BR112015001404B1

BR112015001404B1 - Sistema de turbina a gás e método para operar um sistema de turbina a gás

Info

Publication number: BR112015001404B1
Application number: BR112015001404-6A
Authority: BR
Inventors: Marco Davide Gabelloni; Gianni Acquisti
Original assignee: Nuovo Pignone Srl
Priority date: 2012-08-03
Filing date: 2013-08-01
Publication date: 2022-03-22
Also published as: WO2014020104A1; BR112015001404A2; EP2880266B1; KR20150038412A; CA2880462A1; CN104662258B; CA2880462C; AU2013298557B2; RU2642714C2; US20150176485A1; RU2015101997A; CN104662258A; AU2013298557A1; EP2880266A1; ITFI20120161A1; JP2015524532A

Abstract

SISTEMA DE TURBINA A GÁS E MÉTODO PARA OPERAR UM SISTEMA DE TURBINA A GÁS. As modalidades reveladas referem-se em geral a turbinas a gás. Mais especificamente, as modalidades se referem a sistemas que compreendem turbinas a gás e cargas acionadas pelas ditas turbinas a gás, tais como geradores elétricos ou compressores. Trata-se de um sistema de turbina a gás que compreende uma turbina a gás (23) , pelo menos uma primeira carga (71) e uma segunda carga (72) alimentadas pela turbina a gás. A turbina a gás (23) compreende: um gerador a gás ( 27); uma turbina de baixa pressão (50); um eixo de potência (65) alimentado p ela turbina de baixa pressão (50). O eixo de potência tem uma primeira extremidade de eixo (65H) conectada de modo acionado à primeira carga e uma segunda extremidade de eixo (65C) conectada de modo acionado à segunda carga. A primeira carga e a segunda carga estão dispostas em lados opostos da turbina a gás e o eixo de potência (65) se estende axialmente através da turbina a gás de uma primeira extremidade até uma segunda extremidade da mesma.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção refere-se em geral a turbinas a gás. Mais especificamente, a presente invenção se refere a sistemas que compreendem turbinas a gás e cargas acionadas pelas turbinas a gás, tais como geradores elétricos ou compressores.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[002] Turbinas a gás são normalmente usadas como geradores de potência mecânica para acionar uma ampla variedade de máquinas de operação. Mais especificamente, turbinas a gás são normalmente usadas para acionar grandes turbomáquinas, tais como compressores axiais ou centrífugos. Tipicamente, turbinas a gás são aplicadas no campo de liquefação de gás natural (LNG), recuperação de CO2 e outros setores da indústria de gás. Turbinas a gás são usadas adicionalmente como geradores de potência mecânica para acionar geradores elétricos.

[003] A Figura 1 mostra um sistema que compreende uma turbina a gás e um trem compressor acionado pela turbina a gás de acordo com o estado da técnica.

[004] A turbina a gás é rotulada 1 como um todo e compreende um gerador a gás 2 e uma turbina de potência 3. O gerador a gás 2 inclui um compressor de ar 4 e uma turbina de alta pressão 5 mecanicamente conectados entre si por meio de um eixo 6. O ar aspirado pelo compressor 4 é comprimido a um valor de alta pressão e entregue a um combustor mostrado esquematicamente em 7. O combustível é misturado ao ar comprimido no combustor 7 e a mistura é queimada para gerar um fluxo de gases de combustão à alta temperatura e alta pressão.

[005] Os gases de combustão de alta temperatura e alta pressão se expandem na turbina de alta pressão 5 para gerar potência mecânica, que é usada para acionar o compressor de ar 4 através de um eixo 6. Os gases de combustão parcialmente expandidos são adicionalmente entregues à turbina de potência 3, em que os mesmos se expandem adicionalmente para gerar potência mecânica adicional disponível em um eixo de potência 9. Os gases de combustão exaustados são então descarregados através de um exaustor 11.

[006] A potência mecânica gerada pela turbina de alta pressão 5 é usada inteiramente para acionar o compressor de ar 4, enquanto a potência mecânica gerada pela turbina de potência 3 está disponível no eixo de potência 9 para acionar uma carga rotulada 13 como um todo. No exemplo mostrado, a carga 13 compreende um trem compressor. O trem compressor é composto de um primeiro compressor 15 e um segundo compressor 17, por exemplo, compressores centrífugos de um sistema de liquefação de gás natural. Na representação esquemática da Figura 1, os dois compressores 15 e 17 estão dispostos em série e acionados à mesma velocidade: a potência é transmitida, através de uma carga que se acopla 18 que compreende uma junta 19, para o primeiro compressor 15 e a partir deste através de uma segunda junta 21 para o segundo compressor 17.

[007] Essa disposição tem vários inconvenientes. Em particular, a carga que se acopla 18 deve ser dimensionada e projetada para a potência máxima requerida para acionar ambos os compressores 15 e 17. Além do mais, caso os compressores sejam do tipo conhecido como dividido verticalmente, isto é, com um revestimento que é formado pelas duas ou mais partes acopladas ao longo de um plano de divisão vertical, a abertura do revestimento do primeiro compressor 15 exige que o segundo compressor 17 se mova na direção contrária do primeiro compressor 15.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[008] De acordo com uma realização, um sistema de turbina a gás é fornecido, que compreende uma turbina a gás e pelo menos uma primeira carga e uma segunda carga alimentadas pela turbina a gás. A turbina a gás compreende: um gerador a gás; uma turbina de baixa pressão; um eixo de potência alimentado pela turbina de baixa pressão. O eixo de potência tem uma primeira extremidade de eixo conectada de modo acionado à primeira carga e uma segunda extremidade de eixo conectada de modo acionado à segunda carga. A primeira carga mencionada anteriormente e a segunda carga estão dispostas em lados opostos da turbina a gás e o eixo de potência se estende axialmente através da turbina a gás de uma primeira até uma segunda extremidade da mesma.

[009] Em algumas realizações, a turbina a gás é uma turbina a gás aeroderivada.

[010] A primeira extremidade de eixo e a segunda extremidade de eixo estão geralmente dispostas no que é conhecido como extremidade quente e extremidade fria da turbina a gás. A extremidade quente da turbina a gás é a extremidade no exaustor, isto é, no lado de saída dos gases de combustão proveniente da turbina de baixa pressão. A extremidade fria da turbina a gás é a extremidade em que o plenum de ar de entrada está disposto.

[011] O termo turbina de baixa pressão indica a porção do turbomaquinário em que os gases de combustão gerados pelo gerador a gás se expandem para produzir potência, disponível no eixo de potência para propósitos de acionamento de carga. O termo “baixa pressão” é geralmente usado para distinguir essa porção do turbomaquinário da primeira turbina de alta pressão, disposta diretamente a jusante da câmara de combustão, em que os gases de combustão de alta pressão e de alta temperatura passam por uma primeira expansão, para pôr em rotação o eixo de geração a gás, que, por sua vez, aciona o compressor de turbina a gás.

[012] De acordo com algumas realizações, a turbina a gás compreende em combinação e sequencialmente dispostos: um compressor de baixa pressão; um compressor de alta pressão, disposto a jusante do compressor de baixa pressão e que recebe ar comprimido pelo compressor de baixa pressão; um combustor, disposto para receber ar comprimido do segundo compressor de alta pressão, assim como um combustível líquido ou gasoso; uma turbina de alta pressão que recebe gases de combustão do combustor e disposta para gerar potência mecânica dos gases de combustão que se expandem parcialmente no mesmo, a turbina de alta pressão estando em comunicação fluida com a turbina de baixa pressão. Os gases de combustão provenientes da turbina de alta pressão se expandem na turbina de baixa pressão. A turbina a gás compreende adicionalmente um segundo eixo que conecta de modo acionado a turbina de alta pressão e o compressor de alta pressão. O eixo de potência e o segundo eixo estão coaxialmente dispostos e o eixo de conecta de modo acionado a turbina de baixa pressão e o compressor de baixa pressão.

[013] Em algumas realizações, uma disposição de sangramento de ar pode ser fornecida entre o compressor de baixa pressão e o compressor de alta pressão.

[014] Em algumas realizações, a primeira carga e segunda carga compreendem um primeiro compressor e um segundo compressor, respectivamente. Pelo menos um dentre o primeiro compressor e o segundo compressor mencionados acima pode compreender um revestimento dividido verticalmente, isto é, pode ser um compressor do tipo barril. Em algumas realizações tanto o primeiro compressor quanto o segundo compressor compreendem um revestimento respectivo dividido verticalmente, isto é, cada compressor é um compressor do tipo barril.

[015] Em outras realizações, uma dentre a primeira carga ou a segunda carga compreende um compressor com um revestimento dividido verticalmente, isto é, é um compressor do tipo barril, embora a outra da primeira carga e segunda carga compreende uma máquina diferente, por exemplo, um gerador elétrico.

[016] Ao dispor duas cargas conectadas de modo acionado em extremidades opostas através de um eixo da turbina a gás, um compressor dividido verticalmente pode ser usado, na substituição por um compressor dividido horizontalmente. Isso resulta em uma eficiência mais alta do sistema.

[017] Os compressores podem ser dispostos e configurados para processar um gás de refrigeração em uma liquefação de sistema de gás natural (LNG). O sistema LNG normalmente compreende um ou mais trens compressores, cada um acionado por uma ou mais turbinas a gás e que compreendem um ou mais compressores. Os compressores são usados para comprimir um ou mais diferentes fluidos refrigerantes usados para resfriar e liquefazer um gás natural para propósitos de armazenamento e/ou transporte. consequentemente, algumas realizações reveladas no presente documento compreendem: uma turbina a gás; pelo menos dois compressores acionados pela turbina a gás e dispostos em extremidades opostas da turbina, isto é, na extremidade quente e na extremidade fria da turbina; pelo menos uma circuito de refrigeração, em que um fluido de refrigeração flui, o fluido de refrigeração estando comprimindo pelo menos um dentre os compressores mencionados acima e fluindo em pelo menos um trocador de calor para resfriar um gás natural a ser liquefeito.

[018] Em outras realizações, um sistema de refrigeração de ar é fornecido, configurado e disposto para resfriar uma corrente de ar que entra no gerador a gás. O sistema de resfriamento compreende um circuito de refrigeração com um compressor, que processa um fluido de refrigeração que circula no circuito de refrigeração. O compressor do circuito de refrigeração está mecanicamente conectado a um dentre a primeira extremidade de eixo e segunda extremidade de eixo da turbina a gás, formando uma das primeira carga e segunda carga mencionadas acima alimentadas pela turbina a gás. Em algumas realizações, o sistema de resfriamento compreende adicionalmente um trocador de calor, em que o fluido de refrigeração que circula no circuito de refrigeração troca calor com um fluido secundário, fluindo em um circuito secundário. O circuito secundário inclui um trocador de fluido/ar, em que o ar de combustão entregue à turbina a gás é resfriado pela troca de calor com o fluido secundário que flui no circuito secundário. O calor extraído do fluxo de ar é transferido para o fluido de refrigeração em um evaporador do circuito de refrigeração.

[019] Em realizações preferenciais, o compressor do circuito de refrigeração está conectado de modo acionado à primeira extremidade de eixo na extremidade fria da turbina a gás.

[020] Em uma realização diferente, pelo menos uma dentre a primeira carga e segunda carga compreende um gerador elétrico. Em algumas realizações, o gerador elétrico está disposto e configurado para alimentar eletricamente aparelhos auxiliares da turbina a gás. O gerador elétrico pode ser conectado de modo acionado à primeira extremidade de eixo do eixo de potência na extremidade fria da turbina a gás.

[021] De acordo com um aspecto adicional, a presente invenção concerne a métodos para operar um sistema de turbina a gás.

[022] De acordo com algumas realizações, um método para operar um sistema de turbina a gás é fornecido, que compreende as seguintes etapas: fornecer um gerador a gás, uma turbina de baixa pressão e um eixo de potência que tem uma primeira extremidade de eixo e uma segunda extremidade de eixo accessível em uma primeira extremidade e em uma segunda extremidade da turbina a gás, respectivamente; conectar de modo acionado uma primeira carga à primeira extremidade de eixo e uma segunda carga à segunda extremidade de eixo; gerar potência mecânica por meio da turbina de baixa pressão; usar uma primeira parte da potência gerada pela turbina de baixa pressão através de uma primeira carga que acopla o acionamento da primeira carga e uma segunda parte da potência gerada pela turbina de baixa pressão através de uma segunda carga que acopla o acionamento da segunda carga.

[023] Realizações adicionais do método de acordo com a presente invenção são estabelecidas nas reivindicações dependentes e descritas abaixo no presente documento, sendo que referência é feita aos desenhos anexos.

[024] A breve descrição acima estabelece recursos de várias realizações da presente invenção a fim que de que a descrição detalhada que se segue possa ser melhor entendida e a fim de que as presentes contribuições à técnica possam ser melhor apreciadas. Existem, certamente, outros recursos da invenção que serão descritos doravante e que serão descritos nas reivindicações anexas. A esse respeito, antes de explicar várias realizações da invenção em detalhes, compreende-se que as várias realizações da invenção não estão limitadas na aplicação aos detalhes da construção e às disposições dos componentes estabelecidos na seguinte descrição ou ilustrados nos desenhos. A invenção é capaz de outras realizações e de ser praticado ou executado de várias outras maneiras. Também, deve ser entendido que a fraseologia e terminologia empregados no presente documento são para propósitos de descrição e não devem ser considerados como limitantes.

[025] Desse modo, os técnicos no assunto irão apreciar que a concepção, na qual a invenção se baseia, pode prontamente ser utilizada como uma base para projetar outras estruturas, métodos e/ou sistemas para executar os vários propósitos da presente invenção. É importante, portanto, que as reivindicações sejam consideradas como incluindo tais construções equivalentes desde que as mesmas não se afastem do escopo da presente invenção.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[026] Uma apreciação completa das realizações reveladas da invenção e várias das vantagens concomitantes da mesma serão prontamente obtidas conforme as mesmas se tornem melhor entendidas por referência à descrição detalhada a seguir quando consideradas em conexão aos desenhos anexos, em que: A Figura 1 ilustra uma representação esquemática de um sistema de acordo com o estado da técnica; A Figura 2 ilustra um corte transversal ao longo de um plano axial de uma turbina a gás útil em um sistema de acordo com a presente invenção; e As Figuras 3, 4 e 5 ilustram representações esquemáticas de sistemas de acordo com a presente invenção.

DESCRIÇÃO DE REALIZAÇÕES DA INVENÇÃO

[027] A descrição detalhada a seguir das realizações exemplificativas refere-se aos desenhos anexos. Os mesmos números de referência em diferentes desenhos identificam os mesmos elementos ou elementos similares. Adicionalmente, os desenhos não estão necessariamente desenhados em escala. Também, a descrição detalhada a seguir não limita a invenção. Em vez disso, o escopo da invenção é definido pelas reivindicações anexas.

[028] Ao longo de toda a especificação será feita referência a “uma (1) realização” ou “uma realização” ou “algumas realizações” significa que o recurso, estrutura ou característica particular descrita em conexão com uma realização é incluída em pelo menos uma realização da presente invenção. Assim, a aparição do sintagma “em uma (1) realização” ou “em uma realização” ou “em algumas realizações” em várias posições ao longo de toda a especificação não está necessariamente em referência à(s) mesma(s) realização(s). Adicionalmente, os recursos, estruturas ou características particulares podem ser combinados de qualquer maneira adequada podem ser combinadas de qualquer maneira adequada em uma ou mais realizações.

[029] A Figura 2 ilustra uma seção longitudinal de turbinas a gás aeroderivadas 23 adequadas para uso em um sistema de acordo com a presente invenção. A turbina a gás 23 compreende uma seção de gerador a gás 27 composta de um compressor axial de baixa pressão 31 com um conjunto de pás de entrada estacionárias 33 no lado de sucção. Uma pluralidade de etapas de compressão de baixa pressão 35 estão dispostas a jusante das pás de entrada estacionárias 33. Cada uma das etapas de compressão de baixa pressão 35 compreende um conjunto de pás giratórias e um conjunto de pás estacionárias. As pás giratórias são apoiadas por um rotor compressor de baixa pressão 37 e as pás estacionárias são apoiadas por um revestimento exterior do compressor axial de baixa pressão 31.

[030] O compressor axial de baixa pressão 31 está em comunicação fluida com um compressor axial de alta pressão 39 disposto a jusante do compressor axial de baixa pressão 31. O compressor axial de alta pressão 39 compreende uma pluralidade de etapas de compressão de alta pressão 43. Cada umas das etapas de compressão de alta pressão 43 compreende um conjunto de pás giratórias e um conjunto de pás estacionárias. As pás giratórias são apoiadas por um rotor de compressor de alta pressão 45. As pás estacionárias são apoiadas pelo revestimento do compressor axial de alta pressão 39.

[031] A saída do compressor axial de alta pressão 39 está em comunicação fluida com um combustor 47. Ar comprimido proveniente do compressor axial de alta pressão 39 flui para dentro do combustor 47 e combustível gasoso ou líquido é misturado ao mesmo e a mistura de ar/combustível é inflamada para gerar gases de combustão quentes e comprimidos.

[032] A jusante do combustor 47 uma primeira turbina de alta pressão 49 está disposta em comunicação fluida com o combustor 47. A turbina de alta pressão 49 inclui um conjunto de pás de entrada estacionárias 48 seguido por uma ou mais etapas de expansão 51, cada uma incluindo um conjunto de pás estacionárias e um conjunto de pás giratórias. As pás giratórias são apoiadas por um rotor de turbina de alta pressão 53. O rotor de turbina de alta pressão 53 e o rotor de compressor de alta pressão 45 são apoiados por e torsionalmente forçados por um eixo gerador de gás 55.

[033] A expansão dos gases de combustão que fluem do combustor 47 através da turbina de alta pressão 49 gera potência mecânica, que aciona o eixo gerador de gás 55 e é usada para alimentar o compressor axial de alta pressão 39.

[034] A saída da turbina de alta pressão 49 está em comunicação fluida com a entrada de uma turbina de baixa pressão 50. Os gases de combustão que fluem através da turbina de alta pressão 49 estão apenas parcialmente expandidos e a expansão dos mesmos continua na turbina de baixa pressão 50. A entrada da turbina de baixa pressão 50 inclui um conjunto de pás estacionárias 59 apoiadas pelo revestimento do turbomaquinário, seguidas por uma pluralidade de etapas de expansão de baixa pressão 61. Cada uma das etapas de expansão de baixa pressão 61 inclui um conjunto de pás giratórias e um conjunto de pás estacionárias. As pás giratórias são apoiadas por um rotor de turbina de baixa pressão 63 e as pás estacionárias são apoiadas pelo revestimento da turbina a gás 23. O rotor de turbina de baixa pressão 63 é forçado giratoriamente por e apoiado por um eixo de potência 65. O eixo de potência 65 se estende através da turbina a gás e coaxialmente até o gerador a gás eixo 55. O rotor compressor de baixa pressão 37 é apoiado por e forçado pelo mesmo eixo de potência 65.

[035] Os gases de combustão que se expandem na turbina de baixa pressão 50 geram potência mecânica disponível no eixo de potência 65 e parcialmente costumam acionar o compressor axial de baixa pressão 31. A potência que excede àquela exigida para acionar o compressor axial de baixa pressão 31 está disponível para acionar a carga.

[036] Como pode ser apreciado na Figura 2, o eixo de potência 65 se estende de uma primeira extremidade 65C até uma segunda extremidade oposta 65H. A primeira extremidade 65C do eixo de potência 65 está disposta na que é conhecida como extremidade fria ou lado frio 23C da turbina a gás 23, isto é, lado de entrada do ar frio da mesma. A segunda extremidade 65H está disposta na que é conhecida como extremidade quente ou lado quente 23H da turbina a gás 23, isto é, no lado a partir do qual os gases de combustão quentes exaustos são descarregados em 67, após expansão na turbina de alta pressão 49 e na turbina de baixa pressão 50.

[037] Uma turbina a gás 23 do tipo ilustrado na Figura 2 pode ser usada em um sistema esquematicamente ilustrado na Figura 3.

[038] Adicionalmente à turbina a gás 23, o sistema compreende uma primeira carga 71 e uma segunda carga 72. Na realização exemplificativa da Figura 3, tanto a primeira carga 71 quanto a segunda carga 72 são compressores centrífugos, por exemplo de uma linha de LNG. Um, outro ou ambos os compressores 71 e 72 podem ser do tipo dividido verticalmente, com um revestimento projetado para ser aberto ao longo de planos que se estendem verticalmente. Já que dois compressores 71 e 72 estão conectados em lados opostos da turbina a gás 23, cada um dos mesmos pode ser facilmente aberto para propósitos de reparo ou manutenção, sem a necessidade de ser desmontado, removido ou deslocado.

[039] O primeiro compressor 71 está conectado à extremidade quente ou lado quente 65H da turbina a gás 23 através de uma carga de acoplagem 67H que compreende, por exemplo, uma junta, que pode incluir uma embreagem ou similares.

[040] O segundo compressor 72 está conectado à extremidade fria ou lado frio 65C da turbina a gás 23 por meio de uma segunda carga de acoplagem 67C, que inclui, no caso, uma junta, uma embreagem ou ambos.

[041] Na realização exemplificativa ilustrada na Figura 3, ambos os compressores 71 e 72 são acionados à mesma velocidade giratória e na mesma direção que a turbina de baixa pressão 50. Em outras realizações (não mostradas) uma caixa de velocidades pode ser fornecida entre a carga de acoplagem 67H e o respectivo compressor 71 e/ou entre a carga de acoplagem 65C e o compressor 72. A caixa de velocidades pode ser usada para inverter a direção da rotação e/ou para modificar a razão entre a velocidade de rotação da turbina e a velocidade giratória do respectivo compressor 71 e/ou 72.

[042] Em outras realizações (não mostradas), caso mais de dois compressores devam ser acionados pela mesma turbina a gás 23, um ou mais compressores adicionais podem ser dispostos em uma ou ambas as extremidades 65H, 65C da turbina a gás 23.

[043] A Figura 4 ilustra uma segunda realização de um sistema de acordo com a presente invenção. Os mesmos números de referência indicam a mesma parte ou partes similares conforme na Figura 3. Mais especificamente, a realização da Figura 4 inclui uma turbina a gás 23 que compreende um gerador a gás 27 e uma turbina de baixa pressão 50.

[044] A turbina a gás 23 da Figura 4 pode ser do mesmo tipo mostrado na Figura 2. Os vários componentes da turbina a gás 23 não são descritos novamente.

[045] Na realização da Figura 4, uma primeira carga 71 e uma segunda carga 73 estão conectadas de modo acionado ao lado quente ou extremidade quente 65H e ao lado frio ou extremidade fria 65C da turbina a gás 23, respectivamente. Na realização ilustrada na Figura 4, a primeira carga 71 é novamente um compressor, por exemplo, um compressor centrífugo, embora a segunda carga 73 seja um gerador elétrico. O gerador elétrico 73 pode ser conectado a uma rede de distribuição elétrica 74. A rede elétrica 74 pode ser uma rede local para alimentar instalações elétricas conectadas à turbina a gás 23 e/ou usina na qual a turbina a gás 23 está disposta. Na realização exemplificativa da Figura 4, uma caixa de velocidades 76 está disposta entre a turbina a gás 23 e o gerador elétrico 73, para aumentar a velocidade rotatória. O compressor 71 pode mais uma vez ser um compressor dividido verticalmente, conforme esquematicamente mostrado no desenho.

[046] Na realização exemplificativa da Figura 4, o compressor 71 está disposto na extremidade quente da turbina a gás 23, embora o gerador elétrico 73 esteja na extremidade fria da turbina a gás 23. Em outras realizações, a posição das duas cargas 71, 73 pode ser revertida, com o compressor estando disposto na extremidade quente da turbina a gás e o gerador elétrico disposto na extremidade quente da turbina a gás.

[047] A Figura 5 ilustra esquematicamente um sistema adicional que inclui uma turbina a gás 23 conforme mostrado, por exemplo, na Figura 2, uma primeira carga 71 e uma segunda carga 72. No exemplo ilustrado na Figura 5, a primeira carga 71 é novamente um compressor, por exemplo, um compressor centrífugo, acionado pelo eixo de potência 65 da turbina a gás 23 através de uma carga de acoplagem 67H disposta na extremidade quente ou lado quente 65H da turbina a gás 23.

[048] Nessa realização, a segunda carga 72 compreende um compressor de um sistema de resfriamento 81 projetado e disposto para resfriar o ar de combustão que entra na turbina a gás 23.

[049] Na realização ilustrada na Figura 5, o sistema de resfriamento 81 compreende um circuito de refrigeração 83 que inclui o compressor mencionado acima 72, um condensador 85, válvula de expansão ou estrangulamento 86 e um evaporador 87 que fazem parte de um trocador de calor 88. Um fluido de refrigeração circula no circuito de refrigeração 83, é comprimido pelo compressor 72 e condensado no condensador 85, o calor que é removido do fluido de refrigeração no condensador 85 por meio da troca de calor com ar ou água, por exemplo. O fluido de refrigeração refrigerado e condensado é então expandido no expansor 86 e flui através do evaporador 87 para remover calor de um fluido que circula em um circuito secundário 89. O fluido que circula no circuito secundário 89 pode ser, no caso, água para resfriamento.

[050] O circuito secundário 89 compreende uma bomba 91 que faz circular o fluido de resfriamento, por exemplo, água, através de um trocador de calor 93 disposto para trocar calor no trocador de calor 88 contra o fluido de refrigeração que circula no circuito de refrigeração 83. A água resfriada no trocador de calor 88 flui então através de um segundo trocador de calor 95 disposto na entrada de um duto de sucção de ar 97, através do qual o ar de combustão é aspirado pelos compressores 31 e 39. Desse modo, o ar de combustão cantata trocador de calor de água 95 que resfria o ar a uma temperatura abaixo da temperatura ambiente, que, desse modo, diminui a eficiência geral da turbina a gás 23. Em realizações vantajosas, o sistema de resfriamento 81 pode ser controlado de modo que o ar de combustão seja mantido a uma temperatura de ar substancialmente constante quando entrar em um plenum de admissão de ar na extremidade fria da turbina a gás 23, a temperatura de ar sendo estabelecida a fim de maximizar a eficiência geral da turbina a gás 23.

[051] A Figura 5, portanto, ilustra um sistema integrado de resfriamento, em que o compressor do circuito de refrigeração é acionado diretamente pela turbina a gás. Um motor elétrico separado para acionar o compressor de resfriamento pode ser descartado, o que torna o sistema mais simples, menos complicado e com alcance reduzido.

[052] Em uma realização modificada, não mostrada, a carga 71 do sistema mostrado na Figura 5 pode ser um gerador elétrico em vez de um compressor.

[053] Embora as realizações reveladas no presente documento tenham sido mostradas nos desenhos e completamente descritas acima com particularidade e detalhes em conexão com várias realizações exemplificativas, estará aparente para aqueles técnicos no assunto que várias modificações, mudanças e omissões são possíveis sem que se desvie materialmente dos novos ensinamentos, dos princípios e conceitos estabelecidos no presente documento e vantagens da matéria citados nas reivindicações anexas. Consequentemente, o escopo apropriado das inovações reveladas deve ser determinado apenas pela interpretação mais ampla das reivindicações anexas de modo a englobar todas as tais modificações, mudanças e omissões. Adicionalmente, a ordem ou sequência de quaisquer etapas de processo ou método pode ser variada ou re-sequenciada de acordo com realizações alternativas.

Claims

1. SISTEMA DE TURBINA A GÁS, compreendendo uma turbina a gás (23), pelo menos uma primeira carga e uma segunda carga alimentadas pela turbina a gás (23); a turbina a gás (23) compreendendo: - um gerador a gás (27); - uma turbina de baixa pressão (50); - um eixo de potência (65) alimentado pela turbina de baixa pressão (50), o eixo de potência (65) que tem uma primeira extremidade de eixo (65C) conectado de modo acionado a primeira carga (71) e uma segunda extremidade (65H) de eixo conectada de modo acionado à segunda carga (72), a primeira carga (71) e a segunda carga (72) que estão dispostas em lados opostos da turbina a gás (23) e o eixo de potência (65) que se estende axialmente através da turbina a gás (23) de uma primeira até uma segunda extremidade da mesma, caracterizado pela primeira carga (71) e pela segunda carga (72) compreenderem um compressor com um revestimento dividido verticalmente.

2. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo gerador a gás (27) compreender pelo menos um compressor de ar, um combustor (47) e uma turbina de alta pressão (49), o combustor (47) estando disposto para receber ar comprimido proveniente do pelo menos um compressor de ar e combustível, gases de combustão gerados pelo combustor (47) que se expande na turbina de alta pressão (49); em que o eixo de potência (65) se estende coaxialmente até o pelo menos um compressor de ar e até a turbina de alta pressão (49).

3. SISTEMA, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 2, caracterizado pela turbina a gás (23) compreender em combinação e sequencialmente dispostos: - um compressor de baixa pressão (31); - um compressor de alta pressão (39), sequencialmente disposto à jusante do compressor de baixa pressão (31) e que recebe ar comprimido pelo compressor de baixa pressão (31); - um combustor (47), disposto para receber ar comprimido proveniente do compressor de alta pressão (39) e combustível; - uma turbina de alta pressão (49) que recebe gases de combustão provenientes do combustor (47) e disposta para gerar potência mecânica proveniente dos gases de combustão que se expandem parcialmente na mesma, a turbina de alta pressão (49) estando em comunicação fluida com a turbina de baixa pressão (50), os gases de combustão provenientes da turbina de alta pressão (49) que se expandem na turbina de baixa pressão (50); - um segundo eixo que conecta de modo acionado a turbina de alta pressão (49) e o compressor de alta pressão (39); - em que o eixo de potência (65) e o segundo eixo estão coaxialmente dispostos e o eixo de potência (65) conecta de modo acionado a turbina de baixa pressão (50) e o compressor de baixa pressão (31).

4. SISTEMA, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado por compreender uma disposição de sangramento de ar entre o compressor de baixa pressão (31) e o compressor de alta pressão (39).

5. SISTEMA, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pela segunda carga (72) compreender um gerador elétrico.

6. SISTEMA, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo primeiro compressor e opcionalmente o segundo compressor estarem dispostos e configurados para processar pelo menos um gás de refrigeração em um sistema de liquefação de gás natural.

7. SISTEMA, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado por compreender um sistema de refrigeração de ar disposto para resfriar uma corrente de ar que entra no gerador a gás (27); em que o sistema de refrigeração de ar compreende um circuito de refrigeração (83) com um compressor que processa um fluido de refrigeração que circula no circuito de refrigeração (83); e em que o compressor do circuito de refrigeração (83) está mecanicamente conectado a uma dentre as primeira extremidade de eixo (65C) e segunda extremidade de eixo (65H), que forma uma dentre as primeira carga (71) e segunda carga (72) alimentadas pela turbina a gás (23).

8. SISTEMA, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pela primeira extremidade de eixo (65C) estar disposta em uma extremidade fria da turbina a gás (23) e a segunda extremidade (65H) de eixo estar disposta em uma extremidade quente da turbina a gás (23).

9. SISTEMA, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo compressor do circuito de refrigeração (83) estar conectado de modo acionado à primeira extremidade de eixo (65C) da extremidade fria da turbina a gás (23).

10. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo gerador elétrico estar disposto e configurado para alimentar eletricamente aparelhos auxiliares da turbina a gás.

11. SISTEMA, de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 a 10, caracterizado pelo gerador elétrico estar conectado de modo acionado à primeira extremidade de eixo (65C) do eixo de potência na extremidade fria da turbina a gás (23).

12. SISTEMA, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado pela turbina a gás (23) ser uma turbina a gás aeroderivada.

13. MÉTODO PARA OPERAR UM SISTEMA DE TURBINA A GÁS (23) compreendendo uma carga, o método compreendendo as seguintes etapas: - fornecer um gerador a gás (27), uma turbina de baixa pressão (50) e um eixo de potência (65) que tem uma primeira extremidade de eixo (65C) e uma segunda extremidade de eixo (65H) acessíveis em uma primeira extremidade e em uma segunda extremidade da turbina a gás (23), respectivamente; - conectar de modo acionado uma primeira carga (71) à primeira extremidade de eixo (65C) e uma segunda carga (72) á segunda extremidade de eixo (65H); - gerar potência mecânica por meio da turbina de baixa pressão (50); - usar uma primeira parte da potência mecânica através de uma primeira carga (71) que se acopla para acionar a primeira carga (71) e uma segunda parte da potência mecânica através de uma segunda carga (72) que se acopla para acionar a segunda carga (72), caracterizado pela primeira carga (71) e pela segunda carga (72) compreenderem um compressor com um revestimento dividido verticalmente.

14. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado por compreender converter pelo menos uma dentre as primeira e segunda parte da potência mecânica gerada pela turbina de baixa pressão (50) em potência elétrica.

15. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 13 a 14, caracterizado por compreender as etapas de: comprimir ar sequencialmente em um primeiro compressor de baixa pressão (31) a um primeiro valor de pressão e em um segundo compressor de alta pressão (39) a um segundo valor de pressão, mais alto que o primeiro valor de pressão; entregar o ar comprimido ao segundo valor de pressão em um combustor (47), gerar gases de combustão no combustor (47); expandir os gases de combustão em uma turbina de alta pressão (49); acionar o segundo compressor de alta pressão (39) por meio da turbina de alta pressão (49) através de um segundo eixo, coaxial ao eixo de potência (65); expandir os gases de combustão, descarregados da turbina de alta pressão (49), na turbina de baixa pressão (50); acionar o primeiro compressor de baixa pressão (31) por meio da turbina de baixa pressão (50) através do eixo de potência (65); entregar potência mecânica disponível no eixo de potência (65) parcialmente à primeira carga (71) e parcialmente à segunda carga (72).

16. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 13 a 15, caracterizado por pelo menos uma dentre as primeira carga (71) e a segunda carga (72) compreender pelo menos um compressor respectivo com um revestimento dividido verticalmente.

17. MÉTODO, de acordo qualquer uma das reivindicações 13 a 16, caracterizado por compreender acionar um compressor de um sistema de resfriamento através do eixo de potência (65), em que o sistema de resfriamento compreende um compressor acoplado de modo acionado a uma extremidade do eixo de potência (65); e em que o sistema de resfriamento resfria uma corrente de ar de entrada entregue à turbina a gás (23).