Газовая турбина с двусторонним приводом Российский патент 2018 года по МПК F01D15/08 F01D15/10 F02C7/36 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Раскрытые варианты выполнения в целом относятся к газовым турбинам. Более конкретно, варианты выполнения относятся к системам, включающим газовые турбины и нагрузки, приводимые в действие указанными газовыми турбинами, такие как электрогенераторы или компрессоры.

ОПИСАНИЕ УРОВНЯ ТЕХНИКИ

Газовые турбины обычно используются в качестве механических электрогенераторов для приведения в действие многочисленных рабочих механизмов. Более конкретно, газовые турбины обычно используются для приведения в действие больших турбомашин, таких как осевые или центробежные компрессоры. Обычно газовые турбины применяются в области сжижения природного газа (СПГ), при добыче CO₂ и в других отраслях газовой промышленности. Газовые турбины используются также в качестве генераторов механической энергии для приведения в действие электрогенераторов.

На Фиг. 1 показана система, содержащая газовую турбину и блок компрессоров, приводимый в действие газовой турбиной в соответствии с современным уровнем техники.

Газовая турбина обозначена в целом номером 1 позиции и содержит газогенератор 2 и силовую турбину 3. Газогенератор 2 содержит воздушный компрессор 4 и турбину 5 высокого давления, механически соединенные друг с другом посредством вала 6. Всасываемый компрессором 4 воздух сжимается до высокого давления и доставляется в камеру сгорания, схематически изображенную номером 7 позиции. Топливо смешивается со сжатым воздухом в камере 7 сгорания, при этом смесь сгорает, образуя поток газообразных продуктов сгорания с высокой температурой и высоким давлением.

Газы с высокой температурой и высоким давлением, полученные при сгорании, расширяются в турбине 5 высокого давления для образования механической энергии, используемой для приведения в действие воздушного компрессора 4 с помощью вала 6. Частично расширенные газообразные продукты сгорания далее подаются в силовую турбину 3, где они еще более расширяются для получения дополнительной механической энергии на приводном валу 9. Затем расширенные газообразные продукты сгорания отводятся с помощью эксгаустера 11.

Механическая энергия, вырабатываемая турбиной 5 высокого давления, используется в целом для приведения в действие воздушного компрессора 4, в то время как механическая энергия, вырабатываемая турбиной 3, передается приводным валом 9 для приведения в действие нагрузки, обозначенной в целом номером 13 позиции. В показанном примере нагрузка 13 содержит блок компрессоров. Блок компрессоров состоит из первого компрессора 15 и второго компрессора 17, которые представляют собой, например, центробежные компрессоры системы для сжижения природного газа. В схематическом изображении на Фиг. 1 указанные два компрессора 15 и 17 расположены последовательно и приводятся в действие с одинаковой скоростью: энергия передается через нагрузочную муфту 18, содержащую муфту 19, к первому компрессору 15 и от него, через вторую муфту 21, ко второму компрессору 17.

Такая конструкция имеет несколько недостатков. В частности, размеры нагрузочной муфты 18 должны быть рассчитаны для максимальной мощности, необходимой для приведения в действие обоих компрессоров 15 и 17. Кроме того, если компрессоры представляют собой так называемую конструкцию с вертикальным разъемом корпуса, т.е. корпус состоит из двух или большего количества частей, соединенных вдоль вертикальных плоскостей, разделяющих эти части, то при открытии корпуса первого компрессора 15 второй компрессор 17 должен быть удален от первого компрессора 15.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В соответствии с одним вариантом выполнения предлагается Газотурбинная система, содержащая газовую турбину, по меньшей мере первую нагрузку и вторую нагрузку, приводимые в действие газовой турбиной, при этом газовая турбина содержит газогенератор, турбину низкого давления, приводной вал, приводимый в действие указанной турбиной низкого давления, при этом указанный приводной вал имеет первый конец, соединенный с указанной первой нагрузкой с возможностью передачи приводного усилия, и второй конец, соединенный с указанной второй нагрузкой с возможностью передачи приводного усилия, причем первая нагрузка и вторая нагрузка расположены на противоположных сторонах указанной газовой турбины, и указанный приводной вал проходит через указанную газовую турбину в осевом направлении от ее первого конца до ее второго конца, при этом первая нагрузка и вторая нагрузка содержат компрессор с вертикальным разъемом корпуса.

В некоторых вариантах выполнения газовая турбина представляет собой газовую турбину, выполненную на основе авиационной газовой турбины.

Первый конец вала и второй конец вала обычно расположены на так называемых горячем конце и холодном конце газовой турбины. Горячий конец газовой турбины представляет собой конец на эксгаустере, то есть на стороне выхода газообразных продуктов сгорания из турбины низкого давления. Холодный конец газовой турбины представляет собой конец, на котором расположена камера всасываемого воздуха.

Термин «турбина низкого давления» обозначает узел турбомашины, в котором газообразные продукты сгорания, образованные газогенератором, расширяются для получения энергии, используемой приводным валом для приведения в действие нагрузки. Термин «низкое давление» обычно используется для отличия указанного узла турбомашины от первой турбины высокого давления, расположенной непосредственно ниже по потоку от камеры сгорания, в которой газообразные продукты сгорания под высоким давлением и при высоких температурах подвергаются первому расширению, для приведения во вращение вала газогенератора, который, в свою очередь, приводит в действие компрессор газовой турбины.

В соответствии с некоторыми вариантами выполнения, газовая турбина содержит в комбинации и последовательно расположенные компрессор низкого давления, компрессор высокого давления, расположенный ниже по потоку от компрессора низкого давления и принимающий воздух, сжатый указанным компрессором низкого давления, камеру сгорания, выполненную с возможностью приема сжатого воздуха из второго компрессора высокого давления, а также газообразного или жидкого топлива, турбину высокого давления для приема газообразных продуктов сгорания из камеры сгорания, выполненную с возможностью генерации механической энергии из газообразных продуктов сгорания, частично расширяющихся в ней, при этом турбина высокого давления проточно сообщается с турбиной низкого давления. Газообразные продукты сгорания, поступающие из турбины высокого давления, расширяются в турбине низкого давления. Газовая турбина дополнительно содержит второй вал, соединяющий с возможностью передачи приводного усилия турбину высокого давления и компрессор высокого давления. Приводной вал и второй вал расположены соосно, при этом приводной вал соединяет турбину низкого давления и компрессор низкого давления с возможностью передачи приводного усилия.

В некоторых вариантах выполнения между компрессором низкого давления и компрессором высокого давления может быть предусмотрено устройство для отбора сжатого воздуха.

В некоторых вариантах выполнения первая нагрузка и вторая нагрузка содержат, соответственно, первый компрессор и второй компрессор. По меньшей мере один из вышеупомянутых первого компрессора и второго компрессора может содержать корпус с вертикальным разъемом, т.е. может представлять собой компрессор типа «Баррель». В некоторых вариантах выполнения и первый компрессор, и второй компрессор содержат соответствующий корпус с вертикальным разъемом, то есть каждый компрессор является компрессором типа «Баррель».

В других вариантах выполнения одна нагрузка из первой и второй нагрузок содержит компрессор с вертикальным разъемом корпуса, то есть является компрессором типа «Баррель», тогда как вторая из указанных первой и второй нагрузок содержит другой механизм, например электрогенератор.

При размещении двух нагрузок, соединенных с возможностью передачи приводного усилия, на противоположных концах сквозного вала газовой турбины, может использоваться компрессор с вертикальным разъемом корпуса взамен компрессора с горизонтальным разъемом корпуса. Это приводит к более высокому КПД системы.

Компрессоры могут быть расположены и выполнены с возможностью обработки по меньшей мере одного охлаждающего газа в системе для сжижения природного газа (СПГ). Система СПГ обычно содержит один или несколько блоков компрессора, каждый с приводом от одной или нескольких газовых турбин, содержащих один или несколько компрессоров. Компрессоры используются для сжатия одной или нескольких различных охлаждающих текучих сред, используемых для охлаждения и сжижения природного газа с целью его хранения и/или транспортировки. Таким образом, некоторые варианты выполнения, раскрытые в данном описании, содержат газовую турбину, по меньшей мере два компрессора, приводимые в действие газовой турбиной и расположенные на противоположных концах турбины, то есть на горячем конце и на холодном конце турбины, по меньшей мере один охлаждающий контур, в котором циркулирует охлаждающая текучая среда, при этом указанная охлаждающая текучая среда сжимается по меньшей мере одним из вышеупомянутых компрессоров и протекает в по меньшей мере один теплообменник для охлаждения природного газа, предназначенного для сжижения.

В других вариантах выполнения предлагается система воздушного охлаждения, выполненная и расположенная с возможностью охлаждения потока воздуха, поступающего в газогенератор. Система охлаждения содержит охлаждающий контур с компрессором, который обрабатывает охлаждающую текучую среду, циркулирующую в охлаждающем контуре. Компрессор охлаждающего контура механически соединен с одним концом из первого конца вала и второго конца вала газовой турбины, образуя одну нагрузку из вышеупомянутых первой нагрузки и второй нагрузки, приводимых в действие указанной газовой турбиной. В некоторых вариантах выполнения система охлаждения дополнительно содержит теплообменник, в котором охлаждающая текучая среда, циркулирующая в охлаждающем контуре, обменивается теплом со вторичной текучей средой, циркулирующей во вторичном контуре. Указанный вторичный контур содержит жидкостной/воздушный теплообменник, в котором воздух, поступающий в газовую турбину, охлаждается при обмене теплом со вторичной текучей средой, циркулирующей во вторичном контуре. Тепло, полученное от воздушного потока, передается охлаждающей жидкости в испарителе охлаждающего контура.

В предпочтительных вариантах выполнения компрессор охлаждающего контура соединен с возможностью передачи приводного усилия с первым концом вала на указанном холодном конце газовой турбины.

В другом варианте выполнения по меньшей мере одна нагрузка из первой нагрузки и второй нагрузки содержит электрогенератор. В некоторых вариантах выполнения электрогенератор размещен и выполнен с возможностью снабжения энергией вспомогательных устройств газовой турбины. Электрогенератор может быть соединен с возможностью передачи приводного усилия с первым концом приводного вала на холодном конце указанной газовой турбины.

В соответствии с еще одним аспектом, настоящее изобретение относится к способам эксплуатации газотурбинной системы.

В соответствии с некоторыми вариантами выполнения, предлагается способ эксплуатации газотурбинной системы, который включает следующие этапы:

использование газогенератора, турбины низкого давления и приводного вала, имеющего первый конец и второй конец, к которым имеется доступ, соответственно, на первом конце и на втором конце указанной газовой турбины;

соединение первой нагрузки с первым концом вала и второй нагрузки со вторым концом вала с возможностью передачи приводного усилия;

генерацию механической энергии с помощью указанной турбины низкого давления;

использование первой части указанной механической энергии с помощью первой нагрузочной муфты для приведения в действие первой нагрузки, и второй части указанной механической энергии с помощью второй нагрузочной муфты для приведения в действие второй нагрузки, причем по меньшей мере одна из указанных первой и второй нагрузок содержит компрессор с вертикальным разъемом корпуса.

Другие варианты выполнения способа в соответствии с настоящим изобретением изложены в зависимых пунктах формулы изобретения и описаны в данном документе ниже, со ссылками на прилагаемые чертежи.

В приведенной выше сущности изобретения изложены признаки различных вариантов выполнения настоящего изобретения для более полного понимания заявленного подробного описания и для лучшей оценки усовершенствований существующего уровня техники. Конечно, существуют и другие признаки изобретения, которые будут описаны ниже и изложены в прилагаемой формуле изобретения. При этом, перед подробным описанием нескольких вариантов выполнения настоящего изобретения, следует понимать, что данное изобретение не ограничивается его применением к деталям конструкции и расположениям компонентов, рассматриваемых в последующем описании или проиллюстрированных на чертежах. Данное изобретение может иметь другие варианты выполнения и может быть использовано на практике или выполнено различными способами. Кроме того, следует понимать, что формулировки и терминология, используемые в данном документе, приведены с описательной целью и не должны рассматриваться как ограничительные.

Таким образом, специалистам в данной области техники должно быть понятно, что концепция, на которой основано настоящее изобретение, может без труда использоваться в качестве основы для разработки других конструкций, способов и/или систем для осуществления нескольких целей настоящего изобретения. В этой связи важно, чтобы формула изобретения рассматривалась как включающая в себя такие эквивалентные конструкции, если они подпадают под объем и сущность настоящего изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Более полная оценка раскрытых вариантов изобретения и многие из его сопутствующих преимуществ будут легко получены при лучшем его понимании при ознакомлении с нижеследующим подробным описанием, рассматриваемым в сочетании с прилагаемыми чертежами, на которых:

Фиг. 1 представляет собой схематическое изображение системы в соответствии с современным уровнем техники;

Фиг. 2 представляет собой разрез по осевой плоскости газовой турбины, используемой в системе, в соответствии с настоящим изобретением;

Фиг. 3, 4 и 5 представляют собой схематические изображения системы, выполненной в соответствии с настоящим изобретением.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ВЫПОЛНЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Приведенное ниже подробное описание примерных вариантов выполнения дано со ссылкой на прилагаемые чертежи. Одинаковые номера позиций на разных чертежах используются для обозначения одинаковых или аналогичных элементов. Кроме того, чертежи не обязательно должны быть выполнены в масштабе. Кроме этого последующее подробное описание не ограничивает изобретение. Вместо этого объем изобретения определяется прилагаемой формулой изобретения.

Ссылка в описании на «один вариант выполнения», «вариант выполнения» или «несколько вариантов выполнения» означает, что конкретный признак, конструкция или характеристика, описанная в связи с одним вариантом выполнения, включена в по меньшей мере один вариант выполнения настоящего изобретения. Таким образом, появление фраз «в одном варианте выполнения», «в некоторых вариантах выполнения» или «в варианте выполнения» в различных местах повсюду в этом описании не обязательно относится к одному и тому же варианту выполнения. Кроме того, конкретные признаки, конструкции или характеристики могут быть объединены любым подходящим образом в одном или нескольких вариантах выполнения.

На Фиг. 2 показан продольный разрез газовой турбины 23 на основе авиационной газовой турбины, пригодной для использования в системе, выполненной в соответствии с настоящим изобретением. Газовая турбина 23 содержит секцию 27 газогенератора, состоящую из осевого компрессора 31 низкого давления с набором входных неподвижных направляющих лопаток 33 на стороне всасывания. Несколько ступеней 35 сжатия низкого давления расположены ниже по потоку от входных лопаток 33. Каждая ступень 35 сжатия низкого давления содержит набор вращающихся лопаток и набор неподвижных лопаток. Вращающиеся лопатки поддерживаются ротором 37 компрессора низкого давления ротора, а неподвижные лопатки поддерживаются наружным корпусом осевого компрессора 31 низкого давления.

Осевой компрессор 31 низкого давления проточно сообщается с осевым компрессором 39 высокого давления, расположенным ниже по потоку от осевого компрессора 31. Компрессор 39 содержит несколько ступеней 43 сжатия высокого давления. Каждая ступень 43 сжатия высокого давления содержит набор вращающихся лопаток и набор неподвижных лопаток. Вращающиеся лопатки поддерживаются ротором 45 компрессора высокого давления. Неподвижные лопатки поддерживаются корпусом осевого компрессора 39 высокого давления.

Выпускное отверстие осевого компрессора 39 высокого давления проточно сообщается с камерой 47 сгорания. Сжатый воздух из компрессора 39 высокого давления поступает в камеру 47 сгорания, при этом газообразное или жидкое топливо смешиваются, и смесь воздуха/топлива воспламеняется с образованием сжатых газообразных продуктов сгорания.

Вниз по потоку от камеры 47 сгорания в проточном сообщении с ней расположена первая турбина 49 высокого давления, содержащая набор входных неподвижных лопаток 48, за которыми следует одна или несколько ступеней 51 расширения, каждая из которых содержит наборы неподвижных лопаток и вращающихся лопаток. Вращающиеся лопатки поддерживаются ротором 53 турбины высокого давления. Ротор 53 турбины высокого давления и ротор 45 компрессора высокого давления поддерживаются валом 55 газогенератора, который ограничивает их скручивание.

Расширение газообразных продуктов сгорания, вытекающих из камеры 47 сгорания через турбину 49 высокого давления, приводит к выработке механической энергии, которая приводит в действие вал 55 газогенератора и используется для приведения в действие компрессора 39 высокого давления.

Выход турбины 49 высокого давления проточно сообщается с впускным отверстием турбины 50 низкого давления. Газообразные продукты сгорания, протекающие через турбину 49 высокого давления, лишь частично расширяются, при этом их расширение продолжается в турбине 50 низкого давления. Вход турбины 50 низкого давления содержит несколько неподвижных лопаток 59, поддерживаемых корпусом турбомашины, за которыми следуют несколько ступеней 61 расширения низкого давления. Каждая ступень 61 расширения низкого давления содержит несколько вращательных лопаток и несколько неподвижных лопаток. Вращательные лопатки поддерживаются ротором 63 турбины низкого давления, а неподвижные лопатки поддерживаются корпусом газовой турбины 23. Ротор 63 турбины низкого давления прикреплен с возможностью вращения и поддерживается приводным валом 65. Приводной вал 65 проходит через газовую турбину и соосно относительно вала 55 газогенератора. Ротор 37 компрессора низкого давления поддерживается и прикреплен к тому же самому приводному валу 65.

Газообразные продукты сгорания, расширяющиеся в турбине 50 низкого давления, генерируют механическую энергию на приводном валу 65, которая частично используется для приведения в действие осевого компрессора 31 низкого давления. Мощность, превышающая предусмотренную мощность для приведения в действие осевого компрессора 31 низкого давления, используется для приведения в действие нагрузки.

Как можно понять из Фиг. 2, приводной вал 65 проходит от первого конца 65С до противоположного второго конца 65Н. Первый конец 65С приводного вала 65 расположен на так называемом холодном конце 23С газовой турбины 23, то есть на ее холодной входной стороне. Второй конец 65Н расположен на так называемом горячем конце 23Н газовой турбины 23, то есть на той стороне, откуда упомянутые отработанные горячие газообразные продукты сгорания выпускаются в положении 67, после их расширения и частичного охлаждения в турбине 49 высокого давления и в турбине 50 низкого давления.

Газовая турбина 23 такого типа, что показана на Фиг. 2, может быть использована в системе, схематически показанной на Фиг. 3.

Дополнительно к газовой турбине 23, система содержит первую нагрузку 71 и вторую нагрузку 72. В иллюстративном варианте выполнения, изображенном на Фиг. 3, как первая нагрузка 71, так и вторая нагрузка 72 представляют собой центробежные компрессоры, например компрессоры магистрали природного сжиженного газа. Первый, второй или оба компрессора 71 и 72 могут быть компрессорами с вертикальным разъемом корпуса, который может открываться вдоль вертикально проходящих плоскостей. Учитывая, что указанные два компрессора 71 и 72 подсоединены на противоположных сторонах газовой турбины 23, каждый из них можно легко открыть для осуществления ремонта или технического обслуживания, без необходимости разборки, снятия или перемещения компрессора.

Первый компрессор 71 соединен с горячим концом, или горячей стороной 65Н, газовой турбины 23 посредством нагрузочной муфты 67Н, содержащей, например, муфту, которая может включать муфту сцепления или т.п.

Второй компрессор 72 соединен с холодным концом, или холодной стороной 65С, газовой турбины 23 посредством второй нагрузочной муфты 67С, содержащей, например, муфту, муфту сцепления или и то, и другое.

В иллюстративном варианте выполнения, показанном на Фиг. 3, оба компрессора 71 и 72 приводятся в действие с той же скоростью вращения и в том же направлении, что и турбина 50 низкого давления. В других вариантах выполнения (не показаны) между нагрузочной муфтой 67Н и соответствующим компрессором 71 и/или между нагрузочной муфтой 65С и компрессором 72 может быть предусмотрена зубчатая передача. Зубчатая передача может использоваться для изменения направления вращения на обратное и/или для изменения коэффициента между скоростью вращения турбины и скоростью вращения соответствующего компрессора 71 и/или 72.

В других вариантах выполнения (не показаны), если одна и та же турбина 23 приводит в действие более двух компрессоров, один или несколько дополнительных компрессоров могут быть расположены на одном или на обоих концах 65Н, 65С газовой турбины 23.

На Фиг. 4 показан второй вариант выполнения системы в соответствии с изобретением. Одинаковые номера позиций обозначают одинаковые или аналогичные элементы, что и на Фиг. 3. В частности, вариант выполнения, показанный на Фиг. 4, содержит газовую турбину 23, содержащую газогенератор 27 и турбину 50 низкого давления.

Газовая турбина 23 на Фиг. 4 может быть такого же типа, что и газовая турбина на Фиг. 2. Различные компоненты турбины 23 снова не описаны.

В варианте выполнения, изображенном на Фиг. 4, первая нагрузка 71 и вторая нагрузка 73 соединены с возможностью передачи приводного усилия, соответственно, с горячей стороной, или горячим концом 65Н, и с холодной стороной, или холодным концом 65С, газовой турбины 23. В варианте выполнения, изображенном на Фиг. 4, первая нагрузка 71 снова представляет собой компрессор, например центробежный компрессор, тогда как вторая нагрузка 73 представляет собой электрогенератор. Электрогенератор 73 может быть соединен с электрораспределительной сетью 74, которая может представлять собой локальную сеть для питания электрических устройств, подключенных к газовой турбине 23 и/или к установке, в которой размещена газовая турбина 23. В иллюстративном варианте выполнения, изображенном на Фиг. 4, между газовой турбиной 23 и электрогенератором 73 расположен редуктор 76 для увеличения скорости вращения. Компрессор 71 может и в этот раз представлять собой компрессор с вертикальным разъемом корпуса, как схематически показано на чертеже.

В иллюстративном варианте выполнения, изображенном на Фиг. 4, компрессор 71 расположен на горячем конце газовой турбины 23, тогда как электрогенератор 73 расположен на холодном конце газовой турбины 23. В других вариантах выполнения расположение двух нагрузок 71, 73 может быть изменено на обратное, т.е. компрессор расположен на горячем конце газовой турбины, а электрогенератор расположен на горячем конце газовой турбины.

На Фиг. 5 схематически показана еще одна система, содержащая газовую турбину 23, как показано, например, на Фиг. 2, первую нагрузку 71 и вторую нагрузку 72. В примере, показанном на Фиг. 5, первая нагрузка 71 снова представляет собой компрессор, например центробежный компрессор, приводимый в действие приводным валом 65 газовой турбины 23 через нагрузочную муфту 67Н, расположенную на горячем конце, или горячей стороне 65Н, газовой турбины 23.

В этом варианте выполнения вторая нагрузка 72 содержит компрессор системы 81 охлаждения, расположенный и выполненный с возможностью охлаждения воздуха для сжигания, поступающего в газовую турбину 23.

В варианте выполнения, показанном на Фиг. 5, система 81 охлаждения содержит охлаждающий контур 83, содержащий упомянутый выше компрессор 72, конденсатор 85, экспандер или дроссельную заслонку 86 и испаритель 87, входящий в состав теплообменника 88. Охлаждающая текучая среда циркулирует в охлаждающем контуре 83, сжимается компрессором 72 и конденсируется в конденсаторе 85, при этом в конденсаторе 85 тепло отводится из охлаждающей жидкости посредством теплообмена, например, с воздухом или водой. Охлажденная и сконденсированная охлаждающая текучая среда затем расширяется в экспандере 86 и проходит через испаритель 87 с целью отвода тепла от текучей среды, циркулирующей во вторичном контуре 89. Текучая среда, циркулирующая во вторичном контуре 89, может, например, представлять собой охлаждающую воду.

Вторичный контур 89 содержит насос 91, который осуществляет циркуляцию охлаждающей текучей среды, например воды, через теплообменник 93, выполненный с возможностью обмена тепла в теплообменнике 88 с охлаждающей текучей средой, циркулирующей в охлаждающем контуре 83. Вода, охлажденная в теплообменнике 88, затем протекает через второй теплообменник 95, расположенный на входе в патрубок 97 для всасывания воздуха, через который воздух для сжигания всасывается компрессорами 31 и 39. Таким образом, воздух для сжигания контактирует с водяным теплообменником 95, который охлаждает воздух до температуры ниже температуры окружающей среды, повышая тем самым полный КПД газовой турбины 23. В предпочтительных вариантах выполнения системой 81 охлаждения можно управлять таким образом, чтобы воздух для сжигания при поступлении в камеру для всасывания воздуха, расположенную на холодном конце газовой турбины 23, поддерживался по существу при постоянной температуре, при этом указанная температура воздуха устанавливается с целью повышения полного КПД газовой турбины 23.

Таким образом, на Фиг. 5 показана интегрированная система охлаждения, в которой компрессор охлаждающего контура приводится в действие непосредственно газовой турбиной. Для приведения в действие охлаждающего компрессора можно обойтись без отдельного электродвигателя, что делает систему более простой, менее громоздкой и позволяет уменьшить занимаемую оборудованием площадь.

В модифицированном варианте выполнения (не показан) нагрузка 71 системы, показанной на Фиг. 5, вместо компрессора может представлять собой электрогенератор.

Несмотря на то, что раскрытые варианты выполнения описанного в настоящем документе изобретения были показаны на чертежах и подробно описаны выше с особенностями и деталями в связи с несколькими иллюстративными вариантами выполнения, специалистам в данной области техники будет очевидно, что возможны различные модификации, изменения и исключения, без существенного отхода от изобретательских идей, принципов и концепций, указанных в настоящем документе, а также преимуществ объекта изобретения, изложенного в прилагаемой формуле изобретения. Таким образом, надлежащий объем раскрытого изобретения определяется только в самой широкой интерпретации прилагаемой формулы изобретения таким образом, чтобы охватывать все такие модификации, изменения и исключения. Кроме того, в соответствии с альтернативными вариантами выполнения, порядок или последовательность любых этапов процесса или способа может быть изменен или повторен.

Изобретение относится к энергетике. Газотурбинная система, содержащая газовую турбину (23), первую нагрузку (71) и вторую нагрузку (72), приводимые в действие с помощью газовой турбины. Газовая турбина (23) содержит газогенератор (27), турбину (50) низкого давления и приводной вал (65), приводимый в действие турбиной (50) низкого давления. Приводной вал имеет первый конец (65Н), соединенный с возможностью передачи приводного усилия с первой нагрузкой, и второй конец (65С), соединенный с возможностью передачи приводного усилия со второй нагрузкой. Первая нагрузка и вторая нагрузки расположены на противоположных сторонах газовой турбины, при этом приводной вал (65) проходит в осевом направлении через газовую турбину от первого конца ко второму концу. Причём, первая нагрузка и вторая нагрузка содержат компрессор с вертикальным разъемом корпуса. Также представлен способ эксплуатации газотурбинной системы. Изобретение позволяет повысить КПД системы. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Газотурбинная система, содержащая газовую турбину, по меньшей мере первую нагрузку и вторую нагрузку, приводимые в действие газовой турбиной, при этом газовая турбина содержит:

газогенератор,

турбину низкого давления,

приводной вал, приводимый в действие указанной турбиной низкого давления, при этом указанный приводной вал имеет первый конец, соединенный с указанной первой нагрузкой с возможностью передачи приводного усилия, и второй конец, соединенный с указанной второй нагрузкой с возможностью передачи приводного усилия, причем первая нагрузка и вторая нагрузка расположены на противоположных сторонах указанной газовой турбины, и указанный приводной вал проходит через указанную газовую турбину в осевом направлении от ее первого конца до ее второго конца, при этом первая нагрузка и вторая нагрузка содержат компрессор с вертикальным разъемом корпуса.

2. Газотурбинная система по п. 1, в которой газогенератор содержит по меньшей мере воздушный компрессор, камеру сгорания и турбину высокого давления, причем камера сгорания выполнена с возможностью приема сжатого воздуха из указанного по меньшей мере одного воздушного компрессора и топлива, при этом газообразные продукты сгорания, образованные благодаря камере сгорания, расширяются в указанной турбине высокого давления, причем указанный приводной вал проходит соосно с указанным по меньшей мере одним воздушным компрессором и указанной турбиной высокого давления.

3. Газотурбинная система по п. 1, в которой указанная газовая турбина содержит в комбинации и последовательно расположенные:

компрессор низкого давления,

компрессор высокого давления, последовательно расположенный ниже по потоку от указанного компрессора низкого давления и принимающий воздух, сжатый указанным компрессором низкого давления,

камеру сгорания, выполненную с возможностью приема сжатого воздуха из указанного компрессора высокого давления и топлива,

турбину высокого давления, принимающую газообразные продукты сгорания из указанной камеры сгорания и выполненную с возможностью генерации механической энергии из указанных частично расширяющихся в ней газообразных продуктов сгорания, при этом турбина высокого давления проточно сообщается с турбиной низкого давления, и газообразные продукты сгорания, поступающие из турбины высокого давления, расширяются в турбине низкого давления,

второй вал, соединяющий турбину высокого давления и компрессор высокого давления с возможностью передачи приводного усилия,

причем указанный приводной вал и указанный второй вал расположены соосно, и указанный приводной вал соединяет турбину низкого давления и компрессор низкого давления с возможностью передачи приводного усилия.

4. Газотурбинная система по п. 3, содержащая устройство для отбора сжатого воздуха, расположенное между компрессором низкого давления и компрессором высокого давления.

5. Газотурбинная система по п. 1, в которой указанный первый компрессор и, возможно, указанный второй компрессор расположены и выполнены с возможностью обработки по меньшей мере одного охлаждающего газа в системе сжижения природного газа.

6. Газотурбинная система по п. 1, содержащая систему воздушного охлаждения, выполненную с возможностью охлаждения воздушного потока, поступающего в указанный газогенератор, причем указанная система воздушного охлаждения содержит охлаждающий контур с компрессором, который пропускает охлаждающую текучую среду, циркулирующую в указанном охлаждающем контуре, и при этом указанный компрессор охлаждающего контура механически соединен с одним концом из указанных первого конца вала и второго конца вала, образуя одну из указанных первой и второй нагрузок, приводимых в действие указанной газовой турбиной.

7. Газотурбинная система по п. 6, в которой указанный первый конец вала расположен на холодном конце указанной газовой турбины, а указанный второй конец вала расположен на горячем конце указанной газовой турбины.

8. Газотурбинная система по п. 7, в которой компрессор охлаждающего контура соединен с первым концом вала на холодном конце газовой турбины с возможностью передачи приводного усилия.

9. Газотурбинная система по любому из предшествующих пунктов, в которой указанная газовая турбина представляет собой газовую турбину на основе авиационной газовой турбины.

10. Способ эксплуатации газотурбинной системы, содержащей нагрузку, включающий следующие этапы:

использование газогенератора, турбины низкого давления и приводного вала, имеющего первый конец и второй конец, к которым имеется доступ, соответственно, на первом конце и на втором конце указанной газовой турбины;

соединение первой нагрузки с первым концом вала и второй нагрузки со вторым концом вала с возможностью передачи приводного усилия;

генерацию механической энергии с помощью указанной турбины низкого давления;

использование первой части указанной механической энергии с помощью первой нагрузочной муфты для приведения в действие первой нагрузки, и второй части указанной механической энергии с помощью второй нагрузочной муфты для приведения в действие второй нагрузки, причем по меньшей мере одна из указанных первой и второй нагрузок содержит компрессор с вертикальным разъемом корпуса.

11. Способ по п. 10, в котором преобразуют в электроэнергию по меньшей мере одну часть из указанных первой части и второй части механической энергии, сгенерированной с помощью турбины низкого давления.

12. Способ по п. 10, в котором:

осуществляют сжатие воздуха последовательно в первом компрессоре низкого давления при первом давлении и во втором компрессоре высокого давления при втором давлении, которое выше, чем указанное первое давление;

доставляют указанный воздух, сжатый при указанном втором давлении, в камеру сгорания;

обеспечивают образование газообразных продуктов сгорания в указанной камере сгорания;

обеспечивают расширение указанных газообразных продуктов сгорания в турбине высокого давления;

приводят в действие указанный второй компрессор высокого давления с помощью турбины высокого давления посредством второго вала, расположенного соосно с указанным приводным валом;

обеспечивают расширение указанных газообразных продуктов сгорания, выпущенных из турбины высокого давления, в турбине низкого давления;

приводят в действие первый компрессор низкого давления посредством турбины низкого давления через указанный приводной вал;

доставляют механическую энергию, доступную на указанном приводном валу, частично к первой нагрузке и частично ко второй нагрузке.

13. Способ по п. 10, в котором по меньшей мере одна из указанных первой и второй нагрузок содержит по меньшей мере один соответствующий компрессор с вертикальным разъемом корпуса.

14. Способ по одному из пп. 10-13, в котором посредством указанного приводного вала приводят в действие компрессор системы охлаждения, причем указанная система охлаждения содержит компрессор, соединенный с возможностью передачи приводного усилия с одним концом указанного приводного вала, при этом система охлаждения охлаждает поток всасываемого воздуха, подаваемого в указанную газовую турбину.