CN103161576A - 用于燃气涡轮配置的旋转装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于燃气涡轮配置的旋转装置。公开用于驱动负载的设备。设备包括多轴燃气涡轮(103)，其包括：高压压缩机(107)和高压涡轮(109)，高压压缩机(107)和高压涡轮(109)通过第一燃气涡轮轴(113)驱动地彼此连接；低压压缩机(105)和动力涡轮(111)，低压压缩机(105)和动力涡轮(111)通过第二燃气涡轮轴(115)驱动地彼此连接，第二燃气涡轮轴(115)与第一燃气涡轮轴、高压压缩机和高压涡轮同轴地延伸。设备进一步包括使动力涡轮驱动地连接于负载的负载联接件(121)。双速旋转装置(141)具有输出轴，其能够驱动地接合于所述负载和与所述负载脱离，用于缓慢回转负载，或者用于在离线清洗期间旋转低压压缩机以及驱动地连接于其上的涡轮机。

Description

用于燃气涡轮配置的旋转装置
技术领域
本公开涉及机械驱动应用中的燃气涡轮。更特别地，本文中公开的主题涉及多轴燃气涡轮，诸如用于机械驱动应用的航改双轴燃气涡轮。
背景技术
燃气涡轮广泛使用在若干应用(诸如发电以及机械驱动)中，其中，燃气涡轮通常用作用于一个或多个从动机器(诸如压缩机，特别是离心压缩机)的第一原动机。典型机械驱动应用在天然气液化、二氧化碳回收等的领域中。
燃气涡轮包括用于压缩周围空气的一个或更多个顺序地配置的空气压缩机、将燃料与压缩空气一起燃烧的燃烧器以及用于驱动(多个)压缩机并产生有用机械功率的一个或更多个涡轮。超过驱动(多个)压缩机所需的功率的、由(多个)涡轮产生的功率用于驱动负载。
燃气涡轮吸收大量空气。由燃气涡轮吸入的空气中存在的悬浮微粒形式的颗粒与排放气体一起部分地离开燃气涡轮。然而，存在通过粘附于涡轮机的静止静叶和转动叶片而污染涡轮机的颗粒。也叫做结垢的该污染特别地消极地影响燃气涡轮内的流动路径的初始部分，即，一个或多个压缩机。在压缩机的静止叶片(静叶)和转动叶片上形成沉积物的污染物改变叶片的几何形状并且增大气体摩擦，因此降低总压缩机效率。特别地，粘附于压缩机的静叶和转动叶片的表面的颗粒改变由叶片和静叶限定的流动通路的空气动力学性质。空气动力学性质的改变造成质量流量的损失和因此压缩机效率的降低。
典型地，燃气涡轮的压缩机消耗由一个或多个涡轮产生的功率中的大部分，即，所述功率的大约60%。因此，压缩机效率的降低消极地影响燃气涡轮的总效率，从而减小可用于驱动负载的功率。
减少燃气涡轮中的压缩机的结垢的方式中的一个为清洗燃气涡轮中的气体路径。清洗典型地通过将清洗液喷射在压缩机入口上游的气体路径中而实践。涡轮机被允许在清洗期间转动，使得液体被迫穿过压缩机，并且在燃气涡轮的后部处离开。清洗液可包含水和化学添加剂，并且以细喷雾形式供给，这将使清洗液分布在整个压缩机入口面上面。雾化由供给有加压清洗液的合适喷嘴提供。
清洗燃气涡轮的有效方式为所谓的离线清洗。在该情况下，清洗在燃气涡轮不点火但是以转动速度旋转时(即，在带负载运行时)执行，该转动速度为正常操作期间的额定转动速度的部分。需要附加原动机，以使燃气涡轮保持以离线清洗速度回转。
在线清洗也是可以的。在该情况下，燃气涡轮被清洗，同时在负载状态下运行。然而，由于导致叶片的不生效清洗的压缩机中的速度和温度状态、清洗液朝向压缩机的壳体的离心以及由于由高压缩比引起的温度增大而产生的清洗液的蒸发，故这种清洗过程是低效的。当使用在线清洗时，压缩机的结垢只可减少而不可避免。因此，离线清洗能力无论如何必须是可用的。尽管存在在线清洗，但是实际上，当压缩机的静叶和转动叶片上的颗粒沉积物的量变得不可接受时，燃气涡轮将需要离线清洗。
航改燃气涡轮越来越多地用于机械驱动和发电应用。一些航改燃气涡轮包括多轴配置。多轴配置是配置，多于一个轴设置在该配置中，以使涡轮和压缩机驱动地彼此连接。在一些多轴燃气涡轮中，动力涡轮(即，提供机械功率以驱动负载的涡轮)通过燃气涡轮轴中的一个与压缩机中的一个机械地连接。
图1示出了使用在典型机械驱动应用中的双轴航改燃气涡轮的示意图。附图标记1总体地表示包括燃气涡轮和负载的设备。燃气涡轮3包括低压压缩机5、高压压缩机7、高压涡轮9和低压涡轮或动力涡轮11。高压压缩机7借助于第一燃气涡轮轴13驱动地连接于高压涡轮9。低压涡轮或动力涡轮11借助于第二燃气涡轮轴15驱动地连接于低压压缩机5，第二燃气涡轮轴15与第一燃气涡轮轴13同轴地以及与高压涡轮9和高压压缩机7同轴地配置。
周围空气通过低压压缩机5和高压压缩机7压缩，并且进入燃烧器17，其中，气体燃料或液体燃料添加于压缩空气脉流，并且燃烧成产生高压高温燃烧气体流。燃烧气体在被排出之前在高压涡轮9和低压涡轮11中顺序地膨胀。
由燃烧气体在高压涡轮9中的膨胀产生的功率全部用于驱动高压压缩机7。相反地，通过使燃烧气体在低压涡轮11中膨胀而产生的机械功率仅部分地用于驱动低压压缩机5。在低压涡轮11的输出轴21上可用的大量机械功率用于驱动负载。
动力涡轮或低压涡轮11的输出轴21形成将机械功率从燃气涡轮3传输到负载的负载联接件23的部分。在图1的实例中，负载表示为离心压缩机25。在该示例性实施例中，齿轮箱27设置在燃气涡轮输出轴21和离心压缩机25之间。当一方面的低压涡轮和另一方面的负载的转动速度在rpm方面不相同，或者如果它必须相反时，通常设置齿轮箱。在一些实施例中，动力涡轮11可直接连接于负载轴，即，连接于发电机或诸如离心压缩机的涡轮机的轴。
在图1中示出的双轴航改燃气涡轮中，压缩机5和7的清洗需要转动第一(高压)燃气涡轮轴和第二(低压)燃气涡轮轴二者。前者利用燃气涡轮本身的机载起动马达转动，后者需要外原动机。此外，因为第二燃气涡轮轴永久地机械地连接于负载，所以转动第二燃气涡轮轴需要高功率输入。
燃气涡轮还用作发电应用中的主要原动机，其中，在燃气涡轮输出轴上可用的机械功率用于驱动发电机。发电机将来自燃气涡轮的机械功率转化为电功率。单轴燃气涡轮经常使用在这种发电应用中。燃气涡轮包括通过轴机械地彼此连接的压缩机和涡轮。由压缩机提供的压缩空气输送到燃烧器，并且与其中的燃料混合。空气燃料混合物被点燃以产生压缩热燃烧气体。燃烧气体在燃气涡轮中膨胀以产生机械功率。由涡轮产生的机械功率的部分用于驱动压缩机。多余机械功率在单个燃气涡轮轴上可用于驱动发电机。
为了起动单轴燃气涡轮和机械地连结于其上的发电机，两个结合原动机的使用是已知的。第一原动机包括低速电动马达。第二原动机包括高速内燃机。为了起动燃气涡轮和发电机组的转动，首先为低速电动马达提供能量。一旦实现轴系的预置转动速度，则通过高速内燃机执行系统的进一步加速。慢速电动马达还用于在停止之后缓慢旋转发电装置，以防止燃气涡轮的转子集合体的弯曲。
发明内容
双速旋转装置结合于多轴燃气涡轮配置，其中，多轴燃气涡轮驱动负载，其中，负载驱动地连接于动力涡轮，并且后者又连接于燃气涡轮的至少一个压缩机，所述压缩机需要离线清洗。双旋转装置由马达配置组成，该马达配置可以以至少两个不同的固定转动速度驱动双速旋转装置的输出轴。在一些实施例中，使用两个马达，例如诸如例如AC马达的电动马达。在一些实施例中，可使用三相马达，但是可设想其他原动机，诸如单相AC马达或DC马达。当使用两个马达时，所述马达还可具有不同的类型，例如分别为DC马达和AC马达。马达可彼此相同，并且齿轮减速器的配置设置成以在连接于其上的涡轮机上执行各种动作所需的不同速度驱动双速旋转装置的输出轴，如从此处下面的描述将变得更明显的。然而，在一些实施例中，使用不同额定功率和/或不同rpm的马达。此外，两个马达可提供不同的扭矩。可使用低速马达和高速马达。术语“高速”和“低速”指的是输出轴的相对转动速度。因此，双速旋转装置设计成使得低速马达将以第一转动速度驱动双速旋转装置的输出轴，并且高速马达将以第二转动速度驱动双速旋转装置的输出轴；第二转动速度高于第一转动速度。
多轴燃气涡轮可仅包括两个同轴地配置的轴。其他实施例可包括多于两个轴、附加的另外的(多个)压缩机和/或动力涡轮，其与高压压缩机和低压压缩机以及高压涡轮和动力涡轮结合。
根据一个实施例，提供一种用于驱动负载的设备，其包括多轴燃气涡轮，该多轴燃气涡轮由如下构件组成：高压压缩机和高压涡轮，该高压压缩机和该高压涡轮通过第一燃气涡轮轴驱动地彼此连接；以及低压压缩机和动力涡轮，该低压压缩机和该动力涡轮通过第二燃气涡轮轴驱动地彼此连接，该第二燃气涡轮轴与所述第一燃气涡轮轴同轴地以及与所述高压压缩机和所述高压涡轮同轴地延伸。设备进一步包括使动力涡轮驱动地连接于负载的负载联接件。设备进一步包括具有输出轴的双速旋转装置，该输出轴能够驱动地接合于所述负载和与所述负载脱离。双速旋转装置包括低速旋转马达和高速旋转马达，所述低速旋转马达和所述高速旋转马达配置和控制成以第一转动速度和第二转动速度选择性地驱动所述负载，第一转动速度低于第二转动速度。双速旋转装置接合于负载和与负载脱离可借助于诸如离合器的可接合且可脱离的接头获得。在一些实施例中，自动同步离合器可用于该目的。这种离合器使接合和脱离特别地迅速且可靠。可使用其他离合器或离合器系统。
在一些实施例中，如随后将关于示例性实施例公开的，双速旋转装置的输出轴能够前面地接合于负载。例如，双速旋转装置的输出轴可能够接合于形成压缩机组的一系列压缩机中的最后一个或仅一个压缩机的轴，该最后一个或仅一个压缩机形成由燃气涡轮驱动的负载。不排除不同的配置，诸如使用齿轮箱的配置，该齿轮箱定位在形成负载的压缩机组的最后压缩机或压缩机与双速旋转装置的输出轴之间。
在一些实施例中，负载可包括至少一个离心压缩机或多个离心压缩机。在其他实施例中，与离心压缩机不同的其他转动机器可连接于燃气涡轮，可与离心压缩机结合。
在一些实施例中，超速离合器可设置成在高速旋转马达将双速旋转装置的输出轴加速成超过由低速旋转马达提供的最大速度时，使慢速旋转马达与双速旋转装置的输出轴脱离。
双速旋转装置的示例性实施例包括离合器配置，其设计和配置成使得：双速旋转装置的输出轴将通过慢速旋转马达转动直到第一转动速度，并且在输出轴的转动速度超过所述第一转动速度时，将通过高速旋转马达转动。超速离合器可用于该目的，配置在慢速旋转马达和双速旋转装置的输出轴之间，使得一旦该输出轴的速度超过由低速旋转马达施加的速度，则高速旋转马达将接管输出轴的控制。
在一些实施例中，可设置第一离合器和第二离合器，该第一离合器使所述双速旋转装置的输出轴选择性地接合于所述负载和与所述负载脱离，该第二离合器使低速旋转马达选择性地接合于输出轴和与该输出轴脱离。
双速旋转装置可包括齿轮配置，以提供在慢速旋转马达的转动速度与双速旋转装置的输出轴的转动速度之间以及在高速旋转马达的转动速度与所述输出轴的转动速度之间的适当比率。齿轮配置可包括至少一个蜗轮。在一些实施例中，两个蜗轮以级联方式配置，即，按顺序配置。接着，慢速旋转马达的转动速度将由两个顺序地配置的蜗轮减小两次，以将输出轴驱动成处于第一慢速转动运动。高速旋转马达的转动速度可仅通过所述蜗轮中的一个减小，以使双速旋转装置的输出轴以较高转动速度转动。
根据一些实施例，在燃气涡轮的离线清洗期间，双速旋转装置配置和控制成借助于低速旋转马达将负载、低压压缩机和动力涡轮从静止状态初始地加速至第一转动速度，并且随后将负载、低压压缩机和动力涡轮从第一转动速度进一步加速至高于所述第一转动速度的第二转动速度。第二转动速度可为在燃气涡轮的离线清洗期间保持的离线清洗速度。
在一些实施例中，慢速旋转马达和高速旋转马达配置和控制成使得在负载的缓慢回转期间，所述负载的转动由所述低速旋转马达控制。
辅助旋转马达例如设置用于将所述高压压缩机和所述高压涡轮驱动至转动。这种辅助旋转马达可为燃气涡轮本身的机载起动马达。辅助旋转马达可用于在燃气涡轮的停止之后缓慢旋转燃气涡轮的芯部(即，高压压缩机和高压涡轮)，以防止所述芯部的转子集合体的弯曲。同一辅助旋转马达可用作起动器，以起动燃气涡轮的高压压缩机和高压涡轮的转动。低压压缩机和低压涡轮未机械地连接于涡轮芯部，并且因此，充当起动器的辅助旋转马达不需要将低压压缩机和低压涡轮以及连接于其上的负载驱动至转动。
根据另外的方面，本公开涉及一种用于离线清洗连接于负载的诸如双轴燃气涡轮的多轴燃气涡轮的方法。双速旋转装置选择性地驱动地连接于由多轴燃气涡轮驱动的负载，并且用于将负载和动力涡轮以及燃气涡轮的低压压缩机逐渐地加速至离线清洗转动速度。慢速旋转马达和高速旋转马达可根据需要按顺序用于加速设备。
根据本文中公开的方法的一些实施例，在燃气涡轮上执行离线清洗，该燃气涡轮包括：高压压缩机和高压涡轮，该高压压缩机和该高压涡轮通过第一燃气涡轮轴驱动地彼此连接；低压压缩机和动力涡轮，该低压压缩机和该动力涡轮通过第二燃气涡轮轴驱动地彼此连接，该第二燃气涡轮轴与所述第一燃气涡轮轴、所述高压压缩机和所述高压涡轮同轴地延伸。在一些实施例中，该方法包括如下步骤：
使双速旋转装置设置有输出轴，其能够驱动地接合于负载和与该负载脱离，其中，双速旋转装置包括低速旋转马达和高速旋转马达；
利用低速旋转马达将低压压缩机、动力涡轮和负载初始地加速至第一转动速度；
当达到第一转动速度时，利用高速旋转马达继续加速低压压缩机、动力涡轮和负载，直到达到离线清洗转动速度；
保持离线清洗转动速度，同时清洗所述燃气涡轮。
根据一些实施例，除动力涡轮和低压压缩机之外的涡轮机支撑在其上的燃气涡轮的另外的轴可通过辅助旋转马达(例如，燃气涡轮本身的机载起动马达)以离线清洗速度旋转。
根据另外的实施例，双速旋转装置可选地用于在离线清洗期间和在涡轮停止之后的缓慢回转期间转动燃气涡轮构件，例如以便例如防止经由负载联接件连接于动力涡轮的离心压缩机的弯曲。该方法可包括如下步骤：使燃气涡轮停止；借助于所述双速旋转装置的慢速旋转马达缓慢回转负载、低压压缩机和动力涡轮，直到实现所述负载的所需温度分布。
本文中的本公开还涉及一种缓慢回转连接于负载的多轴燃气涡轮的方法，所述燃气涡轮包括：高压压缩机和高压涡轮，该高压压缩机和该高压涡轮通过第一燃气涡轮轴驱动地彼此连接；低压压缩机和动力涡轮，该低压压缩机和该动力涡轮通过第二燃气涡轮轴驱动地彼此连接，该第二燃气涡轮轴与所述第一燃气涡轮轴、所述高压压缩机和所述高压涡轮同轴地延伸。在一些实施例中，该方法包括如下步骤：
使双速旋转装置设置有输出轴，其能够驱动地接合于负载和与该负载脱离，其中，双速旋转装置包括低速旋转马达和高速旋转马达；
在燃气涡轮的停止之后的燃气涡轮和负载的冷却期间，利用慢速旋转马达以缓慢回转速度选择性地缓慢回转负载和第二燃气涡轮轴；或者
在燃气涡轮的离线清洗期间，利用高速旋转马达以离线清洗速度回转负载和第二燃气涡轮轴，离线清洗速度高于所述缓慢回转速度。
特征和实施例在此处下面被公开，并且在形成本说明书的整体部分的所附权利要求中被进一步提出。以上简要描述提出本发明的各种实施例的特征，以便可更好地理解随后的详细描述，并且可更好地认识对现有技术的本贡献。当然，存在本发明的其他特征，其将在下文中被描述，并且将在所附权利要求中被提出。在这方面，在详细地说明本发明的若干实施例之前，理解，本发明的各种实施例在它们的应用中不受限于在下列描述中提出或者在附图中示出的构造的细节和构件的配置。本发明能够具有其他实施例，并且能够以各种方式实践和实施。此外，将理解，本文中使用的措词和术语出于描述的目的，并且不应当被认为是限制性的。
就这点而言，本领域技术人员将认识，本公开所基于的构想可容易地用作用于设计用于实现本发明的若干目的的其他结构、方法和/或系统的基础。因此，重要的是，在权利要求不背离本发明的精神和范围的情况下，权利要求被认为包括这种等同构造。
附图说明
当结合附图考虑时，通过参考下列详细描述，将容易地获得并且更好地理解本发明的公开实施例的更完整认识和本发明的附带优点中的许多个，其中：
图1示出了根据现有技术的由燃气涡轮驱动的压缩机；
图2示出了根据本文中公开的主题的驱动压缩机组的燃气涡轮，该压缩机组设置有双速旋转装置；
图3示出了双速旋转装置的正视图；以及
图4示出了根据图3的双速旋转装置的线IV-IV的侧视图。
具体实施方式
示例性实施例的下列详细描述参考附图。不同附图中的相同附图标记确定相同或相似的元件。另外，附图不一定按比例绘制。此外，下列详细描述不限制本发明。相反地，本发明的范围由所附权利要求限定。
在整个说明书中参考“一个实施例”、“实施例”或“一些实施例”意味着，结合实施例描述的特别特征、结构或特性包括在公开的主题的至少一个实施例中。因此，短语“在一个实施例中”、“在实施例中”或“在一些实施例中”的在整个说明书中的各个地方的出现不一定指的是相同的(多个)实施例。此外，在一个或更多个实施例中，特别特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合。
图2示出了使用在典型机械驱动应用中的双轴航改燃气涡轮的示意图。附图标记101总体地表示包括燃气涡轮103和负载104的设备。燃气涡轮103包括低压压缩机105、高压压缩机107、高压涡轮109和低压涡轮或动力涡轮111。
高压压缩机107借助于第一燃气涡轮轴113驱动地连接于高压涡轮109。动力涡轮111借助于第二燃气涡轮轴115驱动地连接于低压压缩机105，第二燃气涡轮轴115同轴地布置在第一燃气涡轮轴113内部，并且与高压涡轮109和高压压缩机107同轴。
周围空气进入低压压缩机105，在第一压力水平处被压缩并且随后进入高压压缩机107以在最后压力水平处被压缩。压缩空气进入燃烧器117，在燃烧器117中，气体燃料或液体燃料添加于压缩空气脉流，并且燃烧以产生高压高温燃烧气体流。燃烧气体在被排出之前在高压涡轮109中和动力涡轮111中顺序地膨胀。
由燃烧气体在高压涡轮109中的膨胀产生的机械功率驱动高压压缩机107。由动力涡轮111中的气体膨胀产生的机械功率部分地用于驱动低压压缩机105。在动力涡轮111的轴上的可用的过多机械功率传递到动力涡轮111的输出轴121以驱动负载104。
在图2中示出的实施例中，输出轴121通过齿轮箱125连接于负载104。在未示出的其他实施例中，可省去齿轮箱125。来自齿轮箱125的出口轴126将功率传输到负载104。因此，负载、动力涡轮111和低压压缩机105永久地机械地彼此连接。
在图2中示出的实施例中，负载104包括压缩机组。压缩机组又包括第一压缩机127和第二压缩机129。仅经由实例，如图2所示，第一压缩机127为具有双壳体的双压缩机。两个压缩机127，129由同一轴126驱动，并且因此以相同的转动速度转动。应当理解，轴126实际上可由通过合适的接头彼此连接的多于一个轴部分制成。在未示出的其他实施例中，例如如果两个压缩机需要以不同的转动速度驱动，则另外的齿轮箱可配置在第一压缩机127与第二压缩机129之间。在可能的实施例中，可省去齿轮箱125，并且例如如果第一压缩机127以与动力涡轮111相同的转动速度转动(直接驱动)，并且第二压缩机129需要以不同的速度转动，则齿轮箱可配置在第一压缩机127与第二压缩机129之间。
在未示出的其他实施例中，负载104可包括多于仅两个压缩机127，129，具有或者不具有插入在其间的齿轮箱。
如在图2中示意性地示出的，离心压缩机组104典型地使用在天然气液化装置中，其中，每个离心压缩机用于处理制冷气体或制冷气体的混合物，其用于冷却并且最终液化天然气，用于储存或运输。
在图2中示出的实施例中，如果需要，燃气涡轮的芯部(包括通过第一燃气涡轮轴113彼此连接的高压压缩机107和高压涡轮109)设置有辅助旋转马达或起动器131，其可在燃气涡轮的离线清洗期间使用，或者用于在燃气涡轮的停止之后的缓慢旋转。因为燃气涡轮的芯部未机械地连接于第二燃气涡轮轴115，所以低压压缩机105和动力涡轮111不由辅助马达131驱动。辅助旋转马达或起动器131可为电动马达、液压马达或具有相对低的额定功率的另一种原动机。
为了在离线清洗期间缓慢回转或转动低压压缩机105和动力涡轮111以及负载104，设备包括双速旋转装置141，其可与负载104的最后压缩机129的轴128选择性地接合。双速旋转装置141设计和控制成当燃气涡轮停止时缓慢回转负载104、动力涡轮111和低压压缩机105，以便防止离心压缩机127，129的弯曲。同一双速旋转装置141还设计和控制成在燃气涡轮的离线清洗期间转动动力涡轮111和低压压缩机105以及稳固地连接于其上的负载。
在图3和图4中示出双速旋转装置141的一个实施例。双速旋转装置141包括用于连接于底座的支撑件143。第一旋转马达145(例如诸如三相电动马达的电动马达)附接于支撑件143。第一旋转马达145将第一轴147驱动至转动。第一轴147驱动第一蜗轮149，其包括经由超速离合器152连接于输出轴151的齿轮148。轴151为第二蜗轮153的输入轴。蜗轮153的齿轮155键连接在双速旋转装置的输出轴156上。所述输出轴156能够经由自动同步离合器157前面地接合负载轴128并且从负载轴128脱离。
双速旋转装置141进一步包括第二旋转马达，例如诸如三相电动马达的电动马达161。第二旋转马达161的输出轴与轴151同轴。
第一旋转马达145和第二旋转马达161以及蜗轮147和153的传动比选择成使得，适当转动速度获得用于离心压缩机127，129的缓慢回转以及动力涡轮111和低压压缩机105的离线清洗转动二者。如果沿着使动力涡轮111连接于压缩机组的离心压缩机127，129的负载联接件设置诸如齿轮箱的一个或更多个齿轮箱125，则双速旋转装置141的蜗轮147，153的传动比将考虑所述齿轮箱的传动比而设计。
第一旋转马达145为慢速旋转马达，并且第二旋转马达161为双速旋转装置141的高速旋转马达。术语“慢速”和“高速”旨在用作相对术语，并且指的是双速旋转装置141的输出轴156的速度。以上提到的速度和传动比选择成使得，慢速旋转马达145可以以大约0,5-10rpm(并且更特别地，例如在1rpm到7rpm之间)的慢速转动输出轴156和因此离心压缩机。该转动速度适合于在燃气涡轮的停止之后的涡轮机的缓慢回转，以便防止离心压缩机在其冷却期间的弯曲。以上提到的缓慢回转速度范围仅经由实例给出，并且不应该解释为限制本公开的范围。
第二旋转马达161和第二蜗轮153的速度比选择成使得，第二旋转马达161可以以离线清洗转动速度转动低压压缩机105和动力涡轮111。所述离线清洗转动速度可在50rpm到500rpm之间(优选为在100rpm到400rpm之间，例如在200rpm到300rpm之间)变化。本文中提到的离线清洗速度的范围仅经由实例给出，并且不应该解释为限制本公开的范围。
低速旋转马达优选为低功率马达，其具有例如在1kW到20kW之间(优选为在2kW到15kW之间，并且更优选为在5kW到12kW之间)的额定功率。这些值仅经由实例给出，并且可例如取决于形成负载的离心压缩机的类型和数量以及其他参数(诸如燃气涡轮的尺寸、压缩级和膨胀级的数量以及其他设计参数)而变化。
高速旋转马达优选地具有例如在20kW到100kW之间(优选为在30kW到80kW之间，并且更优选为在40kW到50kW之间)的更高额定功率。这些值仅经由实例给出，并且可例如取决于形成负载的离心压缩机的类型和数量以及其他参数(诸如燃气涡轮的尺寸、压缩级和膨胀级的数量以及其他设计参数)而变化。
双速旋转装置可控制如下。当燃气涡轮103需要离线清洗时，高压压缩机107和高压涡轮109可由具有相对有限的额定功率的辅助马达131驱动至转动。包括低压压缩机105、动力涡轮111和负载104的剩余涡轮机需要更高的扭矩以起动转动，并且需要更高的功率，以保持以实现轴流式压缩机105的有效清洗所需的离线清洗转动速度连续转动。慢速旋转马达145用于克服涡轮机的起步扭矩，这需要待施加于轴128的高扭矩。起动涡轮机的转动所需的扭矩通过适当地选择慢速旋转马达145而实现，并且由于通过第一蜗轮149和第二蜗轮153的结合级联配置实现的非常高的减速比而产生。自动同步离合器157使双速旋转装置141的输出轴156与负载的轴128连接，并且由慢速旋转马达145产生的扭矩传输到负载104和燃气涡轮101，从而起动形成负载104的涡轮机以及动力涡轮111和低压压缩机105的转动。
一旦双速旋转装置141的输出轴156实现足够的转动速度(例如，在1-10rpm的范围内)，则可由高速旋转马达161给予另外的角加速度。当轴151的速度在高速旋转马达161的控制下超过第一蜗轮149的最大输出速度时，超速离合器152使轴151与第一低速旋转马达145脱离，使得第二高速旋转马达161可继续角度地加速轴128，直到实现最后离线清洗转动速度。
当例如在燃气涡轮停止之后需要缓慢回转以防止离心压缩机127，129的弯曲时，双速旋转装置141控制成使得轴126，128保持不超过可通过慢速旋转马达145达到的速度的缓慢回转状态。后者具有足够的功率以使涡轮机保持处于缓慢回转状态，并且不需要启动第二高速旋转马达161。如果燃气涡轮103在负载处于缓慢回转状态时重新起动，则自动同步离合器157将使双速旋转装置141与轴128自动地脱离。
虽然已经在附图中示出并且在上面结合若干示例性实施例特别且详细地全面描述了本文中描述的主题的公开实施例，但是对本领域技术人员而言显而易见的是，在实质上不背离本文中提出的新颖教导、原理和构想以及所附权利要求中列举的主题的优点的情况下，许多修改、变化和省略是可能的。因此，公开的创新的适当范围应当仅由所附权利要求的最宽泛解释确定，以便包含所有这种修改、变化和省略。另外，任何过程或方法步骤的顺序或次序可根据可选实施例改变或者重新排序。

Claims (24)

1.一种用于驱动负载的设备，其包括：
多轴燃气涡轮，其包括：
       高压压缩机和高压涡轮，所述高压压缩机和所述高压涡轮通过第一燃气涡轮轴驱动地彼此连接；
       低压压缩机和动力涡轮，所述低压压缩机和所述动力涡轮通过第二燃气涡轮轴驱动地彼此连接，所述第二燃气涡轮轴与所述第一燃气涡轮轴、所述高压压缩机和所述高压涡轮同轴地延伸；
负载联接件，其使所述动力涡轮驱动地连接于所述负载；
双速旋转装置，其具有能够驱动地接合于所述负载和与所述负载脱离的输出轴；
其中，所述双速旋转装置包括低速旋转马达和高速旋转马达，所述低速旋转马达和所述高速旋转马达配置和控制成选择性地驱动所述负载。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，进一步包括辅助旋转马达，其配置和控制用于起动所述高压压缩机和所述高压涡轮的转动和/或用于缓慢旋转所述高压压缩机和所述高压涡轮。
3.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述负载包括至少一个离心压缩机。
4.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述负载包括多个离心压缩机。
5.根据前述权利要求中的一项或更多项所述的设备，其特征在于，所述双速旋转装置包括超速离合器，以在所述高速旋转马达将所述输出轴加速成超过由所述低速旋转马达提供的最大速度时，使所述慢速旋转马达与所述双速旋转装置的输出轴脱离。
6.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，所述双速旋转装置包括离合器配置，其设计和配置成使得所述双速旋转装置的输出轴通过所述慢速旋转马达转动直到第一转动速度，并且在所述输出轴的转动速度超过所述第一转动速度时，通过所述高速旋转马达转动。
7.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，所述双速旋转装置包括超速离合器，其配置在所述慢速旋转马达与所述输出轴之间，使得一旦所述输出轴的速度超过由所述低速旋转马达施加的所述速度，则所述高速旋转马达接管所述输出轴的控制。
8.根据前述权利要求中的一项或更多项所述的设备，其特征在于，所述双速旋转装置包括第一离合器和第二离合器，所述第一离合器使所述双速旋转装置的输出轴选择性地接合于所述负载和与所述负载脱离，所述第二离合器使所述高速旋转马达选择性地接合于所述输出轴和与所述输出轴脱离。
9.根据前述权利要求中的一项或更多项所述的设备，其特征在于，所述双速旋转装置包括至少一个蜗轮。
10.根据前述权利要求中的一项或更多项所述的设备，其特征在于，所述双速旋转装置包括第一蜗轮和第二蜗轮。
11.根据权利要求10所述的设备，其特征在于，所述低速旋转马达的转动速度通过串联的所述第一蜗轮和所述第二蜗轮传输到所述双速旋转装置的输出轴。
12.根据权利要求10或11所述的设备，其特征在于，所述高速旋转马达的转动速度通过所述第二蜗轮传输到所述双速旋转装置的输出轴。
13.根据权利要求10、11或12所述的设备，其特征在于，所述第二蜗轮的轴在第一端部上连接于所述慢速旋转马达并且在第二端部处连接于所述高速旋转马达，并且其中，离合器配置在所述轴的所述第二端部与所述高速旋转马达的输出轴之间，使得在所述高速旋转马达的输出轴的转动速度超过所述第二蜗轮的所述轴的转动速度时，所述高速旋转马达接管所述第二蜗轮的控制。
14.根据前述权利要求中的一项或更多项所述的设备，其特征在于，所述双速旋转装置配置和控制成在所述燃气涡轮的离线清洗期间通过以下方式驱动所述设备：利用所述低速旋转马达将所述负载、所述低压压缩机和所述动力涡轮从静止状态初始地加速至第一转动速度，并且随后将所述负载、所述低压压缩机和所述动力涡轮从所述第一转动速度进一步加速至高于所述第一转动速度的第二转动速度。
15.根据前述权利要求中的一项或更多项所述的设备，其特征在于，所述慢速旋转马达和所述高速旋转马达配置和控制成使得在所述负载的缓慢回转期间，所述负载的转动由所述低速旋转马达控制。
16.根据前述权利要求中的一项或更多项所述的设备，其特征在于，辅助旋转马达设置用于将所述高压压缩机和所述高压涡轮驱动至转动，所述辅助旋转马达配置和控制成作为缓慢回转马达操作用于在所述燃气涡轮的停止之后缓慢旋转所述高压压缩机和所述高压涡轮，和/或作为起动器操作用于在所述燃气涡轮起动时起动所述高压压缩机和所述高压涡轮的转动。
17.一种离线清洗连接于负载的多轴燃气涡轮的方法，所述燃气涡轮包括：高压压缩机和高压涡轮，所述高压压缩机和所述高压涡轮通过第一燃气涡轮轴驱动地彼此连接；低压压缩机和动力涡轮，所述低压压缩机和所述动力涡轮通过第二燃气涡轮轴驱动地彼此连接，所述第二燃气涡轮轴与所述第一燃气涡轮轴、所述高压压缩机和所述高压涡轮同轴地延伸；所述方法包括如下步骤：
使双速旋转装置设置有输出轴，其能够驱动地接合于所述负载和与所述负载脱离，其中，所述双速旋转装置包括低速旋转马达和高速旋转马达；
利用所述低速旋转马达将所述低压压缩机、所述动力涡轮和所述负载初始地加速至第一转动速度；
当达到所述第一转动速度时，利用所述高速旋转马达继续加速所述低压压缩机、所述动力涡轮和所述负载，直到达到离线清洗转动速度；
保持所述离线清洗转动速度，同时清洗所述燃气涡轮。
18.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，进一步包括借助于辅助旋转马达加速所述高压压缩机和所述高压涡轮的步骤。
19.根据权利要求16或18所述的方法，其特征在于，进一步包括如下步骤：
使所述燃气涡轮停止；
借助于所述缓慢旋转马达缓慢回转所述负载、所述低压压缩机和所述动力涡轮，直到实现所述负载的所需温度分布。
20.根据权利要求17至19中的一项或更多项所述的方法，其特征在于，所述负载包括至少一个压缩机。
21.根据权利要求17至20中的一项或更多项所述的方法，其特征在于，所述负载包括压缩机组。
22.根据权利要求17至21中的任一项所述的方法，其特征在于，包括如下步骤：在所述燃气涡轮的停止之后借助于辅助旋转马达缓慢回转所述燃气涡轮的高压涡轮和高压压缩机。
23.一种缓慢回转多轴燃气涡轮和连接于其上的负载的方法，所述燃气涡轮包括：高压压缩机和高压涡轮，所述高压压缩机和所述高压涡轮通过第一燃气涡轮轴驱动地彼此连接；低压压缩机和动力涡轮，所述低压压缩机和所述动力涡轮通过第二燃气涡轮轴驱动地彼此连接，所述第二燃气涡轮轴与所述第一燃气涡轮轴、所述高压压缩机和所述高压涡轮同轴地延伸；所述方法包括如下步骤：
使双速旋转装置设置有输出轴，其能够驱动地接合于所述负载和与所述负载脱离，其中，所述双速旋转装置包括低速旋转马达和高速旋转马达；
在所述燃气涡轮的停止之后的所述燃气涡轮和所述负载的冷却期间，利用所述慢速旋转马达以缓慢回转速度选择性地缓慢回转所述负载和所述第二燃气涡轮轴；或者
在所述燃气涡轮的离线清洗期间，利用所述高速旋转马达以离线清洗速度回转所述负载和所述第二燃气涡轮轴，所述离线清洗速度高于所述缓慢回转速度。
24.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，包括在所述燃气涡轮的停止之后利用辅助旋转马达缓慢回转所述高压压缩机和所述高压涡轮。
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