は、アクチュエータ軸６４０を介して接続ロッド６５０に伝達される。接続ロッド６５０は、アクチュエータ軸６４０に取り付けられる一方の端部６５２と軸６６０の部分６６２に取り付けられる反対側の端部６５４とを有する。軸６６０は、実質的に平行をなすが部分６６２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６６０の形状により、アクチュエータ６１０により起こされる相対的に小さい線形変位が軸６６０の実質的な角変位を生み出す。線形−回転変換器６２０の内側において、軸６６０は軸受６７０によって支持される。

軸６６０は圧縮機本体６３０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６６０の端部は回転弁の可動部６９０に接続される。軸６６０はカラー６６４を有する。スラスト軸受６８０はカラー６６４と圧縮機本体６３０のカバー６３２との間に配置される。スラスト軸受６８０は圧縮機本体６３０の内側の流体と環境との間における圧力差による力を減衰させる。カバー６３２と軸６６０との間に配置される運動用シール６８２は圧縮機本体６３０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、線形−回転変換器６２０により、組立体６００は、（電気式）アクチュエータによって起こされる線形変位を増幅させると共に、往復圧縮機の回転弁を作動させることができる角変位に変換する。

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。圧縮機本体７２０の外側に配置されるアクチュエータ７１０は軸７３０に角変位を行わせる。軸７３０はカバー７４０を貫通して圧縮機本体７２０の内側に侵入する。カラー７３２を有する軸７３０は、カラー７３２とカバー７４０との間に配置されるスラスト軸受７５０の方へと押圧される。スラスト軸受７５０は圧縮機の内側の流体と環境（アクチュエータ７１０が配置される）との間における圧力差による力を減衰させる。カバー７４０と軸７３０との間に配置される運動用シール７５２は圧縮機本体７２０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７３０の内側において、軸７３０の角変位はねじジャッキ機構７６０により線形変位に変換される。ねじジャッキ機構７６０は、カバー７４０とシリンダ本体７２０との間に配置されるねじジャッキカバー７７０に固定的に取り付けられる。ねじジャッキ機構７６０はめねじを有し、軸７３０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７６０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７９０に取り付けられるアクチュエータ軸７８０を押圧する。

このように、ねじジャッキにより、組立体７００を用いて、通常的に電気式アクチュエータによりもたらされる力を増幅させると共に、角変位を往復圧縮機のリニア弁を作動させるために必要とされる線形変位に変換することができる。

図８は、更に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。圧縮機本体８２０の外側に配置されるアクチュエータ８１０は軸８３０に角変位を行わせる。軸８３０はカバー８４０を貫通して圧縮機本体の内側に侵入する。軸８３０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８３２を有する。カラー８３２とカバー８４０との間に配置されるスラスト軸受８５０は圧縮機本体８２０の内側の流体と環境との間における圧力差による力を減衰させる。カバー８４０と軸８３０との間に配置される運動用シール８５２は圧縮機本体８２０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８００はアクチュエータ軸８６０を含み、このアクチュエータ軸の第１の端部８６２にロータリ弁の弁閉じ部材８７０が取り付けられる。ロータリ弁は固定弁座８８０も含む。第１の位置において、弁座８８０を貫通する開口８８２がロータリ弁８７０を貫通する開口８７２と重なり合うと、弁が開く。ロータリ弁の弁閉じ部材８７０を弁座８８０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８７２及び８８２はもはや重なり合わなくなって、弁が閉じる。

市販のアクチュエータは相対的に小さい角変位（例えば４０°まで）をもたらす。しかし、効率的なロータリ弁は実質的により広い角開口（例えば１２０°）を必要とする。少なくともこのより広い角開口と等しい、弁座８８０に対するロータリ弁の弁閉じ部材８７０の回転を達成するために、アクチュエータ８１０によってもたらされる角変位を増倍歯車機構８９０により増幅させる。増倍歯車機構８９０は、軸８３０の端部に取り付けられる第１の歯車８９２と、アクチュエータ軸８６０の第２の端部８６４に取り付けられる第２の歯車８９４とを含む（第２の端部８６４は第１の端部８６２の反対側である）。第２のカラーを軸８３０上において第１の歯車８９２より軸の端部に近接させて取り付けること又は形成させることができる。第１の歯車８９２の半径は第２の歯車８９４の半径より大きく、歯車８９２及び８９４の周方向変位は同じであるため、歯車８９２の角変位（アクチュエータ８９０によりもたらされる角変位と等しい）が、ロータリ弁の弁閉じ部材８７０を第１の位置（例えば閉弁位置）と第２の（例えば開弁）位置との間で切り替えるために必要とされる、歯車８９４のより広い角変位を生み出す。カバー８４０と圧縮機本体８２０の壁部との間に配置される増倍歯車カバー８９６は増倍歯車８９０の支持構造となる。

要約すると、図４〜８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、アクチュエータによってもたらされる（線形又は角）変位を伝達する軸に接続される。軸と弁の弁閉じ部材との間の変位伝達機構が変位及び／又は変位に付随する力を増幅させる。

複雑な弁組立体を示す図４〜８とは異なり、図９及び１０には、アクチュエータによりもたらされる変位を増幅させる機構であって、圧縮機本体の内側又は外側に配置される機構が示されている。図９において、支点９２０の周りで旋回するように構成されるレバー９１０は、アクチュエータ９３０によりもたらされる線形変位を増幅させて、アクチュエータ軸９４０を介して、リニア弁（例えばポペット弁又はリング弁）の弁閉じ部材９５０を作動させて弁を開弁状態と閉弁状態との間で切り替えることができるだけの線形変位をもたらす。

図１０において、アクチュエータ９６０によりもたらされる線形変位は、接続ロッド９７０を介して伝達されると共に角変位に変換されて、回転弁の弁閉じ部材９８０を作動させる。

流体がその中で圧縮されるシリンダであって、弁の前後差圧によって開弁状態と閉弁状態との間で切り替わるように構成される自動弁を介して流体がシリンダに流入又はシリンダから流出するシリンダを有する既存の往復圧縮機を、アクチュエータ式弁を有するものに改良（改装）することができる。図１１は、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１０００を示す流れ図である。方法１０００は、変位をもたらすように構成されるアクチュエータを、往復圧縮機の流体経路の外側に取り付ける段階Ｓ１０１０を含む。方法１０００は、更に、アクチュエータに接続される軸であって、変位を受けると共に往復圧縮機の流体経路の内側に侵入し且つ弁の弁閉じ部材に接続されるように構成される軸を取り付ける段階Ｓ１０２０を含む。その後、方法１０００は、弁の弁閉じ部材を作動させるために変位が軸を介して伝達される時に、変位及び変位に付随する力の少なくとも一方を増幅させるように構成される変位伝達機構をアクチュエータと自動弁の弁閉じ部材との間に接続する段階Ｓ１０３０を含む。

開示の例証的な実施形態は、石油・ガス産業で用いられる往復圧縮機のアクチュエータと弁との間において変位及び／又は力を増幅させ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の特徴及び要素は、特定の組合せで説明されているが、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

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、
前記往復圧縮機の外側に配置され、変位をもたらすように構成されるアクチュエータと、
前記アクチュエータに接続されると共に、前記アクチュエータから前記往復圧縮機の弁の弁閉じ部材に前記変位を伝達するように構成される軸と、
高圧の流体が存在する前記往復圧縮機の内側に配置され、前記軸に接続されると共に、前記アクチュエータによりもたらされる前記変位及び／又は前記変位に付随する力を増幅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。
前記アクチュエータは角変位をもたらし、前記変位伝達機構は、前記圧縮機本体の内側において、前記軸と前記弁の前記弁閉じ部材との間に配置され、
前記変位伝達機構は、前記角変位を線形変位に変換して前記弁の前記弁閉じ部材を作動させるように構成される、
請求項１に記載の弁組立体。
前記軸は、（１）回転軸の周りで回転するように構成され、且つ（２）自身の長さの大部分にわたって前記回転軸の周りにおいて細い円筒形状を有し、且つ（３）前記回転軸と実質的に平行をなすと共に前記回転軸から所定の距離にあるセグメントを持つＵ字形部分を有し、
前記変位伝達機構は、
（Ａ）前記回転軸と実質的に平行をなすと共に前記回転軸から前記所定の距離にある前記軸の前記セグメントに接続される第１の端部を有する接続ロッドと、
（Ｂ）前記接続ロッドの第２の端部と前記弁の前記弁閉じ部材とに接続されるアクチュエータ軸と、
を含む、
請求項１又は２に記載の弁組立体。
前記変位伝達機構は、
前記軸のねじ付き端部がその内側に挿入されるねじ付きチャネルを有するねじジャッキと、
第１の端部において前記ねじジャッキに接触すると共に、前記第１の端部の反対側にある第２の端部に取り付けられる前記弁の前記弁閉じ部材を有するアクチュエータ軸と、
を含む、請求項１又は２に記載の弁組立体。
前記変位伝達機構は、
少なくとも、前記圧縮機本体の内側において前記軸の端部に取り付けられる第１の歯車と、前記第１の歯車と噛み合うと共に前記第１の歯車より小さい直径を有する第２の歯車とを含む増倍歯車と、
自身の第１の端部に取り付けられる前記第２の歯車と、自身の前記第１の端部の反対側にある第２の端部に取り付けられる前記弁の前記弁閉じ部材とを有するアクチュエータ軸と、
を含む、請求項１又は２に記載の弁組立体。
前記アクチュエータは線形変位をもたらし、
前記軸は、回転軸の周りで回転するように構成され、且つ（２）自身の長さの大部分にわたって前記回転軸の周りにおいて円筒形状を有し、且つ（３）前記回転軸と実質的に平行をなすと共に前記回転軸から所定の距離にあるセグメントを持つＵ字形部分を有し、
前記変位伝達機構は、
前記アクチュエータに接続されると共に前記線形変位を受けるアクチュエータ軸と、
前記アクチュエータ軸に接続される第１の端部と、前記回転軸と実質的に平行をなすと共に前記回転軸から前記所定の距離にある前記軸の前記セグメントに接続される第２の端部とを有する接続ロッドと、
を備える線形−回転変換器を含む、
請求項１又は２に記載の弁組立体。
石油・ガス産業で用いられる往復圧縮機において、
圧縮機本体と、
前記圧縮機本体に接続される少なくとも１つの弁と、
前記少なくとも１つの弁の弁閉じ部材を作動させるように構成される弁組立体であって、
前記圧縮機本体の外側に配置され、変位をもたらすように構成されるアクチュエータと、
前記変位を前記アクチュエータから往復圧縮機の弁の弁閉じ部材に伝達するように構成される軸と、
高圧の流体が存在する前記圧縮機本体の内側に配置され、前記軸に接続されると共に、前記アクチュエータによりもたらされる前記変位及び／又は前記変位に付随する力を増幅させて前記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。
前記アクチュエータは角変位をもたらし、前記変位伝達機構は前記軸と前記弁の前記弁閉じ部材との間に配置され、
前記軸は、（１）回転軸の周りで回転するように構成され、且つ（２）自身の長さの大部分にわたって前記回転軸の周りにおいて円筒形状を有し、且つ（３）前記回転軸と実質的に平行をなすと共に前記回転軸から所定の距離にあるセグメントを持つＵ字形部分を有し、
前記変位伝達機構は、（Ａ）前記回転軸と実質的に平行をなすと共に前記回転軸から前記所定の距離にある前記軸の前記セグメントに接続される第１の端部を有する接続ロッドと、（Ｂ）前記接続ロッドの第２の端部と前記弁の前記弁閉じ部材とに接続されるアクチュエータ軸とを含む、
請求項７に記載の往復圧縮機。
前記変位伝達機構は、
前記軸のねじ付き端部がその内側に挿入されるねじ付きチャネルを有するねじジャッキと、
第１の端部において前記ねじジャッキに接触すると共に、前記第１の端部の反対側にある第２の端部に取り付けられる前記弁の前記弁閉じ部材を有するアクチュエータ軸とを含む、請求項７又は請求項８に記載の往復圧縮機。
石油・ガス産業で用いられると共に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、
前記往復圧縮機の流体経路の外側に、変位をもたらすように構成されるアクチュエータを取り付ける段階と、
前記アクチュエータに接続される軸であって、前記変位を受けると共に往復圧縮機の前記流体経路の内側に侵入し、且つ前記弁の弁閉じ部材に接続されるように構成される軸を取り付ける段階と、
前記弁の前記弁閉じ部材を作動させるために前記変位が前記軸を介して伝達される時に前記変位及び／又は前記変位に付随する力を増幅させるように構成される変位伝達機構を、高圧の流体が存在する前記往復圧縮機の内側に配置であって、前記アクチュエータと前記自動弁の前記弁閉じ部材との間に接続する段階と、
を含む、方法。