[发明专利]发电涡轮系统

说明书

技术领域

本申请大体涉及涡轮发动机及系统。更具体而言，但并非为了限制，本申请涉及通过使用尤其是多轴装置和/或半速发电机来提高涡轮性能的系统。

背景技术

随着能量成本和需求的与日俱增，提高燃气涡轮的效率一直是极为重要的目标。为了实现这个目标，已提出能处理增大质量流的更大燃气涡轮作为提高发电效率的方法。然而，用于发电的燃气涡轮通常由于两个因素的相互作用而在大小方面受到限制。第一，发电燃气涡轮通常以交流(AC)电网的相同频率运转，以避免使用减速齿轮箱。结果，因为世界上大多以50Hz或60Hz的频率配送交流电，因此发电燃气涡轮的运转频率限制为50Hz或60Hz。(注意，为了简洁和清晰，下文中两个最常用的发电频率即50Hz和60Hz将称为60Hz。除非另外说明，应知60Hz频率的引用也包括50Hz以及可用于交流电网的类似频率的引用。)

第二因素是当前材料无法承受与更大涡轮的转动部件相关联的离心应力。由于涡轮在大小和质量流上的增大，涡轮的转动部件必然也在大小和重量上增大。然而，对于转动部件如涡轮轮叶，如果保持50-60Hz的正常运转频率，则在大小和重量上的这种增大会致使这些部件所经受离心应力的剧增。作为本领域的一名普通技术人员将理解，对于涡轮的低压级或后级的更大更重的涡轮轮叶来说，这种情况特别麻烦。在驻留有更大的压缩机叶片的压缩机前段，过大的离心应力类似地可能是个限制性的难题。因此，当前材料的限制无法或非常昂贵地制造将在这些更大涡轮上成功运转的部件。

一般而言，这两个问题的结合限制了可经济有效地构建发电涡轮的大小。结果，无法实现更大和更有效的涡轮。因此，需要改善涡轮运转的方法和系统，其将允许以有效成本的方式来构建和运转更大的涡轮。

发明内容

因此，本申请可描述一种发电涡轮系统，其可包括压缩空气流的轴向式压缩机，该空气流随后在燃烧器中与燃料相混合并燃烧以便引导所得到的热气流通过涡轮。涡轮可包括低压涡轮段、中压涡轮段和高压涡轮段。高压涡轮段可经由第一轴联接到轴向式压缩机的至少一部分上，以便在运转中高压涡轮段驱动轴向式压缩机的至少一部分。中压涡轮段可经由第二轴联接到高速发电机上，以便在运转中高压涡轮段驱动高压压缩机段。并且，低压涡轮段可经由第三轴联接到低速发电机上，以便在运转中低压涡轮段驱动低速发电机。

本申请进一步描述了发电涡轮系统，其包括：1)包括三个段的涡轮，即分别驻留在单独的轴上的高压涡轮段、中压涡轮段和低压涡轮段；2)压缩空气流的轴向式压缩机，该空气流随后在燃烧器中与燃料相混合并燃烧以便引导所得到的热气流通过涡轮，该轴向式压缩机包括高压压缩机段和低压压缩机段；3)两极发电机；4)四极发电机；5)第一轴，其将高压涡轮段联接到高压压缩机段上，以便在运转中高压涡轮段驱动高压压缩机段；6)第二轴，其将中压涡轮段联接到高压压缩机段和两极发电机上，以便在运转中中压涡轮段驱动高压压缩机段和两极发电机；以及7)第三轴，其将低压涡轮段联接到四极发电机上，以便在运转中低压涡轮段驱动四极发电机。

在一些实施例中，轴向式压缩机包括低压压缩机段和高压压缩机段；中压涡轮段还经由第二轴联接到低压压缩机段上，以便在运转中中压涡轮段驱动低压压缩机段；以及高压涡轮段经由第一轴联接到高压压缩机段上，以便在运转中高压涡轮段驱动高压压缩机段。在一些实施例中，轴向式压缩机包括低压压缩机段和高压压缩机段；低压涡轮段经由第二轴联接到低压压缩机段上，以便在运转中低压涡轮段驱动低压压缩机段；以及高压涡轮段经由第一轴联接到高压压缩机段上，以便在运转中高压涡轮段驱动高压压缩机段。

在一些实施例中，高压涡轮段包括在1至2级之间，中压涡轮段包括在1至2级之间以及低压涡轮段包括在2至4级之间。在一些实施例中，涡轮包括至少三个级；以及高压涡轮段包括涡轮的前级，中压涡轮段包括涡轮的中间级，以及低压涡轮段包括涡轮的后级。在一些实施例中，高速发电机包括两极发电机。在一些实施例中，低速发电机包括四极发电机。在一些实施例中，低压涡轮段和低速发电机的一般运转频率约为25Hz至30Hz。中压涡轮段和高速发电机的一般运转频率可约为50Hz至60Hz。高压涡轮段和高压压缩机段的一般运转频率可至少约为70Hz。

结合附图和附属权项，查阅下文的优选实施例的详细描述，本申请的这些和其它特征将变得清楚。

附图说明

图1是显示了根据常规设计的发电涡轮系统的构造的示意图。

图2是显示了根据本申请的实施例的发电涡轮系统的构造的示意图。