[发明专利]具有混合型低损耗轴承和低密度材料的机械驱动体系

说明书

技术领域

本发明总体上涉及机械驱动燃气涡轮机，并且更特别地，涉及可以具有混合型低损耗轴承和低密度材料的燃气涡轮机驱动的机械驱动体系。

背景技术

燃气涡轮机在从军事到发电的许多工业领域中使用。典型地，燃气涡轮机用于产生电能。然而，一些燃气涡轮机用于推进各种车辆、飞机、轮船等。在石油和天然气领域，燃气涡轮机可以用于驱动压缩机、泵和/或发电机。在燃气涡轮机在工业应用中用于驱动压缩机(例如，用于将气体注入井中以迫使石油通过另一井眼上升)的情况下，燃气涡轮机的压缩机用多排旋转叶片和静止轮叶压缩空气，将它引导到燃烧器，所述燃烧器混合压缩空气和燃料，并且燃烧它以形成热空气-燃料混合物，所述混合物通过燃气涡轮机的涡轮机中的叶片膨胀。因此，叶片围绕燃气涡轮机的轴或转子转动或旋转。转动或旋转转子驱动连接到燃气涡轮机的负荷压缩机，所述负荷压缩机使用旋转能量来压缩流体(例如，气体、空气等)。

用作机械驱动体系的许多燃气涡轮机体系使用结合高粘度润滑剂(例如，油)的滑动轴承来支撑涡轮机部段、压缩机部段和与其连接的负荷压缩机的旋转部件。油轴承售价比较便宜，但是具有与它们的伴随油撬(例如，用于泵、储存器、贮藏装置等)关联的成本。另外，油轴承具有高维护间隔并且会导致驱动系中的过度粘性损失，这又会不利地影响燃气涡轮机驱动的压缩机单元的操作。

发明内容

在本发明的一方面，公开了一种机械驱动体系。在本发明的该方面，所述机械驱动体系包括燃气涡轮机，所述燃气涡轮机具有压缩机部段，涡轮机部段，以及可操作地耦联到所述压缩机部段和所述涡轮机部段的燃烧器部段。负荷压缩机由所述燃气涡轮机驱动。转子轴延伸通过所述燃气涡轮机的所述压缩机部段和所述涡轮机部段以及所述负荷压缩机。所述压缩机部段、所述涡轮机部段和所述负荷压缩机的每一个包括多个旋转部件，所述燃气涡轮机和所述负荷压缩机中的一个中的旋转部件中的至少一个包括低密度材料。多个轴承在所述燃气涡轮机和所述负荷压缩机内支撑所述转子轴，其中所述轴承中的至少一个是混合型低损耗轴承。

进一步地，所述机械驱动体系还包括具有很低粘度的流体的至少一个单型低损耗轴承。

进一步地，所述机械驱动体系还包括至少一个油轴承。

进一步地，所述转子轴包括单轴装置。

进一步地，所述机械驱动体系还包括沿着所述转子轴可操作地耦联到所述涡轮机部段的再加热部段，所述再加热部段包括具有多个旋转部件的再加热燃烧器部段和再加热涡轮机部段；其中所述压缩机部段、所述涡轮机部段、所述负荷压缩机和所述再加热部段中的旋转部件中的至少一个包括低密度材料。

进一步地，所述燃气涡轮机包括后端驱动燃气涡轮机。

进一步地，所述机械驱动体系还包括用于沿着所述转子轴将所述负荷压缩机耦联到所述燃气涡轮机的负荷耦联元件。

进一步地，所述转子轴包括多轴装置，所述多轴装置具有延伸通过所述压缩机部段和所述涡轮机部段的第一转子轴和延伸通过所述负荷压缩机的第二转子轴，所述第一转子轴和所述第二转子轴的每一个由所述多个轴承支撑。

进一步地，所述机械驱动体系还包括齿轮箱组件，所述齿轮箱组件配置成以不同于所述负荷压缩机中的旋转部件的旋转速度旋转所述燃气涡轮机中的旋转部件。

进一步地，所述机械驱动体系还包括动力涡轮机部段，所述动力涡轮机部段耦联到所述第二转子轴以驱动所述负荷压缩机；其中所述动力涡轮机部段具有多个旋转部件，所述压缩机部段、所述涡轮机部段、所述负荷压缩机和所述动力涡轮机部段中的旋转部件中的至少一个包括低密度材料。

进一步地，所述机械驱动体系还包括沿着所述第一转子轴可操作地耦联到所述涡轮机部段的再加热部段，所述再加热部段包括具有多个旋转部件的再加热燃烧器部段和再加热涡轮机部段；其中所述压缩机部段、所述涡轮机部段、所述负荷压缩机、所述动力涡轮机部段和所述再加热部段中的旋转部件中的至少一个包括低密度材料。

进一步地，所述燃气涡轮机的所述压缩机部段包括远离所述燃烧器部段的前级，邻近所述燃烧器部段的后级，和布置在其间的中级；其中所述前级、所述中级和所述后级具有多个旋转部件；其中所述压缩机部段的所述前级、所述压缩机部段的所述中级、所述压缩机部段的所述后级、所述涡轮机部段和所述负荷压缩机中的旋转部件中的至少一个包括低密度材料；其中所述机械驱动体系还包括中间轴，所述中间轴从所述转子轴径向向外并且延伸通过所述前级，使得围绕所述中间轴布置的所述前级的旋转部件以比围绕所述转子轴布置的所述中级和所述后级的旋转部件慢的旋转速度操作。