[发明专利]燃气涡轮机系统及操作包括载荷的燃气涡轮机系统的方法

说明书

技术领域

所公开的实施例大体涉及燃气涡轮机。更确切地，实施例涉及包括燃气涡轮机和由所述燃气涡轮机驱动的载荷(如发电机或压缩机)的系统。

背景技术

燃气涡轮机通常用作用于驱动各种各样的操作机器的机械动力发生器。更确切地，燃气涡轮机通常用于驱动大涡轮机器，如轴流式压缩机或离心式压缩机。典型地，燃气涡轮机应用于天然气液化(LNG)、CO₂回收以及燃气工业的其他行业的领域中。燃气涡轮机另外用作用于驱动发电机的机械动力发生器。

图1示出根据现有技术的包括燃气涡轮机以及由燃气涡轮机驱动的压缩机组的系统。

燃气涡轮机作为整体标记为1，并且包括燃气发生器2和动力涡轮3。燃气发生器2包括借助于轴6彼此机械连接的空气压缩机4和高压涡轮5。由压缩机4吸入的空气被压缩到高压值，并且被递送到以7示意性地示出的燃烧器。燃料与燃烧器7中的压缩空气混合，并且混合物燃烧以产生处于高温和高压的燃烧气体流。

高温和高压燃烧气体在高压涡轮5中膨胀以产生用于通过轴6来驱动空气压缩机4的机械动力。部分膨胀的燃烧气体被进一步递送到动力涡轮3，在动力涡轮3中，它们进一步膨胀以产生另外的在动力轴9上可获得的机械动力。所排出燃烧气体随后通过排气器11来排放。

由高压涡轮5产生的机械动力完全用于驱动空气压缩机4，而由动力涡轮3产生的机械动力在动力轴9上可获得以驱动作为整体标记为13的载荷。在所示实例中，载荷13包括压缩机组。压缩机组由第一压缩机15和第二压缩机17组成，例如天然气液化系统的离心式压缩机。在图1的示意性表示中，两个压缩机15和17串联布置并且在相同速度下被驱动：动力通过包括连接件19的载荷联轴器18传输到第一压缩机15，并且通过第二连接件21从第一压缩机15传输到第二压缩机17。

这种布置具有若干缺点。具体地，载荷联轴器18必须针对驱动压缩机15和17所需的最大动力来设定尺寸并且设计。此外，如果压缩机是所谓的垂直剖分类型，即具有由沿垂直剖分平面连接的两个或更多个部分形成的壳体，打开第一压缩机15的壳体需要移动第二压缩机17远离第一压缩机15。

发明内容

根据实施例，提供一种燃气涡轮机系统，所述燃气涡轮机系统包括燃气涡轮机以及由燃气涡轮机供能的至少第一载荷和第二载荷。燃气涡轮机包括：燃气发生器；低压涡轮；由低压涡轮供能的动力轴。动力轴具有驱动地连接到第一载荷的第一轴端和驱动地连接到第二载荷的第二轴端。前述第一载荷和第二载荷布置在燃气涡轮机的相反侧处，并且动力轴从燃气涡轮机的第一端向第二端轴向延伸穿过燃气涡轮机。

在一些实施例中，燃气涡轮机是航改燃气涡轮机。

第一轴端和第二轴端大体布置在燃气涡轮机的所谓热端和冷端处。燃气涡轮机的热端是在排气器处的末端，即在燃烧气体离开低压涡轮的出口侧上。燃气涡轮机的冷端是进气腔室被布置处的末端。

术语低压涡轮指示涡轮机械的一部分，在这一部分处，由燃气发生器产生的燃烧气体膨胀以产生在动力轴上可获得用于载荷驱动目的的动力。术语“低压”大体用于区分涡轮机械的这个部分与就布置在燃烧室下游的第一高压涡轮，在第一高压涡轮处，高压高温燃烧气体经历第一膨胀，用于驱动燃气发生器轴旋转，这反过来驱动燃气涡轮机压缩机。

根据一些实施例，燃气涡轮机包括组合并且循序布置的以下各项：低压压缩机；高压压缩机，高压压缩机布置在低压压缩机下游并且接收由所述低压压缩机压缩的空气；燃烧器，燃烧器布置用于接收来自第二高压压缩机的压缩空气以及气态燃料或液态燃料；高压涡轮，高压涡轮接收来自燃烧器的燃烧气体，并且布置用于从在其中部分地膨胀的燃烧气体产生机械动力，高压涡轮与低压涡轮流体连通。来自高压涡轮的燃烧气体在低压涡轮中膨胀。燃气涡轮机进一步包括驱动地连接高压涡轮和高压压缩机的第二轴。动力轴和第二轴同轴地布置，并且动力轴驱动地连接低压涡轮和低压压缩机。

在一些实施例中，排气布置可设置在低压压缩机与高压压缩机之间。

在一些实施例中，第一载荷和第二载荷分别包括第一压缩机和第二压缩机。前述第一压缩机和第二压缩机中的至少一个可包括垂直剖分壳体，即可以是筒式压缩机。在一些实施例中，第一压缩机和第二压缩机两者包括相应的垂直剖分壳体，即每个压缩机是筒式压缩机。

在其他实施例中，第一载荷或第二载荷中的一个包括具有垂直剖分壳体的压缩机，即是筒式压缩机，而所述第一载荷和所述第二载荷中的另一个包括不同的机器，例如发电机。