JP6611988B2 - 高圧燃料ガスポンプ - Google Patents
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Description
現行の往復運動ポンプの技術は、2つの主要な構成要素からなる。すなわち「動力端部」(しばしば「ドライブ端部」または「ウォーム端部」と呼ばれる)と、作業する「流体端部」(しばしば「コールド端部」と呼ばれる)とである。これらのポンプは単一のシリンダ配置として構成されてもよいし、共通のクランクシャフトの周りの複数のシリンダ配置として構成されてもよい。以下の段落では「単一作用」タイプの往復運動ポンプを考察しており、これは動力端部がクランクシャフトに向かうピストン運動を許容/誘導し、流体端部が吸引圧力にて流体を引き込み、その直後にピストン運動が逆転されてクランクシャフトから遠ざけられ、相対的により高い吐出圧力にて流体端部から流体が放出されることを意味する。
従来の動力端部設計は回転運動およびエネルギを受取り、次いでそれを動力端部の内部構成要素を介して直線運動およびエネルギに転換する。これらの内部構成要素は一般的に、2つの配置のうちの一方である。
典型的な往復運動流体端部はさまざまな異なる配置を有するだろうが、一般的には常に入口ポートと、出口ポートと、入口逆止め弁と、出口逆止め弁と、ピストンと、パッキング封止材とを有することになる。パッキング封止材はしばしば可塑性材料であり、一般的にはポリテトラフルオロエチレン(PTFE:Polytetrafluoroethylene)と、たとえばガラス繊維または炭素などの構造変更剤との混合物である。
本ポンプの動力端部は、液圧または電気のいずれかによって始動されるユニットとして利用可能である。電気および液圧ドライブユニットは機械的に異なっているが、従来の往復運動ポンプの動力端部と比べると同じ利益を提供する。
典型的な往復運動する流体端部と同様に、本ポンプの流体端部は入口ポートと、出口ポートと、入口逆止め弁と、出口逆止め弁と、ピストンとを有するが、以前の設計とは異なり、この流体端部はパッキングを有さない。
・密閉された設計
・パッキングを含まないコールド端部が主要な摩耗部品をなくす
・最長寿命(オーバーホールの間の平均時間20,000+時間)に対して1分当り最大120サイクル
・無限に近い下降比率
・液圧的または電気的に動力供給される
・統合された吸引、吐出、および液圧(適用可能なとき)マニホルド
・冗長に構築される
・無脈動の動作(サージチャンバを必要としない)
・統合された水−グリコール気化器を利用可能
この記載全体にわたって示される実施形態および実施例は、開示または請求される装置および手順に対する制限ではなく見本であると考えられるべきである。本明細書において提供される実施例の多くは方法作用またはシステム構成要素の特定の組み合わせを伴うが、それらの作用およびそれらの構成要素は、同じ目的を達成するために他のやり方で組み合わされてもよいことが理解されるべきである。1つの実施形態のみに関連して考察された作用、構成要素、および特徴が、他の実施形態における同様の役割から除外されることは意図されない。
Claims (24)
- 平滑な無パルス出力を提供するために燃料供給源から極低温燃料をポンピングするためのシステムであって、前記システムは、
多軸電子コントローラに含まれるソフトウェアと、
複数の線形ポンプであって、その各々は、
i.上側動力端部および下側流体端部を含み、前記動力端部は、軸に沿って線形的に往復運動するドライブシャフトにおいて終端する線形始動ドライブシステムを有し、
ii.各ポンプの前記ドライブシステムは、前記多軸電子コントローラに含まれる前記ソフトウェアを介して独立に制御可能であり、
iii.前記流体端部は、流体シリンダ内で線形的に往復運動するように前記動力端部の前記ドライブシャフトに結合されたピストンを有し、前記ピストンは、前記流体シリンダの内腔との密閉された摺動接触を提供する複数のピストンリングが上に分散されたヘッドを有し、
iv.前記ピストンと前記流体シリンダとの間にパッキング封止材は設けられず、
v.極低温燃料源と流体連通して各流体シリンダの下側端部に通じ、かつ前記ピストンの前記ヘッドを開いてその下のヘッド空間との弁付きの連絡に通じる入口通路を含み、前記ピストンの上向きの運動によって、極低温燃料を前記ヘッド空間に入れるために十分な負圧勾配が前記ヘッド空間に生じ、前記ピストンの下向きの運動によって極低温燃料が下側流路から排出されて、すべての前記流体シリンダに共通の共通出口ポートに入る、
複数の線形ポンプと、
各ポンプの前記上側動力端部および下側流体端部を含む前記線形ポンプの1つまたはそれ以上の周りに、かつ前記線形ポンプの1つまたはそれ以上を完全に囲んで配された密閉ハウジングであって、前記ハウジングは前記流体シリンダ内から漏れたあらゆる前記極低温燃料を含むように密閉される、密閉ハウジングと、を含み、
前記システムの動作は、無パルスの出力圧力プロファイルをもたらすための個々の前記ポンプの協調的始動を含む、システム。 - 各ドライブシステムは、前記軸に沿って整列された回転するボールネジの形のアクチュエータを有する電気機械アクチュエータを含み、ポンピング用の前記システムは前記アクチュエータの回転運動をモニタするためのセンサと、前記ドライブシャフトの位置、速度、および加速度成分を維持するように構成された閉ループ制御システムとを含む、請求項1に記載のシステム。
- 各ドライブシステムは前記ドライブシャフトの上に液圧シリンダを含み、前記ドライブシャフトの上下移動は電子サーボ弁を介して制御される、請求項1に記載のシステム。
- 前記流体シリンダ内の前記ピストンの位置をモニタする前記液圧シリンダに装着された線形可変差動トランスデューサ(LVDT)と、前記ドライブシャフトおよび当該ドライブシャフトに結合されたピストンの位置、速度、および加速度成分を維持するように構成された閉ループ制御システムとをさらに含む、請求項3に記載のシステム。
- 複数の前記線形ポンプの周りに密閉された密閉ハウジングが存在する、請求項1に記載のシステム。
- 各線形ポンプの前記下側流路が接続される共通の下側マニホルドをさらに含む、請求項5に記載のシステム。
- 前記密閉ハウジングは、前記上側動力端部を囲む上側ハウジングを含み、前記上側ハウジングは前記下側流体端部を囲む下側ハウジングに固定され、前記上側ハウジングにはコンジットが取り付けられていないことによって、前記ドライブシステムを整備するために前記上側ハウジングが容易に取り外され得る、請求項5に記載のシステム。
- 前記複数の前記線形ポンプの各1つの周りに密閉された別個の密閉ハウジングが存在し、各線形ポンプの前記下側流路が接続される共通の下側マニホルドをさらに含む、請求項1に記載のシステム。
- 極低温燃料を受取って貯蔵するための入口タンクが前記複数の線形ポンプの下に位置し、前記システムは、各線形ポンプの前記入口通路が接続される前記入口タンクの上に配されるマニホルドを含む、請求項1に記載のシステム。
- 各流体シリンダの前記入口通路の間の弁サブシステムは前記流体シリンダの下側端部のサンプチャンバにおいて開き、前記サンプチャンバは前記流体シリンダと、互いの頂部に積み重ねられた上側通路定義部材および下側通路定義部材の2つの通路定義部材の下側端部との間に位置し、前記通路定義部材の内部には、前記サンプチャンバから前記ピストンの前記ヘッドを開いてその下の前記ヘッド空間に通じる軸方向に整列されたチャネルがあり、前記ヘッド空間に負圧勾配がないときに前記チャネルの上側端部を閉じるために、リフター弁が付勢されて前記上側通路定義部材と接触し、前記通路定義部材はさらに、前記ヘッド空間から前記共通出口ポートに通じる前記流体シリンダの外側の前記下側流路への流動ポートを定め、前記ピストンの上向きの運動は、前記リフター弁を上げて極低温燃料を前記ヘッド空間に入れるために十分な負圧勾配を前記ヘッド空間に生じ、前記ピストンの下向きの運動は前記リフター弁を閉じて極低温燃料を上昇した圧力で前記流動ポートから下側流路および前記共通出口ポートへと排出する、請求項1に記載のシステム。
- 平滑な無パルス出力を提供するために燃料供給源から極低温燃料をポンピングするための方法であって、前記方法は、
各々が一連の上側動力端部および下側流体端部を含む複数の線形ポンプを有するポンプシステムを提供するステップを含み、前記動力端部は軸に沿って線形的に往復運動するドライブシャフトにおいて終端する線形始動ドライブシステムを有し、前記システムは多軸電子コントローラに含まれるソフトウェアを有し、各ポンプの前記ドライブシステムは、前記多軸電子コントローラに含まれる前記ソフトウェアを介して独立に制御可能であり、
各線形ポンプの前記流体端部は、流体シリンダ内で線形的に往復運動するように前記動力端部の前記ドライブシャフトに結合されたピストンを有し、各線形ポンプは、摩耗を低減して動作寿命を延ばすように前記ピストンと前記流体シリンダとの間にパッキング封止材を有しておらず、前記複数の線形ポンプの前記流体シリンダは共通の出口ポートに通じる出口流路を有し、
前記方法はさらに、
燃料供給源から前記複数の線形ポンプの各々の前記流体シリンダの入口通路に極低温燃料を供給するステップと、
前記ドライブシステムを始動して、前記複数の線形ポンプの各々の前記ドライブシャフトおよび結合されたピストンを移動させることによって、極低温燃料をそれぞれの流体シリンダに引き込み、かつ前記極低温燃料を前記出口流路を通じて前記共通の出口ポートに排出し、個々の前記線形ポンプの始動を協調させることで無パルスの出力圧力プロファイルをもたらすステップと、
各ポンプの前記上側動力端部および下側流体端部を含む1つまたはそれ以上の前記線形ポンプの周りに、かつ1つまたはそれ以上の前記線形ポンプを完全に囲む密閉ハウジングを提供するステップと、を含み、前記ハウジングは前記流体シリンダ内から漏れたあらゆる前記極低温燃料を含むように密閉される、方法。 - 各ドライブシステムは、前記軸に沿って整列された回転するボールネジの形のアクチュエータを有する電気機械アクチュエータを含み、ポンピング用の前記システムは前記アクチュエータの回転運動をモニタするためのセンサと、前記ドライブシャフトの位置、速度、および加速度成分を維持するように構成された閉ループ制御システムとを含み、平滑な無パルスの出力をもたらすために前記複数の線形ポンプの始動を協調させるステップを含む、請求項11に記載の方法。
- 各ドライブシステムは前記ドライブシャフトの上に液圧シリンダを含み、前記ドライブシャフトの上下移動は電子サーボ弁を介して制御される、請求項11に記載の方法。
- 前記流体シリンダ内の前記ピストンの位置をモニタする前記液圧シリンダに装着された線形可変差動トランスデューサ(LVDT)と、前記ドライブシャフトおよび当該ドライブシャフトに結合されたピストンの位置、速度、および加速度成分を維持するように構成された閉ループ制御システムとをさらに含み、前記方法は、平滑な無パルスの出力をもたらすために前記複数の線形ポンプの始動を協調させるステップを含む、請求項13に記載の方法。
- 密閉ハウジングを提供するステップは、単一のハウジングによって前記複数の前記線形ポンプを封入するステップを含む、請求項11に記載の方法。
- 前記密閉ハウジングは、前記上側動力端部を囲む上側ハウジングを含み、前記上側ハウジングは前記下側流体端部を囲む下側ハウジングに固定され、前記ドライブシステムを整備するために前記上側ハウジングが容易に取り外され得るように、前記上側ハウジングにはコンジットが取り付けられていない、請求項15に記載の方法。
- 密閉ハウジングを提供するステップは、別個のハウジングによって前記複数の前記線形ポンプの各1つを封入するステップを含み、各線形ポンプの前記出口流路が接続される共通の下側マニホルドをさらに含む、請求項11に記載の方法。
- 入口タンクが前記複数の線形ポンプの下に位置し、前記システムは、各線形ポンプの前記入口通路が接続される前記入口タンクの上に配されるマニホルドを含む、請求項11に記載の方法。
- 前記極低温燃料は−150℃未満の温度で貯蔵された液化天然ガスであり、前記密閉ハウジングは貯蔵された前記液化天然ガスとほぼ同じ内部圧力を維持する、請求項11に記載の方法。
- 各線形始動ドライブシステムは、1分当り120サイクルの最高動作速度で動作可能であり、1分当り1サイクルまで動作ダウンしてもよい、請求項11に記載の方法。
- 各線形ポンプの前記ドライブシステムは、統合された電気モータによって駆動される電気−機械アクチュエータを用いて独立に制御可能であり、前記モータのトルクおよび速度はモータドライブコントローラによって制御され、前記アクチュエータの位置は、電子回転整流子を介して監視される前記モータの回転位置および回転数を介して制御され、前記コントローラは、モータの前記回転数をカウントするために前記整流子からの出力を使用し、次いで、前記電気−機械アクチュエータの動きの位置、速度、および加速度成分を維持することが可能な閉ループ制御システムを形成するために前記アクチュエータの軸方向位置を算出し、その結果、個別のポンプの協調的始動が無パルス出力圧力プロファイルをもたらす、請求項11に記載の方法。
- 各線形ポンプの前記ドライブシステムは、統合された電気モータを用いて独立に制御可能であり、前記線形ポンプの各々は、統合された冗長を有するようにそして中断しない無パルス出力圧力プロファイルを提供するように個別にスタートおよびストップされる、請求項11に記載の方法。
- 各線形始動ドライブシステムは、1分当り120サイクルの最高動作速度で動作可能であり、1分当り1サイクルまで動作ダウンしてもよい、請求項1に記載のシステム。
- 各線形ポンプの前記ドライブシステムは、統合された電気モータによって駆動される電気−機械アクチュエータを用いて独立に制御可能であり、前記モータのトルクおよび速度はモータドライブコントローラによって制御され、前記アクチュエータの位置は、電子回転整流子を介して監視される前記モータの回転位置および回転数を介して制御され、前記コントローラは、モータの前記回転数をカウントするために前記整流子からの出力を使用し、次いで、前記電気−機械アクチュエータの動きの位置、速度、および加速度成分を維持することが可能な閉ループ制御システムを形成するために前記アクチュエータの軸方向位置を算出し、その結果、個別のポンプの協調的始動が無パルス出力圧力プロファイルをもたらす、請求項1に記載のシステム。
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