粒子分離デバイスおよび流量調節デバイスの連結を用いた方法ならびに機械装置
【課題】粒子分離デバイスおよび流量調節デバイスの複合型を有するターボ機械装置を組み立てる方法を提供する。
【解決手段】ターボ機械装置は、ケーシングと、ケーシングの内側に取り付けられている圧縮機であり、軸受により支持されているシャフトを有する圧縮機と、ケーシングの内側に取り付けられ、冷却液で圧縮機の軸受を冷却するように構成されている冷却システムとを含む。冷却システムは、冷却液から粒子を分離するように構成されている粒子分離デバイス４２と、粒子分離デバイスに接触することなく粒子分離デバイスと流体連通する流量調節デバイス４４とを含む。流量調節デバイスは、ケーシングの壁の内側に、粒子分離デバイスに隣接して配設されている。
【解決手段】ターボ機械装置は、ケーシングと、ケーシングの内側に取り付けられている圧縮機であり、軸受により支持されているシャフトを有する圧縮機と、ケーシングの内側に取り付けられ、冷却液で圧縮機の軸受を冷却するように構成されている冷却システムとを含む。冷却システムは、冷却液から粒子を分離するように構成されている粒子分離デバイス４２と、粒子分離デバイスに接触することなく粒子分離デバイスと流体連通する流量調節デバイス４４とを含む。流量調節デバイスは、ケーシングの壁の内側に、粒子分離デバイスに隣接して配設されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示されている主題の実施形態は、一般に、方法およびシステムに関し、より詳細には、ターボ機械装置内の冷却流を操作するために粒子分離デバイスと流量調節デバイスとを配置する機構および技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ここ数年、化石燃料の価格が上昇するにつれて、化石燃料の海底採取に使用される海中圧縮機を開発することへの関心が劇的に高まっている。図１に示されている通り、海底石油／ガス採取システム１０が、部分的に海底１２上でオイルを採取する井戸１４に近接して配設されている。このシステムは、種々の構成要素１６（例えば、圧力が突然変化した場合に井戸の圧力および完全性を維持する噴出防止装置ならびに他の既知の機器）と、井戸１４の上方に浮かんでいることができる船２２の所で石油／ガスが収集されるように井戸１４から採取した石油／ガスを海面２０に汲み上げるのに使用され得る圧縮機１８とを含むことができる。石油／ガスは、圧縮機１８からライザ２４を通って船２２へ汲み上げられる。石油／ガスを海面２０に汲み上げるのに必要な圧力を生成するために、圧縮機１８は、リンク２８経由で圧縮機１８に直接接続されているモータ２６により駆動される。しかし、圧縮機１８のシャフト（図示せず）を支持している軸受は、ロータの高回転速度によりかなりの量の熱を発生し、この熱は、圧縮機１８の適切な動作のために除去することが必要である。また、モータ２６内に蓄積する熱が動作中にはかなりのものになる可能性があるので、モータ２６を冷却する必要がある。
【０００３】
このため、圧縮機１８は、圧縮される流体（例えば、圧縮機の出口からの気体）の一部を転向させて、圧縮機１８の軸受とモータ２６の一部とを冷却してもよい。転向流体は、圧縮機１８とモータ２６との間で分割されてもよく、モータ２６を冷却するのに使用される転向流体流の一部は、図１に示されている通り、専用管３０により圧縮機１８からモータ２６へ供給されてもよい。
【０００４】
しかし、転向流体は、圧縮機１８および／またはモータ２６の内部で、特にそれらの軸受の内側で、望ましくない泥または異物（不純物）を含んでいる可能性がある。このため、圧縮機１８の軸受および／またはモータ２６を冷却する前に、フィルタまたは除塵デバイスを使用して転向流体を清浄化してもよい。例えば、その内容全体が参照により本明細書に開示されているＡｎｄｅｒｓｏｎらの米国特許第７，３１１，７４１号およびＢａｉｇａｓ，Ｊｒ．の米国特許第３，９０７，６７１号に、塵および／または粒子を除去するそのようなデバイスが開示されている。
【０００５】
図１に示されているシステム１０は、圧縮機１８の軸受およびモータ２６へ供給される流体の体積を制御する流量調節デバイス（図示せず）を含んでいてもよい。システム１０が使用される種々の条件に応じて、この（圧縮機１８またはモータ２６のどちらかへ）転向される流体量は、時々で変化する。除塵デバイスが圧縮機１８の外側に配置されているので、流量調節デバイスは、従来、除塵デバイスから分離されている。さらに、従来の流量調節デバイスは、外側からのアクセスが難しい位置である圧縮機１８のケーシングの内側深くに設けられている。
【０００６】
このように、圧縮機の動作の変化に関する不測の事態において流量調節デバイスを修正するために、圧縮機１８全体を、海底１２から離し、海面の乾いた施設に運び上げなければならず、次に、流量調節デバイスに到達しかつ別の適切な流量調節デバイスと交換することができるように、圧縮機１８を分解しなければならない。あるいは、同じ流量調節デバイスが維持されるが、種々の孔を有する種々の取外し可能なリング要素が流量調節デバイスの内側に設けられて、流体の流量を変更する。圧縮機１８が乾いた施設で分解されると、圧縮機のケーシングへのかつ圧縮機の内側または外側の除塵デバイスへの流量調節デバイスの複数の接続のせいで、圧縮機の流量調節デバイスに到達しかつそれを取り外すには半日から３日かかる。このように、保守作業員は、流量調節デバイスを取り換えるために、圧縮機の内側に到達しかつ圧縮機のケーシングおよび粒子分離デバイスから流量調節デバイスを取り外す必要がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
この時間のかかる作業は、石油採取システム１０の動作を一時的に停止させることになり、これは生産減少を意味する。したがって、システム１０の動作条件に応じて流量調節デバイスを修正するために、システム１０の全動作を２〜３日間停止することは望ましくない。
【０００８】
したがって、前述の問題および欠点を無くすシステムおよび方法を提供することが望ましいと考えられる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
一例示的実施形態によれば、ケーシングと、ケーシングの内側に取り付けられている圧縮機とを含むターボ機械装置があり、圧縮機は、軸受により支持されているシャフトと、ケーシングの内側に取り付けられ、冷却液で圧縮機の軸受を冷却するように構成されている冷却システムとを有する。冷却システムは、冷却液から粒子を分離するように構成されている粒子分離デバイスと、粒子分離デバイスに接触することなく粒子分離デバイスと流体連通し、冷却液を調節するように構成されている流量調節デバイスとを含む。流量調節デバイスは、ケーシングの壁の内側に粒子分離デバイスに隣接して配設されている。
【００１０】
別の例示的実施形態によれば、ケーシングと、ケーシングの内側に取り付けられている機械とを含むシステムがあり、機械は、軸受により支持されているシャフトと、ケーシングの内側に取り付けられ、冷却液で機械の軸受を冷却するように構成されている冷却システムとを有する。冷却システムは、冷却液から粒子を分離するように構成されている粒子分離デバイスと、粒子分離デバイスに接触することなく粒子分離デバイスと流体連通し、冷却液を調節するように構成されている流量調節デバイスとを含む。流量調節デバイスは、ケーシングの壁の内側に粒子分離デバイスに隣接して配設されている。
【００１１】
さらに別の例示的実施形態によれば、ケーシングを有するターボ機械装置を組み立てる方法がある。本方法は、ケーシングの内側に圧縮機を取り付けるステップであり、この圧縮機が、軸受により支持されているシャフトを有する、ステップと、ケーシングの内側に冷却システムを取り付けるステップであり、この冷却システムが、冷却液で圧縮機の軸受を冷却するように構成されている、ステップとを含む。冷却システムは、冷却液から粒子を分離するように構成されている粒子分離デバイスと、粒子分離デバイスに接触することなく粒子分離デバイスと連通する流量調節デバイスとを含む。
【００１２】
本明細書の一部に組み込まれておりそれを構成している添付図面は、１つまたは複数の実施形態を示し、記述と共にこれらの実施形態を説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】従来の海洋石油採取システムの概略図である。
【図２】例示的実施形態による圧縮機の概略図である。
【図３】例示的実施形態による、図２の圧縮機の内側に配設されている粒子分離デバイスおよび流量調節デバイスの概略図である。
【図４】別の例示的実施形態による粒子分離デバイスおよび流量調節デバイスの概略図である。
【図５】例示的実施形態による、粒子分離デバイスおよび流量調節デバイスを通る流路を示す概略図である。
【図６】例示的実施形態による、粒子分離デバイスと流量調節デバイスとの間の接触を示す概略図である。
【図７】例示的実施形態による、図６の接触の断面図を示す概略図である。
【図８】例示的実施形態による、流量調節デバイスを組み立てるステップを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
例示的実施形態の以下の記載は、添付図面を参照する。異なる図面の同一の参照番号は、同一または同様の要素を特定する。以下の詳細な記載は、本発明を限定しない。そうではなく、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲により定められる。以下の実施形態は、分かり易くするために、海中圧縮機の専門用語および構造に関して論じられている。しかし、次に論じる実施形態は、これらの圧縮機に限定されず、冷却目的で清浄な流体流の供給を必要とする他の圧縮機または機械に適用され得る。
【００１５】
本明細書の全体にわたって言及される「一実施形態」または「ある実施形態」は、ある実施形態に関連して記載されている特定の特徴、構造、または特性が、開示されている主題の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。したがって、本明細書の全体にわたって様々な箇所に記載されている語句「一実施形態では」または「ある実施形態では」は、必ずしも同じ実施形態を指していない。さらに、特定の特徴、構造、または特性は、１つまたは複数の実施形態において、任意の適切な方法で組み合わせられていてもよい。
【００１６】
図２に示されている例示的実施形態によれば、新規の圧縮機３８は、（図中に部分的に示されており縮尺で示されていない）ケーシング４０と、当技術分野において既知であり、したがって図示されていない種々の構成要素とを有する。関連構成要素の中に、当業者に理解されると考えられる内部効果または他の原理により流体流から泥／粒子を分離するように構成されている粒子分離デバイス４２がある（例えば、その内容全体が参照により本明細書に援用されているＫｉｍらの「Characterization of a particle trap impactor」、Ａｅｒｏｓｏｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ３７（２００６年）１０１６〜１０２３頁参照）。やはり図２に示されている通り、後で論じるように、粒子分離デバイス４２と流体連通する流量調節デバイス４４がある。後で論じるように、粒子分離デバイス４２および流量調節デバイス４４はどちらも、ケーシング４０内に形成されている穴内に部分的に配設されている。図１に示されている圧縮機３８の軸受（図示せず）および／またはモータ２６を冷却するために流体流が経由して圧縮機の流出部から転向される流入部４６を、粒子分離デバイス４２は有する。
【００１７】
図２は、粒子分離デバイス４２が、ケーシング４０の部材４８に、または例えばケーシング４０の壁４０ｂの穴４０ｃなどの圧縮機３８の別の構成要素に、取り付けられていることを示す。図３は、粒子分離デバイス４２のさらに詳細な図を示す。さらに具体的には、転向流体は、流入部４６を通って第１のチャンバ５０内に進入し、次に、転向流体は、チャネル５３および第２のチャンバ５４に進入する前に、流体が流体中に混入した粒子と共に加速される狭窄通路５２に到達する。この第２のチャンバ５４は、圧縮機３８のケーシング４０の内側と連通する穴５６を有する。
【００１８】
転向流体の加速および泥粒子と流体粒子との異なる運動量により、ならびに図２に全般的に不純物ＩＭと示されている粒子および／または塵が流体自体より重いことにより、流体は方向を方向Ａから方向Ｂへ逆転するが（図３および図５参照）、殆どの不純物ＩＭが慣性により元の方向Ａを維持する。したがって、不純物ＩＭは、粒子分離デバイス４２から外へ第２のチャンバ５４を通って徐々に落下して、図２に示されている通りケーシング４０の内側に不純物ＩＭ１の堆積を形成するように流体から分離され、穴５６に近接して蓄積される。
【００１９】
図２に戻って、粒子分離デバイス４２の穴５６は、圧縮機３８の底部領域５８に対向していることに留意されたい。換言すれば、図２は、圧縮機３８が横方向側面上に横たわっており、その動作位置にないことを示す。動作時、圧縮機３８は、底部領域５８が施設の床に対向／接触しているように配置される。このことは、重力ベクトルｇにより示されている。したがって、粒子分離デバイス４２の内側に蓄積する不純物は、穴５６を経由して圧縮機３８の底部領域５８へ落下する。圧縮機３８の底部領域５８は、ねじ６０または当技術分野における他の既知の機構によりケーシング４０に結合されていてもよい。図２に示されている圧縮機３８の位置は、圧縮機解体時、すなわち粒子分離デバイス４２および圧縮機３８の他の構成要素へのアクセスのために底部領域５８が除去される時に用いられる保守位置である。
【００２０】
図３に戻って、転向流体流がＡからＢへ方向を変えると、転向流体流は、第３のチャンバ６０に進入し、１つまたは複数のチャネル６１に到達する。図３は１つのチャネルのみを示すが、一実施形態では、粒子分離デバイスは、２個と２０個の間のチャネル６１を有していてもよい。粒子分離デバイス４２の側面部上の１つまたは複数の穴６２と流量調節デバイス４４の対応する穴６４とにより、不純物に関して清浄化された転向流体流が、流量調節デバイス４４のチャンバ６６内に進入する。しかし、粒子分離デバイス４２が流量調節デバイス４４と直接接触していないため、穴６２を出る清浄化された流体の一部は、流量調節デバイス４４に進入する前に、図４に示されているチャンバ４０ｄに進入してもよい。図４に示されているチャンバ４０ｄは、ケーシング４０、粒子分離デバイス４２の一部分および流量調節デバイス４４の一部分により画定されている。キャビティ４０ｄが、やはり図４に示されている２つの穴Ｈ１およびＨ２を有するように構成されていてもよい。
【００２１】
２つの穴Ｈ１およびＨ２は、穴の軸が互いに略垂直であるように配置されていてもよい。用途に応じて、２つの軸間の角度が、９０度とは異なっていてもよい。さらに、清浄化された流体の漏出を防ぐように、穴Ｈ１と穴Ｈ２とは、粒子分離デバイス４２と流量調節デバイス４４とをしっかりと受容する直径を有していてもよい。しかし、一例示的実施形態では、漏出は、チャンバ４０ｄから起こる可能性がある。図４に示されている穴Ｈ１と穴Ｈ２とは、図２に示されている穴４０ｃに相当する。一例示的実施形態では、粒子分離デバイスおよび流量調節デバイスがどちらもケーシング４０内に挿入された場合に粒子分離デバイス４２が流量調節デバイス４４に接触しないように、穴Ｈ１と穴Ｈ２との間の距離が計算される。さらに別の例示的デバイスでは、流量調節デバイス４４は、一方の端部がケーシング４０の外側に残っているように、かつ反対側端部がケーシング４０内部に形成されているチャンバ４０ｆ（図２参照）内に延出しているように挿入される。本例示的実施形態によれば、ケーシング４０の外側に残っている流量調節デバイスの端部は、モータ２６への適切な配管と連結されていてもよい（図１参照）。粒子分離デバイス４２は、中間部分がケーシング４０の壁内にあり、一方の端部がチャンバ４０ｆ内にあるように配設されていてもよい。当業者により理解されると考えられる他の配置が可能である。
【００２２】
さらに図３に関して、チャンバ６６からの清浄化された転向流体流は、第１の流動と第２の流動とに分割され、穴６８を出る第１の流動は、例えば圧縮機の軸受の方へ、穴７０を出る第２の流動は、例えば図１に示されているモータ２６の方へ向かう。これらの穴６８および穴７０は、各流量調節デバイス４４についてあらかじめ決められており、圧縮機３８の動作の変化により、流量調節デバイス４４の完全な除去と、新しい流量調節デバイスとの交換または後で論じる元の流量計であるが異なる大きさの穴を有するものとの交換とが必要になる。しかし、流量調節デバイス４４は粒子分離デバイス４２に取り付けられていないため、この作業は従来のデバイスの場合よりも速い。
【００２３】
図２に戻って、流量調節デバイス４４は、構成要素の中でもとりわけ、例えばフランジ７４とフランジ８０とを含む界面７２を有して示されている。流量調節デバイス４４をケーシング４０に取り付けるために次に論じる機構はまた、粒子分離デバイス４２に適用されてもよい。フランジ７４は、例えばねじ７６により、界面７２の一部であるフランジ８０に結合されていてもよい。フランジ７４とフランジ８０とは、側面４０ａ上に形成されている穴７８を覆っており、圧縮機３８の側面４０ａのケーシング穴７８は、圧縮機３８の底部領域５８を開くことなく、流量調節デバイス４４全体を除去することを可能にする大きさに作られていてもよい。フランジ８０は、ケーシング４０の側面４０ａにねじ８２で取り付けられていてもよい。当業者により理解されると考えられるように、他の機構が使用されて、流量調節デバイス４４をケーシング４０の側面４０ａに固定してもよい。
【００２４】
図４は、粒子分離デバイス４２および流量調節デバイス４４の全体図を示し、そこでは、流量調節デバイス４４が粒子分離デバイス４２に隣接して設けられているが、粒子分離デバイス４２を流量調節デバイス４４に結合するための機械的結合すなわちボルト、ねじ、または他の取付けデバイスはない。矢印のセットが、粒子分離デバイス４２、チャンバ４０ｄ、および流量調節デバイス４４を通る流体流を示しており、また、粒子分離デバイス４２を通る泥粒子の流動を示している。したがって、図２に関して、圧縮機３８が乾いた施設にありかつ流量調節デバイス４４を様々な理由で交換しなければならない場合、圧縮機３８の底部領域５８は除去しなくてもよく、ケーシング４０の側面４０ａ上のフランジ８０のみを流量調節デバイス４４と共に除去すればよいということがあり得る。フランジ８０を介して流量調節デバイス４４に容易にアクセスすることができるため、この作業は圧縮機３８の外側から実施することができる。この方法で、フランジ７４およびフランジ８０ならびに流量調節デバイス４４を除去するために一対のボルト８２のみを取り外せばよいので、別の流量調節デバイスとの流量調節デバイス４４の交換または穴６８および穴７０の交換により、交換時間が１２時間から４８時間までから２時間から３時間までに短縮される可能性がある。
【００２５】
流量調節デバイス４４を修正／交換するためのアクセス時間のこの短縮は、例示的実施形態によれば、界面７２を介して流量調節デバイス４４を圧縮機３８の側面４０ａのみに結合させることにより、かつ流量調節デバイス４４を粒子分離デバイス４２に機械的に結合せずに２つのデバイスを互いに隣接して配置することにより、達成することができる。ここで、流量調節デバイス４４を粒子分離デバイス４２に「機械的に結合しない」という表現により、これら２つのデバイスを互いに取り付けるためにボルト、ねじ、または他の機械的手段が使用されないことが理解される。しかし、この表現は、２つのデバイス間の直接接触または２つのデバイスの連結を除外しない。これに関して、図３および図４は、粒子分離デバイス４２の穴６２が流量調節デバイス４４の穴６４と連通するので、粒子分離デバイス４２が流量調節デバイス４４に流体連結されていることを示す。
【００２６】
粒子分離デバイス４２を通る流路および流量調節デバイス４４は、図５にさらに詳細に示されている。本例示的実施形態によれば、圧縮機３８からの転向流体流は、流入部４６で粒子分離デバイス４２に進入し、矢印Ａの方向に沿って第２のチャンバ５４へかつ／またはチャネル５３を越えることなく直接矢印Ｃに沿ってチャネル６１へ移動する。図４は、複数のチャネル６１がチャネル部分の周囲に配設されていてもよく、流体流は方向Ａを辿り、第２のチャンバ５４の壁５８との相互作用後に、矢印Ｂで示されているようにその方向を変え、粒子分離デバイス４２の第３のチャンバ６０内に戻り得ることを示す。このチャンバから、清浄化された流体流は、矢印Ｃおよび矢印Ｄを辿りチャネル６１へ達する。粒子分離デバイス４２のチャネル６１は、チャンバ４０ｄおよび次いで流量調節デバイス４４の穴６４と連通しており、流体流は矢印Ｅを辿り流量調節デバイス４４内に入る。ここで、流体流は分かれ、その一部は矢印Ｆを辿り圧縮機３８の軸受へ向かい、流体流の残りの部分は、矢印Ｇを辿りモータ２６の方へ向かう。流量調節デバイス４４により操作される流体の例は、石油化学業界または石油ガス業界において使用されかつ／または生成される任意の気体であってもよい。また、他の気体および液体が、本明細書で論じられている新規のシステムで使用されてもよい。
【００２７】
前段で論じた１つまたは複数の例示的実施形態の利点が、ここで、図３および図５に関連して説明される。図３は、清浄化された流体流が、粒子分離デバイス４２から流量調節デバイス４４のチャンバ６６内に供給されることを示す。この段階で、清浄化された流体流は、粒子分離デバイス４２の有効性次第で、依然として不純物を含有する可能性がある。図２に示されているこれらの不純物ＩＭ２（塵、異物等）は、流量調節デバイス４４のチャンバ６６（やはり図２参照）内に経時的に蓄積する可能性がある。流量調節デバイス４４は、所定量の不純物ＩＭ２を処理し得る。しかし、より大量の不純物は、流量調節デバイス４４の動作に悪影響を及ぼすと考えられ、例えば、圧縮機の軸受の損傷または適切な冷却の欠如によるモータ２６の損傷をもたらす可能性がある流体流の減少化などが挙げられる。
【００２８】
このように、これらの問題を防ぐために、例示的実施形態によれば、流量調節デバイス４４は、圧縮機全体を分解することなく圧縮機３８から容易に除去することができ、不純物に関して点検することができる。また、流量調節デバイス４４内の大量の不純物ＩＭ２（図２参照）は、圧縮機３８の底部領域５８におけるさらに大量の不純物ＩＭ１を示唆する。したがって、流量調節デバイス４４の除去は、時間のかかる作業である圧縮機３８の分解（すなわち底部領域５８の除去）をいつするべきかを保守作業員に「告げる」。換言すれば、流量調節デバイス４４を迅速に検査する能力が、圧縮機３８を分解する必要を遅らせる可能性がある。
【００２９】
次に、２つのデバイスがケーシング４０から取り外された後、いかにして流量調節デバイス４４を粒子分離デバイス４２に結合するかについて論じる。既に前段で論じた通り、流量調節デバイス４４を、圧縮機３８の動作に応じて、時々で交換しなければならない。既存の流量調節デバイス４４が除去された後、この例では、同じ流量調節デバイス４４を再度設置しなければならないと考えられる。図６は、平坦面９２により分離されている１つまたは複数の穴６２を有する粒子分離デバイス４２を示す。これらの要素６２および要素９２は、特定の領域９４と特定の領域９６との間の粒子分離デバイス４２上に形成されており、流量調節デバイス４４はそこに収容される。特定の領域９４と特定の領域９６とを分離している距離Ｄが、流量調節デバイス４４の外径ｄに等しいか、またはそれより大きい。また、領域９４と領域９６とは、これら２つの領域により挟まれている粒子分離デバイス４２の領域（すなわち穴６２と平坦面９２とにより画定されている領域）より高い直径（高度）を有していてもよい。図４に示されている通り粒子分離デバイス４２が対応する穴Ｈ１内に導入された場合、より高い直径領域９４およびより高い直径領域９６を使用して、チャンバ４０ｄを封止してもよい。
【００３０】
例示的実施形態では、粒子分離デバイス４２は、流量調節デバイス４４に接触しない。この特徴は、ケーシング４０に固定されている所定の穴、腕木部、フランジまたは他の取付け機構に、これらのデバイスを取り付けることにより達成され得る。例えば、図２の穴８０と部材４８とは、デバイス４２とデバイス４４とがそれらに取り付けられると、デバイス４２とデバイス４４とが互いに接触することなく図６および図７に示されている正しい位置にあるように、ケーシング４０内に配置され得る。あるいは、デバイス４２は、デバイス４４と同様に、ケーシング４０の壁４０ｂおよび／または壁４０ｅに形成されている１つまたは複数の穴Ｈ１に取り付けられてもよい。したがって、穴Ｈ１の軸と穴Ｈ２の軸とが、デバイス４２とデバイス４４との正確な位置合わせを達成するために、ケーシング４０に対して配置されてもよい。一例示的実施形態では、穴Ｈ１の軸と穴Ｈ２の軸とが互いに略垂直である。
【００３１】
例示的実施形態によれば、かつ図６および図７に示されている通り、デバイス４２は複数の穴６２を有するが、その穴６２の数個のみが、デバイス４４に直接対向している。換言すれば、デバイス４２からの清浄な流体は、穴６２を通って出てケーシング４０のチャンバ４０ｄ内に入り、そこから、清浄な流体は、１つまたは複数の穴６４を経由してデバイス４４に進入する。したがって、デバイス４２とデバイス４４とは、保守目的でキャビティ４０から別々に除去され得る。
【００３２】
また、図７は、圧縮機３８のケーシング４０の側面４０ａの穴７８（図２参照）を漏出なく確実に塞ぐためにフランジ７４の溝部内に配置されていてもよいガスケット１００を示す。さらに、図７は、穴６８（第２の穴）を有する第１のリング要素１０２と穴７０（第３の穴）を有する第２のリング要素とを示す。例示的実施形態によれば、第１のリング要素１０２と第２のリング要素１０４とは、流量調節デバイス４４に取外し可能に取り付けられており、単にこれらの要素を交換するだけで、軸受およびモータへの流体流は、所望の通りに調節することができる。
【００３３】
図８に示されている例示的実施形態によれば、ケーシングを有するターボ機械装置を組み立てる方法がある。本方法は、ケーシングの内側に圧縮機を取り付けるステップ８００であり、その圧縮機が、軸受により支持されているシャフトを有する、ステップ８００と、ケーシングの内側に冷却システムを取り付けるステップ８０２であり、その冷却システムが、流体の流動で圧縮機の軸受を冷却するように構成されている、ステップ８０２とを含む。冷却システムは、流体流から粒子を分離するように構成されている粒子分離デバイスと、粒子分離デバイスに接触することなく粒子分離デバイスと流体連通し、流体の流量を調節するように構成されている流量調節デバイスとを含む。
【００３４】
前段で論じた本方法に関する代替的ステップおよび付加的ステップは、第１の端部領域を備えた流量調節デバイスをケーシングに取り付けるステップ、流量調節デバイスをいかなる機械的手段によっても粒子分離デバイスに結合されていない状態に維持するステップ、流量調節デバイスの少なくとも第１の穴を粒子分離デバイスの１つまたは複数の穴に流体連通させて冷却液を受け取るステップ、冷却液の一部を第２の穴を通して圧縮機の軸受へ方向付けるステップ、冷却液の残りの部分を第３の穴を通してモータへ方向付けるステップ、および／または流量調節デバイスに界面を付加して、保持手段によりケーシングの側面開口部に結合させるステップのうちの１つまたは複数を含む。
【００３５】
上記実施形態で論じたターボ機械装置は、保持手段によりケーシングの側面開口部に結合されるように構成されている界面を備えた流量調節デバイスを有していてもよい。あるいは、ターボ機械装置の保持手段がボルトまたはねじであり、界面はフランジである。ターボ機械装置のさらに別の可能性は、その界面を取り外すだけでケーシングから除去されるように構成されている流量調節デバイスを有することである。
【００３６】
開示された例示的実施形態は、システム内に設けられている流量調節デバイスを容易に修正する方法およびシステムを提供する。本記述が本発明の制限を意図するものではないことを理解すべきである。それどころか、例示的実施形態は、添付の特許請求の範囲により定められる本発明の精神および範囲に含まれる代替物、修正、および均等物を包含するものである。さらに、例示的実施形態の詳細な記載では、特許請求する発明が包括的に理解されるように、多数の特定の詳細が記載されている。しかし、当業者は、種々の実施形態がそのような特定の詳細なしに実践され得るであろうことを理解すると考えられる。
【００３７】
本例示的実施形態の特徴または要素は、特定の組合せで実施形態に記載されているが、各特徴または各要素は、その実施形態のその他の特徴および要素を用いずに単独で、または本明細書に開示されている他の特徴および要素との様々な組合せでもしくはそれらを用いずに、使用することができる。
【００３８】
本明細書は、例を用いて、最良の形態を含めて本発明を開示しており、また、任意のデバイスまたはシステムを作製し使用することおよび任意の援用された方法を実施することを含めて、当業者が本発明を実践することを可能にする。本発明の特許性のある範囲は、特許請求の範囲により定められ、当業者に思い付く他の例を含み得る。そのような他の例が特許請求の範囲の文言と異ならない構造要素を有する場合、またはそれらが特許請求の範囲の文言の範囲内の等価の構造要素を含む場合、そのような他の例は、特許請求の範囲の範囲内にあるものとする。
【符号の説明】
【００３９】
１０ 海底石油／ガス採取システム
１２ 海底
１４ 井戸
１６ 種々の構成要素
１８ 圧縮機
２０ 海面
２２ 船
２４ ライザ
２６ モータ
２８ リンク
３０ 専用管
３８ 圧縮機
４０ ケーシング
４０ａ 側面
４０ｂ 壁
４０ｃ 穴
４０ｄ チャンバ、キャビティ
４０ｅ 壁
４０ｆ チャンバ
４２ 粒子分離デバイス
４４ 流量調節デバイス
４６ 流入部
４８ 部材
５０ 第１のチャンバ
５２ 狭窄通路
５３ チャネル
５４ 第２のチャンバ
５６ 穴
５８ 底部領域
６０ ねじ、第３のチャンバ
６１ １つまたは複数のチャネル
６２ １つまたは複数の穴
６４ 穴
６６ チャンバ
６８ （第２の）穴
７０ （第３の）穴
７２ 界面
７４ フランジ
７６ ねじ
７８ 穴
８０ フランジ、穴
８２ ねじ、ボルト
９２ 平坦面
９４ 特定の領域
９６ 特定の領域
１００ ガスケット
１０２ 第１のリング要素
１０４ 第２のリング要素
８００ （圧縮機を）取り付けるステップ
８０２ （冷却システムを）取り付けるステップ
Ａ 方向
Ｂ 方向、矢印
Ｃ 矢印
Ｄ 矢印、距離
ｄ 外径
Ｆ 矢印
Ｇ 矢印
ｇ 重力ベクトル
Ｈ１ 穴
Ｈ２ 穴
ＩＭ 不純物
ＩＭ１ 不純物
ＩＭ２ 不純物
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示されている主題の実施形態は、一般に、方法およびシステムに関し、より詳細には、ターボ機械装置内の冷却流を操作するために粒子分離デバイスと流量調節デバイスとを配置する機構および技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ここ数年、化石燃料の価格が上昇するにつれて、化石燃料の海底採取に使用される海中圧縮機を開発することへの関心が劇的に高まっている。図１に示されている通り、海底石油／ガス採取システム１０が、部分的に海底１２上でオイルを採取する井戸１４に近接して配設されている。このシステムは、種々の構成要素１６（例えば、圧力が突然変化した場合に井戸の圧力および完全性を維持する噴出防止装置ならびに他の既知の機器）と、井戸１４の上方に浮かんでいることができる船２２の所で石油／ガスが収集されるように井戸１４から採取した石油／ガスを海面２０に汲み上げるのに使用され得る圧縮機１８とを含むことができる。石油／ガスは、圧縮機１８からライザ２４を通って船２２へ汲み上げられる。石油／ガスを海面２０に汲み上げるのに必要な圧力を生成するために、圧縮機１８は、リンク２８経由で圧縮機１８に直接接続されているモータ２６により駆動される。しかし、圧縮機１８のシャフト（図示せず）を支持している軸受は、ロータの高回転速度によりかなりの量の熱を発生し、この熱は、圧縮機１８の適切な動作のために除去することが必要である。また、モータ２６内に蓄積する熱が動作中にはかなりのものになる可能性があるので、モータ２６を冷却する必要がある。
【０００３】
このため、圧縮機１８は、圧縮される流体（例えば、圧縮機の出口からの気体）の一部を転向させて、圧縮機１８の軸受とモータ２６の一部とを冷却してもよい。転向流体は、圧縮機１８とモータ２６との間で分割されてもよく、モータ２６を冷却するのに使用される転向流体流の一部は、図１に示されている通り、専用管３０により圧縮機１８からモータ２６へ供給されてもよい。
【０００４】
しかし、転向流体は、圧縮機１８および／またはモータ２６の内部で、特にそれらの軸受の内側で、望ましくない泥または異物（不純物）を含んでいる可能性がある。このため、圧縮機１８の軸受および／またはモータ２６を冷却する前に、フィルタまたは除塵デバイスを使用して転向流体を清浄化してもよい。例えば、その内容全体が参照により本明細書に開示されているＡｎｄｅｒｓｏｎらの米国特許第７，３１１，７４１号およびＢａｉｇａｓ，Ｊｒ．の米国特許第３，９０７，６７１号に、塵および／または粒子を除去するそのようなデバイスが開示されている。
【０００５】
図１に示されているシステム１０は、圧縮機１８の軸受およびモータ２６へ供給される流体の体積を制御する流量調節デバイス（図示せず）を含んでいてもよい。システム１０が使用される種々の条件に応じて、この（圧縮機１８またはモータ２６のどちらかへ）転向される流体量は、時々で変化する。除塵デバイスが圧縮機１８の外側に配置されているので、流量調節デバイスは、従来、除塵デバイスから分離されている。さらに、従来の流量調節デバイスは、外側からのアクセスが難しい位置である圧縮機１８のケーシングの内側深くに設けられている。
【０００６】
このように、圧縮機の動作の変化に関する不測の事態において流量調節デバイスを修正するために、圧縮機１８全体を、海底１２から離し、海面の乾いた施設に運び上げなければならず、次に、流量調節デバイスに到達しかつ別の適切な流量調節デバイスと交換することができるように、圧縮機１８を分解しなければならない。あるいは、同じ流量調節デバイスが維持されるが、種々の孔を有する種々の取外し可能なリング要素が流量調節デバイスの内側に設けられて、流体の流量を変更する。圧縮機１８が乾いた施設で分解されると、圧縮機のケーシングへのかつ圧縮機の内側または外側の除塵デバイスへの流量調節デバイスの複数の接続のせいで、圧縮機の流量調節デバイスに到達しかつそれを取り外すには半日から３日かかる。このように、保守作業員は、流量調節デバイスを取り換えるために、圧縮機の内側に到達しかつ圧縮機のケーシングおよび粒子分離デバイスから流量調節デバイスを取り外す必要がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
この時間のかかる作業は、石油採取システム１０の動作を一時的に停止させることになり、これは生産減少を意味する。したがって、システム１０の動作条件に応じて流量調節デバイスを修正するために、システム１０の全動作を２〜３日間停止することは望ましくない。
【０００８】
したがって、前述の問題および欠点を無くすシステムおよび方法を提供することが望ましいと考えられる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
一例示的実施形態によれば、ケーシングと、ケーシングの内側に取り付けられている圧縮機とを含むターボ機械装置があり、圧縮機は、軸受により支持されているシャフトと、ケーシングの内側に取り付けられ、冷却液で圧縮機の軸受を冷却するように構成されている冷却システムとを有する。冷却システムは、冷却液から粒子を分離するように構成されている粒子分離デバイスと、粒子分離デバイスに接触することなく粒子分離デバイスと流体連通し、冷却液を調節するように構成されている流量調節デバイスとを含む。流量調節デバイスは、ケーシングの壁の内側に粒子分離デバイスに隣接して配設されている。
【００１０】
別の例示的実施形態によれば、ケーシングと、ケーシングの内側に取り付けられている機械とを含むシステムがあり、機械は、軸受により支持されているシャフトと、ケーシングの内側に取り付けられ、冷却液で機械の軸受を冷却するように構成されている冷却システムとを有する。冷却システムは、冷却液から粒子を分離するように構成されている粒子分離デバイスと、粒子分離デバイスに接触することなく粒子分離デバイスと流体連通し、冷却液を調節するように構成されている流量調節デバイスとを含む。流量調節デバイスは、ケーシングの壁の内側に粒子分離デバイスに隣接して配設されている。
【００１１】
さらに別の例示的実施形態によれば、ケーシングを有するターボ機械装置を組み立てる方法がある。本方法は、ケーシングの内側に圧縮機を取り付けるステップであり、この圧縮機が、軸受により支持されているシャフトを有する、ステップと、ケーシングの内側に冷却システムを取り付けるステップであり、この冷却システムが、冷却液で圧縮機の軸受を冷却するように構成されている、ステップとを含む。冷却システムは、冷却液から粒子を分離するように構成されている粒子分離デバイスと、粒子分離デバイスに接触することなく粒子分離デバイスと連通する流量調節デバイスとを含む。
【００１２】
本明細書の一部に組み込まれておりそれを構成している添付図面は、１つまたは複数の実施形態を示し、記述と共にこれらの実施形態を説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】従来の海洋石油採取システムの概略図である。
【図２】例示的実施形態による圧縮機の概略図である。
【図３】例示的実施形態による、図２の圧縮機の内側に配設されている粒子分離デバイスおよび流量調節デバイスの概略図である。
【図４】別の例示的実施形態による粒子分離デバイスおよび流量調節デバイスの概略図である。
【図５】例示的実施形態による、粒子分離デバイスおよび流量調節デバイスを通る流路を示す概略図である。
【図６】例示的実施形態による、粒子分離デバイスと流量調節デバイスとの間の接触を示す概略図である。
【図７】例示的実施形態による、図６の接触の断面図を示す概略図である。
【図８】例示的実施形態による、流量調節デバイスを組み立てるステップを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
例示的実施形態の以下の記載は、添付図面を参照する。異なる図面の同一の参照番号は、同一または同様の要素を特定する。以下の詳細な記載は、本発明を限定しない。そうではなく、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲により定められる。以下の実施形態は、分かり易くするために、海中圧縮機の専門用語および構造に関して論じられている。しかし、次に論じる実施形態は、これらの圧縮機に限定されず、冷却目的で清浄な流体流の供給を必要とする他の圧縮機または機械に適用され得る。
【００１５】
本明細書の全体にわたって言及される「一実施形態」または「ある実施形態」は、ある実施形態に関連して記載されている特定の特徴、構造、または特性が、開示されている主題の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。したがって、本明細書の全体にわたって様々な箇所に記載されている語句「一実施形態では」または「ある実施形態では」は、必ずしも同じ実施形態を指していない。さらに、特定の特徴、構造、または特性は、１つまたは複数の実施形態において、任意の適切な方法で組み合わせられていてもよい。
【００１６】
図２に示されている例示的実施形態によれば、新規の圧縮機３８は、（図中に部分的に示されており縮尺で示されていない）ケーシング４０と、当技術分野において既知であり、したがって図示されていない種々の構成要素とを有する。関連構成要素の中に、当業者に理解されると考えられる内部効果または他の原理により流体流から泥／粒子を分離するように構成されている粒子分離デバイス４２がある（例えば、その内容全体が参照により本明細書に援用されているＫｉｍらの「Characterization of a particle trap impactor」、Ａｅｒｏｓｏｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ３７（２００６年）１０１６〜１０２３頁参照）。やはり図２に示されている通り、後で論じるように、粒子分離デバイス４２と流体連通する流量調節デバイス４４がある。後で論じるように、粒子分離デバイス４２および流量調節デバイス４４はどちらも、ケーシング４０内に形成されている穴内に部分的に配設されている。図１に示されている圧縮機３８の軸受（図示せず）および／またはモータ２６を冷却するために流体流が経由して圧縮機の流出部から転向される流入部４６を、粒子分離デバイス４２は有する。
【００１７】
図２は、粒子分離デバイス４２が、ケーシング４０の部材４８に、または例えばケーシング４０の壁４０ｂの穴４０ｃなどの圧縮機３８の別の構成要素に、取り付けられていることを示す。図３は、粒子分離デバイス４２のさらに詳細な図を示す。さらに具体的には、転向流体は、流入部４６を通って第１のチャンバ５０内に進入し、次に、転向流体は、チャネル５３および第２のチャンバ５４に進入する前に、流体が流体中に混入した粒子と共に加速される狭窄通路５２に到達する。この第２のチャンバ５４は、圧縮機３８のケーシング４０の内側と連通する穴５６を有する。
【００１８】
転向流体の加速および泥粒子と流体粒子との異なる運動量により、ならびに図２に全般的に不純物ＩＭと示されている粒子および／または塵が流体自体より重いことにより、流体は方向を方向Ａから方向Ｂへ逆転するが（図３および図５参照）、殆どの不純物ＩＭが慣性により元の方向Ａを維持する。したがって、不純物ＩＭは、粒子分離デバイス４２から外へ第２のチャンバ５４を通って徐々に落下して、図２に示されている通りケーシング４０の内側に不純物ＩＭ１の堆積を形成するように流体から分離され、穴５６に近接して蓄積される。
【００１９】
図２に戻って、粒子分離デバイス４２の穴５６は、圧縮機３８の底部領域５８に対向していることに留意されたい。換言すれば、図２は、圧縮機３８が横方向側面上に横たわっており、その動作位置にないことを示す。動作時、圧縮機３８は、底部領域５８が施設の床に対向／接触しているように配置される。このことは、重力ベクトルｇにより示されている。したがって、粒子分離デバイス４２の内側に蓄積する不純物は、穴５６を経由して圧縮機３８の底部領域５８へ落下する。圧縮機３８の底部領域５８は、ねじ６０または当技術分野における他の既知の機構によりケーシング４０に結合されていてもよい。図２に示されている圧縮機３８の位置は、圧縮機解体時、すなわち粒子分離デバイス４２および圧縮機３８の他の構成要素へのアクセスのために底部領域５８が除去される時に用いられる保守位置である。
【００２０】
図３に戻って、転向流体流がＡからＢへ方向を変えると、転向流体流は、第３のチャンバ６０に進入し、１つまたは複数のチャネル６１に到達する。図３は１つのチャネルのみを示すが、一実施形態では、粒子分離デバイスは、２個と２０個の間のチャネル６１を有していてもよい。粒子分離デバイス４２の側面部上の１つまたは複数の穴６２と流量調節デバイス４４の対応する穴６４とにより、不純物に関して清浄化された転向流体流が、流量調節デバイス４４のチャンバ６６内に進入する。しかし、粒子分離デバイス４２が流量調節デバイス４４と直接接触していないため、穴６２を出る清浄化された流体の一部は、流量調節デバイス４４に進入する前に、図４に示されているチャンバ４０ｄに進入してもよい。図４に示されているチャンバ４０ｄは、ケーシング４０、粒子分離デバイス４２の一部分および流量調節デバイス４４の一部分により画定されている。キャビティ４０ｄが、やはり図４に示されている２つの穴Ｈ１およびＨ２を有するように構成されていてもよい。
【００２１】
２つの穴Ｈ１およびＨ２は、穴の軸が互いに略垂直であるように配置されていてもよい。用途に応じて、２つの軸間の角度が、９０度とは異なっていてもよい。さらに、清浄化された流体の漏出を防ぐように、穴Ｈ１と穴Ｈ２とは、粒子分離デバイス４２と流量調節デバイス４４とをしっかりと受容する直径を有していてもよい。しかし、一例示的実施形態では、漏出は、チャンバ４０ｄから起こる可能性がある。図４に示されている穴Ｈ１と穴Ｈ２とは、図２に示されている穴４０ｃに相当する。一例示的実施形態では、粒子分離デバイスおよび流量調節デバイスがどちらもケーシング４０内に挿入された場合に粒子分離デバイス４２が流量調節デバイス４４に接触しないように、穴Ｈ１と穴Ｈ２との間の距離が計算される。さらに別の例示的デバイスでは、流量調節デバイス４４は、一方の端部がケーシング４０の外側に残っているように、かつ反対側端部がケーシング４０内部に形成されているチャンバ４０ｆ（図２参照）内に延出しているように挿入される。本例示的実施形態によれば、ケーシング４０の外側に残っている流量調節デバイスの端部は、モータ２６への適切な配管と連結されていてもよい（図１参照）。粒子分離デバイス４２は、中間部分がケーシング４０の壁内にあり、一方の端部がチャンバ４０ｆ内にあるように配設されていてもよい。当業者により理解されると考えられる他の配置が可能である。
【００２２】
さらに図３に関して、チャンバ６６からの清浄化された転向流体流は、第１の流動と第２の流動とに分割され、穴６８を出る第１の流動は、例えば圧縮機の軸受の方へ、穴７０を出る第２の流動は、例えば図１に示されているモータ２６の方へ向かう。これらの穴６８および穴７０は、各流量調節デバイス４４についてあらかじめ決められており、圧縮機３８の動作の変化により、流量調節デバイス４４の完全な除去と、新しい流量調節デバイスとの交換または後で論じる元の流量計であるが異なる大きさの穴を有するものとの交換とが必要になる。しかし、流量調節デバイス４４は粒子分離デバイス４２に取り付けられていないため、この作業は従来のデバイスの場合よりも速い。
【００２３】
図２に戻って、流量調節デバイス４４は、構成要素の中でもとりわけ、例えばフランジ７４とフランジ８０とを含む界面７２を有して示されている。流量調節デバイス４４をケーシング４０に取り付けるために次に論じる機構はまた、粒子分離デバイス４２に適用されてもよい。フランジ７４は、例えばねじ７６により、界面７２の一部であるフランジ８０に結合されていてもよい。フランジ７４とフランジ８０とは、側面４０ａ上に形成されている穴７８を覆っており、圧縮機３８の側面４０ａのケーシング穴７８は、圧縮機３８の底部領域５８を開くことなく、流量調節デバイス４４全体を除去することを可能にする大きさに作られていてもよい。フランジ８０は、ケーシング４０の側面４０ａにねじ８２で取り付けられていてもよい。当業者により理解されると考えられるように、他の機構が使用されて、流量調節デバイス４４をケーシング４０の側面４０ａに固定してもよい。
【００２４】
図４は、粒子分離デバイス４２および流量調節デバイス４４の全体図を示し、そこでは、流量調節デバイス４４が粒子分離デバイス４２に隣接して設けられているが、粒子分離デバイス４２を流量調節デバイス４４に結合するための機械的結合すなわちボルト、ねじ、または他の取付けデバイスはない。矢印のセットが、粒子分離デバイス４２、チャンバ４０ｄ、および流量調節デバイス４４を通る流体流を示しており、また、粒子分離デバイス４２を通る泥粒子の流動を示している。したがって、図２に関して、圧縮機３８が乾いた施設にありかつ流量調節デバイス４４を様々な理由で交換しなければならない場合、圧縮機３８の底部領域５８は除去しなくてもよく、ケーシング４０の側面４０ａ上のフランジ８０のみを流量調節デバイス４４と共に除去すればよいということがあり得る。フランジ８０を介して流量調節デバイス４４に容易にアクセスすることができるため、この作業は圧縮機３８の外側から実施することができる。この方法で、フランジ７４およびフランジ８０ならびに流量調節デバイス４４を除去するために一対のボルト８２のみを取り外せばよいので、別の流量調節デバイスとの流量調節デバイス４４の交換または穴６８および穴７０の交換により、交換時間が１２時間から４８時間までから２時間から３時間までに短縮される可能性がある。
【００２５】
流量調節デバイス４４を修正／交換するためのアクセス時間のこの短縮は、例示的実施形態によれば、界面７２を介して流量調節デバイス４４を圧縮機３８の側面４０ａのみに結合させることにより、かつ流量調節デバイス４４を粒子分離デバイス４２に機械的に結合せずに２つのデバイスを互いに隣接して配置することにより、達成することができる。ここで、流量調節デバイス４４を粒子分離デバイス４２に「機械的に結合しない」という表現により、これら２つのデバイスを互いに取り付けるためにボルト、ねじ、または他の機械的手段が使用されないことが理解される。しかし、この表現は、２つのデバイス間の直接接触または２つのデバイスの連結を除外しない。これに関して、図３および図４は、粒子分離デバイス４２の穴６２が流量調節デバイス４４の穴６４と連通するので、粒子分離デバイス４２が流量調節デバイス４４に流体連結されていることを示す。
【００２６】
粒子分離デバイス４２を通る流路および流量調節デバイス４４は、図５にさらに詳細に示されている。本例示的実施形態によれば、圧縮機３８からの転向流体流は、流入部４６で粒子分離デバイス４２に進入し、矢印Ａの方向に沿って第２のチャンバ５４へかつ／またはチャネル５３を越えることなく直接矢印Ｃに沿ってチャネル６１へ移動する。図４は、複数のチャネル６１がチャネル部分の周囲に配設されていてもよく、流体流は方向Ａを辿り、第２のチャンバ５４の壁５８との相互作用後に、矢印Ｂで示されているようにその方向を変え、粒子分離デバイス４２の第３のチャンバ６０内に戻り得ることを示す。このチャンバから、清浄化された流体流は、矢印Ｃおよび矢印Ｄを辿りチャネル６１へ達する。粒子分離デバイス４２のチャネル６１は、チャンバ４０ｄおよび次いで流量調節デバイス４４の穴６４と連通しており、流体流は矢印Ｅを辿り流量調節デバイス４４内に入る。ここで、流体流は分かれ、その一部は矢印Ｆを辿り圧縮機３８の軸受へ向かい、流体流の残りの部分は、矢印Ｇを辿りモータ２６の方へ向かう。流量調節デバイス４４により操作される流体の例は、石油化学業界または石油ガス業界において使用されかつ／または生成される任意の気体であってもよい。また、他の気体および液体が、本明細書で論じられている新規のシステムで使用されてもよい。
【００２７】
前段で論じた１つまたは複数の例示的実施形態の利点が、ここで、図３および図５に関連して説明される。図３は、清浄化された流体流が、粒子分離デバイス４２から流量調節デバイス４４のチャンバ６６内に供給されることを示す。この段階で、清浄化された流体流は、粒子分離デバイス４２の有効性次第で、依然として不純物を含有する可能性がある。図２に示されているこれらの不純物ＩＭ２（塵、異物等）は、流量調節デバイス４４のチャンバ６６（やはり図２参照）内に経時的に蓄積する可能性がある。流量調節デバイス４４は、所定量の不純物ＩＭ２を処理し得る。しかし、より大量の不純物は、流量調節デバイス４４の動作に悪影響を及ぼすと考えられ、例えば、圧縮機の軸受の損傷または適切な冷却の欠如によるモータ２６の損傷をもたらす可能性がある流体流の減少化などが挙げられる。
【００２８】
このように、これらの問題を防ぐために、例示的実施形態によれば、流量調節デバイス４４は、圧縮機全体を分解することなく圧縮機３８から容易に除去することができ、不純物に関して点検することができる。また、流量調節デバイス４４内の大量の不純物ＩＭ２（図２参照）は、圧縮機３８の底部領域５８におけるさらに大量の不純物ＩＭ１を示唆する。したがって、流量調節デバイス４４の除去は、時間のかかる作業である圧縮機３８の分解（すなわち底部領域５８の除去）をいつするべきかを保守作業員に「告げる」。換言すれば、流量調節デバイス４４を迅速に検査する能力が、圧縮機３８を分解する必要を遅らせる可能性がある。
【００２９】
次に、２つのデバイスがケーシング４０から取り外された後、いかにして流量調節デバイス４４を粒子分離デバイス４２に結合するかについて論じる。既に前段で論じた通り、流量調節デバイス４４を、圧縮機３８の動作に応じて、時々で交換しなければならない。既存の流量調節デバイス４４が除去された後、この例では、同じ流量調節デバイス４４を再度設置しなければならないと考えられる。図６は、平坦面９２により分離されている１つまたは複数の穴６２を有する粒子分離デバイス４２を示す。これらの要素６２および要素９２は、特定の領域９４と特定の領域９６との間の粒子分離デバイス４２上に形成されており、流量調節デバイス４４はそこに収容される。特定の領域９４と特定の領域９６とを分離している距離Ｄが、流量調節デバイス４４の外径ｄに等しいか、またはそれより大きい。また、領域９４と領域９６とは、これら２つの領域により挟まれている粒子分離デバイス４２の領域（すなわち穴６２と平坦面９２とにより画定されている領域）より高い直径（高度）を有していてもよい。図４に示されている通り粒子分離デバイス４２が対応する穴Ｈ１内に導入された場合、より高い直径領域９４およびより高い直径領域９６を使用して、チャンバ４０ｄを封止してもよい。
【００３０】
例示的実施形態では、粒子分離デバイス４２は、流量調節デバイス４４に接触しない。この特徴は、ケーシング４０に固定されている所定の穴、腕木部、フランジまたは他の取付け機構に、これらのデバイスを取り付けることにより達成され得る。例えば、図２の穴８０と部材４８とは、デバイス４２とデバイス４４とがそれらに取り付けられると、デバイス４２とデバイス４４とが互いに接触することなく図６および図７に示されている正しい位置にあるように、ケーシング４０内に配置され得る。あるいは、デバイス４２は、デバイス４４と同様に、ケーシング４０の壁４０ｂおよび／または壁４０ｅに形成されている１つまたは複数の穴Ｈ１に取り付けられてもよい。したがって、穴Ｈ１の軸と穴Ｈ２の軸とが、デバイス４２とデバイス４４との正確な位置合わせを達成するために、ケーシング４０に対して配置されてもよい。一例示的実施形態では、穴Ｈ１の軸と穴Ｈ２の軸とが互いに略垂直である。
【００３１】
例示的実施形態によれば、かつ図６および図７に示されている通り、デバイス４２は複数の穴６２を有するが、その穴６２の数個のみが、デバイス４４に直接対向している。換言すれば、デバイス４２からの清浄な流体は、穴６２を通って出てケーシング４０のチャンバ４０ｄ内に入り、そこから、清浄な流体は、１つまたは複数の穴６４を経由してデバイス４４に進入する。したがって、デバイス４２とデバイス４４とは、保守目的でキャビティ４０から別々に除去され得る。
【００３２】
また、図７は、圧縮機３８のケーシング４０の側面４０ａの穴７８（図２参照）を漏出なく確実に塞ぐためにフランジ７４の溝部内に配置されていてもよいガスケット１００を示す。さらに、図７は、穴６８（第２の穴）を有する第１のリング要素１０２と穴７０（第３の穴）を有する第２のリング要素とを示す。例示的実施形態によれば、第１のリング要素１０２と第２のリング要素１０４とは、流量調節デバイス４４に取外し可能に取り付けられており、単にこれらの要素を交換するだけで、軸受およびモータへの流体流は、所望の通りに調節することができる。
【００３３】
図８に示されている例示的実施形態によれば、ケーシングを有するターボ機械装置を組み立てる方法がある。本方法は、ケーシングの内側に圧縮機を取り付けるステップ８００であり、その圧縮機が、軸受により支持されているシャフトを有する、ステップ８００と、ケーシングの内側に冷却システムを取り付けるステップ８０２であり、その冷却システムが、流体の流動で圧縮機の軸受を冷却するように構成されている、ステップ８０２とを含む。冷却システムは、流体流から粒子を分離するように構成されている粒子分離デバイスと、粒子分離デバイスに接触することなく粒子分離デバイスと流体連通し、流体の流量を調節するように構成されている流量調節デバイスとを含む。
【００３４】
前段で論じた本方法に関する代替的ステップおよび付加的ステップは、第１の端部領域を備えた流量調節デバイスをケーシングに取り付けるステップ、流量調節デバイスをいかなる機械的手段によっても粒子分離デバイスに結合されていない状態に維持するステップ、流量調節デバイスの少なくとも第１の穴を粒子分離デバイスの１つまたは複数の穴に流体連通させて冷却液を受け取るステップ、冷却液の一部を第２の穴を通して圧縮機の軸受へ方向付けるステップ、冷却液の残りの部分を第３の穴を通してモータへ方向付けるステップ、および／または流量調節デバイスに界面を付加して、保持手段によりケーシングの側面開口部に結合させるステップのうちの１つまたは複数を含む。
【００３５】
上記実施形態で論じたターボ機械装置は、保持手段によりケーシングの側面開口部に結合されるように構成されている界面を備えた流量調節デバイスを有していてもよい。あるいは、ターボ機械装置の保持手段がボルトまたはねじであり、界面はフランジである。ターボ機械装置のさらに別の可能性は、その界面を取り外すだけでケーシングから除去されるように構成されている流量調節デバイスを有することである。
【００３６】
開示された例示的実施形態は、システム内に設けられている流量調節デバイスを容易に修正する方法およびシステムを提供する。本記述が本発明の制限を意図するものではないことを理解すべきである。それどころか、例示的実施形態は、添付の特許請求の範囲により定められる本発明の精神および範囲に含まれる代替物、修正、および均等物を包含するものである。さらに、例示的実施形態の詳細な記載では、特許請求する発明が包括的に理解されるように、多数の特定の詳細が記載されている。しかし、当業者は、種々の実施形態がそのような特定の詳細なしに実践され得るであろうことを理解すると考えられる。
【００３７】
本例示的実施形態の特徴または要素は、特定の組合せで実施形態に記載されているが、各特徴または各要素は、その実施形態のその他の特徴および要素を用いずに単独で、または本明細書に開示されている他の特徴および要素との様々な組合せでもしくはそれらを用いずに、使用することができる。
【００３８】
本明細書は、例を用いて、最良の形態を含めて本発明を開示しており、また、任意のデバイスまたはシステムを作製し使用することおよび任意の援用された方法を実施することを含めて、当業者が本発明を実践することを可能にする。本発明の特許性のある範囲は、特許請求の範囲により定められ、当業者に思い付く他の例を含み得る。そのような他の例が特許請求の範囲の文言と異ならない構造要素を有する場合、またはそれらが特許請求の範囲の文言の範囲内の等価の構造要素を含む場合、そのような他の例は、特許請求の範囲の範囲内にあるものとする。
【符号の説明】
【００３９】
１０ 海底石油／ガス採取システム
１２ 海底
１４ 井戸
１６ 種々の構成要素
１８ 圧縮機
２０ 海面
２２ 船
２４ ライザ
２６ モータ
２８ リンク
３０ 専用管
３８ 圧縮機
４０ ケーシング
４０ａ 側面
４０ｂ 壁
４０ｃ 穴
４０ｄ チャンバ、キャビティ
４０ｅ 壁
４０ｆ チャンバ
４２ 粒子分離デバイス
４４ 流量調節デバイス
４６ 流入部
４８ 部材
５０ 第１のチャンバ
５２ 狭窄通路
５３ チャネル
５４ 第２のチャンバ
５６ 穴
５８ 底部領域
６０ ねじ、第３のチャンバ
６１ １つまたは複数のチャネル
６２ １つまたは複数の穴
６４ 穴
６６ チャンバ
６８ （第２の）穴
７０ （第３の）穴
７２ 界面
７４ フランジ
７６ ねじ
７８ 穴
８０ フランジ、穴
８２ ねじ、ボルト
９２ 平坦面
９４ 特定の領域
９６ 特定の領域
１００ ガスケット
１０２ 第１のリング要素
１０４ 第２のリング要素
８００ （圧縮機を）取り付けるステップ
８０２ （冷却システムを）取り付けるステップ
Ａ 方向
Ｂ 方向、矢印
Ｃ 矢印
Ｄ 矢印、距離
ｄ 外径
Ｆ 矢印
Ｇ 矢印
ｇ 重力ベクトル
Ｈ１ 穴
Ｈ２ 穴
ＩＭ 不純物
ＩＭ１ 不純物
ＩＭ２ 不純物
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケーシングと、
前記ケーシングの内側に取り付けられている海中圧縮機であり、軸受により支持されているシャフトを有する、圧縮機と、
前記ケーシングの内側に取り付けられ、冷却液で前記圧縮機の前記軸受を冷却するように構成されている冷却システムとを備えるターボ機械装置であって、
前記冷却システムが、
前記冷却液から粒子を分離するように構成されている粒子分離デバイスと、
前記粒子分離デバイスに接触することなく前記粒子分離デバイスと流体連通し、前記冷却液を調節するように構成されている流量調節デバイスであり、前記ケーシングの壁の内側で前記粒子分離デバイスに隣接して配設されている流量調節デバイスと
を含む、ターボ機械装置。
【請求項２】
前記粒子分離デバイスの一部と前記流量調節デバイスの一部とが、前記ケーシングの前記壁の内側に設けられ、その結果、前記一部に形成されている穴が互いに流体連通する、請求項１記載のターボ機械装置。
【請求項３】
前記流量調節デバイスが、前記ケーシングに取り付けられている第１の端部領域と、前記粒子分離デバイスに接触することなく前記粒子分離デバイスに対向している第２の端部領域とを有し、前記ケーシングの前記壁の内側の前記粒子分離デバイスと前記流量調節デバイスとの間にチャンバが形成されている、請求項２記載のターボ機械装置。
【請求項４】
前記冷却液の大部分が漏出しないように、前記チャンバが、前記粒子分離デバイスと前記流量調節デバイスとにより封止されている、請求項３記載のターボ機械装置。
【請求項５】
前記粒子分離デバイスが前記流量調節デバイスに接触しないように、前記粒子分離デバイスが、前記ケーシングの第１の穴内に設けられており、前記流量調節デバイスが、前記ケーシングの第２の穴内に設けられている、請求項１記載のターボ機械装置。
【請求項６】
前記流量調節デバイスが、前記冷却液を受け取るために前記粒子分離デバイスの１つまたは複数の穴と流体連通する第１の穴と、前記冷却液の一部を前記圧縮機の前記軸受へ方向付ける第２の穴と、前記冷却液の残りの部分をモータへ方向付ける第３の穴とを有する、請求項１記載のターボ機械装置。
【請求項７】
前記第２の穴の直径が、前記第３の穴の直径とは異なる、請求項６記載のターボ機械装置。
【請求項８】
前記流量調節デバイスが、
前記第２の穴を有し、前記流量調節デバイスの第１の端部に取り付けられるように構成されている第１のリング要素と、
前記第３の穴を有し、前記流量調節デバイスの第２の端部に取り付けられるように構成されている第２のリング要素と
を含む、請求項６記載のターボ機械装置。
【請求項９】
ケーシングと、
前記ケーシングの内側に取り付けられている機械であり、軸受により支持されているシャフトを有する、機械と、
前記ケーシングの内側に取り付けられ、冷却液で前記機械の前記軸受を冷却するように構成されている冷却システムとを備えるシステムであって、
前記冷却システムが、
前記冷却液から粒子を分離するように構成されている粒子分離デバイスと、
前記粒子分離デバイスに接触することなく前記粒子分離デバイスと流体連通し、前記冷却液を調節するように構成されている流量調節デバイスであり、前記ケーシングの壁の内側で前記粒子分離デバイスに隣接して配設されている流量調節デバイスと
を含む、システム。
【請求項１０】
ケーシングを有するターボ機械装置を組み立てる方法であって、
前記ケーシングの内側に圧縮機を取り付けるステップであり、前記圧縮機が、軸受により支持されているシャフトを有する、ステップと、
前記ケーシングの前記内側に冷却システムを取り付けるステップであり、前記冷却システムが、冷却液で前記圧縮機の前記軸受を冷却するように構成されている、ステップとを含み、
冷却システムを取り付ける前記ステップが、
粒子分離デバイスの一部分が前記ケーシングの壁と接触したままであるように、前記ケーシングを通して前記粒子分離デバイスを挿入するステップであり、前記粒子分離デバイスが、前記冷却液から粒子を分離するように構成されている、ステップと、
流量調節デバイスの一部分が前記ケーシングの前記壁と接触したままであるように、前記ケーシングを通して前記流量調節デバイスを挿入し、前記粒子分離デバイスの前記一部分と共にキャビティを形成するステップであり、前記流量調節デバイスが、前記粒子分離デバイスと流体連通するように構成されており、かつ前記冷却液を調節するように構成されており、前記粒子分離デバイスが、前記流量調節デバイスに接触しない、ステップと
を含む、方法。
【請求項１】
ケーシングと、
前記ケーシングの内側に取り付けられている海中圧縮機であり、軸受により支持されているシャフトを有する、圧縮機と、
前記ケーシングの内側に取り付けられ、冷却液で前記圧縮機の前記軸受を冷却するように構成されている冷却システムとを備えるターボ機械装置であって、
前記冷却システムが、
前記冷却液から粒子を分離するように構成されている粒子分離デバイスと、
前記粒子分離デバイスに接触することなく前記粒子分離デバイスと流体連通し、前記冷却液を調節するように構成されている流量調節デバイスであり、前記ケーシングの壁の内側で前記粒子分離デバイスに隣接して配設されている流量調節デバイスと
を含む、ターボ機械装置。
【請求項２】
前記粒子分離デバイスの一部と前記流量調節デバイスの一部とが、前記ケーシングの前記壁の内側に設けられ、その結果、前記一部に形成されている穴が互いに流体連通する、請求項１記載のターボ機械装置。
【請求項３】
前記流量調節デバイスが、前記ケーシングに取り付けられている第１の端部領域と、前記粒子分離デバイスに接触することなく前記粒子分離デバイスに対向している第２の端部領域とを有し、前記ケーシングの前記壁の内側の前記粒子分離デバイスと前記流量調節デバイスとの間にチャンバが形成されている、請求項２記載のターボ機械装置。
【請求項４】
前記冷却液の大部分が漏出しないように、前記チャンバが、前記粒子分離デバイスと前記流量調節デバイスとにより封止されている、請求項３記載のターボ機械装置。
【請求項５】
前記粒子分離デバイスが前記流量調節デバイスに接触しないように、前記粒子分離デバイスが、前記ケーシングの第１の穴内に設けられており、前記流量調節デバイスが、前記ケーシングの第２の穴内に設けられている、請求項１記載のターボ機械装置。
【請求項６】
前記流量調節デバイスが、前記冷却液を受け取るために前記粒子分離デバイスの１つまたは複数の穴と流体連通する第１の穴と、前記冷却液の一部を前記圧縮機の前記軸受へ方向付ける第２の穴と、前記冷却液の残りの部分をモータへ方向付ける第３の穴とを有する、請求項１記載のターボ機械装置。
【請求項７】
前記第２の穴の直径が、前記第３の穴の直径とは異なる、請求項６記載のターボ機械装置。
【請求項８】
前記流量調節デバイスが、
前記第２の穴を有し、前記流量調節デバイスの第１の端部に取り付けられるように構成されている第１のリング要素と、
前記第３の穴を有し、前記流量調節デバイスの第２の端部に取り付けられるように構成されている第２のリング要素と
を含む、請求項６記載のターボ機械装置。
【請求項９】
ケーシングと、
前記ケーシングの内側に取り付けられている機械であり、軸受により支持されているシャフトを有する、機械と、
前記ケーシングの内側に取り付けられ、冷却液で前記機械の前記軸受を冷却するように構成されている冷却システムとを備えるシステムであって、
前記冷却システムが、
前記冷却液から粒子を分離するように構成されている粒子分離デバイスと、
前記粒子分離デバイスに接触することなく前記粒子分離デバイスと流体連通し、前記冷却液を調節するように構成されている流量調節デバイスであり、前記ケーシングの壁の内側で前記粒子分離デバイスに隣接して配設されている流量調節デバイスと
を含む、システム。
【請求項１０】
ケーシングを有するターボ機械装置を組み立てる方法であって、
前記ケーシングの内側に圧縮機を取り付けるステップであり、前記圧縮機が、軸受により支持されているシャフトを有する、ステップと、
前記ケーシングの前記内側に冷却システムを取り付けるステップであり、前記冷却システムが、冷却液で前記圧縮機の前記軸受を冷却するように構成されている、ステップとを含み、
冷却システムを取り付ける前記ステップが、
粒子分離デバイスの一部分が前記ケーシングの壁と接触したままであるように、前記ケーシングを通して前記粒子分離デバイスを挿入するステップであり、前記粒子分離デバイスが、前記冷却液から粒子を分離するように構成されている、ステップと、
流量調節デバイスの一部分が前記ケーシングの前記壁と接触したままであるように、前記ケーシングを通して前記流量調節デバイスを挿入し、前記粒子分離デバイスの前記一部分と共にキャビティを形成するステップであり、前記流量調節デバイスが、前記粒子分離デバイスと流体連通するように構成されており、かつ前記冷却液を調節するように構成されており、前記粒子分離デバイスが、前記流量調節デバイスに接触しない、ステップと
を含む、方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−１４７９２８（Ｐ２０１１−１４７９２８Ａ）
【公開日】平成２３年８月４日（２０１１．８．４）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２０１０−２２８１２５（Ｐ２０１０−２２８１２５）
【出願日】平成２２年１０月８日（２０１０．１０．８）
【出願人】（５０５３４７５０３）ヌオーヴォ ピニォーネ ソシエタ ペル アチオニ (112)
【公開日】平成２３年８月４日（２０１１．８．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２２８１２５（Ｐ２０１０−２２８１２５）
【出願日】平成２２年１０月８日（２０１０．１０．８）
【出願人】（５０５３４７５０３）ヌオーヴォ ピニォーネ ソシエタ ペル アチオニ (112)
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