JP6163301B2 - Method and apparatus for actively using pressure pulsation in a reciprocating compressor installation - Google Patents
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Description
本明細書で開示される主題の実施形態は、全体的に、石油及びガス産業において往復圧縮機を使用した設備に関し、より詳細には、圧力脈動を積極的に使用して圧縮機の体積効率を高め、すなわち、パルス充電効果を達成することに関する。 Embodiments of the presently-disclosed subject matter generally relate to installations using reciprocating compressors in the oil and gas industry, and more particularly, volumetric efficiency of compressors by actively using pressure pulsations. In other words, to achieve a pulse charging effect.
石油及びガス産業で使用される圧縮機は、例えば、多くの場合加圧ガスが腐食性で且つ可燃性であることを考慮した工業上の固有要件に適合しなければならない。Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ（ＡＰＩ；米国石油協会）（すなわち、石油及びガス産業で使用される設備の承認工業基準を設定する組織）は、往復圧縮機の最低限の要件の一式をリストアップしたＡＰＩ６１８文書を発行している。 Compressors used in the oil and gas industry, for example, must meet industry specific requirements taking into account, for example, that pressurized gas is often corrosive and flammable. The American Petroleum Institute (API; American Petroleum Institute) (ie, the organization that sets the approved industry standards for equipment used in the oil and gas industry) has published an API 618 document listing a set of minimum requirements for reciprocating compressors. Issuing.
圧縮機は、容積式圧縮機（例えば、往復動、スクリュー、又はベーン圧縮機）と、動圧縮機（例えば、遠心又は軸流圧縮機）とに分類することができる。容積式圧縮機では、圧縮は、ガスを捕捉して捕捉ガスの体積を縮小することにより達成される。動圧縮機では、圧縮は、圧縮機内部の所定位置で運動エネルギー（例えば、回転要素の）を圧力エネルギーに変換することにより達成される。理想圧縮サイクル（圧力対体積の変化を追跡することにより、図１にグラフで示される）は、少なくとも４つの相、膨張、吸引、圧縮、及び吐出を含む。圧縮サイクルの終わりで加圧流体が圧縮チャンバから真空排気されると、送出圧力Ｐ1の少量の流体が隙間容積Ｖ1（すなわち、圧縮チャンバの最小容積）で捕捉されたままとなる。圧縮サイクルの膨張相１及び吸引相２の間、ピストンは、圧縮チャンバの体積を増大するよう移動する。膨張相の初めに、送給バルブが閉鎖（吸引バルブは閉じたまま）し、流体が利用できる圧縮チャンバの体積が増大するので、捕捉流体の圧力は低下する。圧縮サイクルの吸引相は、圧縮チャンバ内部の圧力が吸引圧力Ｐ2と等しくなったときに始まり、吸引バルブを起動して体積Ｖ2で開放する。吸引相２の間、圧縮チャンバ体積及び（圧力Ｐ2で）加圧される流体の量は、加圧チャンバの最大体積Ｖ3に達するまで増大する。 Compressors can be classified into positive displacement compressors (eg, reciprocating, screw, or vane compressors) and dynamic compressors (eg, centrifugal or axial flow compressors). In positive displacement compressors, compression is achieved by trapping gas and reducing the volume of trapped gas. In a dynamic compressor, compression is achieved by converting kinetic energy (eg, of a rotating element) into pressure energy at a predetermined location inside the compressor. An ideal compression cycle (shown graphically in FIG. 1 by tracking changes in pressure versus volume) includes at least four phases: expansion, suction, compression, and discharge. As pressurized fluid is evacuated from the compression chamber at the end of the compression cycle, a small amount of fluid at delivery pressure P 1 remains trapped at the gap volume V 1 (ie, the minimum volume of the compression chamber). During the expansion phase 1 and the suction phase 2 of the compression cycle, the piston moves to increase the volume of the compression chamber. At the beginning of the expansion phase, the pressure of the captured fluid decreases as the delivery valve closes (the suction valve remains closed) and the volume of the compression chamber available for fluid increases. The suction phase of the compression cycle begins when the pressure inside the compression chamber is equal to the suction pressure P 2 and activates the suction valve to open at volume V 2 . During the suction phase 2, (at a pressure P 2) compression chamber volume and amount of fluid is pressurized is increased until it reaches a maximum volume V 3 of the pressure chamber.
圧縮サイクルの圧縮及び吐出相の間、ピストンは、膨張及び吸引相の間の運動方向とは逆の方向に移動し、圧縮チャンバの体積を減少させる。圧縮相３の間、吸引及び送給バルブの両方が閉鎖され（すなわち、流体がシリンダを出入りしない）、圧縮チャンバの体積がＶ4まで減少するので、圧縮チャンバ内の流体の圧力は増大する（吸引圧力Ｐ2から送給圧力Ｐ1まで）。圧縮サイクルの送給相４は、圧縮チャンバ内部の圧力が送給圧力Ｐ1と等しくなったときに始まり、送給バルブを起動して開放させる。送給相４の間、送給圧力Ｐ2の流体は、圧縮チャンバの最小（クリアランス）体積Ｖ1に達するまで圧縮チャンバから排気される。 During the compression and discharge phases of the compression cycle, the piston moves in the opposite direction of motion during the expansion and suction phases, reducing the volume of the compression chamber. During the compression phase 3, both the suction and delivery valves are closed (ie, fluid does not enter or exit the cylinder) and the pressure of the fluid in the compression chamber increases as the compression chamber volume decreases to V 4 ( from the suction pressure P 2 until delivery pressure P 1). The feed phase 4 of the compression cycle begins when the pressure inside the compression chamber becomes equal to the feed pressure P 1 and activates and opens the feed valve. During the feeding phase 4, the fluid delivery pressure P 2 is exhausted from the compression chamber to reach the minimum compression chamber (clearance) volume V 1.
圧縮機の効率の尺度の１つは体積効率であり、これは、吸引相Ｖ3−Ｖ2の間に往復圧縮機のピストンにより掃引される圧縮チャンバの体積と、圧縮サイクル中にピストンにより掃引される総体積Ｖ3−Ｖ1との比である。 One measure of compressor efficiency is volumetric efficiency, which is the volume of the compression chamber swept by the reciprocating compressor piston during the suction phase V 3 -V 2 and swept by the piston during the compression cycle. the ratio of the total volume V 3 -V 1 being.
往復圧縮機の外部で生じる圧力脈動の現象は、往復圧縮機内部のガス流の不連続な性質に起因する。これらの圧力脈動は、大きな振動及び疲労応力、高ノイズレベル、及び圧縮機性能の低下を招く可能性がある。ＡＰＩ６１８は、他の目的で圧力脈動の損傷作用を回避するため、往復圧縮機を含む設備を設計する際に実施しなければならない音響研究の詳細な要件を含んでいる。これらの脈動が設備全体に伝搬するのを防ぐために、吸引バルブの前で圧縮機の吐出バルブの後に体積ボトルが設置され、他の設備から往復圧縮機を保護する。 The phenomenon of pressure pulsation that occurs outside the reciprocating compressor is due to the discontinuous nature of the gas flow inside the reciprocating compressor. These pressure pulsations can lead to large vibrations and fatigue stresses, high noise levels, and reduced compressor performance. API 618 includes the detailed requirements of acoustic research that must be performed when designing equipment including reciprocating compressors to avoid the damaging effects of pressure pulsations for other purposes. In order to prevent these pulsations from propagating throughout the facility, a volume bottle is installed in front of the suction valve and after the discharge valve of the compressor to protect the reciprocating compressor from other facilities.
例えば、図２は、往復圧縮機１０と他の設備との間のインタフェースの簡易モデルを例示している。ここで用語「インタフェース」は、往復圧縮機１０のバルブ２０と、他の設備（例えば、石油及びガスプラント）との間でガスが送られるプラント配管３０との間にある全ての構成要素を指す。往復圧縮機１０は、ピストン４０を有し、配管５０を介して体積ボトル６０に接続される。体積ボトル６０は、プラント配管３０を介して石油及びガスプラントに接続される。 For example, FIG. 2 illustrates a simplified model of the interface between the reciprocating compressor 10 and other equipment. As used herein, the term “interface” refers to all components between the valve 20 of the reciprocating compressor 10 and the plant piping 30 through which gas is routed between other facilities (eg, oil and gas plants). . The reciprocating compressor 10 has a piston 40 and is connected to the volume bottle 60 via a pipe 50. The volume bottle 60 is connected to the oil and gas plant via the plant piping 30.
体積ボトル６０は、吸引バルブの前に配置されるか、又は吐出バルブの後に配置されるかに応じて、加圧されるガス又は加圧されたガスが充填され、或いは、往復圧縮機１０は、高い音響インピーダンスを有し、脈動の反射体として動作し、僅かな割合のみをプラント配管３０に向けて輸送できる。 The volume bottle 60 is filled with a pressurized gas or a pressurized gas depending on whether it is placed before the suction valve or after the discharge valve, or the reciprocating compressor 10 is It has a high acoustic impedance, operates as a pulsating reflector, and only a small percentage can be transported towards the plant piping 30.
往復圧縮機１０によって生成される圧力脈動の周波数は、往復圧縮機における圧縮プロセスの周波数である。配管３０の固有周波数ｆが往復圧縮機によって生成される圧力脈動の周波数に等しいときに共振が起こる。配管５０の固有周波数ｆは、ガスの音速ｃと配管５０の長さＬによって決まる。第一近似では、これらの物理量の間に次の関係が成り立つ。ｆ＝ｃ／（２Ｌ）
定常圧力波が配管５０に沿って形成された場合、オリフィス（すなわち、配管の局所的狭窄）を利用して、定常圧力波の大きさを低減することができる。
The frequency of the pressure pulsation generated by the reciprocating compressor 10 is the frequency of the compression process in the reciprocating compressor. Resonance occurs when the natural frequency f of the pipe 30 is equal to the frequency of pressure pulsation generated by the reciprocating compressor. The natural frequency f of the pipe 50 is determined by the sound velocity c of the gas and the length L of the pipe 50. In the first approximation, the following relationship holds between these physical quantities. f = c / (2L)
When a steady pressure wave is formed along the pipe 50, the magnitude of the steady pressure wave can be reduced using an orifice (ie, local constriction of the pipe).
従って、従来では、圧力脈動（往復圧縮機におけるガス流の不連続的性質に起因して本来的に起こる）が消失し使用されていない。往復圧縮機の効率を向上させるために圧力脈動を積極的に使用する方法及び装置（往復圧縮機を含む石油及びガス設備において含まれ又は実施される）を提供することが望ましい。 Thus, conventionally, pressure pulsations (which inherently occur due to the discontinuous nature of the gas flow in a reciprocating compressor) disappear and are not used. It would be desirable to provide a method and apparatus (included or implemented in oil and gas equipment including a reciprocating compressor) that actively uses pressure pulsations to improve the efficiency of the reciprocating compressor.
実施形態の一部は、作動バルブと、往復圧縮機において圧縮サイクルを実施する周波数に実質的に等しい共振周波数を有するように構成されたガス循環装置とを有する。バルブは、本来的な圧力脈動を積極的に用いて圧縮機の体積効率を向上させるように作動される。効率を向上させるために圧力パルスを用いるこの手法は、パルス充電効果として公知である。 Some embodiments have an actuating valve and a gas circulation device configured to have a resonant frequency substantially equal to the frequency at which the compression cycle is performed in the reciprocating compressor. The valve is actuated to actively use the inherent pressure pulsation to improve the volumetric efficiency of the compressor. This technique of using pressure pulses to improve efficiency is known as the pulse charging effect.
例示的な実施形態では、装置は、ガス循環装置とコントローラとを含む。ガス循環装置は、往復圧縮機と、往復圧縮機から石油及びガスプラントへつながるガス流を保護する体積ボトルとの間でガス（加圧されるか、又は加圧された後のガス）が循環する経路を提供する。ガス循環装置は、往復圧縮機において圧縮サイクルを実施する周波数に実質的に等しい共振周波数を有するように構成される。コントローラは、ガス循環装置において生じる圧力脈動を積極的に用いて往復圧縮機の体積効率を向上させるために、往復圧縮機とガス循環装置との間に配置されたバルブを切り替えるタイミングを制御するように構成される。 In an exemplary embodiment, the device includes a gas circulation device and a controller. The gas circulation device circulates gas (pressurized or pressurized gas) between the reciprocating compressor and the volume bottle that protects the gas flow leading from the reciprocating compressor to the oil and gas plant. Provide a route to The gas circulation device is configured to have a resonant frequency that is substantially equal to the frequency at which the compression cycle is performed in the reciprocating compressor. The controller controls timing for switching a valve disposed between the reciprocating compressor and the gas circulation device in order to positively use the pressure pulsation generated in the gas circulation device to improve the volumetric efficiency of the reciprocating compressor. Configured.
別の例示的な実施形態では、パルス充電効果を用いて往復圧縮機の体積効率を向上させる方法が提供される。本方法は、往復圧縮機のバルブと、往復圧縮機を設備から保護する体積ボトルとの間に、往復圧縮機において圧縮サイクルを実施する周波数に実質的に等しい共振周波数を有するように構成されたガス循環装置を提供するステップを含む。本方法は更に、ガス循環装置において本来的に生じる圧力パルスを積極的に用いて往復圧縮機の体積効率を向上させるようバルブの作動タイミングを制御するステップを含む。 In another exemplary embodiment, a method for improving the volumetric efficiency of a reciprocating compressor using a pulse charging effect is provided. The method is configured to have a resonant frequency between the reciprocating compressor valve and the volume bottle that protects the reciprocating compressor from the equipment, substantially equal to the frequency at which the reciprocating compressor performs the compression cycle. Providing a gas circulation device. The method further includes the step of controlling the valve actuation timing to actively use the pressure pulses inherently generated in the gas circulation device to improve the volumetric efficiency of the reciprocating compressor.
別の例示的な実施形態では、往復圧縮機設備を改造する方法が提供される。往復圧縮機設備は、体積ボトルにより他の設備から保護される往復圧縮機の出力又は入力を有する。往復圧縮機設備は、往復圧縮機のパルス充電効果を用いて往復圧縮機の体積効率を向上させるよう改造される。本方法は、往復圧縮機の出力又は入力を体積ボトルに接続するガス循環装置の配管に少なくとも１つの音響共振器を付加することによりガス循環装置を修正し、該ガス循環装置が、往復圧縮機において圧縮サイクルを実施する周波数に実質的に等しい共振周波数を有するようにするステップを含む。本方法は更に、往復圧縮機とガス循環装置との間のバルブをコントローラに接続し、ガス循環装置において生じる圧力脈動を積極的に使用して往復圧縮機の体積効率を向上させるため、バルブの作動タイミングを制御するようコントローラを構成するステップを含む。 In another exemplary embodiment, a method for retrofitting a reciprocating compressor installation is provided. The reciprocating compressor facility has the output or input of a reciprocating compressor that is protected from other facilities by a volume bottle. The reciprocating compressor installation is modified to improve the volumetric efficiency of the reciprocating compressor using the pulse charging effect of the reciprocating compressor. The method modifies the gas circulation device by adding at least one acoustic resonator to the piping of the gas circulation device that connects the output or input of the reciprocating compressor to the volume bottle, the gas circulation device comprising a reciprocating compressor. And having a resonant frequency substantially equal to the frequency at which the compression cycle is performed. The method further connects the valve between the reciprocating compressor and the gas circulation device to the controller and actively uses pressure pulsations that occur in the gas circulation device to improve the volumetric efficiency of the reciprocating compressor. Configuring the controller to control actuation timing.
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している。 The accompanying drawings, which are incorporated in and constitute a part of this specification, illustrate one or more embodiments, and together with the description, explain these embodiments.
例示的な実施形態の以下の説明は、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同様の要素とみなす。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定義される。以下の実施形態は、簡略化のために石油及びガスプラント（すなわち、設備又は機器）の用語を用いて且つその構造に関して説明している。しかしながら、以下で考察される実施形態は、本システムに限定されず、他の同様の技術的条件にも適用することができる。 The following description of exemplary embodiments refers to the accompanying drawings. The same reference numbers in different drawings identify the same or similar elements. The following detailed description does not limit the invention. Rather, the scope of the present invention is defined by the appended claims. The following embodiments are described in terms of the structure of oil and gas plants (ie, equipment or equipment) for the sake of simplicity. However, the embodiments discussed below are not limited to this system and can be applied to other similar technical conditions.
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、又は特性が本開示の主題の少なくとも一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「一実施形態では」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。 Throughout this specification, references to “one embodiment” or “an embodiment” include a specific feature, structure, or characteristic described in connection with the embodiment in at least one embodiment of the presently disclosed subject matter. Means that Thus, the appearances of the phrases “in one embodiment” or “in an embodiment” in various places throughout this specification are not necessarily referring to the same embodiment. Furthermore, the particular features, structures, or characteristics may be combined in any suitable manner in one or more embodiments.
以下に記載の一部の実施形態では、ガス循環装置は、往復圧縮機（すなわち、圧縮チャンバ）と体積ボトルとの間をガス（加圧されるか、又は加圧された後のガス）が循環する経路を提供する。ガス循環装置は、往復圧縮機において圧縮サイクルを実施する周波数に実質的に等しい共振周波数を有するように構成される。更に、圧縮チャンバとガス循環装置との間に位置するバルブは、圧縮機の効率を向上させるようにガス循環装置のバルブ付近で圧力脈動の相に対して開放するよう制御される。 In some embodiments described below, the gas circulation device has a gas (pressurized or pressurized gas) between the reciprocating compressor (ie, the compression chamber) and the volume bottle. Provide a circular path. The gas circulation device is configured to have a resonant frequency that is substantially equal to the frequency at which the compression cycle is performed in the reciprocating compressor. Further, the valve located between the compression chamber and the gas circulation device is controlled to open to the pressure pulsation phase near the valve of the gas circulation device to improve the efficiency of the compressor.
バルブが吸引バルブであるとみなされる場合、バルブが開放されている間の吸引バルブ付近のガス循環装置の圧力増大により、加圧される体積の圧縮チャンバに大量のガスが流入する結果となる。高圧Ｐ2＋Δｐ（ここでΔｐはパルス充電効果に起因するもの）で生じる吸引は、図１の破線で示される。膨張相１を表す線と破線との交点に相当する体積Ｖ2'は、Ｖ2よりも小さいので、体積効率を定める比の分子が増大することから体積効率は増大し、Ｖ3−Ｖ2'＞Ｖ3−Ｖ2である。 If the valve is considered to be a suction valve, the increased pressure of the gas circulation device near the suction valve while the valve is open will result in a large amount of gas flowing into the compression chamber of the pressurized volume. The suction that occurs at high pressure P 2 + Δp (where Δp is due to the pulse charging effect) is shown by the dashed line in FIG. Since the volume V 2 ′ corresponding to the intersection of the line representing the expansion phase 1 and the broken line is smaller than V 2 , the volume efficiency is increased because the ratio of molecules defining the volume efficiency increases, and V 3 −V 2. ' > V 3 −V 2 .
実際に、Δｐは、正の最大値と負の最小値との間で時間が変化するときに圧力の一定のオフセット量ではない。コントローラは、バルブの開放時に最大圧力Δｐ（加算又は減算）を有するようなバルブ２０の開放モーメントを求め、或いは、吸引相中（又はその終わりに）の吸引圧力よりも高い全体圧力を達成することができる。 In fact, Δp is not a constant pressure offset when time changes between a positive maximum and a negative minimum. The controller determines the opening moment of the valve 20 so that it has the maximum pressure Δp (addition or subtraction) when the valve opens, or achieves an overall pressure higher than the suction pressure during (or at the end of) the suction phase. Can do.
図３は、例示的な実施形態による、往復圧縮機１０と体積ボトル６０との間で石油及びガスプラントにガス体積バッファを提供するインタフェース１００（すなわち、装置）の概略図である。体積ボトル６０の大きな体積のガスは、往復圧縮機１０のフラックス変動に起因して（すなわち、パルス充電効果に起因して）往復圧縮機１０の外部のガス中に生じる圧力パルスを阻止又は実質的に減衰させる。インタフェース１００は、ガス循環装置及びコントローラ１１０を含む。ガス循環装置は、ガス（加圧されるガス、又は加圧された後のガス）が往復圧縮機１０と体積ボトル５０との間を循環する経路を提供する。ガス循環装置は、往復圧縮機における圧縮サイクルを実施する周波数に実質的に等しい共振周波数を有するように構成される。ガス循環装置は、配管１３０と、配管区域よりも大きな区域を有するインライン共振器１４０を含む。配管１３０に沿ったインライン共振器１４０の正確な位置は、ガス循環装置の音響特性に影響を及ぼすことはない。 FIG. 3 is a schematic diagram of an interface 100 (ie, apparatus) that provides a gas volume buffer between an reciprocating compressor 10 and a volume bottle 60 to an oil and gas plant, according to an exemplary embodiment. The large volume of gas in the volume bottle 60 blocks or substantially prevents pressure pulses that occur in the gas outside the reciprocating compressor 10 due to flux fluctuations in the reciprocating compressor 10 (ie, due to pulse charging effects). Attenuate. The interface 100 includes a gas circulation device and a controller 110. The gas circulation device provides a path through which gas (a gas to be pressurized or a gas after being pressurized) circulates between the reciprocating compressor 10 and the volume bottle 50. The gas circulation device is configured to have a resonant frequency that is substantially equal to the frequency at which the compression cycle in the reciprocating compressor is performed. The gas circulation apparatus includes a pipe 130 and an in-line resonator 140 having a larger area than the pipe area. The exact position of the inline resonator 140 along the pipe 130 does not affect the acoustic characteristics of the gas circulation device.
コントローラ１１０は、バルブ１２０を作動させるアクチュエータ（図示せず）を制御する。すなわち、コントローラ１１０は、圧力パルスを使用して圧縮機の体積効率を向上させるように、バルブ付近の圧力パルスの相（パルス充電効果に起因する）に対するバルブ１２０の作動タイミングを制御する。バルブ１２０が吸引バルブである場合、コントローラ１１０は、バルブ１２０が開いている間（すなわち、圧縮サイクルの吸引相の間）、吸引圧力に付加される最大圧力値Δｐを有するようにバルブ１２０を作動させるタイミングを制御する。 The controller 110 controls an actuator (not shown) that operates the valve 120. That is, the controller 110 controls the operation timing of the valve 120 with respect to the phase of the pressure pulse near the valve (due to the pulse charging effect) so as to improve the volumetric efficiency of the compressor using the pressure pulse. If valve 120 is a suction valve, controller 110 activates valve 120 to have a maximum pressure value Δp that is added to the suction pressure while valve 120 is open (ie, during the suction phase of the compression cycle). Control the timing.
図４に示す別の例示的な実施形態では、インタフェース１０１のガス循環装置は、インライン共振器１４０に加えて、側枝共振器１５０を含む。任意選択的に、側枝共振器１５０は、共振器バルブ１６０を介してインライン共振器１４０に接続することができる。共振器バルブ１６０は、ガスの組成（この組成が、ガス中の音速、従って、ガス循環装置の共振周波数に影響を与える）に応じて、側枝共振器１５０と配管１３０とを接続又は接続解除するよう切り替えることができる。コントローラ１１０は、共振器バルブ１６０を制御することができる。 In another exemplary embodiment shown in FIG. 4, the gas circulation device of interface 101 includes side branch resonator 150 in addition to inline resonator 140. Optionally, side branch resonator 150 can be connected to inline resonator 140 via resonator valve 160. The resonator valve 160 connects or disconnects the side-branch resonator 150 and the pipe 130 according to the composition of the gas (this composition affects the speed of sound in the gas, and thus the resonance frequency of the gas circulation device). Can be switched. The controller 110 can control the resonator valve 160.
図５に示す別の例示的な実施形態において、インタフェース１０２のガス循環装置は、インライン共振器１４０の代わりに側枝配管１７０を含む。任意選択的に、側枝配管１７０は、共振器バルブ１８０を介して配管１３０に接続することができる。共振器バルブ１８０は、例えば、ガスの組成（この組成が、ガス中の音速、従って、ガス循環装置の共振周波数に影響を与える）に応じて、側枝配管１７０と配管１３０とを接続又は接続解除するよう切り替えることができる。コントローラ１１０は、共振器バルブ１８０を制御することができる。 In another exemplary embodiment shown in FIG. 5, the gas circulation device of interface 102 includes side branch piping 170 instead of inline resonator 140. Optionally, the side branch line 170 can be connected to the line 130 via a resonator valve 180. The resonator valve 180 connects or disconnects the side branch pipe 170 and the pipe 130 according to, for example, the composition of the gas (this composition affects the speed of sound in the gas, and thus the resonance frequency of the gas circulation device). You can switch to The controller 110 can control the resonator valve 180.
或いは、図６に示す別の例示的な実施形態において、インタフェース１０３のガス循環装置は、配管１３０に取り付けられた側枝共振器２００を含む。任意選択的に、側枝共振器２００は、共振器バルブ２１０を介して配管１３０に接続することができる。共振器バルブ２１０は、例えば、ガスの組成（この組成が、ガス中の音速、従って、ガス循環装置の共振周波数に影響を与える）に応じて、側枝共振器２００と配管１３０とを接続又は接続解除するよう切り替えることができる。コントローラ１１０は、共振器バルブ２１０を制御することができる。 Alternatively, in another exemplary embodiment shown in FIG. 6, the gas circulation device of the interface 103 includes a side branch resonator 200 attached to the pipe 130. Optionally, the side branch resonator 200 can be connected to the piping 130 via a resonator valve 210. The resonator valve 210 connects or connects the side-branch resonator 200 and the pipe 130 in accordance with, for example, the composition of the gas (the composition affects the speed of sound in the gas, and thus the resonance frequency of the gas circulation device). It can be switched to cancel. The controller 110 can control the resonator valve 210.
図７に示す別の例示的な実施形態において、インタフェース１０４のガス循環装置は、側枝共振器２００に接続された追加の側枝共振器２２０を含む。任意選択的に、側枝共振器２００及び／又は追加の側枝共振器２２０は、共振器バルブ２１０及び２３０それぞれを介して配管１３０及び側枝共振器２００にそれぞれ接続することができる。共振器バルブ２１０及び２３０は、ガスの組成（この組成が、ガス中の音速、従って、ガス循環装置の共振周波数に影響を与える）に応じて、側枝共振器２００及び追加の側枝共振器２２０をそれぞれ接続又は接続解除するよう切り替えることができる。コントローラ１１０は、共振器バルブ２１０及び／又は２３０を制御することができる。 In another exemplary embodiment shown in FIG. 7, the gas circulation device of interface 104 includes an additional side branch resonator 220 connected to side branch resonator 200. Optionally, side branch resonator 200 and / or additional side branch resonator 220 may be connected to tubing 130 and side branch resonator 200 via resonator valves 210 and 230, respectively. Resonator valves 210 and 230 provide side branch resonator 200 and additional side branch resonator 220 depending on the composition of the gas (this composition affects the speed of sound in the gas and thus the resonance frequency of the gas circulation device). Each can be switched to connect or disconnect. The controller 110 can control the resonator valves 210 and / or 230.
図８に示す別の実施形態において、インタフェース１０５のガス循環装置は、二次配管２４０を介して体積ボトルに接続された側枝共振器２００を有する。二次配管２４０上に配置された共振器バルブ２５０は、ガス組成に応じて切り替えられる。 In another embodiment shown in FIG. 8, the gas circulation device of the interface 105 has a side-branch resonator 200 connected to a volume bottle via a secondary pipe 240. The resonator valve 250 arranged on the secondary pipe 240 is switched according to the gas composition.
図３〜８に示す種々の実施形態及び他の均等な実施形態において、本来的に外部で生成されるが往復圧縮機の作動に起因した脈動を用いて圧縮機の体積効率を向上させる方法３００が実行される。図９に示すように、方法３００は、Ｓ３１０において、往復圧縮機のバルブと、石油及びガスプラントから往復圧縮機を保護する体積ボトルとの間にガス循環装置を提供するステップを含み、該ガス循環装置は、往復圧縮機において圧縮サイクルを実施する周波数に実質的に等しい共振周波数を有するように構成される。本方法３００は更に、Ｓ３２０において、往復圧縮機の体積効率を向上させるため、パルス充電効果に起因してガス循環装置において本来的に生じる圧力パルスを用いてバルブの作動タイミング制御するステップを含む。 In various embodiments shown in FIGS. 3-8 and other equivalent embodiments, a method 300 for improving the volumetric efficiency of a compressor using pulsations that are inherently generated externally but due to the operation of a reciprocating compressor. Is executed. As shown in FIG. 9, the method 300 includes, at S310, providing a gas circulation device between a reciprocating compressor valve and a volume bottle that protects the reciprocating compressor from oil and gas plants, the gas The circulation device is configured to have a resonant frequency that is substantially equal to the frequency at which the compression cycle is performed in the reciprocating compressor. The method 300 further includes, in S320, controlling the valve operation timing using pressure pulses inherently generated in the gas circulation device due to the pulse charging effect to improve the volumetric efficiency of the reciprocating compressor.
例示的な実施形態において、方法３００の提供ステップＳ３１０は、バルブを体積ボトルに接続する配管に側枝共振器又は側枝配管を付加するステップを含むことができる。別の実施形態において、方法３００の提供ステップＳ３１０は、音響共振器を接続する１以上の共振器バルブを、体積ボトルにバルブを接続する配管に切り替えるステップを含むことができる。 In an exemplary embodiment, the providing step S310 of the method 300 can include adding a side branch resonator or side branch pipe to the pipe connecting the valve to the volume bottle. In another embodiment, the providing step S310 of the method 300 can include switching one or more resonator valves connecting the acoustic resonator to piping connecting the valve to the volume bottle.
既存の往復圧縮機設備は、往復圧縮機の作動中に本来的に発生する脈動を用いて圧縮機の効率を向上させることができるように改造することができる。図１０は、例示的な実施形態による、往復圧縮機設備を改造するための方法４００のフローチャートである。方法４００は、Ｓ４１０において、少なくとも１つの音響共振器をガス循環装置の配管に付加することにより、往復圧縮機の出力又は入力を体積ボトルに接続するガス循環装置を修正し、該ガス循環装置が、往復圧縮機における圧縮サイクルを実施する周波数に実質的に等しい共振周波数を有するようにするステップを含む。本方法４００は更に、Ｓ４２０において、往復圧縮機とガス循環装置との間のバルブをコントローラに接続し、該コントローラは、往復圧縮機のパルス充電効果に起因してガス循環装置において生じる圧力脈動を使用して往復圧縮機の体積効率を向上させるためバルブの作動タイミングを制御するように構成するステップを含む。 Existing reciprocating compressor equipment can be modified to improve the efficiency of the compressor using pulsations inherently generated during operation of the reciprocating compressor. FIG. 10 is a flowchart of a method 400 for retrofitting a reciprocating compressor installation, according to an exemplary embodiment. The method 400 modifies the gas circulation device to connect the output or input of the reciprocating compressor to the volume bottle by adding at least one acoustic resonator to the gas circulation device piping at S410, the gas circulation device And having a resonance frequency substantially equal to the frequency at which the compression cycle in the reciprocating compressor is performed. The method 400 further connects, in S420, a valve between the reciprocating compressor and the gas circulation device to the controller, which reduces pressure pulsations that occur in the gas circulation device due to the pulse charging effect of the reciprocating compressor. Using to configure the valve timing to control the volumetric efficiency of the reciprocating compressor.
方法４００の一実施形態において、少なくとも１つの音響共振器は、インライン音響共振器、側枝音響共振器又は側枝配管を含むことができる。別の実施形態において、本方法４００は更に、少なくとも１つの音響共振器を共振バルブを介して装置に接続するステップを含むことができる。 In one embodiment of the method 400, the at least one acoustic resonator may include an inline acoustic resonator, a side branch acoustic resonator, or a side branch line. In another embodiment, the method 400 can further include connecting at least one acoustic resonator to the device via a resonant valve.
開示された例示的な実施形態は、流れ振動に起因して往復圧縮機の周りで生じる圧力パルス（すなわち、パルス充電効果）を積極的に用いて圧縮機の体積効率を向上させる装置（デバイス）及び方法を提供する。本明細書は本発明を限定することを意図していない点は理解されたい。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。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完全に理解するために、数多くの特定の詳細事項が記載されている。しかしながら、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。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。 The disclosed exemplary embodiment is an apparatus that actively uses pressure pulses that occur around a reciprocating compressor due to flow oscillations (ie, a pulse charging effect) to improve the volumetric efficiency of the compressor. And a method. It should be understood that this description is not intended to limit the invention. On the contrary, the exemplary embodiments protect alternatives, modifications and equivalents that fall within the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. In the detailed description of the exemplary embodiments, numerous specific details are set forth in order to provide a thorough understanding of the claimed invention. However, one of ordinary skill in the art will appreciate that various embodiments may be practiced without such specific details. Although the features and elements of the exemplary embodiments of the present invention have been described in particular embodiments in particular combinations, each feature or element is independent of the other features and elements of the embodiment or is used herein. It can be used in various combinations with or without other disclosed features and elements.
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。他のこのような実施例は、請求項の範囲内にある。 This written description uses examples of the disclosed subject matter to enable any person skilled in the art to practice the invention, including implementing and utilizing any device or system and performing any method of inclusion. To do. The patentable scope of the invention is defined by the claims, and may include other examples that occur to those skilled in the art. Other such embodiments are within the scope of the claims.
１０ 往復圧縮機
６０ 体積ボトル
１１０ コントローラ
１００ インタフェース
１２０ バルブ
１３０ 配管
１４０ インライン共振器
10 reciprocating compressor 60 volume bottle 110 controller 100 interface 120 valve 130 piping 140 inline resonator
Claims (9)
前記往復圧縮機と前記ガス循環装置との間に配置されたバルブを切り替えるタイミングを制御して、前記ガス循環装置において生じる圧力脈動を積極的に使用して前記往復圧縮機の体積効率を向上させるように構成されたコントローラと、
を備え、
前記バルブが吸引バルブであり、
前記コントローラは、前記バルブが開放されている間、吸引圧力に最大脈動圧力を付加するよう前記バルブの作動タイミングを制御し、
前記ガス循環装置が、配管と、該配管よりも大きな断面積を有するインライン共振器とを含み、
前記ガス循環装置が更に、前記インライン共振器の側方に配列された側枝共振器を含み、
該側枝共振器が、共振器バルブを介して前記インライン共振器に接続され、
該共振器バルブが、開放状態と閉鎖状態との間で切り替えられ、これによりガスの組成に応じて前記側枝共振器と前記インライン共振器との接続又は接続解除を行う、
装置。 A reciprocating compressor, to provide a path for circulating the gas to be pressurized with the body volume bottle, and configured gas circulation device to have an operating frequency substantially equal to the resonance frequency of the reciprocating compressor ,
The timing of switching a valve disposed between the reciprocating compressor and the gas circulation device is controlled to positively use pressure pulsation generated in the gas circulation device to improve the volume efficiency of the reciprocating compressor. A controller configured to:
With
The valve is a suction valve;
The controller controls the operation timing of the valve to add the maximum pulsation pressure to the suction pressure while the valve is open,
The gas circulation device includes a pipe and an inline resonator having a larger cross-sectional area than the pipe,
The gas circulation device further includes a side-branch resonator arranged on a side of the in-line resonator;
The side branch resonator is connected to the in-line resonator via a resonator valve;
The resonator valve is switched between an open state and a closed state, thereby connecting or disconnecting the side-branch resonator and the in-line resonator depending on the gas composition;
apparatus.
前記往復圧縮機と前記ガス循環装置との間に配置されたバルブを切り替えるタイミングを制御して、前記ガス循環装置において生じる圧力脈動を積極的に使用して前記往復圧縮機の体積効率を向上させるように構成されたコントローラと、
を備え、
前記バルブが吸引バルブであり、
前記コントローラは、前記バルブが開放されている間、吸引圧力に最大脈動圧力を付加するよう前記バルブの作動タイミングを制御し、
前記ガス循環装置が、
前記往復圧縮機と前記体積ボトルとの間に配列された配管と、
前記配管の側方に配列された側枝配管と、
を含み、
前記側枝配管が、共振器バルブを介して前記配管に接続され、
前記共振器バルブが、開放状態と閉鎖状態との間で切り替えられ、これによりガスの組成に応じて前記側枝配管と前記配管との接続又は接続解除を行う、
装置。 A gas circulation device configured to provide a path for circulating a pressurized gas between the reciprocating compressor and the volume bottle, and having a resonance frequency substantially equal to an operating frequency of the reciprocating compressor;
The timing of switching a valve disposed between the reciprocating compressor and the gas circulation device is controlled to positively use pressure pulsation generated in the gas circulation device to improve the volume efficiency of the reciprocating compressor. A controller configured to:
With
The valve is a suction valve;
The controller controls the operation timing of the valve to add the maximum pulsation pressure to the suction pressure while the valve is open,
The gas circulation device is
Piping arranged between the reciprocating compressor and the volume bottle;
A side branch pipe arranged on the side of the pipe;
Including
The side branch pipe is connected to the pipe via a resonator valve;
The resonator valve is switched between an open state and a closed state, thereby connecting or disconnecting the side branch pipe and the pipe according to a gas composition;
apparatus.
前記バルブが、開放状態と閉鎖状態との間で切り替えられ、これによりガスの組成に応じて前記側枝配管又は前記追加の側枝共振器の接続又は接続解除を行う、
請求項３に記載の装置。 At least one of the side branch resonator and the additional side branch resonator is connected to the pipe or the side branch resonator via a valve, respectively.
The valve is switched between an open state and a closed state, thereby connecting or disconnecting the side branch pipe or the additional side branch resonator, depending on the gas composition;
The apparatus of claim 3 .
前記往復圧縮機と前記ガス循環装置との間に配置されたバルブを切り替えるタイミングを制御して、前記ガス循環装置において生じる圧力脈動を積極的に使用して前記往復圧縮機の体積効率を向上させるように構成されたコントローラと、
を備え、
前記バルブが吸引バルブであり、
前記コントローラは、前記バルブが開放されている間、吸引圧力に最大脈動圧力を付加するよう前記バルブの作動タイミングを制御し、
前記ガス循環装置が、
前記往復圧縮機と前記体積ボトルとの間に配列された配管と、
前記配管の側方に配列された側枝配管と、
を含み、
前記側枝配管が、共振器バルブを介して前記配管に接続され、
前記共振器バルブが、開放状態と閉鎖状態との間で切り替えられ、これによりガスの組成に応じて前記側枝配管と前記配管との接続又は接続解除を行う、
装置。 A gas circulation device configured to provide a path for circulating a pressurized gas between the reciprocating compressor and the volume bottle, and having a resonance frequency substantially equal to an operating frequency of the reciprocating compressor;
The timing of switching a valve disposed between the reciprocating compressor and the gas circulation device is controlled to positively use pressure pulsation generated in the gas circulation device to improve the volume efficiency of the reciprocating compressor. A controller configured to:
With
The valve is a suction valve;
The controller controls the operation timing of the valve to add the maximum pulsation pressure to the suction pressure while the valve is open,
The gas circulation device is
Piping arranged between the reciprocating compressor and the volume bottle;
A side branch pipe arranged on the side of the pipe;
Including
The side branch pipe is connected to the pipe via a resonator valve;
The resonator valve is switched between an open state and a closed state, thereby connecting or disconnecting the side branch pipe and the pipe according to a gas composition;
apparatus.
前記往復圧縮機のバルブと、体積ボトルとの間に、前記往復圧縮機の運転周波数と実質的に等しい共振周波数を有するように構成されたガス循環装置を提供するステップと、
前記ガス循環装置において本来的に生じる圧力脈動を積極的に用いて前記往復圧縮機の体積効率を向上させるよう前記バルブの作動タイミングを制御するステップと、
を含み、
前記バルブが吸引バルブであり、
前記制御するステップは、前記バルブが開放されている間、吸引圧力に最大脈動圧力を付加するよう前記バルブの作動タイミングを制御するステップを含み、
前記ガス循環装置が、配管と、該配管よりも大きな断面積を有するインライン共振器とを含み、
前記ガス循環装置が更に、前記インライン共振器の側方に配列された側枝共振器を含み、
該側枝共振器が、共振器バルブを介して前記インライン共振器に接続され、
該共振器バルブが、開放状態と閉鎖状態との間で切り替えられ、これによりガスの組成に応じて前記側枝共振器と前記インライン共振器との接続又は接続解除を行う、
方法。 A method for improving the volumetric efficiency of a reciprocating compressor using pressure pulsation ,
And providing a valve of the reciprocating compressor, between the body volume bottle, the structure gas circulation device to have an operating frequency substantially equal to the resonance frequency of the reciprocating compressor,
Controlling the operation timing of the valve so as to improve the volumetric efficiency of the reciprocating compressor by actively using the pressure pulsation inherently generated in the gas circulation device;
Including
The valve is a suction valve;
The controlling step includes a step of controlling an operation timing of the valve so as to add a maximum pulsation pressure to a suction pressure while the valve is opened.
The gas circulation device includes a pipe and an inline resonator having a larger cross-sectional area than the pipe,
The gas circulation device further includes a side-branch resonator arranged on a side of the in-line resonator;
The side branch resonator is connected to the in-line resonator via a resonator valve;
The resonator valve is switched between an open state and a closed state, thereby connecting or disconnecting the side-branch resonator and the in-line resonator depending on the gas composition;
Method.
前記往復圧縮機のバルブと、体積ボトルとの間に、前記往復圧縮機の運転周波数と実質的に等しい共振周波数を有するように構成されたガス循環装置を提供するステップと、Providing a gas circulation device configured to have a resonant frequency substantially equal to an operating frequency of the reciprocating compressor between the reciprocating compressor valve and the volume bottle;
前記ガス循環装置において本来的に生じる圧力脈動を積極的に用いて前記往復圧縮機の体積効率を向上させるよう前記バルブの作動タイミングを制御するステップと、Controlling the operation timing of the valve so as to improve the volumetric efficiency of the reciprocating compressor by actively using the pressure pulsation inherently generated in the gas circulation device;
を含み、Including
前記バルブが吸引バルブであり、The valve is a suction valve;
前記制御するステップは、前記バルブが開放されている間、吸引圧力に最大脈動圧力を付加するよう前記バルブの作動タイミングを制御するステップを含み、The controlling step includes a step of controlling an operation timing of the valve so as to add a maximum pulsation pressure to a suction pressure while the valve is opened.
前記ガス循環装置が、The gas circulation device is
前記往復圧縮機と前記体積ボトルとの間に配列された配管と、Piping arranged between the reciprocating compressor and the volume bottle;
前記配管の側方に配列された側枝配管と、A side branch pipe arranged on the side of the pipe;
を含み、Including
前記側枝配管が、共振器バルブを介して前記配管に接続され、The side branch pipe is connected to the pipe via a resonator valve;
前記共振器バルブが、開放状態と閉鎖状態との間で切り替えられ、これによりガスの組成に応じて前記側枝配管と前記配管との接続又は接続解除を行う、The resonator valve is switched between an open state and a closed state, thereby connecting or disconnecting the side branch pipe and the pipe according to a gas composition;
方法。Method.
前記往復圧縮機の出力又は入力を前記体積ボトルに接続するガス循環装置の配管に少なくとも１つの音響共振器を付加することにより前記ガス循環装置を修正し、前記ガス循環装置が、前記往復圧縮機の運転周波数と実質的に等しい共振周波数を有するようにするステップと、
往復圧縮機とガス循環装置との間のバルブをコントローラに接続し、前記ガス循環装置において生じる圧力脈動を積極的に使用して前記往復圧縮機の体積効率を向上させるため、前記バルブの作動タイミングを制御するよう前記コントローラを構成するステップと、
を含み、
前記バルブが吸引バルブであり、
前記コントローラは、前記バルブが開放されている間、吸引圧力に最大脈動圧力を付加するよう前記バルブの作動タイミングを制御し、
前記ガス循環装置が、配管と、該配管よりも大きな断面積を有するインライン共振器とを含み、
前記ガス循環装置が更に、前記インライン共振器の側方に配列された側枝共振器を含み、
該側枝共振器が、共振器バルブを介して前記インライン共振器に接続され、
該共振器バルブが、開放状態と閉鎖状態との間で切り替えられ、これによりガスの組成に応じて前記側枝共振器と前記インライン共振器との接続又は接続解除を行う、
方法。 A method of retrofitting a reciprocating compressor facility in which the output or input of the reciprocating compressor is connected to a volume bottle, the facility using the pressure pulsation of the reciprocating compressor to improve the volumetric efficiency of the reciprocating compressor And the method is
The gas circulation device is modified by adding at least one acoustic resonator to the piping of the gas circulation device that connects the output or input of the reciprocating compressor to the volume bottle, and the gas circulation device is connected to the reciprocating compressor. a step to have a driving frequency substantially equal to the resonant frequency,
In order to improve the volume efficiency of the reciprocating compressor by connecting a valve between the reciprocating compressor and the gas circulation device to the controller and actively using pressure pulsation generated in the gas circulation device, the operation timing of the valve Configuring the controller to control
Including
The valve is a suction valve;
The controller controls the operation timing of the valve to add the maximum pulsation pressure to the suction pressure while the valve is open,
The gas circulation device includes a pipe and an inline resonator having a larger cross-sectional area than the pipe,
The gas circulation device further includes a side-branch resonator arranged on a side of the in-line resonator;
The side branch resonator is connected to the in-line resonator via a resonator valve;
The resonator valve is switched between an open state and a closed state, thereby connecting or disconnecting the side-branch resonator and the in-line resonator depending on the gas composition;
Method.
前記往復圧縮機の出力又は入力を前記体積ボトルに接続するガス循環装置の配管に少なくとも１つの音響共振器を付加することにより前記ガス循環装置を修正し、前記ガス循環装置が、前記往復圧縮機の運転周波数と実質的に等しい共振周波数を有するようにするステップと、The gas circulation device is modified by adding at least one acoustic resonator to the piping of the gas circulation device that connects the output or input of the reciprocating compressor to the volume bottle, and the gas circulation device is connected to the reciprocating compressor. Having a resonant frequency substantially equal to the operating frequency of
往復圧縮機とガス循環装置との間のバルブをコントローラに接続し、前記ガス循環装置において生じる圧力脈動を積極的に使用して前記往復圧縮機の体積効率を向上させるため、前記バルブの作動タイミングを制御するよう前記コントローラを構成するステップと、In order to improve the volume efficiency of the reciprocating compressor by connecting a valve between the reciprocating compressor and the gas circulation device to the controller and actively using pressure pulsation generated in the gas circulation device, the operation timing of the valve Configuring the controller to control
を含み、Including
前記バルブが吸引バルブであり、The valve is a suction valve;
前記コントローラは、前記バルブが開放されている間、吸引圧力に最大脈動圧力を付加するよう前記バルブの作動タイミングを制御し、The controller controls the operation timing of the valve to add the maximum pulsation pressure to the suction pressure while the valve is open,
前記ガス循環装置が、The gas circulation device is
前記往復圧縮機と前記体積ボトルとの間に配列された配管と、Piping arranged between the reciprocating compressor and the volume bottle;
前記配管の側方に配列された側枝配管と、A side branch pipe arranged on the side of the pipe;
を含み、Including
前記側枝配管が、共振器バルブを介して前記配管に接続され、The side branch pipe is connected to the pipe via a resonator valve;
前記共振器バルブが、開放状態と閉鎖状態との間で切り替えられ、これによりガスの組成に応じて前記側枝配管と前記配管との接続又は接続解除を行う、The resonator valve is switched between an open state and a closed state, thereby connecting or disconnecting the side branch pipe and the pipe according to a gas composition;
方法。Method.
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