CN102678819A - 具有扭转式阻尼联轴器的燃气涡轮发动机发电机系统 - Google Patents

具有扭转式阻尼联轴器的燃气涡轮发动机发电机系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种具有扭转式阻尼联轴器的燃气涡轮发动机发电机系统。所述燃气涡轮发动机发电机系统可包括涡轮机、发电机和轴。所述涡轮机经由所述轴驱动所述发电机。扭转式阻尼联轴器可围绕所述轴设置，以便在发生基于发电机的故障事件的过程中，限制向所述涡轮机的扭矩传输。

Description

具有扭转式阻尼联轴器的燃气涡轮发动机发电机系统
技术领域
本发明大体涉及燃气涡轮发动机，确切地说，涉及在燃气涡轮发动机和发电机之间使用扭转式阻尼联轴器(torsional dampingcoupling)，以防止燃气涡轮发动机因发生基于发电机的故障事件而遭到损坏。
背景技术
燃气涡轮发动机和其他类型的涡轮机通常用于驱动发电机等负载。燃气涡轮机设计成经受某种级别的基于发电机的故障事件，而不致产生损坏。此类故障事件可定义为异相同步、短路以及类似故障。故障事件可能会以强振动性将高扭矩从发电机传输到涡轮机。通常而言，涡轮机设计成可承受微小的故障事件而不致造成永久损害，并且可承受重大故障事件而不致导致涡轮机失效。但是，这些故障设计要求可能会提高涡轮机的总体大小、成本和重量。
过去，人们尝试用切变联轴器(shear couplings)来防止燃气涡轮发动机因发生基于发电机的故障事件而遭到损害。但是，切变联轴器通常在微小的故障事件过程中不会提供任何帮助，且通常需要在重大故障事件之后进行更换。因此，切变轴联器的有效性可能有限，且不适于长期使用。
因此，所属领域需要用于防止燃气涡轮发动机因发生基于发电机的故障事件而遭到损坏，和/或抑制燃气涡轮发动机对所述故障事件做出响应的系统和方法。此类改进的系统和方法能够较好地将燃气涡轮发动机与此类故障事件实质分离，从而降低当前的涡轮机故障设计要求和成本。
发明内容
因此，本发明提供燃气涡轮发动机发电机系统。所述燃气涡轮发动机发电机系统可包括涡轮机、发电机和轴。所述涡轮机经由所述轴来驱动所述发电机。所述扭转式阻尼联轴器可围绕所述轴设置，以便在发生基于发电机的故障事件的过程中，限制向所述涡轮机的扭矩传输。
所述扭转式阻尼联轴器包括内部部分和外部部分，及设置于所述内部部分和所述外部部分之间的弹簧组，所述弹簧组包括多个弹簧和多个油腔。所述燃气涡轮发动机发电机系统进一步包括多个扭转式阻尼联轴器。所述扭转式阻尼联轴器限制从所述发电机到所述涡轮机的扭矩传输；进一步地，所述扭转式阻尼联轴器限制由故障事件引起的从所述发电机到所述涡轮机的所述扭矩传输。所述扭转式阻尼联轴器包括基于油的阻尼器，或者基于弹簧的阻尼器。
本发明进一步提供运行燃气涡轮发动机发电机系统的方法。所述方法可包括以下步骤：将扭转式阻尼联轴器设置于围绕发电机和涡轮机之间的轴的位置，通过涡轮机经由轴来驱动发电机，在发生故障事件的过程中，在发电机中产生扭矩，以及通过扭转式阻尼联轴器抑制从发电机到涡轮机的扭矩传输。
所述通过所述扭转式阻尼联轴器来抑制从所述发电机到所述涡轮机的扭矩传输的步骤包括基于油的阻尼阶段，或者包括产生水力摩擦，或者包括基于弹簧的阻尼阶段，或者包括弯曲多个弹簧。
本发明进一步提供燃气涡轮发动机发电机系统。燃气涡轮发动机系统可包括涡轮机、发电机和轴。所述涡轮机经由所述轴来驱动所述发电机。扭转式阻尼联轴器可围绕所述轴设置。扭转式阻尼联轴器可包括由弹簧组隔开的内部部分和外部部分。
通过参照附图和随附的权利要求书来阅读以下详细说明，所属领域的一般技术人员轻易就可了解本发明的这些和其他特征以及改进。
附图说明
图1为已知的燃气涡轮发动机的示意图。
图2为本说明书所描述的具有扭转式阻尼联轴器的燃气涡轮发动机发电机系统的示意图。
图3是图2所示扭转式阻尼联轴器的侧视截面示意图。
图4是图2所示扭转式阻尼联轴器的局部俯视平面图。
元件符号列表：
具体实施方式
现在参照附图，在附图中，相同数字指代多副附图中的相同元件，图1所示为本说明书所用燃气涡轮发动机10的示意图。燃气涡轮发动机10可包括压缩机15。压缩机15用于压缩进入气流20。压缩机将压缩气流20传送到燃烧室25。燃烧室25将压缩气流20与压缩燃料流30混合，并点燃所述混合物以生成燃气流35。尽管图中仅显示了一个燃烧室25，但燃气涡轮发动机10可包括任何数量的燃烧室25。燃气流35顺次传送到下游涡轮机40。燃气流35驱动涡轮机40，从而产生机械功。在涡轮机40中产生的机械功经由轴45驱动压缩机15，并驱动将在下文中详细描述的发电机和类似装置等外部负载。
燃气涡轮发动机10可使用天然气、各种类型的合成气，和/或其他类型的燃料。燃气涡轮发动机10可为位于纽约斯克内克塔迪的通用电气公司(General Electric Company)以及同类公司所提供的任意燃气涡轮发动机。燃气涡轮发动机10可具有不同配置，且使用其他类型的部件。本发明也可使用其他类型的燃气涡轮发动机。本发明也可同时使用多个燃气涡轮发动机、其他类型的涡轮机，以及其他类型的发电设备。
图2描绘的是本说明书所描述的燃气涡轮发动机发电机系统100。燃气涡轮发动机发电机系统100大体包括上述的燃气涡轮发动机10，其中具有压缩机110、燃烧室120、涡轮机130、轴140以及其他部件。燃气涡轮发动机发电机系统100也包括发电机150或类似类型的负载。发电机150可为任意类型的发电装置。发电机150可由涡轮机130经由轴140驱动。本发明也可使用其他部件和其他配置。
燃气涡轮发动机发电机系统100也可包括围绕轴140设置的扭转式阻尼联轴器160。在发生故障事件的过程中，扭转式阻尼联轴器160可减慢涡轮机130对发电机150所施加的扭矩做出的响应。此类故障事件通常以电网频率振荡，且可能通常在几秒钟之内迅速减弱。因此，即使扭转式阻尼联轴器160仅在发电机150和涡轮机130之间提供相对较短的响应滞后，也能减小涡轮机130中的响应扭矩以及相应的损坏。
图3和图4描绘的是本发明所用扭转式阻尼联轴器160的一个实例。扭转式阻尼联轴器160可包括驱动或内部部分170以及从动或外部部分180。内部部分170和外部部分180可由多个弹簧组(spring sets)190隔开。每个弹簧组190中可包括多个弹簧200以及多个油腔210。弹簧200可为板弹簧(leaf springs)。油腔210内可使用油和其他类型的粘性流体。
在基于发电机的故障事件所引起扭矩传输过程中，扭转式阻尼联轴器160的外部部分180可相对于内部部分170旋转，从而弯曲弹簧200。弹簧200的移动可促使油或其他流体从一个油腔210流向另一个油腔。因此，通常而言，油流中的水力摩擦(hydraulic friction)可减慢内部部分170和外部部分180的相对运动，从而实现瞬时阻尼效果(momentary damping effect)。因此，该实例的扭转式阻尼联轴器160可提供基于油和基于弹簧的阻尼效果。本发明可使用多个扭转式阻尼联轴器160。
本说明书所描述的扭转式阻尼联轴器160及其运行仅作举例之用。可采用许多其他类型和配置的扭转式阻尼联轴器160。位于奥地利萨尔茨堡的杰斯林格公司(Geislinger GmbH)的相关产品可作为扭转式阻尼联轴器160的实例。此类扭转式阻尼联轴器160可显示授予杰斯林格公司(Geislinger)的德国专利号DE 19839470。本发明也可使用类似装置。本发明可使用其他部件或其他配置。
因此，在燃气涡轮发动机发电机系统100中使用扭转式阻尼联轴器160可最大限度地减小微小和重大故障事件对涡轮机130和本说明书所描述的其他部件造成的影响。具体而言，扭转式阻尼联轴器160使得由基于发电机的故障事件所引起的向涡轮机130的扭矩传输过程更为平稳。扭矩的此类减小可简化总体涡轮机设计要求。因此，涡轮机130的大小、成本和重量即可得到降低。此外，由于部件寿命延长，整个燃气涡轮发动机发电机系统100也更为可靠。扭转式阻尼联轴器160可为原始设备，也可为设备更新的一部分。尽管本说明书描述的是燃气涡轮发动机10，但扭转式阻尼联轴器160可用于任何类型的涡轮机和类似装置。
应了解，上述说明仅涉及本发明及相应专利的某些实施例。所属领域的一般技术人员可在不脱离本发明的精神和范围的情况下对本发明做多种变化和修改，本发明的精神和范围由随附的权利要求书及其等效物定义。

Claims (14)

1.一种燃气涡轮发动机发电机系统(100)，包括：
涡轮机(130)；
发电机(150)；
其中所述涡轮机(130)经由轴(140)驱动所述发电机(150)；以及
围绕所述轴(140)设置的扭转式阻尼联轴器(160)。
2.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机发电机系统(100)，其特征在于，所述扭转式阻尼联轴器(160)包括内部部分(170)和外部部分(180)。
3.根据权利要求2所述的燃气涡轮发动机发电机系统(100)，其特征在于，所述扭转式阻尼联轴器(160)包括设置于所述内部部分(170)和所述外部部分(180)之间的弹簧组(190)。
4.根据权利要求3所述的燃气涡轮发动机发电机系统(100)，其特征在于，所述弹簧组(190)包括多个弹簧(200)和多个油腔(210)。
5.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机发电机系统(100)，其特征在于，进一步包括多个扭转式阻尼联轴器(160)。
6.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机发电机系统(100)，其特征在于，所述扭转式阻尼联轴器(160)限制从所述发电机(150)到所述涡轮机(130)的扭矩传输。
7.根据权利要求6所述的燃气涡轮发动机发电机系统(100)，其特征在于，所述扭转式阻尼联轴器(160)限制由故障事件引起的从所述发电机(150)到所述涡轮机(130)的所述扭矩传输。
8.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机发电机系统(100)，其特征在于，所述扭转式阻尼联轴器(160)包括基于油的阻尼器(210)。
9.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机发电机系统(100)，其特征在于，所述扭转式阻尼联轴器(160)包括基于弹簧的阻尼器(200)。
10.一种运行燃气涡轮发动机发电机系统(100)的方法，包括：
将扭转式阻尼联轴器(160)设置于围绕发电机(150)和涡轮机(130)之间的轴(140)的位置；
通过所述涡轮机(130)经由所述轴(140)驱动所述发电机(150)；
在故障事件过程中，在所述发电机(150)中产生扭矩；以及
通过所述扭转式阻尼联轴器(160)抑制从所述发电机(150)到所述涡轮机(130)的扭矩传输。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述通过所述扭转式阻尼联轴器(160)来抑制从所述发电机(150)到所述涡轮机(130)的扭矩传输的步骤包括基于油的阻尼阶段。
12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述通过所述扭转式阻尼联轴器(160)来抑制从所述发电机(150)到所述涡轮机(130)的扭矩传输的步骤包括产生水力摩擦。
13.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述通过所述扭转式阻尼联轴器(160)来抑制从所述发电机(150)到所述涡轮机(130)的扭矩传输的步骤包括基于弹簧的阻尼阶段。
14.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述通过所述扭转式阻尼联轴器(160)来抑制从所述发电机(150)到所述涡轮机(130)的扭矩传输的步骤包括弯曲多个弹簧(200)。
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