ГАЗОВЫЕ ТУРБИНЫ В МЕХАНИЧЕСКИХ ПРИВОДНЫХ УСТРОЙСТВАХ И СПОСОБЫ ИХ РАБОТЫ Российский патент 2024 года по МПК F02C3/10 

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0001] Данное описание относится к усовершенствованию газотурбинных систем, используемых в механических приводных устройствах, способных повысить эффективность, когда необходим полный режим генерации энергии. В частности, но не исключительно, данное описание относится к гибридным газотурбинным системам для приведения в действие нагрузок, например, компрессоров для жидких хладагентов в установках для сжиженного природного газа, компрессоров для сжатия газа в трубопроводе, насоса или любой другой роторной машины.

[0002] Данное описание дополнительно относится к усовершенствованиям способа работы газотурбинной системы.

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0003] Сжиженный природный газ (СПГ) получают в результате процесса сжижения, в котором природный газ охлаждают с использованием одного или большего количества холодильных циклов в каскадной компоновке до тех пор, пока он не станет жидким. Природный газ часто сжижают для хранения или транспортировки, особенно при отсутствии возможности транспортировки трубопроводом.

[0004] Охлаждение природного газа осуществляют с помощью закрытых или открытых холодильных циклов. Хладагент обрабатывают в компрессоре или компрессорах, конденсируют и расширяют. Расширенный охлажденный хладагент используют для удаления тепла из природного газа, протекающего в теплообменнике.

[0005] Когда это возможно или экономически осуществимо, для транспортировки газа, как правило, используют транспортировку трубопроводом. Для поддержания газа под давлением в трубопроводе вдоль трубопровода расположены один или большее количество компрессоров.

[0006] Холодильные компрессоры для СПГ, компрессоры для применения в трубопроводах или другое роторное оборудование для применения в нефтегазовой промышленности часто приводят в действие газовыми турбинами. Доступная мощность газовой турбины зависит от условий окружающей среды, а именно температуры воздуха, а также других конкретных факторов. Доступная мощность турбины обратно пропорциональна температуре окружающей среды. Это приводит к колебаниям доступной мощности по причине суточных или сезонных колебаний температуры.

[0007] На рынке имеются так называемые гибридные газовые турбины, в которых электрическая машина или более конкретно электрический двигатель/генератор связан в комбинации с газовой турбиной для приведения в действие нагрузки, такой как один или большее количество компрессоров или насосов. Электрический двигатель/генератор первоначально использовали для дополнения механической мощности к нагрузке, чтобы поддерживать общую механическую мощность на валу нагрузки постоянной, когда доступная мощность турбины уменьшается, и/или для увеличения общей механической мощности, используемой для приведения в действие нагрузки. Эту функцию электрического двигателя/генератора называют вспомогательной мощностью. Другой электрический двигатель или в альтернативном варианте пневматический двигатель/генератор, как правило, используют также в качестве пускового двигателя для ускорения газовой турбины от нуля до номинальной скорости.

[0008] Вместо этого, когда турбина генерирует избыточную механическую мощность, например, если температура окружающей среды падает ниже расчетной температуры с последующим увеличением доступной мощности турбины, или механическая нагрузка, необходимая компрессору, падает, избыточную механическую энергию, генерируемую газовой турбиной, преобразуют в электрическую энергию, используя электрический вспомогательный двигатель/генератор в качестве генератора.

[0009] В настоящее время существует растущий спрос на системы, способные подавать энергию в случае необходимости, например, в случае пиков потребления в электроэнергетических сетях.

[0010] С этой целью используют упомянутые выше конфигурации системы, также называемые системами с последовательной конфигурацией. Более конкретно, система обычно содержит, как указано, газовую турбину, нагрузку, такую как компрессор, насос или подобное устройство, электрический двигатель/генератор, соединенный с нагрузкой через вал, и самосинхронизирующуюся муфту, расположенную между газовой турбиной и нагрузкой. Кроме того, электрический двигатель/генератор соединен с электроэнергетической сетью. Таким образом, электрический двигатель/генератор может работать в качестве двигателя, поглощая электрическую энергию из электроэнергетической сети таким образом, что он приводит в действие (или способствует приведению в действие) нагрузку, или в качестве генератора, подавая избыток электрической энергии в электроэнергетическую сеть.

[0011] Гибридные газотурбинные системы могут работать в четырех режимах: вспомогательный режим, режим генератора, полный электрический режим и полный газотурбинный режим (также называемый полным режимом генерации энергии).

[0012] Во вспомогательном режиме как газовая турбина, так и электрический двигатель/генератор обеспечивают нагрузку. В этом случае муфта соединена, электрический двигатель/генератор поглощает энергию из электроэнергетической сети, работая в качестве двигателя, и газовая турбина также подает энергию на нагрузку. Таким образом, мощность, получаемая нагрузкой, представляет собой сумму мощности, создаваемой газовой турбиной и электрическим двигателем/генератором.

[0013] В режиме генератора муфта соединена, газовая турбина подает энергию на нагрузку, а электрический двигатель/генератор работает в качестве генератора, таким образом обеспечивая подачу возможной избыточной энергии в электроэнергетическую сеть. В таком режиме работы мощность, генерируемую газовой турбиной, фактически разделяют, питая нагрузку и вводя энергию в электроэнергетическую сеть.

[0014] В полном электрическом режиме муфта разъединена, то есть открыта таким образом, что газовая турбина, которая может быть даже отключена, не может при этом работать вообще, в то время как электрический двигатель/генератор приводит в действие нагрузку, тем самым поглощая энергию из электроэнергетической сети таким образом, что электрический двигатель/генератор работает в качестве двигателя. В этой конфигурации муфта используется для преобразования последовательной системы при работе с нулевым уровнем выбросов.

[0015] Наконец, в полном режиме генерации энергии, то есть, в четвертом режиме работы, муфта соединена, нагрузка, такая как компрессор или насос, поглощает минимальный крутящий момент, поскольку скорость поддерживается на уровне минимальной рабочей скорости, электрический двигатель/генератор работает в качестве генератора, а газовая турбина генерирует энергию. Этот режим работы обычно используют при наличии пика потребления энергии, требуемой электроэнергетической сетью, поэтому мощность, генерируемую турбиной, необходимо преобразовывать в электрическую энергию и вводить в электроэнергетическую сеть.

[0016] В этом случае высокой потребности в электроэнергии необходимо подавать максимальное количество энергии. Таким образом, необходимо увеличить мощность, генерируемую электрической машиной. Учитывая, что в этой ситуации момент сопротивления электроэнергетической сети увеличивается по причине высокой потребности в энергии, газовая турбина обязательно работает в режиме полной мощности - низкой скорости. Это означает, что число оборотов газовой турбины в минуту достаточно низкое. В частности, выполняется следующее уравнение

где представляет собой мощность, поглощаемую электрическим двигателем, c представляет собой момент сопротивления, и n представляет собой число оборотов электрического двигателя/генератора.

[0017] Однако нагрузка, такая как компрессор или насос, поглощает мощность от газовой турбины, что приводит к снижению мощности, поглощаемой электрическим двигателем/генератором, при работе в качестве генератора.

[0018] Считается, что, в частности, например, компрессор (или даже любая механическая нагрузка, такая как насос или подобное устройство) не может вращаться ниже порогового значения числа оборотов n, главным образом, для обеспечения стабильности/работоспособности. Следовательно, часть генерируемой мощности неизбежно теряется.

[0019] Проблема минимальной рабочей скорости, необходимой для правильной работы нагрузок, в целом обусловлена двумя основными аспектами. Первый аспект имеет динамический характер текучей среды, тогда как другой имеет ротодинамический характер. Что касается первого аспекта, его можно считать колебаниями гидравлического давления и скорости потока или закупориванием для компрессора или кавитацией для насосов. Что касается ротодинамической проблемы, в целом ниже определенных пороговых значений вращения могут существовать критические скорости для вала компрессора, которые приводят к значительной вибрации вала, вызывая различные рабочие проблемы или даже поломку вала.

[0020] Другими словами, гибридные газотурбинные системы согласно предшествующему уровню техники в соответствии с описанной выше конфигурацией демонстрируют потерю мощности во время полного режима генерации энергии, поскольку компрессор/насос всегда находится в режиме вращения, и даже если они находятся в состоянии полной регенерации, поглощаемая мощность (которая считается потерей) составляет величину порядка нескольких процентов (приблизительно 7-12%) мощности, генерируемой газовой турбиной.

[0021] Соответственно, в данной области будет приветствоваться усовершенствованная гибридная газотурбинная система, способная максимизировать мощность, передаваемую на нагрузку, в случае необходимости. Более конкретно, было бы желательно, чтобы последовательная система, содержащая гибридную газовую турбину, имела повышенную эффективность при необходимости полного режима генерации мощности.

ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0022] В одном аспекте описанный в данном документе объект изобретения относится к приводной системе для приведения в действие нагрузки, такой как насос, компрессор или подобное устройство. Приводная система содержит газовую турбину для генерации энергии и электрический двигатель/генератор, такой как электрический двигатель с регулируемой частотой вращения (электрический двигатель РЧВ), выполненный с возможностью подключения к электроэнергетической сети. Электрический двигатель/генератор выполнен с возможностью работы в качестве двигателя, поглощающего энергию из электроэнергетической сети, и в качестве генератора, подающего энергию в электроэнергетическую сеть.

[0023] Приводная система также содержит первую самосинхронизирующуюся муфту или муфту обгона, соединенную между газовой турбиной и электрическим двигателем РЧВ, для отсоединения газовой турбины, и вторую самосинхронизирующуюся муфту или муфту обгона, соединенную между нагрузкой и электрическим двигателем РЧВ, для отсоединения нагрузки.

[0024] В другом аспекте описанный в данном документе объект изобретения относится к приводной системе, в которой первой и второй самосинхронизирующимися муфтами управляет оператор вручную или исполнительный механизм автоматически.

[0025] В другом аспекте в данном документе описан способ работы приводной системы для приведения в действие нагрузки, включающий следующие этапы: закрытие первого разъединительного устройства; открытие второго разъединительного устройства; работа электрического двигателя/генератора в качестве генератора; таким образом, чтобы приводная система работала в полном газотурбинном режиме, в котором нагрузка отсоединена, и обеспечивалась возможность передачи энергии, генерируемой газовой турбиной, в электроэнергетическую сеть.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

[0026] Описанные варианты осуществления изобретения и многие сопутствующие ему преимущества можно более полно оценить и понять в ходе изучения следующего подробного описания, рассматриваемого в связи с прилагаемыми чертежами, причем:

Фиг. 1 иллюстрирует схему устройства приводной системы согласно данному изобретению; и

Фиг. 2 иллюстрирует блок-схему способа работы приводной системы согласно данному изобретению.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

[0027] Иногда наблюдаются пики потребления, которые вызывают перегрузки электроэнергетической сети. Для подачи дополнительной энергии используют газовые турбины, используемые для приведения в действие механических нагрузок, таких как насосы или компрессоры. Механическая энергия, создаваемая газовыми турбинами, преобразуется в электрическую энергию с помощью электрического двигателя/генератора. Для оптимизации эффективности передачи энергии от газовой турбины в электроэнергетическую сеть используют новую схему вместе с применением разъединительных устройств. Таким образом, можно механически исключать нагрузку и отсоединять ее от газовой турбины таким образом, что всю энергию последней можно вводить в электроэнергетическую сеть с помощью устройства двигателя/генератора.

[0028] Более конкретно, согласно одному аспекту объект данного изобретения относится к гибридным газотурбинным приводным системам, используемым в механических приводных устройствах, содержащих газовую турбину и электрический двигатель/генератор. Приводная система выполнена с возможностью работы в обычных режимах, а именно во вспомогательном режиме, режиме генератора, полном электрическом режиме и полном режиме генерации энергии, чтобы обеспечить гибкость при любых операциях или потребностях. Схема системы такова, что нагрузку, для приведения в действие которой адаптирована газовая турбина, можно исключить из схемы генерации энергии, когда система работает в полном режиме генерации энергии, предотвращая поглощение нагрузкой части энергии, генерируемой газовой турбиной, тем самым максимизируя мощность, передаваемую на нагрузку в случае необходимости.

[0029] Исключение нагрузки осуществляют с помощью разъединительных устройств, которые можно выборочно открывать или закрывать, в зависимости от необходимости. Это решение позволяет использовать газовую турбину в полном режиме генерации энергии и отсоединять механическое оборудование (нагрузку). Таким образом, вся мощность газовой турбины переходит в электрическую энергию. Это достигается предотвращением постоянного соединения оборудования с механическим приводом (такого как насос или центробежный компрессор) и тем самым предотвращает поглощение энергии, также когда требуется полный режим генерации энергии.

[0030] При необходимости удовлетворения высокого спроса на электрическую энергию разъединительное устройство (которое соединено с нагрузкой) открывается таким образом, что газовая турбина и электрический двигатель/генератор могут генерировать и передавать максимальную мощность в электроэнергетическую сеть, подавая энергию и удовлетворяя пиковую потребность в энергии.

[0031] Теперь обратимся к графическим материалам, в которых Фиг. 1 иллюстрирует вариант реализации объекта изобретения, описанного в данном документе. В частности, показана механическая приводная система 1, которая содержит газовую турбину 2, первое разъединительное устройство 3, электрический двигатель/генератор 4, второе разъединительное устройство 5 и нагрузку 6.

[0032] Газовая турбина 2, которая представляет собой, например, газовую турбину большой мощности или газотурбинную установку на базе авиационного газотурбинного двигателя, содержит газовый генератор 21 и энергетическую турбину или турбину 22 низкого давления. Газовый генератор 21 содержит также компрессор 211 газового генератора и турбину 212 высокого давления. Компрессор 211 газового генератора сжимает воздух из окружающей среды, который поступает в камеру 213 сгорания. В камере 213 сгорания в поток воздуха добавляется топливо, образуется и поджигается смесь топлива/воздуха. Газообразные продукты сгорания, образованные в камере сгорания, поступают в турбину 212 высокого давления и частично расширяются в ней, генерируя механическую энергию. Механическая энергия, генерируемая турбиной 212 высокого давления, используется для приведения в действие компрессора 213 газового генератора. Частично расширенные газообразные продукты сгорания протекают через энергетическую турбину 22, в которой они дополнительно расширяется генерируя дополнительную механическую энергию. Энергетическая турбина 22 обычно содержит ротор энергетической турбины (не показан на фигуре) на валу энергетической турбины (не показан на фигуре).

[0033] Газовая турбина 2 или более конкретно энергетическая турбина 22 соединена через соединительный вал 23 с первым разъединительным устройством 3, которое в свою очередь соединено с электрическим двигателем/генератором 4.

[0034] Электрический двигатель/генератор 4 представляет собой электрический двигатель с регулируемой частотой вращения (также известный как электрический двигатель РЧВ). Электрический двигатель/генератор 4 этого типа основан на технологии, которая позволяет осуществлять уменьшение выбросов, высокую гибкость и надежность работы, а также снизить затраты на техническое обслуживание.

[0035] Электрический двигатель 4 РЧВ соединен с электроэнергетической сетью N таким образом, что он может либо вводить энергию в электроэнергетическую сеть N, таким образом работая в качестве генератора, либо получать питание из электроэнергетической сети N, таким образом, чтобы работать в качестве двигателя. Использование электрического двигателя 4 РЧВ удобно, поскольку он может следовать скорости механической нагрузки, которая для удовлетворения процесса, например, в трубопроводах и т. д., должна изменять число своих оборотов, поскольку конечное давление зависит от скорости нагрузки, которая, как указано, может представлять собой, например, компрессор или насос.

[0036] Электроэнергетическая сеть N может быть подключена к электростанциям, работающим на возобновляемых источниках энергии, таким как, например, солнечные или ветровые электростанции.

[0037] В некоторых вариантах реализации изобретения можно использовать также электрический двигатель/генератор другого типа, выполненный с возможностью работы либо в качестве генератора, либо в качестве электрического двигателя.

[0038] Как показано на Фиг. 1, второе разъединительное устройство 5 расположено между электрическим двигателем 4 РЧВ и нагрузкой 6, соединенной с приводной системой 1, и работает для отделения всей энергетической части системы 1 от нагрузки 6 для определенных рабочих конфигураций, как лучше описано ниже.

[0039] Первое разъединительное устройство 3 выполнено с возможностью обратимого отсоединения крутящего момента, передаваемого на нагрузку 6, от газовой турбины 2 через электрический двигатель 4 РЧВ. В свою очередь второе разъединительное устройство 5 работает для обратимого отсоединения электрического двигателя 4 РЧВ от нагрузки 6.

[0040] В качестве варианта реализации изобретения, первое разъединительное устройство 3 расположено между валом 23 энергетической турбины и электрическим двигателем 4 РЧВ. Разъединительное устройство 3 имеет два рабочих режима, а именно режим соединения, в котором энергия (крутящий момент) от газовой турбины 2 передается на электрический двигатель/генератор 4 и режим разъединения, в котором газовая турбина 2 отсоединена от электрического двигателя 4 РЧВ.

[0041] Аналогичным образом, второе разъединительное устройство 5, которое, как указано, расположено между электрическим двигателем 4 РЧВ и нагрузкой 6, имеет два рабочих режима, а именно режим соединения, в котором энергия (крутящий момент) от электрического двигателя 4 РЧВ передается на нагрузку 6, и режим разъединения, в котором энергия (крутящий момент) от газовой турбины 2 и электрического двигателя 4 РЧВ не может передаваться.

[0042] Первым 3 и/или вторым 5 разъединительными устройствами может управлять вручную оператор или автоматически исполнительный механизм или самосинхронизирующаяся муфта. В варианте реализации изобретения по Фиг. 1 как первое 3, так и второе 5 разъединительные устройства представляют собой самосинхронизирующиеся муфты.

[0043] Кроме того, как правило, муфты сцепления типа самосинхронизирующихся муфт или муфт обгона оборудованы устройствами, известными как устройства блокировки и разблокировки, которые при активации выполняют функцию блокировки муфты в зацепленном или расцепленном положении.

[0044] С конкретной ссылкой на второе разъединительное устройство 5, оно как правило, представляет собой самосинхронизирующуюся муфту в связи с тем, что она главным образом используется в рассматриваемой области техники. Для этого конкретного типа муфты расцепление между электрическим двигателем/генератором 4, а именно электрическим двигателем РЧВ, и нагрузкой 6, может быть реализовано в двух рабочих режимах. Предварительно следует считать, что зацепление между двумя частями муфты осуществляется с помощью зубчатых шестерен надлежащей формы, которые могут соединяться с помощью соединительного механизма сцепления. Таким образом, перед расцеплением самосинхронизирующейся муфты необходимо выполнить безопасное разъединение между механическими деталями. Первый режим расцепления предусматривает работу электрического двигателя 4 РЧВ для вращения в противоположном направлении, как правило, на половину/один целый оборот одной части муфты относительно другой таким образом, чтобы обеспечить механическое расцепление упомянутых выше механических деталей. Эту функцию вращения в противоположном направлении можно получить путем подачи питания на электрическую машину для данной конкретной функции.

[0045] В альтернативном варианте нагрузка 6 может быть оборудована валоповоротным устройством 61, выполненным с возможностью вращения в противоположном направлении приводного вала 62 нагрузки 6 для расцепления второго разъединительного устройства 5.

[0046] Кроме того, первым 3 и/или вторым 5 разъединительными устройствами может автоматически управлять оператор или электронный контроллер, запрограммированный на отсоединение/соединение газовой турбины 2 от/с электрическим двигателем/генератором 4 и нагрузкой 6 в определенных условиях. В других вариантах реализации изобретения, как упомянуто выше, исполнительным механизмом для управления первым 3 и вторым 5 разъединительными устройствами может вручную управлять оператор.

[0047] В качестве альтернативы муфтам сцепления с электрическим приводом можно установить гидравлические муфты сцепления, хотя возможны механические потери.

[0048] В других вариантах реализации изобретения разъединительные устройства 3 и 5 могут содержать гидравлический преобразователь крутящего момента. Кроме того, в других вариантах реализации изобретения разъединительные устройства 3 и 5 могут представлять собой муфты сцепления обгонного или магнитного типа.

[0049] Можно применять другие разъединительные устройства, выполненные с возможностью механического отсоединения частей с механическим приводом, например нагрузки 6 или газовой турбины 2.

[0050] Нагрузка 6 по данному варианту реализации изобретения представляет собой насос, хотя, как указано выше, можно применять различные нагрузки, например компрессор.

[0051] Приводная система 1 работает следующим образом.

[0052] Как указано выше, приводная система 1 может работать в соответствии с различными режимами, и, в частности, как лучше описано ниже, доступны четыре режима: вспомогательный режим, режим генератора, полный электрический режим и полный режим генерации энергии.

[0053] В частности, согласно Фиг. 1, а также Фиг. 2, проиллюстрирован способ 200, показывающий несколько конфигураций или этапов работы, которые может допускать приводная система 1, используемая в механических приводных устройствах.

[0054] Более конкретно, когда механическая приводная система 1 работает во вспомогательном режиме 201, видно, что (смотрите этап 202) первое разъединительное устройство 3 закрыто, второе соединительное устройство 5 закрыто, а электрический двигатель 4 РЧВ работает в качестве двигателя. Таким образом, в этом случае нагрузка 6 получает энергию как от газовой турбины 2, так и от электроэнергетической сети N.

[0055] Когда механическая приводная система 1 работает в режиме 23 генератора, конфигурация приводной системы 1 такова, что (смотрите этап 204) первое разъединительное устройство 3 закрыто, второе разъединительное устройство 5 закрыто, а электрический двигатель/генератор работает в качестве генератора. В этой конфигурации часть энергии, генерируемой газовой турбиной 2, поступает на нагрузку 6, а часть поступает в электроэнергетическую сеть N.

[0056] В полном электрическом режиме, согласно этапу 205 способа 200 работы по Фиг. 2, первое разъединительное устройство 3 открыто, второе разъединительное устройство 5 закрыто, а электрический двигатель 4 РЧВ работает в качестве двигателя. В этом случае, как обычно, газовая турбина 2 отсоединена от механической приводной системы 1, а нагрузка 6 получает энергию от электрического двигателя 4 РЧВ, питающегося энергией из электроэнергетической сети N (смотрите этап 206).

[0057] Наконец, если механическая приводная система 1 работает в полном режиме генерации энергии (полном режиме газовой турбины), то (этап 208) первое разъединительное устройство 3 закрыто, второе разъединительное устройство 5 открыто, а электрический двигатель 4 РЧВ работает в качестве генератора.

[0058] Эту конфигурацию используют, когда электроэнергетическая сеть N требует максимального количества энергии, например, для пика энергопотребления. В этом случае, когда второе разъединительное устройство 5, разъединено или открыто, а первое разъединительное устройство 3 закрыто или соединено, газовая турбина 2 может передавать полную мощность на электрический двигатель 4 РЧВ, который работает в качестве генератора, передавая энергию, вырабатываемую газовой турбиной 2, в электроэнергетическую сеть N. Отсутствие потерь вызвано соединением приводной системы 1 с нагрузкой 6, которую фактически исключает (разъединенное) второе разъединительное устройство 5.

[0059] В этой конфигурации, фактически, нагрузка, а именно насос 6, механически отделена от электрического двигателя 4 РЧВ, поскольку второе разъединительное устройство 5 открыто.

[0060] Следует понимать, что два разъединительных устройства или муфты, соответственно обозначенные числовыми обозначениями 3 и 5, обеспечивают полную гибкость при выборе/соединении нагрузки 6. Фактически, когда требуется функция механического привода, муфта сцепления самосинхронизирующегося типа будет зацеплена при вращении приводного вала, вместо того, чтобы не быть зацепленной, поскольку устройство разблокировки на муфте получает энергию. Это конкретное условие позволяет газовой турбине 2 работать в режиме чистой генерации без каких-либо механических потерь, вызываемых нагрузкой 6 с механическим приводом или оборудованием в целом (насос, компрессор...).

[0061] Такая же концепция применима к первому разъединительному устройству 3 для работы насоса 6 в полном электрическом режиме.

[0062] Как указано, для расцепления второго разъединительного устройства 5, когда газовая турбина 2 находится на нулевой скорости, для того, чтобы обеспечить расцепление без каких-либо исполнительных механизмов, электрическая машина, а именно электрический двигатель 4 РЧВ, получит питание для вращения в противоположном направлении приблизительно на половину или 1-2 оборота. В качестве альтернативы, в других вариантах реализации изобретения валоповоротное устройство 61 осуществляет вращение в противоположном направлении для достижения расцепления второго соединительного устройства 5.

[0063] Хотя изобретение описано с точки зрения различных конкретных вариантов осуществления, специалистам в данной области будет очевидно, что возможны многие модификации, изменения и исключения без отступления от сущности и объема формулы изобретения. Кроме того, если не указано иное, порядок или последовательность любых этапов процесса или способа можно варьировать или переупорядочивать в соответствии с альтернативными вариантами осуществления.

[0064] Ниже будет дана подробная ссылка на варианты осуществления настоящего изобретения, причем один или более примеров проиллюстрированы на чертежах. Каждый из примеров приводится для пояснения описания, а не ограничения настоящего описания. В сущности, специалистам в данной области должно быть очевидно, что в рамках настоящего описания можно создавать различные модификации и вариации без отступления от объема или сущности описания. Ссылка в данном описании на «один вариант осуществления», или «вариант осуществления», или «некоторые варианты осуществления» означает, что конкретный признак, структура или характеристика, описанные в связи с вариантом осуществления, включены в по меньшей мере один вариант осуществления описанного объекта изобретения. Таким образом, появление фразы «в одном варианте осуществления», «в варианте осуществления» или «в некоторых вариантах осуществления» в различных местах во всем данном описании не обязательно относится к одному (-им) и тому (тем) же варианту (-ам) осуществления изобретения. Конкретные признаки, структуры или характеристики можно дополнительно комбинировать любым приемлемым способом в одном или более вариантах осуществления.

[0065] При представлении элементов различных вариантов осуществления формы единственного числа и слово «указанный» обозначают существование одного или более элементов. Термины «содержащий», «включающий» и «имеющий» предназначены для указания включения и означают, что помимо перечисленных элементов могут существовать дополнительные элементы.

Описана приводная система для приведения в действие нагрузки. Приводная система содержит две муфты сцепления, выполненные с возможностью исключения нагрузки. Каждое из первого и/или второго разъединительных устройств выполнено из двух механических частей. Электрический двигатель/генератор выполнен с возможностью вращения в противоположном направлении одной части относительно другой части каждого первого и/или второго разъединительных устройств таким образом, чтобы обеспечить механическое расцепление указанных механических частей или нагрузка соединена со вторым разъединительным устройством через приводной вал, и нагрузка содержит валоповоротное устройство, выполненное с возможностью вращения в противоположном направлении приводного вала, соединяющего нагрузку со вторым разъединительным устройством таким образом, чтобы отсоединить второе разъединительное устройство от нагрузки. Технический результат - максимальное увеличение мощности, передаваемой в электроэнергетическую сеть, когда требуется пик энергии. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Приводная система для приведения в действие нагрузки, такой как насос или компрессор, содержащая:

газовую турбину, выполненную с возможностью генерирования энергии;

электрический двигатель/генератор, выполненный с возможностью соединения с электроэнергетической сетью, при этом указанный электрический двигатель/генератор выполнен с возможностью работы в качестве двигателя, поглощающего энергию из электроэнергетической сети, и в качестве генератора, вводящего энергию в электроэнергетическую сеть;

первое разъединительное устройство, соединенное между газовой турбиной и электрическим двигателем/генератором, для отсоединения газовой турбины; и

второе разъединительное устройство, соединенное между нагрузкой и электрическим двигателем/генератором, для отсоединения нагрузки,

причем каждое из первого и/или второго разъединительных устройств выполнено из двух механических частей, и при этом электрический двигатель/генератор выполнен с возможностью вращения в противоположном направлении одной части относительно другой части каждого первого и/или второго разъединительных устройств таким образом, чтобы обеспечить механическое расцепление указанных механических частей; или

нагрузка соединена со вторым разъединительным устройством через приводной вал, и нагрузка содержит валоповоротное устройство, выполненное с возможностью вращения в противоположном направлении приводного вала, соединяющего нагрузку со вторым разъединительным устройством таким образом, чтобы отсоединить второе разъединительное устройство от нагрузки.

2. Приводная система по п. 1, в которой первое разъединительное устройство представляет собой самосинхронизирующуюся муфту или муфту обгона.

3. Приводная система по п. 1, в которой второе разъединительное устройство представляет собой самосинхронизирующуюся муфту или муфту обгона.

4. Приводная система по п. 1, в которой разъединением или соединением, выполняемым первым и вторым разъединительным устройством, управляет вручную оператор и/или автоматически исполнительный механизм.

5. Приводная система по п. 1, в которой газовая турбина содержит:

газовый генератор, содержащий

компрессор газового генератора и

турбину высокого давления, и

камеру сгорания;

энергетическую турбину или турбину низкого давления; и

соединительный вал, соединяющий энергетическую турбину или турбину низкого давления с первым разъединительным устройством.

6. Приводная система по п. 1, в которой электрический двигатель/генератор представляет собой электрический двигатель с регулируемой частотой вращения (электрический двигатель РЧВ).

7. Приводная система по п. 1, в которой газовая турбина представляет собой газовую турбину большой мощности или газотурбинную установку на базе авиационного газотурбинного двигателя.

8. Способ работы приводной системы для приведения в действие нагрузки, в котором указанная приводная система содержит:

газовую турбину, выполненную с возможностью генерирования энергии;

электрический двигатель/генератор, выполненный с возможностью соединения с электроэнергетической сетью, при этом указанный электрический двигатель/генератор выполнен с возможностью работы в качестве двигателя, поглощающего энергию из электроэнергетической сети, и в качестве генератора, вводящего энергию в электроэнергетическую сеть;

первое разъединительное устройство, соединенное между газовой турбиной и электрическим двигателем/генератором; и

второе разъединительное устройство, соединенное между нагрузкой и электрическим двигателем/генератором;

причем способ включает следующие этапы:

закрытие первого разъединительного устройства;

открытие второго разъединительного устройства;

работа электрического двигателя/генератора в качестве генератора,

таким образом, чтобы приводная система работала в полном газотурбинном режиме, в котором нагрузка отсоединена, и обеспечивалась возможность передачи энергии, генерируемой газовой турбиной, в электроэнергетическую сеть,

причем каждое из первого и/или второго разъединительных устройств выполнено из двух механических частей, и при этом электрический двигатель/генератор вращает в противоположном направлении одну часть относительно другой части каждого первого и/или второго разъединительных устройств таким образом, чтобы обеспечить механическое расцепление указанных механических частей, или

нагрузка соединена со вторым разъединительным устройством через приводной вал, и нагрузка содержит валоповоротное устройство, которое вращает в противоположном направлении приводной вал, соединяющий нагрузку со вторым разъединительным устройством таким образом, чтобы отсоединить второе разъединительное устройство от нагрузки.

9. Способ по п. 8, включающий следующие этапы:

закрытие первого разъединительного устройства;

закрытие второго разъединительного устройства;

работа электрического двигателя/генератора в качестве двигателя,

таким образом, чтобы приводная система работала во вспомогательном режиме, в котором нагрузка получает энергию как от газовой турбины, так и от электроэнергетической сети.

10. Способ (200) по п. 8, включающий следующие этапы:

закрытие первого разъединительного устройства;

закрытие второго разъединительного устройства;

работа электрического двигателя/генератора в качестве генератора,

таким образом, чтобы приводная система работала в режиме генератора, в котором часть энергии, генерируемой газовой турбиной, поступает на нагрузку, а часть поступает в электроэнергетическую сеть.

11. Способ по п. 8, включающий следующие этапы:

открытие первого разъединительного устройства;

закрытие второго разъединительного устройства;

работа электрического двигателя/генератора в качестве двигателя,

таким образом, чтобы приводная система работала в полном электрическом режиме, в котором газовая турбина отсоединена от механической приводной системы, при этом нагрузку приводит в действие электрический двигатель/генератор, получающий энергию из электроэнергетической сети.