遠心圧縮機の高温再始動を制御する方法及び装置
【課題】ガスタービンの低速シャフトによって駆動される圧縮機の高温再始動を制御する方法、装置、及びシステムを提供する。
【解決手段】タービン１１０は、高速シャフト１３０と圧縮機１２０に接続された低速シャフト１４０とを有する。低速シャフトの速度がスローロール範囲内にあるベーススローロール速度が、所定時間の間高速シャフトにおいて維持される。その結果、圧縮機１２０の振動振幅が振動限界よりも大きいときには、維持段階が繰り返される。そうでない場合、低速シャフト１４０の現在速度が最小作動速度に達するまで、高速シャフト１３０の設定速度が増大される。設定速度が増大している間、振動振幅が振動限界よりも大きくなった場合には、維持段階が繰り返される。
【解決手段】タービン１１０は、高速シャフト１３０と圧縮機１２０に接続された低速シャフト１４０とを有する。低速シャフトの速度がスローロール範囲内にあるベーススローロール速度が、所定時間の間高速シャフトにおいて維持される。その結果、圧縮機１２０の振動振幅が振動限界よりも大きいときには、維持段階が繰り返される。そうでない場合、低速シャフト１４０の現在速度が最小作動速度に達するまで、高速シャフト１３０の設定速度が増大される。設定速度が増大している間、振動振幅が振動限界よりも大きくなった場合には、維持段階が繰り返される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書で開示される主題の実施形態は、全体的に、ガスタービンの低速シャフトにより駆動される遠心圧縮機の高温再始動を制御するのに使用される方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
天然ガス処理システムにおいて、ガスタービン１０は遠心圧縮機２０を駆動することが多い。突然のシャットダウンが発生したときには、遠心圧縮機２０のシャフト（又はロータ）は、通常、非対称冷却（例えば、遠心圧縮機２０の上側側部と下側側部とが異なる冷却速度を有する）に起因して熱湾曲を生じる。冷却プロセスを完了することが許容された場合、最終的には熱湾曲は消失する。しかしながら、熱湾曲が依然として存在している間に冷却の終了よりも早く遠心圧縮機２０を再始動することが必要となる場合が多い。冷却完了前の遠心圧縮機２０の再始動は、高温再始動と名付けられる。
【０００３】
熱湾曲が依然として存在している間に遠心圧縮機２０が再始動した場合、振動が発生する可能性がある。振動は通常、作動速度よりも低い速度で最大振幅を有する。強い振動により圧縮機２０の摩擦及び恒久的損傷が生じる可能性がある。
【０００４】
冷却の完了（圧縮機のサイズ及び幾何形状に応じて、数時間から数十時間持続する場合がある）を待機することなく熱湾曲を抑制する方法は、低速度で少しの間圧縮機２０を稼働させることである。この方法はスローロール法として知られている。
【０００５】
従来、スローロール法は、ターニングギア６０を挿入することによって実施され、該ターニングギア６０は、圧縮機２０（図１に示す）又はギアボックス（存在する場合）に取り付けることができる。ターニングギア６０を用いて、湾曲が抑制されるまで低速度で圧縮機２０のシャフト５０を回転させる。
【０００６】
しかしながら、ターニングギアの付加によりシステムのコストが増大する。場合によっては、構造上の制約から、ターニングギアをシステムに取り付けることができない場合がある。加えて、ターニングギアは故障する可能性があり、従って、依然として湾曲している間に損傷速度で稼働させることによって、意図せずに圧縮機が損傷を受ける可能性がある。
【０００７】
従って、前述の問題及び欠点を回避するシステム及び方法を提供することが望ましいことになる。
【発明の概要】
【０００８】
１つの例示的な実施形態によれば、システムは、圧縮機、タービン、及びコントローラを含む。タービンは、高速シャフト及び低速シャフトを有し、該低速シャフトは圧縮機を駆動するよう構成される。コントローラは、圧縮機及びタービンに接続される。コントローラは、振動振幅が振動限界よりも小さいままである場合、低速シャフトの現在の速度がスローロール速度範囲内にある値に高速シャフトの速度を所定時間の間維持すること、次いで、低速シャフトの現在速度が最小作動速度を超えるまで高速シャフトの速度を増大させることを実施するよう構成される。
【０００９】
１つの例示的な実施形態によれば、高速シャフト及び低速シャフトを有するタービンによって駆動され且つ低速シャフトが接続された圧縮機の高温再始動を制御する方法が提供される。本方法は、低速シャフトの現在速度がスローロール範囲内にある高速シャフトのベース速度を所定時間の間維持する段階を含む。本方法は更に、圧縮機の振動の振動振幅を振動限界と比較し、振動振幅が振動限界よりも大きいときには維持段階を繰り返す段階を含む。本方法はまた、振動振幅が振動限界よりも小さいままである場合、低速シャフトの現在速度が最小作動速度を超えるまで高速シャフトの設定速度を増大させる段階を含む。増大中に振動の振幅が振動限界よりも大きくなったときには、維持段階を繰り返す。
【００１０】
別の例示的な実施形態によれば、高速シャフト及び低速シャフトを有するタービンによって駆動され且つ低速シャフトが接続された圧縮機の高温再始動を制御するよう構成されたコントローラが提供される。コントローラは、インタフェース及び処理ユニットを含む。インタフェースは、低速シャフトの現在速度及び圧縮機の振動の振動振幅に関する情報を受け取り、高速シャフトの速度の設定に関連するコマンドを送信するよう構成される。処理ユニットは、インタフェースに接続され、情報に基づいてコマンドを生成するよう構成される。コマンドは、高速シャフトのベーススローロール速度を所定時間の間維持するための第１のコマンドシーケンスと、低速シャフトの現在速度が最小作動速度を超えるまで高速シャフトの設定速度を増大させるための第２のコマンドシーケンスとを含む。高速シャフトがベーススローロール速度を有するときに、低速シャフトの速度はスローロール範囲内にある。処理ユニットは、情報に従って振動振幅が振動限界よりも大きいときに第１のコマンドシーケンスをインタフェースに送信することを繰り返すよう構成される。
【００１１】
本明細書に組み込まれ且つその一部を構成する添付図面は、１つ又はそれ以上の実施形態を例証しており、本明細書と共にこれらの実施形態を説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】従来のガス処理システムの概略図。
【図２】１つの実施形態によるガス処理システムの概略図。
【図３】１つの実施形態による、遠心圧縮機の高温再始動を制御する方法のフロー図。
【図４】１つの実施形態による、遠心圧縮機の高温再始動を制御する方法のフロー図。
【図５】１つの実施形態による、遠心圧縮機の高温再始動を制御する方法のフロー図。
【図６】１つの実施形態による、コントローラの概略図。
【図７】１つの実施形態による、遠心圧縮機の高温再始動を制御する方法のフロー図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
好ましい実施形態の以下の詳細な説明は、本発明の特定の実施形態を示す添付図面を参照する。異なる図面における同じ参照符号は、同じ又は類似の要素を示している。以下の詳細な説明は本発明を限定するものではない。むしろ、本発明の範囲は、添付の請求項によってのみ定義される。以下の実施形態では、簡単にするために、ガスタービンが遠心圧縮機を駆動するガス処理システムの用語及び構造について検討される。しかしながら、ここで検討されることになる実施形態は、これらのシステムに限定されず、軸流圧縮機又は他のタービンが使用される他のシステムにも適用することができる。
【００１４】
本明細書を通して「一実施形態」又は「実施形態」として言及することは、実施形態に関連して説明される具体的な特徴、構造、又は特性が本発明の少なくとも一つの実施形態に含まれることを意味する。従って、本明細書全体を通じて様々な箇所で表現「１つの実施形態では」又は「ある実施形態では」が出現するが、必ずしも同じ実施形態について言及している訳ではない。更に、具体的な特徴、構造、又は特性は、１つ又はそれ以上の実施形態においてあらゆる好適な様態で組み合わせてもよい。
【００１５】
図２は、１つの実施形態によるガス処理システム１００の概略図である。ガス処理システム１００は、遠心圧縮機１２０を駆動するガスタービン１１０を含む。ガスタービン１１０は、高速シャフト１３０及び低速シャフト１４０を有する。低速シャフト１４０は、遠心圧縮機１２０のシャフト１５０に接続される。ギアボックスは、ガスタービン低速シャフトと圧縮機との間に存在することができる。低速シャフト１４０は、ギアボックスが存在するか否かに応じて、遠心圧縮機１２０のシャフト１５０と同じ速度を有する場合がある。
【００１６】
高速シャフト１３０の速度は、コントローラ１６０により制御される。低速シャフト１４０の速度は、高速シャフト１３０の速度に関連している。高速シャフト１３０の速度が増大すると、低速シャフト１４０の速度も増大する。しかしながら、高速シャフト１３０の速度と低速シャフト１４０の速度との間の関係は複雑であり、とりわけ遠心圧縮機１２０による負荷に依存する。
【００１７】
コントローラ１６０は、高速シャフト１３０の速度（ＨＳＳＳ）を設定し、例えば、センサ１７０から低速シャフト１４０の現在速度（ＬＳＳＳ）に関する情報を受け取ることができる。コントローラ１６０はまた、例えば、振動センサ１８０から圧縮機１２０の振動を特徴付ける振動振幅（ＶＡ）に関する情報を受け取ることができる。
【００１８】
遠心圧縮機１２０の高温再始動中に、コントローラ１６０は、第１の速度値（ＳＶ１）と第２の速度値（ＳＶ２）との間の速度範囲で高速シャフト１３０の速度を設定することができる。例えば、第１の速度値は約６０００ｒｐｍとすることができ、第２の速度値は約７１００ｒｐｍとすることができる。
【００１９】
スローロール中の低速シャフトの速度は、低スローロール速度値（ＬＬＬ）と高スローロール速度値（ＨＨＨ）との間のスローロール速度範囲にあるのが好ましい。例えば、ＬＬＬは約２０００ｒｐｍとすることができ、ＨＨＨは約３０００ｒｐｍとすることができる。これらの値はシステム１００のサイズに応じて変わる可能性がある点は当業者には理解されるであろう。スローロール速度範囲は、遠心圧縮機が最大振動を有する速度値を下回る速度値を含む。例えば、遠心圧縮機が最大振動を有する速度値が、最大作動速度の３０〜４０％である場合、スローロール速度範囲は、最大作動速度の２０〜３０％の間である。
【００２０】
高速シャフト１３０の速度が設定されると、コントローラ１６０は、低速シャフト１４０の現在速度に関する情報を受け取ることができる。コントローラは、低速シャフト１４０の現在速度がある範囲内（すなわち、低スローロール速度値ＬＬＬよりも大きく、高スローロール速度値ＨＨＨよりも小さい）になるまで高速シャフト１３０の速度を調整することができる。
【００２１】
コントローラ１６０は、スローロールカウンター１９０を含むことができる。コントローラ１６０はまた、タイマー１９５を含むことができる。しかしながら、スローロールカウンター及びタイマーは、コントローラ１６０と通信する、ガス処理システムの別個の構成要素とすることができる。
【００２２】
図３、４、及び５は、１つの実施形態による、遠心圧縮機（例えば、図２の１２０）の高温再始動を制御する方法２００のフロー図を示す。本方法は、図２に示すガス処理システム１００において実施することができる。
【００２３】
図３のＳ２１０において、高速シャフト（例えば、図２の１３０）の速度（ＨＳＳＳ）が第１の速度値（ＳＶ１）に設定される。Ｓ２２０において、スローロールカウンター（例えば、図２の１９０）は１に設定される。Ｓ２３０において、低速シャフト（例えば、図２の１４０）の速度（ＬＳＳＳ）の現在値が高スローロール速度値（ＨＨＨ）と比較される。
【００２４】
低速シャフトの速度（ＬＳＳＳ）の現在値が高スローロール速度値（ＨＨＨ）よりも大きいことを、Ｓ２３０における比較が示す場合（すなわち、Ｓ２３０からの分岐が「はい」である）には、Ｓ２４０において緊急シャットダウン手順が実施され、圧縮機を含むシステムの稼働を停止させる。
【００２５】
低速シャフトの速度（ＬＳＳＳ）の現在値が高スローロール速度値（ＨＨＨ）よりも小さいことを、Ｓ２３０における比較が示す場合（すなわち、Ｓ２３０からの分岐が「いいえ」である）には、Ｓ２５０において、低速シャフトの速度（ＬＳＳＳ）の現在値が低スローロール速度値（ＬＬＬ）と比較される。
【００２６】
低速シャフトの速度（ＬＳＳＳ）の現在値が低スローロール速度値（ＬＬＬ）よりも大きいことを、Ｓ２５０における比較が示す場合（すなわち、Ｓ２５０からの分岐が「いいえ」である）には、Ｓ２６０において、高速シャフトの速度（ＨＳＳＳ）がベースＨＳＳ速度として保存される。図４に示すステップ３００は、ステップＳ２６０の後に続く。
【００２７】
低速シャフトの速度（ＬＳＳＳ）の現在値が低スローロール速度値（ＬＬＬ）よりも小さいことを、Ｓ２５０における比較が示す場合（すなわち、Ｓ２５０からの分岐が「はい」である）には、Ｓ２８０において、高速シャフトの速度（ＨＳＳＳ）が第２の速度値（ＳＶ２）と比較される。
【００２８】
高速シャフトの速度（ＨＳＳＳ）が第２の速度値（ＳＶ２）よりも大きいことを、Ｓ２８０における比較が示す場合（すなわち、Ｓ２８０からの分岐が「いいえ」である）には、Ｓ２７０において緊急シャットダウン手順が実施される。
【００２９】
高速シャフトの速度（ＨＳＳＳ）が第２の速度値（ＳＶ２）よりも小さいことを、Ｓ２８０における比較が示す場合（すなわち、Ｓ２８０からの分岐が「はい」である）には、Ｓ２９０において、高速シャフトの速度（ＨＳＳＳ）を増大させる。高速シャフトの速度（ＨＳＳＳ）の増大率は、所定値（例えば１０ｒｐｍ／ｓ）に限定することができる。ステップＳ２９０の後に、ステップＳ２３０及びＳ２３０の後に続くそれぞれのステップが再度実施される。ＨＳＳ速度は連続して増大し、Ｓ２３０、Ｓ２５０、及びＳ２８０における比較も連続して実施される。Ｓ２３０又はＳ２８０で実施される比較がＥＳＤ手順の起動をもたらす場合、或いは、ＨＳＳ速度をベースＨＳＳＳ値として保管するＳ２６０が実施されることになることを、Ｓ２５０における比較が示す場合には、ＨＳＳの増大が終了する。
【００３０】
図４において、Ｓ３００では、スローロールカウンターが、予め定められた数である最大繰り返し数（ＭＡＸＲＥＰ）と比較される。例えば、最大繰り返し数は６とすることができる。
【００３１】
スローロールカウンターが最大繰り返し数よりも大きいことを、Ｓ３００における比較が示す場合（すなわち、Ｓ３００からの分岐が「はい」である）には、Ｓ３０５において、緊急シャットダウン手順が実施される。
【００３２】
スローロールカウンターが最大繰り返し数よりも小さいことを、Ｓ３００での比較が示す場合（すなわち、Ｓ３００からの分岐が「いいえ」である）、Ｓ３１０において、タイマー（例えば、図２の１９５）がスローロール持続値（ＳＲＤ）、例えば５分に設定される。
【００３３】
Ｓ３２０において、経過時間（例えば、図２のタイマー１９５により測定した）がスローロール持続値と等しいか又は大きくなったことを示すまで、該経過時間をスローロール持続値と比較する。換言すると、高速シャフトがベースＨＳＳ速度（第１の速度値と第２の速度値の間にある）を有するステータス、及び低速シャフトがスローロール速度範囲（ＬＬＬとＨＨＨの間）の速度を有するステータスが、スローロール持続時間の間維持される。
【００３４】
Ｓ３３０において、振動振幅（例えば、振動センサ１８０により測定される）が所定の振動限界（ＶＬ）と比較される。振動限界は、例えば５０μｍとすることができる。
【００３５】
振動振幅が所定振動限界よりも大きいことを、Ｓ３３０における比較が示す場合（すなわち、Ｓ３３０からの分岐が「はい」である）には、Ｓ３４０において、スローロールカウンターが増大される。次いで、ステップＳ３００並びにＳ３００の後に続くそれぞれのステップが再度実施される。
【００３６】
振動振幅が所定振動限界よりも小さいことを、Ｓ３３０における比較が示す場合（すなわち、Ｓ３３０からの分岐が「いいえ」である）には、高速シャフトの速度が増大する（図５の）ステップＳ３５０が実施される。高速シャフトの速度（ＨＳＳＳ）の増大により、低速シャフトの速度（ＬＳＳＳ）の増大が決定付けられ、遠心圧縮機は最小作動速度に向かう。
【００３７】
速度が増大する間、Ｓ３６０において振動振幅が所定振動限界と比較される。振動振幅が振動限界よりも大きくなったことを、Ｓ３６０における比較が示す場合（すなわち、Ｓ３６０からの分岐が「はい」である）には、Ｓ３７０において、高速シャフトの速度（ＨＳＳＳ）がベースＨＳＳ速度（Ｓ２６０で保存されている）に設定され、ステップＳ３４０（図４）並びにＳ３４０の後に続くステップが実施される。
【００３８】
振動振幅が依然として振動限界よりも小さいことを、Ｓ３６０における比較が示す場合（すなわち、Ｓ３６０からの分岐が「いいえ」である）には、Ｓ３８０において、低速シャフトの現在速度（ＬＳＳＳ）が最小作動速度（ＭＯＳ）と比較される。最小作動速度は、最大作動速度の約７０％とすることができる。
【００３９】
低速シャフトの現在速度（ＬＳＳＳ）が最小作動速度よりも大きくなったことを、Ｓ３８０における比較が示す場合（すなわち、Ｓ３８０からの分岐が「はい」である）には、圧縮機の高温再始動が成功裏に完了している（すなわち、湾曲が消失し、振動が正常範囲内にあり、振動限界よりも低い）。
【００４０】
低速シャフトの現在速度（ＬＳＳＳ）が最小作動速度よりも小さいことを、Ｓ３８０における比較が示す場合（すなわち、Ｓ３８０からの分岐が「いいえ」である）には、Ｓ３６０及びＳ３８０が再度実施される。ＨＳＳＳ増大がＭＯＳを超えるＬＳＳＳをもたらすまで、Ｓ３６０及びＳ３８０における比較は連続して実施される。Ｓ３６０における比較によりＳ３７０の実行が起動された場合、又はＬＳＳ速度がＭＯＳを超えたことをＳ３８０における比較が示した場合、ＨＳＳの増大が終了する。
【００４１】
図６は、高速シャフトと遠心圧縮機に接続された低速シャフトとを有するガスタービンにより駆動される遠心圧縮機の高温再始動を制御するよう構成されたコントローラ４００の概略図である。コントローラ４００は、ガスタービン（例えば、図２の１１０）及び遠心圧縮機（例えば、図２の１２０）と通信することができる。以下で説明するコントローラ４００の構成要素全ては、ソフトウェア、回路、又はこれらの組み合わせとして実施することができる。
【００４２】
コントローラ４００は、インタフェース４２０を含み、該インタフェースは、低速シャフトの現在速度及び遠心圧縮機の振動の振動振幅に関する情報を受け取り、高速シャフトの速度の設定に関連するコマンドを送信するよう構成することができる。
【００４３】
コントローラ４００は、インタフェース４２０に接続された処理ユニット４４０を含み、情報に基づいてコマンドを生成するよう構成することができる。処理ユニット４４０により生成されるコマンドは、所定時間の間高速シャフトのベーススローロール速度を維持する第１のコマンドシーケンスを含むことができる。高速シャフトがベーススローロール速度を有するときに、低速シャフトの速度はスローロール範囲内にある。
【００４４】
処理ユニット４４０により生成されるコマンドはまた、低速シャフトの速度が最小作動速度を超えるまで高速シャフトの設定速度を増大させるよう第２のコマンドシーケンスを含むことができる。
【００４５】
情報に基づいて、（ｉ）第１のコマンドシーケンスを実施した後、又は（ｉｉ）第２のコマンドシーケンスを実施している間、振動振幅が振動限界よりも大きい場合には、処理ユニット４４０は、インタフェース４２０に第１のコマンドシーケンスを繰り返し送信することができる。
【００４６】
処理ユニット４４０によって生成されるコマンドは更に、高速シャフトのベーススローロール速度を求めるコマンドシーケンスを含むことができる。
【００４７】
コントローラ４００は更に、ベーススローロール速度の値が所定速度範囲内にないことを処理ユニット４４０が示したときに、緊急シャットダウン手順を開始するため、処理ユニット４４０に接続された緊急シャットダウンユニット（ＥＳＵ）４６０を含むことができる。
【００４８】
コントローラ４００はまた、処理ユニットに接続され、処理ユニットが第１のコマンドシーケンスを送信した回数をカウントするよう構成されたスローロールカウンター（ＳＬＣ）４８０を含むことができる。この回数が予め定められた反復回数を超えた場合、処理ユニットは、シャットダウン手順を開始することができる。
【００４９】
コントローラ４００は更に、処理ユニットに接続され、所定時間が経過したときに表示するよう構成されたタイマー５００を含むことができる。
【００５０】
コントローラ４００はまた、処理ユニットに接続され、スローロールパラメータの１つ又はそれ以上を保存するよう構成されたメモリー５２０を含むことができる。スローロールパラメータは、スローロール速度、スローロール範囲、所定時間、最小作動速度、予め定められた繰り返し数、及び振動限界を含む。
【００５１】
インタフェース４２０は更に、スローロールパラメータの１つ又はそれ以上の値に関連する入力を受け取るよう構成することができる。
【００５２】
別の実施形態によれば、図７は、高速シャフト（例えば、図２の１３０）と遠心圧縮機に接続された低速シャフト（例えば、図２の１４０）とを有するガスタービン（例えば、図２の１１０）により駆動される遠心圧縮機（例えば、図２の１２０）の高温再始動を制御する方法の概略図を示す。
【００５３】
Ｓ６００において、ＨＳＳ速度がベース速度に到達させる。Ｓ６１０において、本方法は、所定時間の間高速シャフトのベース速度を維持する段階を含む。
【００５４】
Ｓ６２０において、本方法は、遠心圧縮機（ＣＣ）の振動を特徴付ける振動振幅が振動限界よりも大きいか否かを判定する段階を含む。振動振幅が振動限界よりも大きい場合（Ｓ６２０からの分岐が「はい」である）、Ｓ６３０において、ステップＳ６１０を再度実施する。
【００５５】
振動振幅が振動限界よりも大きくない場合（Ｓ６２０からの分岐が「いいえ」である）には、Ｓ６３０において、高速シャフトの速度ＨＳＳが増大する。振動振幅が振動限界よりも大きくなった場合（Ｓ６４０からの分岐が「はい」である）には、ステップＳ６１０及びＳ６１０の後に続くステップを再度実施する。
【００５６】
振動振幅が依然として振動限界よりも小さい場合（Ｓ６４０からの分岐が「いいえ」である）、Ｓ６５０において、低速シャフトの現在速度を最小差動速度（ＭＯＳ）と比較する。
【００５７】
低速シャフトが最小作動速度を超えないことを、Ｓ６５０における比較が示す場合（Ｓ６５０からの分岐が「はい」である）には、ステップＳ６３０及びステップＳ６３０の次に続くステップを再度実施する。
【００５８】
１つの実施形態によれば、本方法はまた、高速シャフトのベーススローロール速度を決定する段階を含む。決定工程は、（ｉ）高速シャフトの速度を第１の速度値に設定する段階、（ｉｉ）高速シャフトの速度が第１の速度値を有するときに、低速シャフトの速度がスローロール範囲の上限よりも大きい場合に緊急シャットダウンを実施する段階、（ｉｉｉ）第２の速度値まで、又はスローロール速度が決定されるまで高速シャフトの速度を増大させる段階、及び（ｉｖ）高速シャフトの速度が第２の速度値を有するときに、低速シャフトの速度がスローロール範囲の下限を下回る場合に緊急シャットダウンを実施する段階を含むことができる。
【００５９】
１つの実施形態によれば、Ｓ６３０における高速シャフトの速度の増大は、予め定められた割合で実施することができる。
【００６０】
別の実施形態によれば、本方法は更に、Ｓ６１０を実施する回数をカウントする段階を含むことができる。別の実施形態において、カウント段階に加えて、本法は更に、この回数が予め定められた繰り返し数を超えた場合に緊急シャットダウンを実施する段階を含むことができる。
【００６１】
別の実施形態によれば、本法はまた、高速シャフトのベース速度を決定する段階を含むことができる。
【００６２】
別の実施形態によれば、本方法はまた、振動限界、スローロール速度範囲、最小作動速度、予め定められた回数、及び所定時間を含む、スローロールパラメータの１つ又はそれ以上を入力する段階を含むことができる。
【００６３】
上述の方法と類似した方法は、複数段を有するガス処理システムの高温再始動に用いることができる。
【００６４】
開示された例示的な実施形態は、遠心圧縮機の高温再始動を制御するための方法及び装置を提供する。本明細書は本発明を限定するものではない点を理解されたい。逆に、例示的な実施形態は、添付の請求項によって定義される本発明の技術的思想及び範囲に含まれる、代替形態、修正形態、及び均等形態を保護するものとする。更に、例示的な実施形態の詳細な説明において、請求項に記載された本発明を包括的に理解するために多数の具体的な詳細事項が記載されている。しかしながら、種々の実施形態はこのような具体的な詳細事項がなくとも実施できる点は当業者であれば理解されるであろう。
【００６５】
本発明の例示的な実施形態の特徴及び要素は、特定の組み合わせで実施形態において説明したが、各特徴又は要素は、実施形態の他の特徴及び要素を伴わず単独で、或いは本明細書で開示される他の特徴及び要素の有無に関わりなく種々の組み合わせで用いることができる。
【００６６】
本明細書は、開示される主題の実施例を用いて、あらゆる当業者があらゆるデバイス又はシステムを実施及び利用すること及びあらゆる包含の方法を実施することを含む本発明を実施することを可能にする。本発明の特許保護される範囲は、請求項によって定義され、当業者であれば想起される他の実施例を含むことができる。このような他の実施例は、請求項の文言と差違のない構造要素を有する場合、或いは、請求項の文言と僅かな差違を有する均等な構造要素を含む場合には、本発明の範囲内にあるものとする。
【符号の説明】
【００６７】
１００ ガス処理システム
１１０ ガスタービン
１２０ 遠心圧縮機
１３０ 高速シャフト
１４０ 低速シャフト
１５０ シャフト
１６０ コントローラ
１７０ センサ
１８０ 振動センサ
１９０ スローロールカウンター
１９５ タイマー
【技術分野】
【０００１】
本明細書で開示される主題の実施形態は、全体的に、ガスタービンの低速シャフトにより駆動される遠心圧縮機の高温再始動を制御するのに使用される方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
天然ガス処理システムにおいて、ガスタービン１０は遠心圧縮機２０を駆動することが多い。突然のシャットダウンが発生したときには、遠心圧縮機２０のシャフト（又はロータ）は、通常、非対称冷却（例えば、遠心圧縮機２０の上側側部と下側側部とが異なる冷却速度を有する）に起因して熱湾曲を生じる。冷却プロセスを完了することが許容された場合、最終的には熱湾曲は消失する。しかしながら、熱湾曲が依然として存在している間に冷却の終了よりも早く遠心圧縮機２０を再始動することが必要となる場合が多い。冷却完了前の遠心圧縮機２０の再始動は、高温再始動と名付けられる。
【０００３】
熱湾曲が依然として存在している間に遠心圧縮機２０が再始動した場合、振動が発生する可能性がある。振動は通常、作動速度よりも低い速度で最大振幅を有する。強い振動により圧縮機２０の摩擦及び恒久的損傷が生じる可能性がある。
【０００４】
冷却の完了（圧縮機のサイズ及び幾何形状に応じて、数時間から数十時間持続する場合がある）を待機することなく熱湾曲を抑制する方法は、低速度で少しの間圧縮機２０を稼働させることである。この方法はスローロール法として知られている。
【０００５】
従来、スローロール法は、ターニングギア６０を挿入することによって実施され、該ターニングギア６０は、圧縮機２０（図１に示す）又はギアボックス（存在する場合）に取り付けることができる。ターニングギア６０を用いて、湾曲が抑制されるまで低速度で圧縮機２０のシャフト５０を回転させる。
【０００６】
しかしながら、ターニングギアの付加によりシステムのコストが増大する。場合によっては、構造上の制約から、ターニングギアをシステムに取り付けることができない場合がある。加えて、ターニングギアは故障する可能性があり、従って、依然として湾曲している間に損傷速度で稼働させることによって、意図せずに圧縮機が損傷を受ける可能性がある。
【０００７】
従って、前述の問題及び欠点を回避するシステム及び方法を提供することが望ましいことになる。
【発明の概要】
【０００８】
１つの例示的な実施形態によれば、システムは、圧縮機、タービン、及びコントローラを含む。タービンは、高速シャフト及び低速シャフトを有し、該低速シャフトは圧縮機を駆動するよう構成される。コントローラは、圧縮機及びタービンに接続される。コントローラは、振動振幅が振動限界よりも小さいままである場合、低速シャフトの現在の速度がスローロール速度範囲内にある値に高速シャフトの速度を所定時間の間維持すること、次いで、低速シャフトの現在速度が最小作動速度を超えるまで高速シャフトの速度を増大させることを実施するよう構成される。
【０００９】
１つの例示的な実施形態によれば、高速シャフト及び低速シャフトを有するタービンによって駆動され且つ低速シャフトが接続された圧縮機の高温再始動を制御する方法が提供される。本方法は、低速シャフトの現在速度がスローロール範囲内にある高速シャフトのベース速度を所定時間の間維持する段階を含む。本方法は更に、圧縮機の振動の振動振幅を振動限界と比較し、振動振幅が振動限界よりも大きいときには維持段階を繰り返す段階を含む。本方法はまた、振動振幅が振動限界よりも小さいままである場合、低速シャフトの現在速度が最小作動速度を超えるまで高速シャフトの設定速度を増大させる段階を含む。増大中に振動の振幅が振動限界よりも大きくなったときには、維持段階を繰り返す。
【００１０】
別の例示的な実施形態によれば、高速シャフト及び低速シャフトを有するタービンによって駆動され且つ低速シャフトが接続された圧縮機の高温再始動を制御するよう構成されたコントローラが提供される。コントローラは、インタフェース及び処理ユニットを含む。インタフェースは、低速シャフトの現在速度及び圧縮機の振動の振動振幅に関する情報を受け取り、高速シャフトの速度の設定に関連するコマンドを送信するよう構成される。処理ユニットは、インタフェースに接続され、情報に基づいてコマンドを生成するよう構成される。コマンドは、高速シャフトのベーススローロール速度を所定時間の間維持するための第１のコマンドシーケンスと、低速シャフトの現在速度が最小作動速度を超えるまで高速シャフトの設定速度を増大させるための第２のコマンドシーケンスとを含む。高速シャフトがベーススローロール速度を有するときに、低速シャフトの速度はスローロール範囲内にある。処理ユニットは、情報に従って振動振幅が振動限界よりも大きいときに第１のコマンドシーケンスをインタフェースに送信することを繰り返すよう構成される。
【００１１】
本明細書に組み込まれ且つその一部を構成する添付図面は、１つ又はそれ以上の実施形態を例証しており、本明細書と共にこれらの実施形態を説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】従来のガス処理システムの概略図。
【図２】１つの実施形態によるガス処理システムの概略図。
【図３】１つの実施形態による、遠心圧縮機の高温再始動を制御する方法のフロー図。
【図４】１つの実施形態による、遠心圧縮機の高温再始動を制御する方法のフロー図。
【図５】１つの実施形態による、遠心圧縮機の高温再始動を制御する方法のフロー図。
【図６】１つの実施形態による、コントローラの概略図。
【図７】１つの実施形態による、遠心圧縮機の高温再始動を制御する方法のフロー図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
好ましい実施形態の以下の詳細な説明は、本発明の特定の実施形態を示す添付図面を参照する。異なる図面における同じ参照符号は、同じ又は類似の要素を示している。以下の詳細な説明は本発明を限定するものではない。むしろ、本発明の範囲は、添付の請求項によってのみ定義される。以下の実施形態では、簡単にするために、ガスタービンが遠心圧縮機を駆動するガス処理システムの用語及び構造について検討される。しかしながら、ここで検討されることになる実施形態は、これらのシステムに限定されず、軸流圧縮機又は他のタービンが使用される他のシステムにも適用することができる。
【００１４】
本明細書を通して「一実施形態」又は「実施形態」として言及することは、実施形態に関連して説明される具体的な特徴、構造、又は特性が本発明の少なくとも一つの実施形態に含まれることを意味する。従って、本明細書全体を通じて様々な箇所で表現「１つの実施形態では」又は「ある実施形態では」が出現するが、必ずしも同じ実施形態について言及している訳ではない。更に、具体的な特徴、構造、又は特性は、１つ又はそれ以上の実施形態においてあらゆる好適な様態で組み合わせてもよい。
【００１５】
図２は、１つの実施形態によるガス処理システム１００の概略図である。ガス処理システム１００は、遠心圧縮機１２０を駆動するガスタービン１１０を含む。ガスタービン１１０は、高速シャフト１３０及び低速シャフト１４０を有する。低速シャフト１４０は、遠心圧縮機１２０のシャフト１５０に接続される。ギアボックスは、ガスタービン低速シャフトと圧縮機との間に存在することができる。低速シャフト１４０は、ギアボックスが存在するか否かに応じて、遠心圧縮機１２０のシャフト１５０と同じ速度を有する場合がある。
【００１６】
高速シャフト１３０の速度は、コントローラ１６０により制御される。低速シャフト１４０の速度は、高速シャフト１３０の速度に関連している。高速シャフト１３０の速度が増大すると、低速シャフト１４０の速度も増大する。しかしながら、高速シャフト１３０の速度と低速シャフト１４０の速度との間の関係は複雑であり、とりわけ遠心圧縮機１２０による負荷に依存する。
【００１７】
コントローラ１６０は、高速シャフト１３０の速度（ＨＳＳＳ）を設定し、例えば、センサ１７０から低速シャフト１４０の現在速度（ＬＳＳＳ）に関する情報を受け取ることができる。コントローラ１６０はまた、例えば、振動センサ１８０から圧縮機１２０の振動を特徴付ける振動振幅（ＶＡ）に関する情報を受け取ることができる。
【００１８】
遠心圧縮機１２０の高温再始動中に、コントローラ１６０は、第１の速度値（ＳＶ１）と第２の速度値（ＳＶ２）との間の速度範囲で高速シャフト１３０の速度を設定することができる。例えば、第１の速度値は約６０００ｒｐｍとすることができ、第２の速度値は約７１００ｒｐｍとすることができる。
【００１９】
スローロール中の低速シャフトの速度は、低スローロール速度値（ＬＬＬ）と高スローロール速度値（ＨＨＨ）との間のスローロール速度範囲にあるのが好ましい。例えば、ＬＬＬは約２０００ｒｐｍとすることができ、ＨＨＨは約３０００ｒｐｍとすることができる。これらの値はシステム１００のサイズに応じて変わる可能性がある点は当業者には理解されるであろう。スローロール速度範囲は、遠心圧縮機が最大振動を有する速度値を下回る速度値を含む。例えば、遠心圧縮機が最大振動を有する速度値が、最大作動速度の３０〜４０％である場合、スローロール速度範囲は、最大作動速度の２０〜３０％の間である。
【００２０】
高速シャフト１３０の速度が設定されると、コントローラ１６０は、低速シャフト１４０の現在速度に関する情報を受け取ることができる。コントローラは、低速シャフト１４０の現在速度がある範囲内（すなわち、低スローロール速度値ＬＬＬよりも大きく、高スローロール速度値ＨＨＨよりも小さい）になるまで高速シャフト１３０の速度を調整することができる。
【００２１】
コントローラ１６０は、スローロールカウンター１９０を含むことができる。コントローラ１６０はまた、タイマー１９５を含むことができる。しかしながら、スローロールカウンター及びタイマーは、コントローラ１６０と通信する、ガス処理システムの別個の構成要素とすることができる。
【００２２】
図３、４、及び５は、１つの実施形態による、遠心圧縮機（例えば、図２の１２０）の高温再始動を制御する方法２００のフロー図を示す。本方法は、図２に示すガス処理システム１００において実施することができる。
【００２３】
図３のＳ２１０において、高速シャフト（例えば、図２の１３０）の速度（ＨＳＳＳ）が第１の速度値（ＳＶ１）に設定される。Ｓ２２０において、スローロールカウンター（例えば、図２の１９０）は１に設定される。Ｓ２３０において、低速シャフト（例えば、図２の１４０）の速度（ＬＳＳＳ）の現在値が高スローロール速度値（ＨＨＨ）と比較される。
【００２４】
低速シャフトの速度（ＬＳＳＳ）の現在値が高スローロール速度値（ＨＨＨ）よりも大きいことを、Ｓ２３０における比較が示す場合（すなわち、Ｓ２３０からの分岐が「はい」である）には、Ｓ２４０において緊急シャットダウン手順が実施され、圧縮機を含むシステムの稼働を停止させる。
【００２５】
低速シャフトの速度（ＬＳＳＳ）の現在値が高スローロール速度値（ＨＨＨ）よりも小さいことを、Ｓ２３０における比較が示す場合（すなわち、Ｓ２３０からの分岐が「いいえ」である）には、Ｓ２５０において、低速シャフトの速度（ＬＳＳＳ）の現在値が低スローロール速度値（ＬＬＬ）と比較される。
【００２６】
低速シャフトの速度（ＬＳＳＳ）の現在値が低スローロール速度値（ＬＬＬ）よりも大きいことを、Ｓ２５０における比較が示す場合（すなわち、Ｓ２５０からの分岐が「いいえ」である）には、Ｓ２６０において、高速シャフトの速度（ＨＳＳＳ）がベースＨＳＳ速度として保存される。図４に示すステップ３００は、ステップＳ２６０の後に続く。
【００２７】
低速シャフトの速度（ＬＳＳＳ）の現在値が低スローロール速度値（ＬＬＬ）よりも小さいことを、Ｓ２５０における比較が示す場合（すなわち、Ｓ２５０からの分岐が「はい」である）には、Ｓ２８０において、高速シャフトの速度（ＨＳＳＳ）が第２の速度値（ＳＶ２）と比較される。
【００２８】
高速シャフトの速度（ＨＳＳＳ）が第２の速度値（ＳＶ２）よりも大きいことを、Ｓ２８０における比較が示す場合（すなわち、Ｓ２８０からの分岐が「いいえ」である）には、Ｓ２７０において緊急シャットダウン手順が実施される。
【００２９】
高速シャフトの速度（ＨＳＳＳ）が第２の速度値（ＳＶ２）よりも小さいことを、Ｓ２８０における比較が示す場合（すなわち、Ｓ２８０からの分岐が「はい」である）には、Ｓ２９０において、高速シャフトの速度（ＨＳＳＳ）を増大させる。高速シャフトの速度（ＨＳＳＳ）の増大率は、所定値（例えば１０ｒｐｍ／ｓ）に限定することができる。ステップＳ２９０の後に、ステップＳ２３０及びＳ２３０の後に続くそれぞれのステップが再度実施される。ＨＳＳ速度は連続して増大し、Ｓ２３０、Ｓ２５０、及びＳ２８０における比較も連続して実施される。Ｓ２３０又はＳ２８０で実施される比較がＥＳＤ手順の起動をもたらす場合、或いは、ＨＳＳ速度をベースＨＳＳＳ値として保管するＳ２６０が実施されることになることを、Ｓ２５０における比較が示す場合には、ＨＳＳの増大が終了する。
【００３０】
図４において、Ｓ３００では、スローロールカウンターが、予め定められた数である最大繰り返し数（ＭＡＸＲＥＰ）と比較される。例えば、最大繰り返し数は６とすることができる。
【００３１】
スローロールカウンターが最大繰り返し数よりも大きいことを、Ｓ３００における比較が示す場合（すなわち、Ｓ３００からの分岐が「はい」である）には、Ｓ３０５において、緊急シャットダウン手順が実施される。
【００３２】
スローロールカウンターが最大繰り返し数よりも小さいことを、Ｓ３００での比較が示す場合（すなわち、Ｓ３００からの分岐が「いいえ」である）、Ｓ３１０において、タイマー（例えば、図２の１９５）がスローロール持続値（ＳＲＤ）、例えば５分に設定される。
【００３３】
Ｓ３２０において、経過時間（例えば、図２のタイマー１９５により測定した）がスローロール持続値と等しいか又は大きくなったことを示すまで、該経過時間をスローロール持続値と比較する。換言すると、高速シャフトがベースＨＳＳ速度（第１の速度値と第２の速度値の間にある）を有するステータス、及び低速シャフトがスローロール速度範囲（ＬＬＬとＨＨＨの間）の速度を有するステータスが、スローロール持続時間の間維持される。
【００３４】
Ｓ３３０において、振動振幅（例えば、振動センサ１８０により測定される）が所定の振動限界（ＶＬ）と比較される。振動限界は、例えば５０μｍとすることができる。
【００３５】
振動振幅が所定振動限界よりも大きいことを、Ｓ３３０における比較が示す場合（すなわち、Ｓ３３０からの分岐が「はい」である）には、Ｓ３４０において、スローロールカウンターが増大される。次いで、ステップＳ３００並びにＳ３００の後に続くそれぞれのステップが再度実施される。
【００３６】
振動振幅が所定振動限界よりも小さいことを、Ｓ３３０における比較が示す場合（すなわち、Ｓ３３０からの分岐が「いいえ」である）には、高速シャフトの速度が増大する（図５の）ステップＳ３５０が実施される。高速シャフトの速度（ＨＳＳＳ）の増大により、低速シャフトの速度（ＬＳＳＳ）の増大が決定付けられ、遠心圧縮機は最小作動速度に向かう。
【００３７】
速度が増大する間、Ｓ３６０において振動振幅が所定振動限界と比較される。振動振幅が振動限界よりも大きくなったことを、Ｓ３６０における比較が示す場合（すなわち、Ｓ３６０からの分岐が「はい」である）には、Ｓ３７０において、高速シャフトの速度（ＨＳＳＳ）がベースＨＳＳ速度（Ｓ２６０で保存されている）に設定され、ステップＳ３４０（図４）並びにＳ３４０の後に続くステップが実施される。
【００３８】
振動振幅が依然として振動限界よりも小さいことを、Ｓ３６０における比較が示す場合（すなわち、Ｓ３６０からの分岐が「いいえ」である）には、Ｓ３８０において、低速シャフトの現在速度（ＬＳＳＳ）が最小作動速度（ＭＯＳ）と比較される。最小作動速度は、最大作動速度の約７０％とすることができる。
【００３９】
低速シャフトの現在速度（ＬＳＳＳ）が最小作動速度よりも大きくなったことを、Ｓ３８０における比較が示す場合（すなわち、Ｓ３８０からの分岐が「はい」である）には、圧縮機の高温再始動が成功裏に完了している（すなわち、湾曲が消失し、振動が正常範囲内にあり、振動限界よりも低い）。
【００４０】
低速シャフトの現在速度（ＬＳＳＳ）が最小作動速度よりも小さいことを、Ｓ３８０における比較が示す場合（すなわち、Ｓ３８０からの分岐が「いいえ」である）には、Ｓ３６０及びＳ３８０が再度実施される。ＨＳＳＳ増大がＭＯＳを超えるＬＳＳＳをもたらすまで、Ｓ３６０及びＳ３８０における比較は連続して実施される。Ｓ３６０における比較によりＳ３７０の実行が起動された場合、又はＬＳＳ速度がＭＯＳを超えたことをＳ３８０における比較が示した場合、ＨＳＳの増大が終了する。
【００４１】
図６は、高速シャフトと遠心圧縮機に接続された低速シャフトとを有するガスタービンにより駆動される遠心圧縮機の高温再始動を制御するよう構成されたコントローラ４００の概略図である。コントローラ４００は、ガスタービン（例えば、図２の１１０）及び遠心圧縮機（例えば、図２の１２０）と通信することができる。以下で説明するコントローラ４００の構成要素全ては、ソフトウェア、回路、又はこれらの組み合わせとして実施することができる。
【００４２】
コントローラ４００は、インタフェース４２０を含み、該インタフェースは、低速シャフトの現在速度及び遠心圧縮機の振動の振動振幅に関する情報を受け取り、高速シャフトの速度の設定に関連するコマンドを送信するよう構成することができる。
【００４３】
コントローラ４００は、インタフェース４２０に接続された処理ユニット４４０を含み、情報に基づいてコマンドを生成するよう構成することができる。処理ユニット４４０により生成されるコマンドは、所定時間の間高速シャフトのベーススローロール速度を維持する第１のコマンドシーケンスを含むことができる。高速シャフトがベーススローロール速度を有するときに、低速シャフトの速度はスローロール範囲内にある。
【００４４】
処理ユニット４４０により生成されるコマンドはまた、低速シャフトの速度が最小作動速度を超えるまで高速シャフトの設定速度を増大させるよう第２のコマンドシーケンスを含むことができる。
【００４５】
情報に基づいて、（ｉ）第１のコマンドシーケンスを実施した後、又は（ｉｉ）第２のコマンドシーケンスを実施している間、振動振幅が振動限界よりも大きい場合には、処理ユニット４４０は、インタフェース４２０に第１のコマンドシーケンスを繰り返し送信することができる。
【００４６】
処理ユニット４４０によって生成されるコマンドは更に、高速シャフトのベーススローロール速度を求めるコマンドシーケンスを含むことができる。
【００４７】
コントローラ４００は更に、ベーススローロール速度の値が所定速度範囲内にないことを処理ユニット４４０が示したときに、緊急シャットダウン手順を開始するため、処理ユニット４４０に接続された緊急シャットダウンユニット（ＥＳＵ）４６０を含むことができる。
【００４８】
コントローラ４００はまた、処理ユニットに接続され、処理ユニットが第１のコマンドシーケンスを送信した回数をカウントするよう構成されたスローロールカウンター（ＳＬＣ）４８０を含むことができる。この回数が予め定められた反復回数を超えた場合、処理ユニットは、シャットダウン手順を開始することができる。
【００４９】
コントローラ４００は更に、処理ユニットに接続され、所定時間が経過したときに表示するよう構成されたタイマー５００を含むことができる。
【００５０】
コントローラ４００はまた、処理ユニットに接続され、スローロールパラメータの１つ又はそれ以上を保存するよう構成されたメモリー５２０を含むことができる。スローロールパラメータは、スローロール速度、スローロール範囲、所定時間、最小作動速度、予め定められた繰り返し数、及び振動限界を含む。
【００５１】
インタフェース４２０は更に、スローロールパラメータの１つ又はそれ以上の値に関連する入力を受け取るよう構成することができる。
【００５２】
別の実施形態によれば、図７は、高速シャフト（例えば、図２の１３０）と遠心圧縮機に接続された低速シャフト（例えば、図２の１４０）とを有するガスタービン（例えば、図２の１１０）により駆動される遠心圧縮機（例えば、図２の１２０）の高温再始動を制御する方法の概略図を示す。
【００５３】
Ｓ６００において、ＨＳＳ速度がベース速度に到達させる。Ｓ６１０において、本方法は、所定時間の間高速シャフトのベース速度を維持する段階を含む。
【００５４】
Ｓ６２０において、本方法は、遠心圧縮機（ＣＣ）の振動を特徴付ける振動振幅が振動限界よりも大きいか否かを判定する段階を含む。振動振幅が振動限界よりも大きい場合（Ｓ６２０からの分岐が「はい」である）、Ｓ６３０において、ステップＳ６１０を再度実施する。
【００５５】
振動振幅が振動限界よりも大きくない場合（Ｓ６２０からの分岐が「いいえ」である）には、Ｓ６３０において、高速シャフトの速度ＨＳＳが増大する。振動振幅が振動限界よりも大きくなった場合（Ｓ６４０からの分岐が「はい」である）には、ステップＳ６１０及びＳ６１０の後に続くステップを再度実施する。
【００５６】
振動振幅が依然として振動限界よりも小さい場合（Ｓ６４０からの分岐が「いいえ」である）、Ｓ６５０において、低速シャフトの現在速度を最小差動速度（ＭＯＳ）と比較する。
【００５７】
低速シャフトが最小作動速度を超えないことを、Ｓ６５０における比較が示す場合（Ｓ６５０からの分岐が「はい」である）には、ステップＳ６３０及びステップＳ６３０の次に続くステップを再度実施する。
【００５８】
１つの実施形態によれば、本方法はまた、高速シャフトのベーススローロール速度を決定する段階を含む。決定工程は、（ｉ）高速シャフトの速度を第１の速度値に設定する段階、（ｉｉ）高速シャフトの速度が第１の速度値を有するときに、低速シャフトの速度がスローロール範囲の上限よりも大きい場合に緊急シャットダウンを実施する段階、（ｉｉｉ）第２の速度値まで、又はスローロール速度が決定されるまで高速シャフトの速度を増大させる段階、及び（ｉｖ）高速シャフトの速度が第２の速度値を有するときに、低速シャフトの速度がスローロール範囲の下限を下回る場合に緊急シャットダウンを実施する段階を含むことができる。
【００５９】
１つの実施形態によれば、Ｓ６３０における高速シャフトの速度の増大は、予め定められた割合で実施することができる。
【００６０】
別の実施形態によれば、本方法は更に、Ｓ６１０を実施する回数をカウントする段階を含むことができる。別の実施形態において、カウント段階に加えて、本法は更に、この回数が予め定められた繰り返し数を超えた場合に緊急シャットダウンを実施する段階を含むことができる。
【００６１】
別の実施形態によれば、本法はまた、高速シャフトのベース速度を決定する段階を含むことができる。
【００６２】
別の実施形態によれば、本方法はまた、振動限界、スローロール速度範囲、最小作動速度、予め定められた回数、及び所定時間を含む、スローロールパラメータの１つ又はそれ以上を入力する段階を含むことができる。
【００６３】
上述の方法と類似した方法は、複数段を有するガス処理システムの高温再始動に用いることができる。
【００６４】
開示された例示的な実施形態は、遠心圧縮機の高温再始動を制御するための方法及び装置を提供する。本明細書は本発明を限定するものではない点を理解されたい。逆に、例示的な実施形態は、添付の請求項によって定義される本発明の技術的思想及び範囲に含まれる、代替形態、修正形態、及び均等形態を保護するものとする。更に、例示的な実施形態の詳細な説明において、請求項に記載された本発明を包括的に理解するために多数の具体的な詳細事項が記載されている。しかしながら、種々の実施形態はこのような具体的な詳細事項がなくとも実施できる点は当業者であれば理解されるであろう。
【００６５】
本発明の例示的な実施形態の特徴及び要素は、特定の組み合わせで実施形態において説明したが、各特徴又は要素は、実施形態の他の特徴及び要素を伴わず単独で、或いは本明細書で開示される他の特徴及び要素の有無に関わりなく種々の組み合わせで用いることができる。
【００６６】
本明細書は、開示される主題の実施例を用いて、あらゆる当業者があらゆるデバイス又はシステムを実施及び利用すること及びあらゆる包含の方法を実施することを含む本発明を実施することを可能にする。本発明の特許保護される範囲は、請求項によって定義され、当業者であれば想起される他の実施例を含むことができる。このような他の実施例は、請求項の文言と差違のない構造要素を有する場合、或いは、請求項の文言と僅かな差違を有する均等な構造要素を含む場合には、本発明の範囲内にあるものとする。
【符号の説明】
【００６７】
１００ ガス処理システム
１１０ ガスタービン
１２０ 遠心圧縮機
１３０ 高速シャフト
１４０ 低速シャフト
１５０ シャフト
１６０ コントローラ
１７０ センサ
１８０ 振動センサ
１９０ スローロールカウンター
１９５ タイマー
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス処理システム（１００）において、
圧縮機（１２０）と、
高速シャフト（１３０）と、前記圧縮機（１２０）を駆動するよう構成された低速シャフト（１４０）とを有するタービン（１１０）と、
前記圧縮機（１２０）及び前記タービン（１１０）に接続され、前記高速シャフト（１３０）の速度を制御し且つ前記低速シャフト（１４０）の現在の速度及び前記圧縮機（１２０）の振動振幅を受け取るよう構成されたコントローラ（１６０）と、
を備え、
前記コントローラ（１６０）は、前記振動振幅が振動限界よりも小さいままである場合、前記低速シャフト（１４０）の現在の速度がスローロール速度範囲内にある値に前記高速シャフト（１３０）の速度を所定時間の間維持すること、次いで、前記低速シャフト（１４０）の現在速度が最小作動速度を超えるまで前記高速シャフト（１３０）の速度を増大させることを実施するよう構成される、
ガス処理システム（１００）。
【請求項２】
前記コントローラに接続され、スローロール速度範囲、所定時間、及び振動限界を含むスローロールパラメータの何れか１つをオペレータが設定可能であるように構成されたオペレータインタフェースを更に備える、請求項１に記載のガス処理システム（１００）。
【請求項３】
前記コントローラに接続され、前記高速シャフトの速度値が所定速度範囲内にないことを前記コントローラが示したときにシャットダウン手順を実施するよう構成された緊急シャットダウンユニットを更に備える、請求項１に記載のガス処理システム（１００）。
【請求項４】
前記コントローラに接続され、前記コントローラが所定時間の間前記高速シャフトの速度を前記値に維持するのを実施する回数をカウントするよう構成されたスローロールカウンターを更に備え、
前記コントローラは、前記振動振幅が振動限界を超えたときに所定時間の間前記高速シャフトの速度を前記値に維持することを繰り返す、請求項１に記載のガス処理システム（１００）。
【請求項５】
前記タービンの低速シャフトと前記圧縮機との間に位置付けられるギアボックスと、前記低速シャフトの現在の速度を測定するよう構成された速度センサと、前記圧縮機の振動の振動振幅を測定するよう構成された振動センサと、前記低速シャフトのスローロール速度がスローロール速度範囲内にある値に前記高速シャフトの速度を前記コントローラが維持する時間を測定するよう構成されたタイマーと、のうちの少なくとも１つを更に備え、
前記速度センサ、前記振動センサ、及び前記タイマーのうちの少なくとも１つが前記コントローラに接続される、請求項１に記載のガス処理システム（１００）。
【請求項６】
高速シャフト（１３０）及び低速シャフト（１４０）を有するタービン（１１０）によって駆動され且つ前記低速シャフトが接続された圧縮機（１２０）の高温再始動を制御する方法であって、
前記低速シャフト（１４０）の速度がスローロール範囲内にある前記高速シャフト（１３０）のベース速度を所定時間の間維持する段階（Ｓ６００）と、
前記圧縮機（１２０）の振動の振動振幅を振動限界と比較（Ｓ６２０）し、前記振動振幅が前記振動限界よりも大きいときには前記維持段階（Ｓ６００）を繰り返す段階と、
前記振動振幅が前記振動限界よりも小さいままである場合、前記低速シャフト（１４０）の現在速度が最小作動速度を超える（Ｓ６６０）まで前記高速シャフト（１３０）の設定速度を増大させる段階（Ｓ６４０）と、
を含み、前記増大中に前記振動の振幅が前記振動限界よりも大きくなったときには、前記維持段階（Ｓ６００）を繰り返すようにする、方法。
【請求項７】
振動限界、スローロール速度範囲、最小作動速度、及び所定時間を含むスローロールパラメータのセットの１つ又はそれ以上を入力する段階を更に含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
高速シャフトの速度を第１の速度値に設定すること、前記低速シャフトの速度が前記スローロール範囲の上限よりも大きいときに緊急シャットダウンを実施すること、前記高速シャフトの速度を第２の速度値まで又は前記ベーススロー速度が決定されるまで増大させること、及び前記高速シャフトの速度が第２の速度値を有する間前記スローロール範囲の下限未満になったときに、緊急シャットダウンを実施することによって、前記スローロール速度を決定し保存する段階を更に含む、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
前記高速シャフトの速度の増大が予め定められた割合で実施される、請求項６に記載の方法。
【請求項１０】
前記維持を実施する回数をカウントする段階と、
前記回数が予め定められた繰り返し数を超えたときに緊急シャットダウンを実施する段階と、
更に含む、請求項６に記載の方法。
【請求項１１】
高速シャフト（１３０）及び低速シャフト（１４０）を有するタービン（１１０）によって駆動され且つ前記低速シャフトが接続された圧縮機（１２０）の高温再始動を制御するよう構成されたコントローラ（４００）であって、
前記低速シャフト（１４０）の現在速度及び前記圧縮機（１２０）の振動の振動振幅に関する情報を受け取り、前記高速シャフト（１３０）の速度の設定に関連するコマンドを送信するよう構成されたインタフェース（４２０）と、
前記インタフェース（４２０）に接続され、前記情報に基づいて前記コマンドを生成するよう構成された処理ユニット（４４０）と、
を備え、
前記コマンドが、前記高速シャフト（１３０）のベーススローロール速度を所定時間の間維持するための第１のコマンドシーケンス（Ｓ３１０、Ｓ３２０）と、前記低速シャフト（１３０）の現在速度が最小作動速度を超えるまで前記高速シャフト（１３０）の設定速度を増大させるための第２のコマンドシーケンス（Ｓ３５０、Ｓ３６０、Ｓ３８０）とを含み、
前記高速シャフト（１３０）がベーススローロール速度を有するときに前記低速シャフト（１３０）の速度がスローロール範囲内にあり、
前記処理ユニット（４４０）は、前記情報に従って前記振動振幅が振動限界よりも大きいときに前記第１のコマンドシーケンスを前記インタフェース（４２０）に送信することを繰り返すよう構成される、
コントローラ（４００）。
【請求項１２】
前記処理ユニットが更に、前記高速シャフトのスローロール速度を決定する第３のコマンドシーケンスを生成するよう構成される、請求項１１に記載のコントローラ。
【請求項１３】
前記インタフェースが更に、スローロール範囲、所定時間、最小作動速度、及び振動限界を含むスローロールパラメータの少なくとも１つに関連する入力を受け取るよう構成される、請求項１１に記載のコントローラ。
【請求項１４】
前記処理ユニットに接続され、前記第３のコマンドシーケンス実行時に高速シャフトのスローロール速度が所定速度範囲内にないことを前記処理ユニットが示した場合に、緊急シャットダウン手順を開始する緊急シャットダウンユニットを更に備える、請求項１１に記載のコントローラ。
【請求項１５】
前記処理ユニットに接続され且つ該処理ユニットが前記第１のコマンドシーケンスを送信した回数をカウントするよう構成され、前記回数が予め定められた反復回数を超えた場合に前記処理ユニットがシャットダウン手順を開始するスローロールカウンターと、前記処理ユニットに接続され、前記所定時間が経過したことを表示するよう構成されたタイマーと、のうちの少なくとも１つを更に備える、請求項１１に記載のコントローラ。
【請求項１６】
前記処理ユニットに接続され、スローロール速度、スローロール範囲、所定時間、最小作動速度、及び振動限界を含むスローロールパラメータの何れか１つを保存するよう構成されたメモリーを更に備える、請求項１１に記載のコントローラ。
【請求項１】
ガス処理システム（１００）において、
圧縮機（１２０）と、
高速シャフト（１３０）と、前記圧縮機（１２０）を駆動するよう構成された低速シャフト（１４０）とを有するタービン（１１０）と、
前記圧縮機（１２０）及び前記タービン（１１０）に接続され、前記高速シャフト（１３０）の速度を制御し且つ前記低速シャフト（１４０）の現在の速度及び前記圧縮機（１２０）の振動振幅を受け取るよう構成されたコントローラ（１６０）と、
を備え、
前記コントローラ（１６０）は、前記振動振幅が振動限界よりも小さいままである場合、前記低速シャフト（１４０）の現在の速度がスローロール速度範囲内にある値に前記高速シャフト（１３０）の速度を所定時間の間維持すること、次いで、前記低速シャフト（１４０）の現在速度が最小作動速度を超えるまで前記高速シャフト（１３０）の速度を増大させることを実施するよう構成される、
ガス処理システム（１００）。
【請求項２】
前記コントローラに接続され、スローロール速度範囲、所定時間、及び振動限界を含むスローロールパラメータの何れか１つをオペレータが設定可能であるように構成されたオペレータインタフェースを更に備える、請求項１に記載のガス処理システム（１００）。
【請求項３】
前記コントローラに接続され、前記高速シャフトの速度値が所定速度範囲内にないことを前記コントローラが示したときにシャットダウン手順を実施するよう構成された緊急シャットダウンユニットを更に備える、請求項１に記載のガス処理システム（１００）。
【請求項４】
前記コントローラに接続され、前記コントローラが所定時間の間前記高速シャフトの速度を前記値に維持するのを実施する回数をカウントするよう構成されたスローロールカウンターを更に備え、
前記コントローラは、前記振動振幅が振動限界を超えたときに所定時間の間前記高速シャフトの速度を前記値に維持することを繰り返す、請求項１に記載のガス処理システム（１００）。
【請求項５】
前記タービンの低速シャフトと前記圧縮機との間に位置付けられるギアボックスと、前記低速シャフトの現在の速度を測定するよう構成された速度センサと、前記圧縮機の振動の振動振幅を測定するよう構成された振動センサと、前記低速シャフトのスローロール速度がスローロール速度範囲内にある値に前記高速シャフトの速度を前記コントローラが維持する時間を測定するよう構成されたタイマーと、のうちの少なくとも１つを更に備え、
前記速度センサ、前記振動センサ、及び前記タイマーのうちの少なくとも１つが前記コントローラに接続される、請求項１に記載のガス処理システム（１００）。
【請求項６】
高速シャフト（１３０）及び低速シャフト（１４０）を有するタービン（１１０）によって駆動され且つ前記低速シャフトが接続された圧縮機（１２０）の高温再始動を制御する方法であって、
前記低速シャフト（１４０）の速度がスローロール範囲内にある前記高速シャフト（１３０）のベース速度を所定時間の間維持する段階（Ｓ６００）と、
前記圧縮機（１２０）の振動の振動振幅を振動限界と比較（Ｓ６２０）し、前記振動振幅が前記振動限界よりも大きいときには前記維持段階（Ｓ６００）を繰り返す段階と、
前記振動振幅が前記振動限界よりも小さいままである場合、前記低速シャフト（１４０）の現在速度が最小作動速度を超える（Ｓ６６０）まで前記高速シャフト（１３０）の設定速度を増大させる段階（Ｓ６４０）と、
を含み、前記増大中に前記振動の振幅が前記振動限界よりも大きくなったときには、前記維持段階（Ｓ６００）を繰り返すようにする、方法。
【請求項７】
振動限界、スローロール速度範囲、最小作動速度、及び所定時間を含むスローロールパラメータのセットの１つ又はそれ以上を入力する段階を更に含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
高速シャフトの速度を第１の速度値に設定すること、前記低速シャフトの速度が前記スローロール範囲の上限よりも大きいときに緊急シャットダウンを実施すること、前記高速シャフトの速度を第２の速度値まで又は前記ベーススロー速度が決定されるまで増大させること、及び前記高速シャフトの速度が第２の速度値を有する間前記スローロール範囲の下限未満になったときに、緊急シャットダウンを実施することによって、前記スローロール速度を決定し保存する段階を更に含む、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
前記高速シャフトの速度の増大が予め定められた割合で実施される、請求項６に記載の方法。
【請求項１０】
前記維持を実施する回数をカウントする段階と、
前記回数が予め定められた繰り返し数を超えたときに緊急シャットダウンを実施する段階と、
更に含む、請求項６に記載の方法。
【請求項１１】
高速シャフト（１３０）及び低速シャフト（１４０）を有するタービン（１１０）によって駆動され且つ前記低速シャフトが接続された圧縮機（１２０）の高温再始動を制御するよう構成されたコントローラ（４００）であって、
前記低速シャフト（１４０）の現在速度及び前記圧縮機（１２０）の振動の振動振幅に関する情報を受け取り、前記高速シャフト（１３０）の速度の設定に関連するコマンドを送信するよう構成されたインタフェース（４２０）と、
前記インタフェース（４２０）に接続され、前記情報に基づいて前記コマンドを生成するよう構成された処理ユニット（４４０）と、
を備え、
前記コマンドが、前記高速シャフト（１３０）のベーススローロール速度を所定時間の間維持するための第１のコマンドシーケンス（Ｓ３１０、Ｓ３２０）と、前記低速シャフト（１３０）の現在速度が最小作動速度を超えるまで前記高速シャフト（１３０）の設定速度を増大させるための第２のコマンドシーケンス（Ｓ３５０、Ｓ３６０、Ｓ３８０）とを含み、
前記高速シャフト（１３０）がベーススローロール速度を有するときに前記低速シャフト（１３０）の速度がスローロール範囲内にあり、
前記処理ユニット（４４０）は、前記情報に従って前記振動振幅が振動限界よりも大きいときに前記第１のコマンドシーケンスを前記インタフェース（４２０）に送信することを繰り返すよう構成される、
コントローラ（４００）。
【請求項１２】
前記処理ユニットが更に、前記高速シャフトのスローロール速度を決定する第３のコマンドシーケンスを生成するよう構成される、請求項１１に記載のコントローラ。
【請求項１３】
前記インタフェースが更に、スローロール範囲、所定時間、最小作動速度、及び振動限界を含むスローロールパラメータの少なくとも１つに関連する入力を受け取るよう構成される、請求項１１に記載のコントローラ。
【請求項１４】
前記処理ユニットに接続され、前記第３のコマンドシーケンス実行時に高速シャフトのスローロール速度が所定速度範囲内にないことを前記処理ユニットが示した場合に、緊急シャットダウン手順を開始する緊急シャットダウンユニットを更に備える、請求項１１に記載のコントローラ。
【請求項１５】
前記処理ユニットに接続され且つ該処理ユニットが前記第１のコマンドシーケンスを送信した回数をカウントするよう構成され、前記回数が予め定められた反復回数を超えた場合に前記処理ユニットがシャットダウン手順を開始するスローロールカウンターと、前記処理ユニットに接続され、前記所定時間が経過したことを表示するよう構成されたタイマーと、のうちの少なくとも１つを更に備える、請求項１１に記載のコントローラ。
【請求項１６】
前記処理ユニットに接続され、スローロール速度、スローロール範囲、所定時間、最小作動速度、及び振動限界を含むスローロールパラメータの何れか１つを保存するよう構成されたメモリーを更に備える、請求項１１に記載のコントローラ。
【図７】
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−３１８５７（Ｐ２０１２−３１８５７Ａ）
【公開日】平成２４年２月１６日（２０１２．２．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１６２７０３（Ｐ２０１１−１６２７０３）
【出願日】平成２３年７月２６日（２０１１．７．２６）
【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)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年２月１６日（２０１２．２．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月２６日（２０１１．７．２６）
【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)
【Ｆターム（参考）】
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