CN101498245A

CN101498245A - 发电涡轮系统

Info

Publication number: CN101498245A
Application number: CNA2009100070323A
Authority: CN
Inventors: G·L·赛登; S·A·莱昂; J·E·肖尔斯; V·G·哈特曼; D·C·霍菲尔; T·W·范德普特; S·皮埃尔
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2008-01-31
Filing date: 2009-02-01
Publication date: 2009-08-05
Also published as: US20090193784A1; JP2009180227A; DE102009003379A1; CH698409A2

Abstract

本发明涉及发电涡轮系统，该系统包括：压缩空气流的轴向式压缩机(104)，该空气流随后在燃烧器(120)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；其中：该涡轮包括低压涡轮段(208)和高压涡轮段(204)；高压涡轮段经由第一轴(216)联接到轴向式压缩机(104)上，以便在运转中高压涡轮段(204)驱动至少部分的轴向式压缩机(104)；高压涡轮段(204)经由第一轴(216)联接到高速发电机(802)上，以便在运转中高压涡轮段(204)驱动高速发电机(802)；以及低压涡轮段(208)经由第二轴(220)联接到低速发电机(212)上，以便在运转中低压涡轮段(208)驱动低速发电机(212)。

Description

发电涡轮系统

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

随着能量成本和能量需求的与日俱增，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，以允许在有效成本的方式下构建和运转更大的涡轮。

发明内容

因此，本申请描述了一种发电涡轮系统，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。高压涡轮段可经由第一轴联接到高速发电机上，以便在运转中高压涡轮段驱动高速发电机。并且，低压涡轮段可经由第二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)包括两个段的涡轮，即分别驻留在单独的轴上的高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；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轴向式压缩机和两极发电机上，以便在运转中高压涡轮段驱动轴向式压缩机和两极发电机；以及6)第二轴，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。

高压涡轮段可包括在1至2级之间并且低压涡轮段包括在2至4级之间。高压涡轮段可构造为当通过其的工作流体流的压力约在260psi至450psi之间时运转；并且低压涡轮段可构造为当通过其的工作流体流的压力约在50psi至150psi之间时运转。涡轮可包括多个级；并且高压涡轮段可包括涡轮的前级而低压涡轮段包括涡轮的后级。低速发电机可包括四极发电机。低速发电机可包括六极发电机。低速发电机可包括八极发电机。高速发电机可包括两极发电机。低压涡轮段和低速发电机的一般运转频率约为25Hz至30Hz。高压涡轮段、轴向式压缩机和高速发电机的一般运转频率可约为50Hz至60Hz。

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。

图3是显示了根据本申请的备选实施例的发电涡轮系统的构造的示意图。

图4是显示了根据本申请的备选实施例的发电涡轮系统的构造的示意图。

图5是显示了根据本申请的备选实施例的发电涡轮系统的构造的示意图。

图6是显示了根据本申请的备选实施例的发电涡轮系统的构造的示意图。

图7是显示了根据本申请的备选实施例的发电涡轮系统的构造的示意图。

图8是显示了根据本申请的备选实施例的发电涡轮系统的构造的示意图。

图9是显示了根据本申请的备选实施例的发电涡轮系统的构造的示意图。

零件清单

燃气涡轮发动机 100

公共轴 108

涡轮 112

发电机 116

燃烧器 120

发电涡轮系统 200

高压涡轮段 204

低压涡轮段 208

低速发电机 212

第一轴 216

第二轴 220

发电涡轮系统 300

蒸汽涡轮 302

发电涡轮系统 400

发电涡轮系统 500

发电涡轮系统 600

高压压缩机段 602

低压压缩机段 606

发电涡轮系统 700

发电涡轮系统 800

高速发电机 802

发电涡轮系统 900

第一轴 902

高压涡轮段 904

高压压缩机段 905

第二轴 906

中压涡轮段 908

高压压缩机段 909

第三轴 910

低压涡轮段 912

具体实施方式

现在参照附图，在所有图中的若干不同的编号代表同样的部件，图1是显示了现有技术的发电涡轮系统的构造的示意图。一般而言，燃气涡轮发动机从压缩空气流中的气体或燃料油的燃烧所产生的热气流中提取能量。因此，燃气涡轮发动机100包括上游的轴向式压缩机或压缩机104，该压缩机104通过单个或公共轴108而机械地联接到下游的涡轮112和发电机116上，而燃烧器120位于压缩机104和涡轮112之间。

在使用中，轴向式压缩机104内的压缩机叶片的转动可压缩空气流。之后当压缩的空气在燃烧器120中与燃料相混合并被点燃时释放能量。随后可在涡轮112内的叶片或轮叶上引导所得到的来自燃烧器的膨胀热气流，从而将热气流的能量转换成转动轴108的机械能。如所描述的那样，公共轴108可将压缩机104联接到涡轮112上，以便由通过涡轮112的热气流所引起的轴108的转动可驱动压缩机104。公共轴108也可将涡轮112联接到发电机116上，以便由通过涡轮112的热气流所引起的轴108的转动可驱动发电机116。

发电机116将转动轴的机械能变换成电能。通常，在发电应用中，发电机116为两极发电机。作为本领域的一名普通技术人员将理解，缺少通常会增加系统复杂性、成本和低效性的齿轮箱，轴108必须以60Hz的频率驱动两极发电机来产生与本地交流(AC)电网相容的电能。因此，交流(AC)电网的要求、两极发电机的使用以及与使用齿轮箱相关的副作用通常需要涡轮发动机以60Hz的频率运转。如上所述，由于施加到涡轮发动机转动部件上的高水平的离心应力，在接近于这一高频率水平下运转的涡轮发动机通常受制于大小和质量流能力。

图2是显示了根据本申请的实施例的发电涡轮系统200的构造的示意图。(注意：在图2至图9的所有描述中，将描述不同的系统构件。这些系统构件将包括发电机、涡轮、蒸汽涡轮、燃烧器、压缩机和多个轴。除非另外说明，系统构件的描述意图广泛地解释为包括各构件所有的变化。进一步而言，如本文所用，“涡轮”一般指燃气涡轮发动机的涡轮段，而“蒸汽涡轮”指蒸汽涡轮发动机的涡轮段。)涡轮系统200可包括压缩机104、燃烧器120、具有高压涡轮段204和低压涡轮段208的涡轮以及低速发电机212。如本文所用，“低压涡轮段”和“高压涡轮段”的名称用于区分各段相对于其它段的相应的运转压力水平(也就是，典型涡轮的前级可称为“高压涡轮段”而后级可称为“低压涡轮段”，因为当工作流体膨胀通过涡轮即首先通过前段且随后通过后段时，流的压力降低)。因此，除非另外说明，本术语并非欲以任何其它方式进行限制。进一步而言，如文中所用，“高速发电机”应解释为在发电应用中普遍使用的常规两极发电机。“低速发电机”应解释为具有多于两极的发电机，例如四极发电机、六极发电机、八极发电机等。

在常规方式下，压缩机104可经由第一轴216联接到高压涡轮段204上，以便在运转中高压涡轮段204驱动轴向式压缩机。以同样的方式，低压涡轮段208可经由第二轴220联接到低速发电机212上，以便在运转中低压涡轮段208驱动低速发电机212。在一些实施例中，高压涡轮段204可包括在1级至2级之间而低压涡轮段208可包括在2级至4级之间。进一步而言，在一些实施例中，高压涡轮段204可限定为包括构造成用以当膨胀的热气流(即工作流体)的压力约在260至450psi之间时运转的涡轮级。而且，在一些实施例中，低压涡轮段208可限定为包括构造成用以当工作流体的压力约在50至150psi之间时运转的涡轮级。

在使用中，发电涡轮系统200可如下运转。轴向式压缩机104内的压缩机叶片的转动可压缩空气流。随后当压缩空气在燃烧器120中与燃料相混合并被点燃时可释放出能量。之后可在高压涡轮段204内的轮叶上引导所得到的来自燃烧器120的膨胀的热气流，从而将热气流的能量转换成转动的第一轴216的机械能。第一轴216可联接到轴向式压缩机104上，以便由通过高压涡轮段204的工作流体流所引起的轴216的转动可驱动轴向式压缩机104。因为高压涡轮段204未联接到发电机上，其运转频率不限于任何特定的水平，这因而允许其以对系统最为有效的频率运转。在一些实施例中，高压涡轮段204的运转频率至少约为50Hz。当然，由于在系统中不存在齿轮箱，故轴向式压缩机104的运转频率将与高压涡轮段204的频率相同。在其它实施例中，高压涡轮段204的运转频率至少为70Hz。

在工作流体流膨胀穿过高压涡轮段204后，之后可引导工作流体穿过低压涡轮段208。类似于上述过程，可在低压涡轮段208内的轮叶级上引导工作流体流，从而将流动的工作流体的能量转换成转动的第二轴220的机械能。第二轴220可将低压涡轮段208联接到低速发电机212上，以便由穿过低压涡轮段208的工作流体流所引起的第二轴220的转动可驱动低速发电机212。

如所述的那样，低速发电机212可以为具有多于两极的发电机，使得低速发电机212可在接收很慢的轴频率时以与本地交流(AC)电网相容的频率输出电能。这样，例如在低速发电机212是四极发电机的情形时，低速涡轮段208可以30Hz的降低频率运转且仍能产生与交流电网相容的60Hz的交流电频率。也就是说，低速涡轮段208的30Hz的运转频率将在30Hz的频率下驱动第二轴220，而第二轴220又将以30Hz的频率驱动四极发电机。四极发电机随后将输出60Hz的交流电。在类似的方式下，如果使用六极发电机或八极发电机，通过用于低速涡轮段208的较低运转频率可获得相同的结果(即输出处于或约为60Hz频率的相容的交流电)。当然，也可使用更多极的发电机。

如所述的那样，因为当工作流体流到达涡轮的后级时，工作流体的压力大大降低，故必须显著地增大处于此区域中的转动部件特别是轮叶，以有效地俘获工作流体的剩余能量。当然，由于转动部件的尺寸变得更大，故转动部件所经受的离心应力的水平也在增加并鉴于可用材料的运转限值而最终受到抑制。如所讨论的那样，这会限制涡轮发动机大小和流量的持续增长，即使这样的增长会产生更为有效的发电。然而，通过使用低速发电机212，低压涡轮段208可以降低的运转频率产生相容的交流电。频率上的降低极大地减少了转动部件上的离心应力，从而允许部件在尺寸上的增长。这允许获得更大的涡轮发动机大小和流量。进一步而言，发电涡轮系统200使用的多个轴即第一轴216和第二轴220，允许高压涡轮段204(由于穿过该段的较高压力，该高压涡轮段通过使过大离心应力的问题得到缓解的更小转动部件而有效地运行)以比低压涡轮段204更高(更有效)的不同频率运转。

图3是显示了根据本申请的备选实施例的发电涡轮系统300的构造的示意图。发电涡轮系统300可包含除了增添蒸汽涡轮302之外的与发电涡轮系统200相同的系统构件。作为本领域的一名普通技术人员将会理解，例如，来自燃气涡轮发动机的废热可通过热回收蒸汽发电机回收以便向常规的蒸汽涡轮提供动力。如在下文的详细描述，蒸汽涡轮302在一些实施例中可以是低压蒸汽涡轮。如文中所用，“低压蒸汽涡轮”一般限定为仅包括常规蒸汽涡轮的低压级或后级的蒸汽涡轮。蒸汽涡轮302可经由第二轴联接到低速发电机212上，以便在运转中低压涡轮段208和低压蒸汽涡轮302均驱动低速发电机212。因此，蒸汽涡轮302可在与针对低压涡轮段208所述的相同频率下运转(也就是，如果低速发电机212是四极发电机，则蒸汽涡轮302可在30Hz的频率下运转)。一般而言，在其它情况下，发电涡轮系统300的系统构件可类似于在文中针对其它实施例中的相同系统构件所描述的那样运转。

图4是显示了根据本申请的备选实施例的发电涡轮系统400的构造的示意图。在图4中示出的实施例一般包含与在图2中的发电涡轮系统200中相同的系统构件，但已变动了低速发电机212的位置。在图2中，因为低速发电机212处于与涡轮段204，208的相同侧，故低速发电机称为位于“热侧”。在图4中，因为低速发电机212处于与轴向式压缩机104的相同侧，故低速发电机称为位于“冷侧”。作为本领域中的一名普通技术人员将理解，如在图4中所示，第一轴216和第二轴220相互独立且在不同的频率下运行(也就是，如图所示，第二轴220处于第一轴216内)。一般而言，在其它情况下，发电涡轮系统400的系统构件可类似于在文中针对其它实施例中的相同系统构件所描述的那样运转。

图5是显示了根据本申请的备选实施例的发电涡轮系统500的构造的示意图。在图5中显示的实施例通常包含与图3中的发电涡轮系统300相同的系统构件，但已变动了低速发电机212和低速蒸汽涡轮302的位置。在图5中，低速发电机212和低压蒸汽涡轮302均处于冷侧。一般而言，在其它情况下，发电涡轮系统500的系统构件可类似于在文中针对其它实施例中的相同系统构件所述的那样运转。

图6和图7是显示了分别根据本发明的备选实施例的发电涡轮系统600和发电涡轮系统700的示意图。图6和图7都显示了在其中轴向式压缩机包括驻留在单独的轴上的高压压缩机段602和低压压缩机段606的实施例。如在下文更详细地讨论，具有单独的轴可允许各个压缩机段在不同的频率下运转并且可由不同的压缩机段驱动以增强运转。

现在参看图6，在常规方式下，第一轴216可将高压压缩机段602联接到高压涡轮段204上。第二轴220可将低压涡轮段208联接到低压压缩机段606上。此外，第二轴220可将低压涡轮段208联接到低速发电机212上。注意到在图6中的实施例中，低速发电机212位于冷侧。在备选实施例中，低速发电机212也可位于热侧。

在使用中，发电涡轮系统600可如下运转。高压压缩机段602和低压压缩机段606内的压缩机叶片的转动可压缩空气流。之后当压缩的空气在燃烧器120中与燃料相混合并被点燃时可释放能量。随后可在高压涡轮系统204内的轮叶上引导所得到的来自燃烧器120中的膨胀的热气流，从而将包含在热气流中的能量转换成转动的第一轴216的机械能。第一轴216可联接到高压压缩机段602上，以便由通过高压涡轮段204的工作流体流所引起的轴216的转动驱动高压压缩机段602。因为高压涡轮段204未联接到发电机上，故其运转频率不限于任何特定的水平，这因而允许其以系统最为有效的任何频率运转。在一些实施例中，高压涡轮段204的运转频率至少约为50Hz。当然，由于系统中不存在齿轮箱，故用于高压压缩机段602的运转频率将与高压涡轮段204的频率相同。在其它实施例中，用于高压涡轮段204的运转频率至少约为70Hz。在另外的其它实施例中，高压压缩机段可位于在1级至2级之间而低压压缩机段可位于在2级至4级之间。

在工作流体流膨胀穿过高压涡轮段204后，之后可引导该工作流体流穿过低压涡轮段208。类似于上述过程，可在低压涡轮段208内的轮叶级上引导工作流体流，从而将包含在工作流体中的能量转换成转动的第二轴220的机械能。第二轴220可将低压涡轮段208联接到低速发电机212上，以便由穿过低压涡轮段208的工作流体流所引起的第二轴220的转动驱动低速发电机212。

如在上文详细地描述，低速发电机212可以为具有多于两极的发电机，使得低速发电机212当接收非常慢的轴频率时可以与本地交流电网相容的频率输出电能。这样，例如在低速发电机212是四极发电机的情形中，低速涡轮段208可在30Hz的降低频率下运转，并且仍能产生与交流电网相容的60Hz频率的交流电。

第二轴220也可将低速涡轮段208联接到低速压缩机段606上，以便由通过低压涡轮段208的工作流体流所引起的第二轴220的转动驱动低速压缩机606。如前文所述，高频速率和更大转动部件大小的问题不局限于发动机的涡轮段，因为其也可能是压缩机中的问题。当压缩机的转动叶片变得更大以容许更大的涡轮发电系统和流量时，过大的离心应力成为问题。这对于在其中需要更大压缩机叶片的压缩机的前低压级而言尤为如此。

如果低压压缩机段606在单独的轴上以低于压缩机后端的更高压力级的频率转动，这个问题可有效地解决。因此，第二轴220可将低压涡轮段208联接到低压压缩机段606上。以这种方式，当以降低的频率运转时，可有效地使用低压压缩机段606以加强通过压缩机的压缩，使得转动部件的大小不受限制。一般而言，在其它情况下，发电涡轮系统600的系统构件可类似于在文中针对其它实施例中的相同系统构件所描述的那样运转。

图7也显示了一个实施例，在其中轴向式压缩机包括驻留在单独的轴上的高压压缩机段602和低压压缩机段606。发电涡轮系统700包括经由第二轴220联接到低速发电机212、低压压缩机段606和低压涡轮段208上的低压蒸汽涡轮302。注意到在图7的实施例中，低压蒸汽涡轮302位于冷侧。在备选实施例中，低压蒸汽涡轮302可位于热侧。在使用中，低压蒸汽涡轮302可以降低的频率运转以驱动低速发电机212和低压压缩机段606，如上文结合包括低压蒸汽涡轮的其它实施例所述。一般而言，在其它情况下，发电涡轮系统700的系统构件可类似于在文中针对其它实施例中的相同系统构件所述的那样运转。

图8是显示了根据本申请的备选实施例的发电涡轮系统800的构造的示意图。如图所示，以常规的方式，第一轴216可将高压涡轮段204联接到轴向式压缩机104上。第一轴216也可将高压涡轮段204联接到高速发电机802上。第二轴220可将低压涡轮段208联接到低速发电机212上。注意到在图8中的实施例中，低速发电机212位于热侧而高速发电机802位于冷侧。在备选实施例中，其它的定位也是可能的。

在使用中，发电涡轮系统800可如下运转。压缩机104内的压缩机叶片的转动可压缩空气流。之后当压缩的空气在燃料室120中与燃料相混合并被点燃后可释放能量。随后可在高压涡轮段204内的轮叶上引导所得到的来自燃烧器120的膨胀的热气流，从而将包含在热气流中的能量转换成转动的第一轴216的机械能。第一轴216可联接到压缩机104上，以便由通过高压涡轮段204的工作流体流所引起的轴216的转动驱动压缩机104。第一轴216也可联接到高速发电机802上，以便由通过高压涡轮段204的工作流体流所引起的轴216的转动驱动高速发电机802。在一些实施例中，因为高压涡轮段204联接到高速发电机802上，故其运转频率可为60Hz，以便由高速发电机802所产生的电能也具有60Hz的频率，并从而将与本地交流电网相容。其它的运转频率也是可能的。

当工作流体流膨胀穿过高压涡轮段204后，之后可引导该工作流体流穿过第一涡轮段208。类似于上述过程，可在低压涡轮段208内的轮叶级上引导工作流体流，从而将包含在工作流体中的能量转换成转动的第二轴220的机械能。第二轴220可将低压涡轮段208联接到低速发电机212上，以便由通过低压涡轮段208的工作流体流所引起的第二轴220的转动驱动低速发电机212。如上文的详细描述，低速发电机212可以为具有多于两极的发电机，使得低速发电机212当接收很低的轴频率时可在与本地交流电网相容的频率下输出电能。

在图8中所述的实施例也可具有蒸汽涡轮302，该蒸汽涡轮302联接到第二轴220上并以与上文针对该特定系统构件所述的极为相同的方式运转。进一步而言，图8的压缩机104包括高压压缩机段602和低压压缩机段606，它们驻留在单独的轴上并以与上文针对特定系统构件所述的相同方式运行。也就是说，高压压缩机段602可联接到第一轴216上并由高压涡轮段204驱动，而低压压缩机段606可联接到第二轴220上并由低压涡轮段208驱动。一般而言，在其它情况下，发电涡轮系统800的系统构件可以类似于在文中针对其它实施例中的相同系统构件所描述的那样运转。

图9是显示了根据本申请的备选实施例的具有三个独立运行轴的发电涡轮系统900的示意图。如图所示，在常规方式下，第一轴902可将高压涡轮段904联接到高压压缩机段905上。第二轴906可将中压涡轮段908联接到高压压缩机段909和高速发电机802上。第三轴910可将低压涡轮段912联接到低速发电机212上。注意，通常如上文所述，系统构件的其它布置比图9中的系统构件更有可能。

在使用中，发电涡轮系统900可如下运转。高压压缩机段905和低压压缩机段909内的压缩机叶片的转动可压缩空气流。当压缩的空气然后在燃烧器120中与燃料相混合并被点燃时释放能量。之后在高压涡轮段904内的轮叶上引导所得到的来自燃烧器120中的膨胀的热气流，从而将包含在热气流中的能量转换成转动的第一轴902的机械能。第一轴902可联接到高压压缩机段905上，以便由穿过高压涡轮段904的工作流体流所引起的第一轴902的转动驱动高压压缩机段905。因为高压涡轮段904没有联接到发电机上，故其运转频率不限于任何特定的水平，这从而允许其以对系统最为有效的任何频率运转。在一些实施例中，用于高压涡轮段904的运转频率可至少约为50Hz。当然，由于系统中不存在齿轮箱，故高压压缩机段905的运转频率将与高压涡轮段904的运转频率相同。在其它实施例中，用于高压涡轮段904的运转频率至少约为70Hz。

当工作流体流膨胀穿过高压涡轮段904后，之后可引导该工作流体流穿过中压涡轮段908。类似于上述过程，可在中压涡轮段908内的轮叶级上引导工作流体流，从而将包含在工作流体中的能量转换成转动的第二轴906的机械能。第二轴906可将中压涡轮段908联接到低压压缩机段909上，以便由穿过中压涡轮段908的工作流体流所引起的第二轴906的转动驱动低压压缩机段909。

第二轴906也可联接到高速发电机802上，以便由穿过中压涡轮段908的工作流体流所引起的轴906的转动驱动高速发电机802。在一些实施例中，因为中压涡轮段908联接到高速发电机802上，其运转频率约为60Hz，使得由高速发电机802所得到的电能也具有60Hz的频率，且因而与本地交流电网相容。其它类似的运转频率也是可能的。

当工作流体流膨胀穿过中压涡轮段908后，之后可引导该工作流体流穿过低压涡轮段912。类似于上述过程，可在低压涡轮段912的轮叶级上引导工作流体流，从而将包含在工作流体中的能量转换成转动的第三轴910的机械能。第三轴910可将低压涡轮段912联接到低速发电机212上，以便由通过低压涡轮段912的工作流体流所引起的第三轴910的转动驱动低速发电机212。如上文更为详细的描述，低速发电机212可以为具有多于两极的发电机，使得低速发电机212当接收很慢的轴频率时可在与本地交流电网相容的频率下输出电能。

图9中描述的实施例也可具有蒸汽涡轮302，其联接到第三轴910上并以非常类似于上文针对特定系统构件所述的方式运转。一般而言，在其它情况下，发电涡轮系统900的系统构件可类似于在文中针对其它实施例中的相同系统构件所述的那样运转。

根据本发明优选实施例的以上描述，本领域普通技术人员可构思出改善、改变和变动。在本领域技术之内的这些改善、改变和变动意图由附属权项所覆盖。进一步而言，显然前述内容仅涉及本申请所述的实施例，并且在不偏离由下文权利要求及其等效权项所限定的精神和范围的情况下可在文中作出许多改变和变动。

Claims

1.一种发电涡轮系统，所述系统包括：

压缩空气流的轴向式压缩机(104)，所述空气流然后在燃烧器(120)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；

其中：

所述涡轮包括低压涡轮段(208)和高压涡轮段(204)；

所述高压涡轮段经由第一轴(216)联接到所述轴向式压缩机(104)上，以便在运转中所述高压涡轮段(204)驱动所述轴向式压缩机(104)的至少一部分；

所述高压涡轮段(204)经由所述第一轴(216)联接到高速发电机(802)上，以便在运转中所述高压涡轮段(204)驱动所述高速发电机(802)；以及

所述低压涡轮段(208)经由第二轴(220)联接到低速发电机(212)上，以便在运转中所述低压涡轮段(208)驱动所述低速发电机(212)。

2.根据权利要求1所述的发电涡轮系统，其特征在于，所述高压涡轮段(204)包括在1级至2级之间，且所述低压涡轮段(208)包括在2级至4级之间。

3.根据权利要求1所述的发电涡轮系统，其特征在于：

所述高压涡轮段(204)构造成用以当通过其的所述工作流体流的压力约在260psi至450psi之间时运转；以及

所述低压涡轮段(208)构造成用以当通过其的所述工作流体流的压力约在50psi至150psi之间时运转。

4.根据权利要求1所述的发电涡轮系统，其特征在于：

所述涡轮包括多个级；以及

所述高压涡轮段(204)包括所述涡轮的前级，且所述低压涡轮段(208)包括所述涡轮的后级。

5.根据权利要求1所述的发电涡轮系统，其特征在于，所述低速发电机(212)包括四极发电机。

6.根据权利要求1所述的发电涡轮系统，其特征在于，所述低速发电机(212)包括六极发电机。

7.根据权利要求1所述的发电涡轮系统，其特征在于，所述低速发电机(212)包括八极发电机。

8.根据权利要求1所述的发电涡轮系统，其特征在于，所述高速发电机(802)包括两极发电机。

9.根据权利要求1所述的发电涡轮系统，其特征在于，所述低压涡轮段(208)和所述低速发电机(212)的一般的运转频率约为25Hz至30Hz。

10.根据权利要求1所述的发电涡轮系统，其特征在于，所述高压涡轮段(204)、所述轴向式压缩机(104)和所述高速发电机(802)的一般的运转频率约为50Hz至60Hz。