回転機械を取付け支持するためのベースプレート及び前記ベースプレートを備えるシステム

本明細書に開示される主題は、回転機械を支持するためのベースプレートに対する改良に関する。より具体的には、本開示は、速度減速機又は逓倍器負荷ギアが有る状態又は無い状態で、タービン、例えばガスタービン、及び、負荷、例えば遠心圧縮機、ポンプ、又は発電機を備えるシステムを取付け支持するためのベースプレートを参照する。

幾つかの産業アプリケーションにおいて、例えば、軽油分野、LNGアプリケーション、及び同様なものにおいて、全ての負荷が適切に支持され、また、機械によって、同様に被駆動負荷の突然の瞬時故障の場合に生成されるトルクに抗することができるように、ベースプレート上に重い機械を支持することが必要とされる。

ベースプレート又はスキッド上での支持を必要とする典型的な回転機械は、ガスタービン、発電機、遠心ターボ圧縮機等のターボ圧縮機、及び同様なものを含むが、それに限定されない。

石油リグ及びオフショアプラットフォームは、リグの設備のために電力を提供する、発電機等の負荷を駆動する1つ又は複数のガスタービンを装備することが多い。

慣例的に、先に述べた回転機械は、適したシム又はパッケージングによって水平にされた後にプラットフォームのデッキに留められる、ベースプレート又はスキッド上に取付けられる。ベースプレートは、ベースプレートによって支持される機械によって生成される静的負荷及び動的負荷に耐える寸法に作られる。

ベースプレート上に配置される回転機械は、例えば、燃料スキッド、スタータ、潤滑油回路、並びに、油ポンプ、油タンク、及び油濾過器等の関連する装置及びデバイスを含む、複数の付属の設備、デバイス、及びスキッドを備える。回転機械を制御するために必要とされるエレクトロニクスが配置される電気制御パネルも設けられる。先に述べた機器は、例によれば、ベースプレート上に取付けられる回転機械の正しい運転のために必要とされる広い範囲の考えられる付属品及び設備である。

回転機械並びにその付属品は、通常、機械支持プラットフォーム上に配置され、機械支持プラットフォームは、ねじれ抵抗部材を備え、トルク伝達関係で、ねじれ抵抗部材に接続される。

回転機械及び付属品、又は、少なくともその一部は、通常、タービンパッケージ内に含まれる。

ベースプレートのフットプリントは、先に述べた装置を収容するのに十分に大きくなければならず、これは、ベースプレートの全体の寸法の増加の一因になる。回転機械の付属品に対するアクセスは、機械支持プラットフォームにアクセスすることを必要とするため、或る状況下では重篤である。

図1A及び1Bは、現行の技術による、ベースプレート並びにベースプレート上に配置された関連する回転機械及び付属品を含む、タービン発電機スキッドの異なる等角図を示す。図2は、図1A及び1Bのタービン発電機スキッドの上面図を示す。現行の配置構成のこの例示的な実施形態において、ガスタービン101は、ベースプレート103上に支持され、発電機105を回転するように駆動する。ガスタービン101は、図1A、1Bでは取除かれ、図2においてだけ示されるタービン音響エンクロージャ102内に通常配置される。ガスタービン101は、入口プレナム107、ガス発生器109、動力タービン111、及び排ガス回収器113を備える。動力タービン111は、シャフト115及びギアボックス117を通して負荷105に接続される。ガスタービン101の対向端には、電気制御パネル119が配置される。電気制御パネル119と入口プレナム107との間に、スタータ121が配置される。スタータ121は、通常、油ポンプ(図面に見ることができる)を備え、油ポンプは、圧力下で油を油圧スタータモータ(図示せず)に送出し、油圧スタータモータは、燃料混合物に点火する前に、ガスタービンシャフトを回転するように駆動する。

ガスタービン101及び発電機105からなる回転機械は、ベースプレート103上に配置され、ベースプレート103の長さLは、全ての付属システムと共にベースプレート103上に配置された回転機械の軸方向長さによって決定される。ベースプレート103の幅Wは、回転機械の横断寸法、並びに、ベースプレート103上に取付けられベースプレート103によって支持されなければならない付属デバイス及びコンポーネントの寸法によって決定される。図1A、1B、及び2の付属デバイスの中でもとりわけ、先に述べたスタータ121、ガスタービン音響エンクロージャ102の内部でガスタービン101に隣接して配置された燃料スキッド125、潤滑油電気ポンプ127、油タンク用の蒸気分離器129、潤滑油を冷却するための熱交換器131、潤滑油濾過器133、ギアボックス117及び油ポンプ127の下に配置された潤滑油タンクが示される。

ベースプレート又はスキッド103は、共に溶接された長手方向梁135及びクロス梁137によって形成されたベースフレームからなって、ベースプレート103上に配置された回転機械によって生成される静的負荷及び動的負荷を支持することが可能な構造を形成する。

本明細書に開示される主題は、回転機械(例えば、速度減速機又は逓倍器負荷ギアが有る状態又は無い状態で、遠心圧縮機、発電機、又はポンプ等の負荷を駆動するガスタービン)を支持するための改良されたタイプのベースプレートに関する。

欧州特許出願公開第1764542号公報

幾つかの実施形態において、本明細書で開示されるベースプレートは、垂直方向に伸長した長方形のボックス状構造を備える。ボックス状構造は、付属スキッドのアクセス性及び保守性が著しく改善された機械パッケージを設計することを可能にし、静的負荷及び動的負荷を支持する伝統的なベースプレートと同じ能力を保証する。

中心的なボックス状構造の高さは、オペレータが、直立でかつ人間工学的位置を維持して付属品に対して保守活動を実施することを可能にする。

一態様によれば、回転機械を取付け支持するためのベースプレートが開示され、ベースプレートは、中央の細長いねじれ及び曲げ抵抗部材と、細長いねじれ及び曲げ抵抗部材を横断して延在する少なくとも第1の耐荷重クロス部材と、細長いねじれ及び曲げ抵抗部材及び(直接的に又は間接的に)第1の耐荷重クロス部材に強固に接続された少なくとも1つの機械支持プラットフォームとを備え、前記細長いねじれ及び曲げ抵抗部材は、垂直に延在する長手方向横壁を備え、長手方向横壁に沿って、前記回転機械の付属品が支持され、機械支持プラットフォームは、細長いねじれ及び曲げ抵抗部材の長手方向横壁を越えて横に突出する。細長いねじれ及び曲げ抵抗部材の横壁は、好ましくは平面である。細長いねじれ及び曲げ抵抗部材の垂直伸長部は、好ましくは、オペレータが、直立でかつ人間工学的位置を維持し、前記機械支持プラットフォームの下の空間にアクセスして、支持プラットフォームの下に配置された付属品にアクセスするのに十分である。

耐荷重クロス部材は、好ましくは、回転機械の付属品を受取るための垂直に延在する横壁を備え、したがって、オペレータにとって容易にアクセス可能な位置で、プラットフォームの下で付属品を収容するために利用可能な空間を増加させる。

更なる態様によれば、ターボ機械システムが開示され、ターボ機械システムは、少なくとも1つのガスタービン及びガスタービンによって回転するように駆動される負荷を含む回転機械とベースプレートとを備える。ベースプレートは、次に、中央の細長いねじれ及び曲げ抵抗部材、及び、ガスタービン及び負荷の回転軸に全体的に平行に延在する細長いねじれ及び曲げ抵抗部材を横断して延在する少なくとも第1の耐荷重クロス部材を備える。ベースプレートは、細長いねじれ及び曲げ抵抗部材及び第1の耐荷重クロス部材に強固に接続された少なくとも1つの機械支持プラットフォームを更に含み、機械支持プラットフォーム上で回転機械が拘束され支持される。細長いねじれ及び曲げ抵抗部材は、垂直に延在する長手方向横壁を備え、長手方向横壁に沿って、ガスタービンの付属品が支持される。機械支持プラットフォームは、細長いねじれ及び曲げ抵抗部材の長手方向横壁を越えて横に突出する。

特徴及び実施形態は、以下で開示され、本説明の一体部分を形成する添付特許請求の範囲において更に述べられる。上記簡潔な説明は、以下に続く詳細な説明をよりよく理解することができるように、また、当技術分野に対する本発明の寄与をよりよく認識することができるように、本発明の種々の実施形態の特徴を述べる。もちろん、以降で述べられ、添付特許請求の範囲で述べられることになる本発明の他の特徴が存在する。この点に関して、本発明の幾つかの実施形態を詳細に説明する前に、本発明の種々の実施形態が、以下の説明で述べられるか又は図面に示される構造の詳細及びコンポーネントの配置構成にそのアプリケーションが制限されないことが理解される。本発明は、他の実施形態が可能であり、また、種々の方法で実践され実施されることが可能である。同様に、本明細書で使用される言回し及び用語が説明のためのものであり、制限的であると見なされるべきでないことが理解される。

したがって、本開示が基づく概念を、本発明の幾つかの目的を実施するための他の構造、方法、及び/又はシステムを設計するための基礎として容易に利用することができることを当業者は認識するであろう。したがって、特許請求の範囲が、こうした等価な構造を、その構造が本発明の精神及び範囲から逸脱しない限り、含んでいると見なされることが重要である。

本発明の開示される実施形態及びその付随する利点の多くのより完全な認識は、以下の詳細な説明を参照して、添付図面に関連して考えられるときによりよく理解されるため、容易に得られるであろう。

現行の技術による配置構成を示す図である。

現行の技術による配置構成を示す図である。

現行の技術による配置構成を示す図である。

本開示による関連する回転機械のベースプレートの一実施形態の側面図である。

図3のラインIV−IVによる上面図である。

図4のラインV−Vによる側面図である。

図3、4、及び5によるベースプレート及び関連する回転機械の2つの異なる等角図である。

図3、4、及び5によるベースプレート及び関連する回転機械の2つの異なる等角図である。

それぞれ負荷の側からの、また、ガスタービンの側からの、ベースプレート及びベースプレート上で支持される関連する回転機械の端面図である。

それぞれ負荷の側からの、また、ガスタービンの側からの、ベースプレート及びベースプレート上で支持される関連する回転機械の端面図である。

例示的な実施形態の以下の詳細な説明は添付図面を参照する。異なる図面の同じ参照数字は、同じか又は同様の要素を特定する。更に、図面は、必ずしも一定比例尺に従って描かれていない。同様に、以下の詳細な説明は本発明を制限しない。代わりに、本発明の範囲は添付特許請求の範囲によって規定される。

「一実施形態(one embodiment)」又は「或る実施形態(an embodiment)」又は「幾つかの実施形態(some embodiments)」に対する本明細書全体を通しての参照は、或る実施形態に関連して述べる特定の特徴、構造、又は特性が、開示される主題の少なくとも1つの実施形態に含まれることを意味する。そのため、本明細書全体にわたる種々の場所におけるフレーズ「一実施形態において(in one embodiment)」又は「或る実施形態において(in an embodiment)」又は「幾つかの実施形態において(in some embodiments)」の出現は、同じ実施形態(複数可)を必ずしも参照しない。更に、特定の特徴、構造、又は特性は、1つ又は複数の実施形態において任意の適した方法で組合すことができる。

ここで図3〜7を参照すると、回転機械を取付け支持するための、全体的に1で示すベースプレート又はスキッドが示される。幾つかの例示的な実施形態において、ベースプレート1上に配置され、ベースプレート1によって支持される回転機械は、ガスタービン3及びガスタービン3によって駆動される負荷5を備える。幾つかの実施形態において、負荷5は、圧縮機、例えば遠心圧縮機からなることができる。他の実施形態において、負荷5は発電機からなることができる。ガスタービン3と負荷5との間に、速度減速機又は逓倍器デバイス7、例えば、垂直に又は水平に配向した軸を有する平行軸ギアボックス又はエピサイクリックギアボックスを設けることができる。速度減速機又は逓倍器デバイス7は、負荷5の回転速度がガスタービン3の回転速度と異なるときに設けられる。入力シャフト9は、ガスタービン3を速度操作デバイス7の入口に接続する。被駆動シャフト11は、速度操作デバイス7の出力を負荷5に接続する。

特に図4に示すように、幾つかの実施形態において、ガスタービン3の軸及び負荷5の軸は垂直平面に沿って整列し、したがって、ベースプレート1の幅、すなわち、ベースプレート1の全体のフットプリントを減少させることができる。

ガスタービン3は、入口プレナム13、ガス発生器15、燃焼器17、動力タービン19、及び排ガス回収器21を備えることができ、ガスタービン3によって生成された燃焼ガスは、排ガス回収器21からスタックに送出され、そこから大気に放出される、又は、コンバインドサイクルで使用され、排ガス内の熱は、2回目の熱力学サイクルのための熱源として使用されるか又はコジェネレーションシステムにおいて使用される。

ベースプレート1は、負荷5及びガスタービン3の下に配置され、負荷5及びガスタービン3に沿って延在する中央の細長いねじれ及び曲げ抵抗部材23を備える。幾つかの実施形態において、細長いねじれ及び曲げ抵抗部材23は、ボックス状、例えば長方形断面を有する。好ましい実施形態において、細長いねじれ及び曲げ抵抗部材23は、細長い断面を有し、長い辺は垂直に延在し、短い辺は水平に延在する。例えば、断面の幅(水平方向寸法)は、好ましくは前記細長いねじれ及び曲げ抵抗部材23の断面の高さ(垂直方向寸法)の約半分である。

ベースプレート1は、中央の細長いねじれ及び曲げ抵抗部材23を横断して延在するクロス部材を更に備える。幾つかの実施形態において、耐荷重クロス部材25は、負荷5の下でクロスしてほぼ中央位置に配置される。

ベースプレート1は、好ましくは3つの支持部材27、29、及び31を備える。3つの支持部材27、29、及び31は、有利には、二等辺三角形の頂点に配置される。2つの支持部材27、29は、耐荷重クロス部材25の底側にベースプレート1の中心ラインに対して実質的に対称に配置される。第3の支持部材31は、好ましくは、細長いねじれ及び曲げ抵抗部材23の底側に、好ましくはガスタービン3の下に配置される。

ベースプレート1は、細長いねじれ及び曲げ抵抗部材23を横断しかつ耐荷重クロス部材25に平行に延在する更なるクロス部材33、37を更に備えることができる。2つの更なるクロス部材33、37は、有利には、ベースプレート1の長手方向伸長部に沿って異なる場所に位置付けられる。幾つかの実施形態において、2つの更なるクロス部材33、37をガスタービン3の下に配置することができる。更なるクロス部材を、ニーズに応じて、負荷5とガスタービン3との間に設けることができる。後でより詳細に説明するように、更なるクロス部材33、37は、耐荷重機能を提供することを必要とされるのではなく、付属デバイス又は設備の配置のための更なる空間を提供する機能を有する。

幾つかの実施形態において、細長いねじれ及び曲げ抵抗部材23は、以下でより詳細に述べられることになる目的のために、垂直に延在する、好ましくは平面の側壁を備える。

幾つかの実施形態において、耐荷重クロス部材27及び更なるクロス部材33、37の1つ、幾つか、又は全ては、平面の垂直に延在する側壁を備えることができる。幾つかの実施形態において、前記クロス部材はまた、細長いねじれ及び曲げ抵抗部材23と同様に、垂直方向に伸長した長方形断面を有することができる。

幾つかの実施形態において、入口プレナム13及び排ガス回収器21を含むガスタービン3は、支持プラットフォーム39上に取付けられ、支持プラットフォーム39によって支持されることができる。支持プラットフォーム39は、必要とされる場合、音響的に絶縁することができる耐荷重構造を形成する長手方向及び横断方向梁41、43によって形成することができる。支持プラットフォーム39は、強固な方法で、有利にはトルク伝達関係で、細長いねじれ及び曲げ抵抗部材23に接続される。支持プラットフォーム39は、図3、4、及び5において省略されており図6、7、及び9に示されるガスタービン音響エンクロージャ45を更に支持する。

幾つかの実施形態において、支持プラットフォーム39は、特に図3に示すように、オーバハング又は片持ち方式で細長いねじれ及び曲げ抵抗部材23の長手方向端を超えて延在することができる。そのため、自由空間47(図3)は、ベースプレート1がそこに取付けられるデッキDと支持プラットフォーム39との間に形成される。

幾つかの実施形態において、負荷5は、有利にはトルク伝達関係で、細長いねじれ及び曲げ抵抗部材23に強固に接続された別個の支持プラットフォーム49によって支持されることができる。図示しない他の実施形態において、両方の回転機械(ガスタービン3及び負荷5)は、細長いねじれ及び曲げ抵抗部材23に沿って長さ方向に延在し、細長いねじれ及び曲げ抵抗部材23の上部に設置された1つのまた同じ支持プラットフォームによって支持されることができる。

細長いねじれ及び曲げ抵抗部材23並びに支持部材27、29、及び31の総垂直伸長部H(図3及び図5参照)は、有利には、人が支持プラットフォーム49及び39の下の空間に直立位置でアクセスでき、支持プラットフォーム39及び49のレベルの下に位置付けることができる、装置、デバイス、及びガスタービン3及び負荷5の付属部材にアクセスできるようなものである。

例によれば、幾つかの実施形態において、燃料スキッド、例えばガススキッド51は、支持プラットフォーム39の下に配置されることができる。そのため、燃料スキッド51は、直接的にかつベースプレート1上に乗る必要無しで、回転機械の運転及び保守を担当する要員によって完全にアクセス可能になる。

細長いねじれ及び曲げ抵抗部材23及びクロス部材25、33、37の側壁は、複数の更なる付属デバイスを、その上に取付け、その間に収容するのに十分であり、その付属デバイスは、支持プラットフォーム49、39の下からアクセス可能になる。

更なるクロス部材33、37は、実際には、細長いねじれ及び曲げ抵抗部材23及び耐荷重クロス部材25上で利用可能な表面が支持プラットフォーム39、49の下に設置されることができる付属デバイス及び設備の全てを受取るのに十分でない場合、付属デバイス及び構成要素の設置のために利用可能な垂直生成表面を増加させるために設けられる。実際、先に述べたように、これらの更なるクロス部材33、37は、ベースプレート1に関する限り、任意の特定の耐荷重機能を持たない。吊り金具は、完全なスキッド又はベースプレートハンドリングのために、クロス部材33及び37に又はベースプレート上の異なる場所に配置されることができる。アクセス保守ドアを備える更なる壁が付加されて、プラットフォーム39及び49の下への付属品設置のために利用可能な空間を閉鎖することができる。

幾つかの実施形態において、ガスタービンスタータ53もまた、細長いねじれ及び曲げ抵抗部材23上で利用可能な垂直表面に沿って、又は、図3の例について示すように、デッキDと支持プラットフォーム39、49の下側表面との間のエリアに配置されることができる。

ガスタービン3及び負荷5の電気制御パネルもまた、細長いねじれ及び曲げ抵抗部材23及び/又はクロス部材25、33、37の垂直側部表面上に又は垂直側部表面に立てかけて設置されることができる。こうした2つの電気パネルが55において概略的に示される(図3)。

幾つかの実施形態において、潤滑回路の付属デバイスもまた、そのフットプリント以内の、支持プラットフォーム39、49のレベルの下で利用可能にされる空間内に配置される。例によれば、油冷却用熱交換器57並びに油濾過器59は、支持プラットフォーム39及び49の下で、耐荷重クロス部材25と更なるクロス部材33との間に位置付けることができる(特に図6参照)。幾つかの実施形態において、底フレーム61は、これらのクロス部材25、33の間に配置され、熱交換器57及び濾過器59のための取付け表面を形成することができる。細長いねじれ及び曲げ抵抗部材23の対向する側(図6参照)には、潤滑油タンク63を、耐荷重クロス部材25と更なるクロス部材33との間で利用可能な空間内に位置決めすることができる。潤滑油タンク63の上部に、油ポンプ65及び他の付属デバイス、例えば油蒸気分離器67を配置することができる。

細長いねじれ及び曲げ抵抗部材23及びクロス部材25、33、37に沿って利用可能な空間及び表面は、回転機械の付属デバイスの主要な部分が、ベースプレート1の上部から支持プラットフォーム39、49の下の位置まで移動することを可能にする。こうして、現行の技術のベースプレートに対するベースプレート1の総フットプリントの減少が得られる。一方、これらの付属デバイス及び設備は、回転機械の運転及び保守を担当するスタッフによって容易にアクセス可能であり、保守時間、並びに、前記付属デバイス及び設備に対するアクセスを必要とするサービス及び保守作業に関連するリスクを減少させる。

細長いねじれ及び曲げ抵抗部材23の長手方向端を超えてオーバハング又は片持ち方式でガスタービンプレナム13が部分的に突出するようにガスタービンを取付けることによって、ガスタービンプレナム13の下で利用可能にされる空間47は、特に、2つ以上のベースプレート1及び関連する回転機械が次々と並んで配置されるときに有用な通路を形成することができる。

高さHは、例えば、約1.80メートルと約3.00メートルとの間、好ましくは2.00メートルと2.50メートルとの間の範囲にあることができる。2.20メートルの最低高さが、要員にとって容易なアクセスを可能にするのに特に適する。より長い寸法は、長い寸法が、例えば支持プラットフォーム39、49の下に多数の付属デバイスを収容するために必要とされる場合、及び/又は、長い寸法が細長いねじれ及び曲げ抵抗部材23のねじり強度を増すために必要とされる場合又は他の理由で採用することができる。

付属デバイスのうちの幾つかを、ガスタービンパッケージ45の内部から、及び/又は、より一般的には、支持プラットフォーム39、49の上側表面から移動させることは更なる重要な利点を有する。温度に敏感なデバイスは、ガスタービンの熱いエリアから離され、誤動作のリスクを減少させる。付属デバイスを、ベースプレート1の上部から、特に、ガスタービンパッケージから取除くことは、ベースプレートの横断寸法Wの減少、したがって、総フットプリントの減少を可能にし、オフショアアプリケーションにおいて特に有利である。

支持プラットフォーム39の下でクロス部材33と37との間で利用可能な空間が同様に使用されて、保守及び置換を必要とするターボ機械コンポーネント(例えば、ガスタービン3のガス発生器15又は動力タービン19)又はガスタービン全体を収容することができる。支持プラットフォーム39は、保守及び置換を必要とするターボ機械の取除き、及び、支持プラットフォーム39の下の利用可能な空の空間内への前記機械の移動を可能にする貫通アパーチャを備える。クロス部材37が省略されるか又は細長いねじれ及び曲げ抵抗部材23の一方の側のみに設けられる場合、支持プラットフォーム39の下で移動されるターボ機械は、空間47によって形成される通路に沿って支持プラットフォーム39の下を通過して、同様に離れたところに輸送することができる。これは、2つ以上のベースプレートが並んで配置される場合に特に有用である。その理由は、保守及びタービン取除き作業のために隣接するベースプレート1の間に中間に空間が必要とされないからである。

本明細書で述べる主題の開示される実施形態は、図面において示され、幾つかの例示的な実施形態に関連する特殊性及び詳細によって完全に上述されたが、新規な教示、本明細書で述べられる原理及び概念、並びに、添付特許請求の範囲で述べる主題の利点から実質上逸脱することなく、多くの修正、変更、及び省略が可能であることが当業者に明らかである。したがって、開示される発明の適切な範囲は、全てのこうした修正、変更、及び省略を包含するため、添付特許請求の範囲の最も広い解釈によってだけ決定されるべきである。更に、任意のプロセス又は方法ステップの順序又はシーケンスは、代替の実施形態に従って変わるか又は再順序付けされる場合がある。

1 ベースプレート 3 ガスタービン 5 負荷 7 速度減速機又は逓倍器デバイス 9 入力シャフト 11 被駆動シャフト 13 入口プレナム 15 ガス発生器 17 燃焼器 19 動力タービン 21 排ガス回収器 23 中央の細長いねじれ及び曲げ抵抗部材 25 耐荷重クロス部材 27、29、31 支持部材 33、37 クロス部材 39、49 支持プラットフォーム 41 長手方向梁 43 横断方向梁 45 ガスタービン音響エンクロージャ(ガスタービンパッケージ) 47 自由空間 51 ガススキッド 53 ガスタービンスタータ 57 油冷却用熱交換器 59 油濾過器 61 底フレーム 63 潤滑油タンク 65 油ポンプ 67 油蒸気分離器 D デッキ H 総垂直伸長部