JP4837127B2 - 回転産業機器用の機械的ソフトスタートシステム - Google Patents

Description

本発明は一般的に回転ドライバーから回転産業機器の１つ以上の品物へトルクを伝達するシステムに関する。もう１つの側面では、本発明はガスタービンによりドライブされる大型コンプレッサーを始動する方法と装置に関する。

回転機器に動力付与する回転ドライバーは多くの産業応用品に使われる。例えば、電力発生設備は発電機に動力付与するためにガスタービンを使うことが多い。更に、液化天然ガス（エルエヌジー）設備は冷凍機コンプレッサーに動力付与するために少なくとも１つのガスタービン又は電動機を使うのが典型的である。

大きな慣性及び動作負荷が回転産業機器により回転ドライバーに課される時、該ドライバーが、該回転機器に結合されながら、動作速度に達することは不可能である。過去には、大型回転産業機器の始動を助けるために、付加“スターター”モーターが屡々使われて来た。該スターターモーターは該回転機器を動作速度まで持って来るのを助けるために使われるのが典型的である。しかしながら、ゼロから全力動作速度まで大型回転産業機器の回転速度を増すのに充分な程強力なスターターモーターは非常に高価で複雑な可変周波数電源及び制御システムを要する。

それ故に、本発明の目的は、大型スターターモーターの使用を要せずに、大きな慣性と動作負荷を有する回転産業機器を始動するために、該機器を静止状態から全力動作速度まで加速出来る、改良されたシステムを提供することである。

従って、本発明の１側面は、次の過程、すなわち、（ａ）回転ドライバーから該回転産業機器へトルクを伝達するためにトルクコンバーターを使う過程と、（ｂ）第１ドライブ側要素及び第１負荷側要素の速度を実質的に同期化するのだが、該第１のドライブ側及び負荷側要素がそれら間に結合されたシフト可能な機械的ロック部を有する、該両要素の速度を実質的に同期化するために少なくとも１つのギヤ機構を使う過程と、そして（ｃ）該ドライバーから該回転産業機器へトルクを伝達するために機械的ロック部を使う過程と、を具備する回転産業機器を始動する方法に関する。

本発明のもう１つの側面は、次の過程、すなわち、（ａ）第１ドライブ側要素、第１負荷側要素、第２ドライブ側要素、そして第２負荷側要素、を同時に回転させる回転ドライバーを使う過程を具備する回転産業機器を始動する方法に関する。該第１のドライブ側及び負荷側要素はそれら間に結合された機械的ロック部を有する一方、該第２のドライブ側及び負荷側要素はそれら間に結合されたトルクコンバーターを有する。

本発明のなおもう１つの側面は、次の過程、すなわち、（ａ）第１ドライブ側要素、第２ドライブ側要素、第１負荷側要素、そして第２負荷側要素を回転させるため回転ドライバーを使う一方、該第１ドライブ側要素及び該第１負荷要素は相互に機械的に結合されない過程と、そして（ｂ）該第１ドライブ側要素及び第１負荷側要素を相互に機械的に結合させるために機械的ロック部を使う過程と、を具備する回転産業機器をスタートさせる方法に関する。過程（ａ）はドライブ側ギヤ機構及び／又は負荷側ギヤ機構を使う過程を備える。該ドライブ側ギヤ機構は、もし使われるなら、該第１及び第２ドライブ側要素を異なる速度で回転させるよう構成される。該負荷側ギヤ機構は、もし使われるなら、該第１及び第２負荷側要素を異なる速度で回転させるよう構成される。

本発明の更になおもう１つの側面は回転ドライバーから回転産業機器へトルクを伝達する装置に関する。該装置は第１及び第２ドライブ側要素、第１及び第２負荷側要素、シフト可能な機械的ロック部、そしてトルクコンバーターを具備する。該第１及び第２負荷側要素は、該第１及び第２ドライブ側要素が該ドライバーに回転可能に結合される間、該回転産業機器に回転可能に結合される。該機械的ロック部は該第１のドライブ側及び負荷側要素の間で動作可能に結合される。該トルクコンバーターは該第２のドライブ側及び負荷側要素の間に動作可能に結合される。

本発明の好ましい実施例が付置した図面を参照して下記で詳細に説明される。
平行な別々のシャフト上のトルクコンバーター及びシフト可能な機械的ロック部を使うシステムの略図表現であり、特に、始動構成の該システムを図解しており、そこでは該機械的ロック部が解除され、該トルクコンバーターが契合されるので、トルクはドライバーからトルクコンバーターを経由して回転産業機器に伝達される。 平常構成に於ける図１のトルク伝達システムの略図表現であり、そこではトルクコンバーターは解除され、機械的ロック部は契合されるので、トルクはドライバーから該機械的ロック部を経由して回転産業機器へ伝達される。 図１及び２で図解されるシステムでトルクコンバーターとして使われてもよい流体カップリングの断面図である。 図１及び２で図解されるシステムでシフト可能な機械的ロック部として使われてもよい同期自己シフト用（エスエスエス）クラッチの部分切り欠き等角図である。 解除構成に於ける図４のエスエスエスクラッチを図解する部分断面側面図である。 移行構成に於ける図４のエスエスエスクラッチを図解する部分断面側面図である。 契合構成に於ける図４のエスエスエスクラッチを図解する部分断面側面図である。 ドライバーが機械的ロック部入力シャフトに直接結合され、回転産業機器がトルクコンバーター出力シャフトに直接結合された、代わりのトルク伝達システムの略図表現であり、スタート構成の該システムを特に図解しているが、そこでは機械的ロック部が解除され、トルクコンバーターは契合されているので、トルクはドライバーからトルクコンバーターを経由して回転産業機器へ伝達される。 平常構成に於ける図６の代わりのトルク伝達システムの略図表現であり、そこではトルクコンバーターは解除され、機械的ロック部は契合されるので、トルクはドライバーから該機械的ロック部を経由して回転産業機器へ伝達される。 ドライバーが該トルクコンバーター入力シャフトに直接結合され、回転産業機器が該トルクコンバーター出力シャフトに直接結合される、代わりのトルク伝達システムの略図表現であり、機械的ロック部は解除され、トルクコンバーターは契合されるので、トルクは該ドライバーから該トルクコンバーターを経由して該回転産業機器へ伝達される、始動構成の該システムを特に図解している。 トルクコンバーターは解除され、機械的ロック部は契合するので、トルクはドライバーから機械的ロック部を経由して回転産業機器へ伝達される、平常構成の、図８の該代わりのトルク伝達システムの略図表現である。 ドライバーがトルクコンバーター入力シャフトに直接結合され、回転産業機器が機械的ロック部出力シャフトに直接結合される、代わりのトルク伝達システムの略図表現であり、機械的ロック部が解除され、トルクコンバーターが契合されるので、トルクはドライバーからトルクコンバーターを経由して回転産業機器へ伝達される始動構成の該システムを特に図解する。 トルクコンバーターが解除され、該機械的ロック部が契合されるので、トルクがドライバーから機械的ロック部を経由して回転産業機器へ伝達される、平常構成に於ける図１０の該代わりのトルク伝達システムの略図表現である。 産業機器を回転させるために主ドライバー及び補足的ドライバーを使うシステムの略図表現であり、図１−１１で図解されたトルク伝達システムと同様なトルク伝達システム（すなわち、トルクコンバーターと機械的ロック部を有する）がトルクを該補足的ドライバーから該回転産業機器へ伝達するため使われることを図解する。

図１及び２は、回転ドライバー１２から回転産業機器の１つ以上の品者１４へトルクを伝達するトルク伝達システム１０を図解する。図１は始動時のシステム１０を画き、図２は平常動作時のシステム１０を画く。トルク伝達システム１０はシフト可能な機械的ロック部１６（“エム．エル．”）と調整可能なトルクコンバーター１８（“テー．シー．”）を有する。図１に画かれる様に、始動時、トルクコンバーター１８はトルクをドライバー１２から回転産業機器１４へ伝達するため使われる一方、機械的ロック部１６は解除される。図２で画かれる様に、平常動作時は、機械的ロック部１６がトルクをドライバー１２から回転産業機器１４へ伝達するために使われる一方、トルクコンバーター１８は解除される。

機械的ロック部１６とトルクコンバーター１８はそれぞれ第１と第２の別々で平行なシャフト２０と２２上に配置される。機械的ロック部１６は、第１平行シャフト２０の第１ドライブ側要素２４と第１平行シャフト２０の第１負荷側要素２６の間に結合される。トルクコンバーター１８は、第２平行シャフト２２の第２ドライブ側要素２８と第２平行シャフト２２の第２負荷側要素３０の間に結合される。トルク伝達システム１０は又ドライブ側ギヤ機構３２と負荷側ギヤ機構３４を有する。第１ドライブギヤ“Ａ”と第２ドライブギヤ“Ｂ”を有するドライブ側ギヤ機構３２は、第１ドライブ側要素２４と第２ドライブ側要素２８の間で回転エネルギーを伝達するよう構成される。第１負荷ギヤ“Ｃ”と第２負荷ギヤ“Ｄ”を有する負荷側ギヤ機構３４は、第１負荷側要素２６と第２負荷側要素３０の間で回転エネルギーを伝達するよう構成される。

機械的ロック部１６は第１ドライブ側要素２４と第１負荷側要素２６を選択的、かつ機械的に結合及び分離することが出来るどんなデバイスでもよい。かくして、機械的ロック部１６が、第１のドライブ側及び負荷側要素２４と２６が相互に機械的に結合される契合／ロック構成と、第１のドライブ側及び負荷側要素２４と２６が相互に機械的に結合されない解除／アンロック構成と、の間でシフト可能であることが好ましい。

トルクコンバーター１８は第２ドライブ側要素２８から第２負荷側要素３０へ伝達されるトルクの量を調節出来るどんなデバイスでもよい。好ましくは、トルクコンバーター１８は、第２ドライブ要素２８からトルクコンバーター１８を経由して第２負荷要素３０へトルクが少ししか、又は全く、伝達されないフリーホィール／解除構成と、第２ドライブ要素２８からトルクコンバーター１８を経由して第２負荷要素３０へ実質的な量のトルクが伝達されるトルク伝達／契合構成と、の間で調整可能であるのがよい。ここで使われる時、用語“トルクコンバーター”は、回転ドライブ要素から回転可能な負荷要素へトルクを伝達するが、トルク伝達時或る回転スリップを示すデバイスを表す。トルクコンバーターに付随する該回転スリップは、（１）該負荷要素が該ドライブ要素のみによりドライブされる、（２）該ドライブ要素が実質的に一定速度で回転する、そして（３）該負荷及びドライブ要素が相互に機械的にロックされない、時、該負荷要素の回転速度が該ドライブ要素の回転速度と精確に同期化されることを可能にしない。

回転ドライバー１２は回転の機械的エネルギーを発生することが出来るどんなデバイス（複数を含む）でもよい。例えば、回転ドライバー１２は電動機、蒸気タービン、膨張タービン（ｅｘｐａｎｄｅｒ ｔｕｒｂｉｎｅ）、水力タービン、又はガスタービンであってもよい。好ましくは、回転ドライバー１２はガスタービンであるのがよい。本発明は、回転ドライバー１２は、それが回転速度に達するまで、非常に多量の動力を発生出来るが、比較的低いトルクしか発生出来ない応用品に特に好適である。好ましくは、回転ドライバー１２は少なくとも約１，４９２ｋＷ（約２，０００馬力）を、より好ましくは少なくとも約７，４６０ｋＷ（約１０，０００馬力）を、そして最も好ましくは約１４，９２０から１４９，２０００ｋＷ（２０，０００から２００，０００馬力）の範囲で提供出来るのがよい。好ましくは、回転ドライバー１２は少なくとも毎分約１，０００回転（１，０００ｒｐｍ）、より好ましくは少なくとも約２，０００ｒｐｍ、そして最も好ましくは２，５００から８，０００ｒｐｍの範囲の回転速度で動作するのがよい。

回転産業機器１４は回転の機械的エネルギーの形の動力入力を要するどんな産業デバイス（複数を含む）であってもよい。例えば、回転産業機器１４は発電機、ポンプ、グラインダー、ボールミル、押し出し成形機、往復コンプレッサー、軸流コンプレッサー、又は遠心型コンプレッサーであってもよい。好ましくは、回転産業機器１４は発電機又は遠心型コンプレッサーであるのがよい。最も好ましくは、回転産業機器１４は遠心型コンプレッサーであるのがよい。１実施例では、回転産業機器１４をドライブするのに要する動力量と回転速度は回転ドライバー１２の動力及び速度出力に関して上記で表明したと同じである。

再び図１及び２を参照すると、動作時、トルク伝達システム１０は、回転産業機器１４の回転速度を増加する付加外部ドライバーの使用を要せずに、ドライバー１２と回転産業機器１４を始動するのを助けるために使われてもよい。更に、平常時、システム１０はドライバー１２からのトルクを機械的ロック部１６を経由して回転産業機器１４に伝達するために使われてもよい。トルク伝達システム１０は、静止条件から全力動作条件まで、ドライバー１２と回転産業機器１４を移行させるのを助けるために、４つの異なるモードで動作してもよい。システム１０の該４つの動作モードは、次の様に、すなわち（１）“ドライバー単独モード”、（２）“トルク移行モード”、（３）“同期モード”、そして（４）“機械的ロックモード”、の様に識別される。

“ドライバー単独モード”では、ドライバー１２の回転速度は毎分ゼロ回転（０ｒｐｍ）又はそれの近く、から全力動作速度まで増加される一方、回転産業機器１４の回転速度はゼロ、又はゼロの近くに保持される。ドライバー単独モード時、ドライバー１２は第１平行シャフト２０のドライブ側部分（第１ドライブ側要素２４を含む）のみを回転させる。ドライブ側ギヤ機構３２は、第１平行シャフト２０のドライブ側部分から第２平行シャフト２２のドライブ側部分（第２ドライブ側要素２８を含む）へ回転エネルギーを伝達する。該ドライバー単独モード時、トルクコンバーター１８はフリーホィール／解除構成にあるので、第２ドライブ側要素２８から第２付加要素３０へトルクは少ししか又は全く伝達されない。かくして、第１及び第２平行シャフト２０及び２２の負荷側部分（第１及び
第２負荷側要素２６及び３０を含む）は該ドライバー単独モード時回転しない。該ドライバー単独モード時は回転産業機器１４も回転しない。

ドライバー単独モード時、第１ドライブ側要素２４の回転速度は、ゼロから又はゼロ近くから第１ドライブ要素動作速度まで増加される。好ましくは、第１ドライブ要素動作速度は少なくとも約１，０００ｒｐｍ、より好ましくは少なくとも約２，０００ｒｐｍ、そして最も好ましくは２，５００から８，０００ｒｐｍの範囲であるのがよい。回転ドライバー１２がその全力動作速度に達した後、トルク伝達システム１０は該ドライバー単独モードからトルク移行モードへシフトされてもよい。該ドライバー単独モードからトルク移行モードへシフトするために、トルクコンバーター１８はフリーホィール／解除構成からトルク伝達／契合構成へ調整される。

図１に画かれる“トルク移行モード”では、ドライバー１２、第１ドライブ側要素２４、そして第２ドライブ側要素２８の回転速度は略全力動作速度に保持され、トルクコンバーター１８は第２ドライブ側要素２８から第２負荷側要素３０へトルクを伝達するため使われ、それにより第１負荷側要素２６、第２負荷側要素３０そして回転産業機器１４の回転速度を、ゼロから又はゼロの近くからそれらの全力動作速度に近付く回転速度まで増加させる。トルク移行モード時、第２負荷側要素３０の回転速度は、ゼロから又はゼロの近くから最大第２負荷要素速度まで増加される。トルクコンバーター１８に固有の回転スリップのために、トルク移行モード時、第２負荷側要素３０の最大回転速度は第２ドライブ側要素２８の最大回転速度より低い。トルク移行モード時、第２負荷側要素３０の回転速度は第２ドライブ側要素２８の回転速度より少なくとも約５ｒｐｍ低いのが典型的である。トルク移行モード時、第２負荷側要素３０の回転速度は第２ドライブ側要素２８の回転速度より少なくとも２０ｒｐｍ低いのがより典型的である。しかしながら、第２負荷側要素３０の回転速度が第２ドライブ側要素２８の回転速度から約２０％以内にあるよう、もっと好ましくは第２負荷側要素３０の回転速度が第２ドライブ側要素２８の回転速度から１０％以内にあるよう、トルクコンバーター１８に付随する回転スリップが、該トルク移行モード時、最小化されるのが好ましい。

トルク移行モード時、トルクコンバーター１８に固有の回転スリップを見越すために、ドライブ側ギヤ機構３２及び／又は負荷側ギヤ機構３４は、ドライバー１２がトルクコンバーター１８経由で全力動作速度の回転産業機器１４に動力付与時、第１ドライブ側要素２４及び第１負荷側要素２６の回転速度が実質的に同期化されることを可能にするギヤ比（複数を含む）を有してもよい。例えば、図１は、第１及び第２ドライブギヤ“Ａ”及び“Ｂ”が実質的に同サイズであるが、第１負荷ギヤ“Ｃ”は第２負荷ギヤ“Ｄ”より小さい実施例を図解する。この構成で、ドライブ側ギヤ機構３２は第１及び第２ドライブ側要素２４及び２８を実質的に同速度で回転させる一方、負荷側ギヤ機構３４は第１負荷側要素２６を第２負荷側要素３０より速く回転させる。負荷側ギヤ機構３４により引き起こされる第２負荷側要素３０から第１負荷側要素２６への相対的速度増加は、トルクコンバーター１８内のスリップにより引き起こされる第２ドライブ側要素２８及び第２負荷側要素３０の間の相対的速度減少に実質的にマッチする。かくして、負荷側ギヤ機構３４は第１のドライブ側及び負荷側要素２４及び２６の速度が該トルク移行モード時同期化されることを可能にする。又ドライブ側ギヤ機構３２のギヤ比が、代わりに又は付加的に、トルクコンバーター１８の回転スリップを充分に又は部分的に見越すよう修正されてもよいことは注意されるべきである。

第１負荷側要素２６の回転速度が、第１ドライブ側要素２４の回転速度と実質的に同期化される時、第１負荷側要素２６の回転速度は好ましくは第１ドライブ側要素２４の回転速度から約５％以内に、より好ましくは第１ドライブ要素２４の回転速度から約２％以内に、なおより好ましくは第１ドライブ側要素２４の回転速度から約１％以内に、そして最
も好ましくは第１ドライブ側要素２４の回転速度から０．５％以内に、あるのがよい。第１負荷側要素２６の回転速度が第１ドライブ側要素２４の回転速度と実質的に同期化される時、第１負荷側要素２６の回転速度が、好ましくは第１ドライブ側要素２４の回転速度から約５０ｒｐｍ以内に、より好ましくは第１ドライブ側要素２４の回転速度から約２０ｒｐｍ以内に、なおより好ましくは第１ドライブ側要素２４の回転速度から約５ｒｐｍ以内に、そして最も好ましくは第１ドライブ側要素２４の回転速度から１ｒｐｍ以内に、あるのがよい。一旦ドライバー１２と回転産業機器１４が全力速度で動作し、第１のドライブ側及び負荷側要素２４及び２６の回転速度が実質的に同期化されると、機械的ロック部１６はアンロック／解除構成からロック／契合構成へシフトされてもよい。

“同期モード”時、機械的ロック部１６とトルクコンバーター１８の両者は契合構成にある。好ましくは、システム１０は非常に短時間同期モードで動作するのがよく、何故ならば、一旦機械的ロック部１６が契合されると、トルクを伝達するために更にトルクコンバーター１８を使う必要がないからである。かくして、機械的ロック部１６が契合構成にシフトされた後、直ぐに、トルクコンバーター１８は解除／フリーホィール構成に戻るよう調整され、それによりシステム１０を機械的ロックモードへ移行させる。

図２に画かれる“機械的ロックモード”では、機械的ロック部１６は契合構成にあり、一方トルクコンバーター１８は解除構成にあるので、ドライバー１２から回転産業機器１４へ伝達される全トルクは機械的ロック部１６を経由して伝達される。

本発明の１実施例では、ドライバー単独及びトルク移行モード時、産業機器１４を回転させるのに要する動力は、回転産業機器１４の動作パラメーターを調整することにより、回転産業機器１４の全力時設計動力要求より下に減じられる。該機械的ロックモード時、回転産業機器１４を回転させるのに要する動力は次いで全力時設計要求まで増加させられてもよい。例えば、回転産業機器１４がコンプレッサーである時、該コンプレッサーにより提供される圧力差は始動時減じられ、次いでドライバー１２及び回転産業機器１４を相互に機械的にロックした後全力時設計容量まで増加されてもよい。回転産業機器１４の動力要求はシステム１０を機械的にロック後、典型的に少なくとも約５％、より典型的には少なくとも約１５％、そして最も典型的には少なくとも２５％、増加される。この負荷量の変え方はドライバー１２及び回転産業機器１４の始動に役立つ。更に、負荷量の調整はトルクコンバーター１８が全力より少ない動作容量で定格化されることを可能にする。

今、図１−３を参照すると、本発明の１実施例では、図１及び２のトルクコンバーター１８は流体カップリングである。ここで使われる時、用語“流体カップリング”はドライブ要素から負荷要素へトルクを伝達するために作動流体を使うトルクコンバーターを表す。図３は図１及び２のシステムのトルクコンバーター１８として使うために好適な流体カップリング１８ａを図解する。流体カップリング１８ａはハウジング３６、ドライブ要素３８、負荷要素４０、インペラー４２、タービンホィール４４、流体リザーバー４６、そしてガイドベーン４８を有する。ドライブ要素３８はハウジング３６内で入力開口部を通って延び、一方負荷要素４０はハウジング３６内で出力開口部を通って延びている。インペラー４２、タービンホィール４４、そして流体リザーバー４６は全てハウジング３６内に配置される。インペラー４２はドライブ要素３８の一端に堅く結合され、一方タービンホィール４４は負荷要素４０の一端に堅く結合される。

流体カップリング１８ａは解除／フリーホィール構成と契合／トルク伝達構成の間で調整される。トルク伝達構成で動作時、作動流体５０は流体カップリング１８ａの流体リザーバー４６内にあり、トルクをドライブ要素３８からインペラー４２及びタービンホィール４４を経由して負荷要素４０へ伝達するため使われる。ドライブ要素３８により回転される時、インペラー４２は遠心型ポンプとして作動し、リザーバー４６内の作動流体５０の循環を引き起こす。リザーバー４６内の作動流体５０のこの循環はタービンホィール４４の回転をドライブし、それにより負荷要素４０を回転させる。かくして、該トルク伝達構成で動作する時、流体カップリング１８ａは、ドライブ要素３８から回転の機械的エネルギーを取り、インペラー４２を使って該回転の機械的エネルギーを油圧エネルギーに変換し、そしてタービンホィール４４を使って該油圧エネルギーを回転の機械的エネルギーに変換し、それにより負荷要素４０の回転を引き起こす。ガイドベーン４８の位置はドライブ要素３８から負荷要素４０へ伝達されるトルクの量を変えるよう調整される。

フリーホィール構成で動作するために、作動流体５０は流体リザーバー４６から実質的に空にされる。作動流体５０が流体リザーバー４６から除去されると、ドライブ要素３８から負荷要素４０へはトルクは少ししか又は全く伝達されない。かくして、該フリーホィール構成では、ドライブ要素３８及びインペラー４２はハウジング３６内で自由に回転し、タービンホィール４４及び負荷要素４０の回転を引き起こすことはない。

今、図１、２、４そして５を参照すると、図１及び２のシフト可能な機械的ロック部１６用の種々の構成は当業者には公知である。本発明の１実施例では、シフト可能なロック部１６は同期自己シフト用（エスエスエス）クラッチである。図４及び５は図１及び２の機械的ロック部として使用するために好適なエスエスエスクラッチ１６ａを図解する。

図４を参照すると、エスエスエスクラッチ１６ａは一般的に入力部分５２、出力部分５４、そしてスライド部品５６を備える。入力部分５２は入力カップリングリング５８、入力シャフト６０、近位の停止部６２、そして遠位の停止部６４を有する。出力部分５４は出力カップリングリング６６、出力クラッチリング６８、そして歯止め７０を有する。スライド部品５６は内部螺旋スプライン７２、外部クラッチ歯７４、そして外部ラチェット歯７６を有する。入力シャフト６０は近位及び遠位の停止部６２及び６４の間に延びる外部螺旋スプライン７８で構成される。スライド部品５６は、内部及び外部スプライン７２及び７８が相互に嵌合式に契合するよう、近位及び遠位の停止部６２及び６４の間で入力シャフト６０上に設置される。エスエスエスクラッチ１６ａが図１及び２の機械的ロック部として使われる時、入力部分５２の入力カップリングリング５８は第１ドライブ側要素２４に堅く結合され、一方出力部分５４の出力カップリング６６は第１負荷側要素２６に堅く結合される。

図４及び５ａは解除構成のエスエスエスクラッチ１６ａを示しており、入力シャフト６０及びスライド部品５６は出力クラッチリング６８内で自由に回転し、入力部分５２から出力部分５４へトルクは伝達されない。入力シャフト６０及びスライド部品５６の回転速度が、出力クラッチリング６８と同じ速度に達すると、スライド部品５６のラチェット歯７６は歯止め７０の先端に接触し、出力クラッチリング６８に対するスライド部品５６の更に進んだ回転を防止する。

図５ｂは移行構成のエスエスエスクラッチ１６ａを示し、そこでは歯止め７０は出力クラッチリング６８に対するスライド部品５６の回転を防止し、出力部分５４及び入力部分５２の回転速度間の差は、スライド部品５６を入力シャフト６０の外部螺旋スプライン７８に沿って近位の停止部６２の方へ軸方向に移動させる。ラチェット歯７６の１つが歯止め７０に接触すると、スライド部品５６の外部クラッチ歯７４は、出力クラッチリング６８の内部クラッチ歯８０との契合用に完全に整合される。スライド部品５６が入力シャフト６０に沿って動くと、歯止め７０はラチェット歯７６との接触から外れ、外部及び内部クラッチ歯が側面接触に入り、契合状態の進行を続けることを可能にする。外部螺旋スプライン７８に沿ってスライド部品５６をシフトさせるのに必要なのは歯止め７０上への負荷のみであることを注意されたい。

図５ｃは契合構成のエスエスエスクラッチ１６ａを示し、そこでは入力部分５２と出力部分５４は相互に機械的に結合されている。入力部分５２からのドライブトルクが伝達されるのは、スライド部品５６が近位の停止部６２に接触することによりその進行を完了し、内部及び外部クラッチ歯８０及び７４が完全に契合し、歯止め７０がアンロードされた時、のみである。ナットがボルトのヘッドに対しねじ込まれる時と同様に、スライド部品５６が近位の停止部６２に達すると外部スラストは発生されない。もし入力部分５２の回転速度が出力部分５４に比し減じられるなら、螺旋スプライン７８上のトルクは逆になるだろう。これはスライド部品５６を図５ａに示す解除構成へ自動的に戻らせる。

図６−１１は代わりのトルク変換システムを図解しており、該システムは全て、別々の平行シャフト上のトルクコンバーター及び機械的ロック部を使い、回転ドライバーから回転産業機器へトルクを伝達している。図１、２、及び図６−１１で図解される実施例間の主な違いは、該平行シャフト上のドライバー及び負荷の位置である。

図６及び７は、第１平行シャフト１２０上の回転ドライバー１１２と、第２平行シャフト１２２上の回転産業機器１１４と、を有するトルク伝達システム１１０を図解する。シフト可能な機械的ロック部１１６が第１平行シャフト１２０上に配置される一方、トルクコンバーター１１８は第２平行シャフト１２２上に配置される。図６に画かれる様に、始動時、回転エネルギーは第１平行シャフト１２０の第１ドライブ側要素１２４からドライブ側ギヤ機構１３２を経由して第２平行シャフト１２２の第２ドライブ側要素１２８へ伝達される。次いでトルクコンバーター１１８は第２ドライブ側要素１２８から、回転産業機器１１４を直接ドライブする第２負荷側要素１３０へトルクを伝達する。

図６はより大きい第１ドライブギヤ“Ａ”及びより小さい第２ドライブギヤ“Ｂ”を有するドライブ側ギヤ機構１３２を図解する。このギヤ比は第２ドライブ側要素１２８を第１ドライブ側要素１２４より速く回転させる。図６は又、第２負荷側要素１３０から第１負荷側要素１２６へ回転エネルギーを伝達する負荷側ギヤ機構を図解する。図６の実施例では、負荷側ギヤ機構１３４は等寸法の第１及び第２負荷ギヤ“Ｃ”及び“Ｄ”を有する。この様な構成では、負荷側ギヤ機構１３４のギヤ比は、第１のドライブ側及び負荷側要素１２４及び１２６の回転速度がドライバー１１２の動作速度で実質的に同期化されるよう、トルクコンバーター１１８内の全ての回転スリップを見越す。

図７に画かれる様に、一旦、第１のドライブ側及び負荷側要素１２４及び１２６の回転速度が実質的に同期化されると、機械的ロック部１１６は契合され、トルクコンバーターは解除されるので、トルクはドライバー１１２から機械的ロック部１１６経由で回転産業機器１１４に伝達される。図７に画かれる様に、平常動作時、負荷側ギヤ機構１３４は、回転エネルギーを第１負荷側要素１２６から、回転産業機器１１４へ直接結合された第２負荷側要素１３０へ伝達するため使われる。もしドライバー１１２と回転産業機器１１４を異なる回転速度で動作させることが望まれるなら、負荷側ギヤ機構１３４のギヤ比が調整されればよいことが注意されるべきである。

図８及び９は、第１平行シャフト２２０上に配置されたシフト可能な機械的ロック部２１６と、第２平行シャフト２２２上に配置されたトルクコンバーター２１８と、を有するトルク伝達システム２１０を図解する。ドライブ側ギヤ機構２３２は第１平行シャフト２２０の第１ドライブ側要素２２４と、第２平行シャフト２２２の第２ドライブ側要素２２８と、の間で回転エネルギーを伝達するため使われる。負荷側ギヤ機構２３４は第１平行シャフト２２０の第１負荷側要素２２６と、第２平行シャフト２２２の第２負荷側要素２３０と、の間で回転エネルギーを伝達するため使われる。

図８に画かれる様に、始動時、トルクコンバーター２１８は回転エネルギーを第２ドラ
イブ側要素２２８から、回転産業機器２１４を直接ドライブする第２負荷側要素２３０へ伝達する。図８はより大きい第１ドライブギヤ“Ａ”及びより小さい第２ドライブギヤ“Ｂ”を有するドライブ側ギヤ機構２３２を図解するが、一方負荷側ギヤ機構２３４はより小さい第１ドライブギヤ“Ｃ”及びより大きい第２ドライブギヤ“Ｄ”を有する。ドライブ側及び負荷側ギヤ機構２３２及び２３４のギヤ比は、第１ドライブ要素２２４を第２ドライブ側要素２２８よりゆっくり回転させ、第１負荷側要素２２６を第２負荷側要素２３０より速く回転させる。この様な構成では、ドライブ側及び負荷側ギヤ機構２３２及び２３４のギヤ比は協力して、第１のドライブ側及び負荷側要素２２４及び２２６の回転速度がドライバー２１２の動作速度で実質的に同期化されるよう、トルクコンバーター２１８の回転スリップを見越す。

図９で画かれる様に、一旦第１のドライブ側及び負荷側要素２２４及び２２６の回転速度が実質的に同期化されると、機械的ロック部２１６は契合され、トルクコンバーターは解除されるので、トルクはドライバー２１２から機械的ロック部２１６を経由して回転産業機器２１４へ伝達される。もしドライバー２１２と回転産業機器２１４を異なる回転速度で動作させることが望まれるなら、ドライブ側ギヤ機構２３２及び／又は負荷側ギヤ機構２３４のギヤ比が調整されればよいことは注意されるべきである。

図１０及び１１は第１平行シャフト３２０上の回転産業機器３１４と、第２平行シャフト３２２上の回転ドライバー３１２と、を有するトルク伝達システム３１０を図解する。シフト可能な機械的ロック部３１６が第１平行シャフト３２０上に配置される一方、トルクコンバーター３１８は第２平行シャフト３２２上に配置される。

図１０に画かれる様に、始動時、回転エネルギーは第２平行シャフト３２２の第２ドライブ側要素３２８からトルクコンバーター３１８経由で第２平行シャフト３２２の第２負荷側要素３３０へ伝達される。次いで負荷側ギヤ機構３３４は回転エネルギーを第２負荷側要素３３０から、回転産業機器３１４を直接ドライブする第１平行シャフト３２０の第１負荷側要素へ伝達するため使われる。

図１０はより小さい第１ドライブギヤ“Ｃ”と、より大きい第２ドライブギヤ“Ｄ”を有する負荷側ギヤ機構３３４を図解する。このギヤ比は第１負荷側要素３２６を第２負荷側要素３３０より速く回転させる。図１０は又、第１ドライブ側要素３２４と第２ドライブ側要素３２８の間で回転エネルギーを伝達するためのドライブ側ギヤ機構３３２を図解する。図１０の実施例で、ドライブ側ギヤ機構３３２は等寸法の第１及び第２ドライブギヤ“Ａ”及び“Ｂ”を有する。この様な構成では、負荷側ギヤ機構３３４のギヤ比は、第１のドライブ側及び負荷側要素３２４及び３２６の回転速度がドライバー３１２の動作速度では実質的に同期化されるよう、トルクコンバーター３１８の全ての回転スリップを見越す。

図１１で画かれる様に、一旦第１のドライブ側及び負荷側要素３２４及び３２６の回転速度が実質的に同期化されると、機械的ロック部３１６は契合され、トルクコンバーター３１８は解除されるので、トルクはドライバー３１２から機械的ロック部３１６を経由して回転産業機器３１４へ伝達される。もしドライバー３１２及び回転産業機器３１４を異なる回転速度で動作させることを望むなら、ドライブ側ギヤ機構３２２のギヤ比が調整されればよいことは注意されるべきである。

図１−１１に図解されるシステムは１つのドライバーで始動され、動作することが可能である。図１２で図解されるシステムは、始動時及び／又は平常動作時に、回転産業機器４１４への動力付与で主ドライバー４１２を助けるために補足的ドライバー４２０を使う。主ドライバー４１２はガスタービンが好ましい。補足的ドライバー４２０は電動機が好
ましい。最も好ましくは、補足的ドライバー４２０は可変周波数ドライブを装備しない電動機がよい。図１２に図解される様に、トルク伝達システム４１０はトルクを補足的ドライバー４２０の出力シャフト４２２から回転産業機器４１４の入力シャフト４２４へ伝達するため使われ、一方、主ドライバー４１２はドライブシャフト４２６経由で回転産業機器４１４に直接結合される。

再度、図１２を参照すると、トルク伝達システム４１０は、図１−１１でより詳細に図解されたトルク伝達システムと同様な構成を有するのが好ましい。すなわち、図１２のトルク伝達システム４１０はトルクコンバーター及び機械的ロック部を有し、該トルクコンバーター及び機械的ロック部は、１つ以上のギヤ機構により相互に動作可能に接続された異なる平行シャフト上に配置されるのが好ましい。図１２で図解される実施例は、下記で直ちに説明される仕方で始動され、動作させられてもよい。

図１２で図解される実施例は、主ドライバー４１２、補足的ドライバー４２０、そして回転産業機器４１４を、静止条件から全力動作条件まで移行させるのを助けるために４つの異なるモードで動作する。該４つの動作モードは下記、すなわち、（１）“補足的ドライバー単独モード”、（２）“トルク移行モード”、（３）“同期モード”、そして（４）“機械的ロックモード”、の様に識別される。

該“補足的ドライバー単独モード”では、補足的ドライバー４２０の回転速度は０ｒｐｍから又は０ｒｐｍ近くから、全力動作速度まで増加される、一方、主ドライバー４１２及び回転産業機器４１４の回転速度はゼロに又はゼロ近くに保持される。該補足的ドライバー単独モード時、トルク伝達システム４１０のトルクコンバーター及び機械的ロック部は解除されるので、補足的ドライバー出力シャフト４２２が回転する一方、負荷入力シャフト４２４は静止して留まる。該補足的ドライバー単独モードからトルク移行モードへシフトするために、トルク伝達システム４１０のトルクコンバーターは解除構成から契合構成へシフトされる。

該“トルク移行モード”では、補足的ドライバー４２０及びシャフト４２２の回転速度は略全力動作速度に保持され、トルク伝達システム４１０のトルクコンバーターはトルクを補足的ドライバー出力シャフト４２２から負荷入力シャフト４２４へ伝達するため使われ、それにより回転産業機器４１４及び主ドライバー４１２の回転速度を増加させる。該トルク移行モードの少なくとも１部分中は、主ドライバー４１２は産業機器４１４を回転させる中の補足的ドライバー４２０を助けるため使われる。トルク移行モード時、主ドライバー４１２及び回転産業機器４１４の回転速度は０ｒｐｍから又は０ｒｐｍ近くからそれらの全力動作速度まで増加させられる。負荷入力シャフト４２４の回転速度が全力動作速度になると、トルク伝達システム４１０の機械的ロック部は、解除構成から契合構成へシフトされる。

“同期モード”時、トルク伝達システム４１０の機械的ロック部及びトルクコンバーターの両者は契合構成にある。図１２で図解されるシステムは非常に短い時間同期モードで動作するのが好ましく、何故なら、一旦該機械的ロック部が契合すると、トルクを伝達するために更にトルクコンバーターを使う必要がないからである。かくして、該機械的ロック部が契合構成にシフトされた後、直ぐ該トルクコンバーターは解除構成へ戻るよう調整され、それにより該システムを機械的ロックモードに移行させる。

該“機械的ロックモード”では、トルク伝達システム４１０の機械的ロック部は契合構成にあり、一方該トルクコンバーターは解除構成にあるので、補足的ドライバー４２０から回転産業機器４１４へ伝達される全てのトルクは該機械的ロック部を経由して伝達される。該機械的ロックモードで、主ドライバー４１２及び補足的ドライバー４２０は協力し
て回転産業機器４１４をドライブする。

上記で説明した本発明の好ましい形は単に図解としてのみ使われるべきで、本発明の範囲を解釈する限定的な意味で使用されるべきでない。上記で表明した例示的実施例の明らかな変型は当業者には容易に行い得るが、それらは本発明の精神から離れるものではない。

発明人はここで、本発明の合理的で公正な範囲について、該範囲が下記の請求項で表明される本発明の文字通りの範囲から、実質的に離れた、該範囲外の、如何なる装置にも関係しないよう、該公正な範囲を決定し、評価するために均等の原則に依存する意志を表明する。

Claims (21)

1. （ａ）回転ドライバーから回転産業機器へトルクを伝達するためトルクコンバーターを使う過程と、
   （ｂ）第１ドライブ側要素及び第１負荷側要素の速度を実質的に同期化するために少なくとも１つのギヤ機構を使い、前記第１のドライブ側及び負荷側要素が両要素間に結合されるシフト可能な機械的ロック部を有する、該ギヤ機構を使う過程と、そして
   （ｃ）前記回転ドライバーから前記回転産業機器へトルクを伝達するために前記機械的ロック部を使う過程と、を具備する回転産業機器を始動する方法。
2. 過程（ａ）と過程（ｂ）が同時に行われる請求項１記載の方法。
3. 過程（ａ）が前記第１負荷側要素の回転速度を前記第１ドライブ側要素に対し増加させる過程を備える請求項２記載の方法。
4. 過程（ｂ）が前記第１負荷側要素の回転速度を増加させる追加のドライバーを使用することなく達成される請求項３記載の方法。
5. 過程（ｂ）が前記第１負荷側要素を前記第１ドライブ側要素の回転速度から約５％以内の速度で回転させる過程を備える請求項１記載の方法。
6. 過程（ｂ）が前記第１負荷側要素を前記第１ドライブ側要素の回転速度から約１％以内の速度で回転させる過程を備える請求項１記載の方法。
7. （ｄ）前記第１のドライブ側及び負荷側要素の回転速度が実質的に同期化された時、前記機械的ロック部を解除構成から契合構成へシフトし、該シフトにより前記第１のドライブ側及び負荷側要素を相互に機械的にロックさせる過程を、更に具備する請求項１記載の方法。
8. （ｅ）過程（ｄ）に次いで、前記回転産業機器をドライブするために要する動力量が少なくとも約５％増加されるように前記回転産業機器の動作パラメーターを調整する過程を更に具備する請求項７記載の方法。
9. 前記機械的ロック部が過程（ａ）の少なくとも１部分中、前記解除構成内にあり、
   前記機械的ロック部が過程（ｃ）中、前記契合構成内にある請求項７記載の方法。
10. 前記トルクコンバーターがフリーホィールモードとトルク伝達モードの間で調整可能であり、
    前記トルクコンバーターが前記フリーホィールモード中、トルクを実質的に伝達せず、
    前記トルクコンバーターが前記トルク伝達モード中、トルクを伝達し、
    前記トルクコンバーターが過程（ａ）中、前記トルク伝達モードで動作し、
    前記トルクコンバーターが過程（ｃ）の少なくとも１部分中、前記フリーホィールモードで動作する請求項７記載の方法。
11. （ｆ）過程（ｄ）に次いで、前記トルク伝達モードから前記フリーホィールモードへ前記トルクコンバーターを調整する過程を更に具備する請求項１０記載の方法。
12. （ｇ）過程（ａ）の前に、前記回転産業機器を回転させることなく前記ドライバーの回転速度を増加させる過程を更に具備しており、
    前記トルクコンバーターが過程（ｇ）の少なくとも１部分中、前記フリーホィールモードで動作する請求項１０記載の方法。
13. （ｈ）過程（ｇ）に次いで、かつ過程（ａ）の前に、前記トルクコンバーターを前記フリーホィールモードから前記トルク伝達モードへ調整する過程を更に具備する請求項１２記載の方法。
14. 前記トルクコンバーターが第２ドライブ側要素と第２負荷側要素の間に結合され、
    過程（ａ）が前記第２ドライブ側要素から前記トルクコンバーターを経由して前記第２負荷側要素へトルクを伝達する過程を備え、
    過程（ｃ）が前記第１ドライブ側要素から前記機械的ロック部を経由して前記第１負荷側要素へトルクを伝達する過程を備える請求項１記載の方法。
15. 前記少なくとも１つのギヤ機構がドライブ側ギヤ機構及び／又は負荷側ギヤ機構を有しており、
    前記ドライブ側ギヤ機構が、もし使われれば、前記第１及び第２ドライブ側要素間で回転エネルギーを伝達するよう構成され、
    前記負荷側ギヤ機構が、もし使われれば、前記第１及び第２負荷側要素間で回転エネルギーを伝達するよう構成される請求項１４記載の方法。
16. 過程（ｂ）が前記ドライブ側及び前記負荷側両ギヤ機構を使う過程を備える請求項１５記載の方法。
17. 前記ドライブ側ギヤ機構が前記第１及び第２ドライブ側要素を異なる速度で回転させるよう構成されており、そして／又は、前記負荷側ギヤ機構が前記第１及び第２負荷側要素を異なる速度で回転させるよう構成される請求項１５記載の方法。
18. 前記第１ドライブ側要素が過程（ａ）、過程（ｂ）、そして過程（ｃ）中に第１の実質的に一定の速度で回転する請求項１４記載の方法。
19. 過程（ａ）及び過程（ｂ）が、前記第１負荷側要素の回転速度を、毎分ゼロ回転から又は毎分ゼロ回転近くから前記第１の実質的に一定の速度から約５％以内の第２回転速度まで増加させるために前記トルクコンバーター及び前記ギヤ機構を使う過程を備える請求項１８記載の方法。
20. 前記第１の実質的に一定の回転速度が少なくとも約１，０００ｒｐｍである請求項１９記載の方法。
21. 前記回転ドライバーがガスタービンであり、
    前記回転産業機器がコンプレッサーであり、
    前記トルクコンバーターが流体カップリングである請求項１記載の方法。

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