CN1662733A - 高效燃气轮机发电机系统 - Google Patents

Abstract

一种超高效的燃气轮机发电机，该发电机为与燃烧器系统(180)相结合的电动发电机(171，172，173)和涡轮机配置(110，140)的组件，用于优选的整体涡轮机配置的操作。

Description

高效燃气轮机发电机系统

本申请要求下列发明申请的权利：美国序列号No.10/141,026，申请日为2002年5月8日；美国序列号No.10/175,487，申请日为2002年6月19日。

技术领域

本申请涉及一种新的具有超高效的燃气轮机发电机。

背景技术

现行的以简单布雷顿(Brayton)循环工作的燃气轮机发电机系统，具有接近30％的有限热效率，低功率密度并在部分负荷时具有降低的热效率。该低水平的效率和功率密度是由低压缩比、降低的涡轮入口温度以及非常高的空燃比所引起的。在部分负荷时，其降低的效率是由与降低的功率和较低的涡轮入口温度相联系的较低压缩比所引起的。

此外，典型的燃气轮机的燃烧与高水平的NOx排放联系在一起。与所有这些相关的不合需要的特征的结果是其限制了燃气轮机用于发电，使得仅在为了消除峰值(Peak Shave)发电时才使用燃气轮机，并且其操作时间受到限制(24小时中只操作2-3小时)，结果导致了高投资低收益。典型的燃气轮机使用废气门系统用于控制过载。该新的发明通过选择集成的涡轮机配置消除了这些缺点，其对于不同的功率需求能提高发电效率。

发明内容

该新燃气轮机发电机的第一特征为，其能够在非常高的压缩比，即60-100下工作，其产生的热效率范围为70-80％，消除了传统的多级，外部热电联供系统中联合循环的复杂性和超高成本。

该新燃气轮机发电机的第二特征为，使用反向旋转燃气轮机和反向旋转压缩机组件的新配置以及集成的涡轮机配置，而能够在操作的所有运行范围内，即从满负荷到部分负荷，以恒定的压缩比进行操作，引起恒定的最大热效率和恒定最佳的最小平滑燃料消耗率。

该新燃气轮机发电机的第三特征为，使用反向旋转压缩机和反向旋转涡轮机，或使用集成涡轮机配置的串联发电，而能够以可变质量流工作，即从全容量到恒定压缩比的低质量流的条件下工作。

该新燃气轮机发电机的第四特征为执行优选的高频脉动式燃烧，其通过包括在所选择结构中多倍空气和蒸汽的注入而用于减少局部的高温集中，从而消除紧凑燃烧火焰。

所选择的系统中该新燃气轮机发电机的第五特征在于，用于内部蒸汽热电联供和低压缩操作的联合蒸汽发生和燃烧室。

所选择的系统中该新燃气轮机发电机的第六特征在于，基于这种观念而使用新电动发电机并且利用进气侧驱动轴，消除了高压密封系统的必要。

该新燃气轮机发电机的第七特征为其消除了废气门系统。

所选择的系统中该新燃气轮机发电机的第八特征在于，将所有的压缩机和涡轮机以零轴向负荷处于整体的轴向平衡的方式连接，形成用于涡轮压缩机-涡轮机，压缩机-压缩机以及涡轮机-涡轮机的模块组。

所选择的系统中该新燃气轮机发电机的第九特征在于用于串联发电的多个集成燃气轮机的联合。

其第十特征为优选的包括有用于使系统损失最小化的空气辅助箔带轴承。

附图说明

图1是超高效燃气轮机发电系统的示意图。

图2是反向旋转可变几何尺寸的燃气轮机和反向旋转高压压缩机与集成电动发电机相联合的详细示意图。

图3是超高压、可变几何尺寸的燃气轮机发电机的详细示意图。

图4是具有进气侧驱动轴的电动压缩机的详细示意图。

图5是超高压蒸汽和燃烧器，或气体燃烧器的联合，具有高频脉动式燃烧系统的组合腔室的详细示意图。

图6是总体轴向平衡涡轮机的模块单元的详细示意图。

图7是具有总体轴向平衡的燃气轮机电动涡轮压缩机的详细示意图。

图8是具有总体轴向平衡的涡轮电动发电机单元的详细示意图。

图9是具有联合涡轮电动压缩机发电机模块的可替代涡轮电动发电机单元的详细示意图。

图10是具有替代的联合涡轮电动压缩机发电机模块的可替代涡轮电动发电机单元的详细示意图。

图11是具有联合涡轮电动压缩机发电机和高压柴油发动机的可替代涡轮电动发电机单元的详细的部分示意图。

图12是具有多个联合涡轮电动压缩机发电机模块的可替代涡轮电动发电机单元的详细示意图。

图13是具有多个涡轮电动压缩机发电机模块和高压柴油发动机的可替代涡轮电动发电机单元的详细示意图。

图14是具有并联涡轮电动压缩机发电机模块的可替代涡轮电动发电机单元的详细示意图。

图15是可替代的涡轮电动发电机单元的详细示意图，其具有以串联发电的多个集成燃气轮机的联合。

图16是高压涡轮增压机模块的横断面图，其示出了优选地用于所有涡轮电动发电机模块的空气辅助箔带轴承。

图17是压缩空气储存系统中的高压涡轮增压机模块的详细示意图。

具体实施方式

新的超高效燃气轮机发电机的一般概念及配置在图1中以数字100标记。燃气轮机发电机100具有一个主要组件102：反向旋转燃气轮机110和与其联合的反向旋转压缩机120，其在图2中详细描述；超高压可变几何尺寸的燃气轮机140，其在图3中详细描述；电动压缩机160，其在图4中详细描述；以及超高压燃烧器178，其在图5中详细描述。一系列的电动发电机171，172及173通过相联结的三根轴174，175和176被集成在组件102中。

超高效燃气轮机发电机100的操作通过电动机171的动作而驱动中心压缩机转子121，以及通过电动机172的动作而驱动反向旋转压缩机120的反向旋转压缩机转子122被启动。

压缩比为1-16-25的第一级压缩空气被输送给电动压缩机160，其通过电动机173以4/1的压缩比而起动，结果最终得到超高压缩比40-64-100。

在压缩空气被输送的同时，非常细的水喷射126被喷射到反向旋转压缩机120的进口以用于控制压缩温度，并用于减少压缩功。该超高压湿空气被传送到燃烧器178的超高压燃烧室180。燃料通过多脉冲燃料喷射被注入到高压燃烧室180并且在高压水/蒸汽罩183内共同产生了内部蒸汽。

燃烧气体和内部共同产生的蒸汽被传递到超高压可变几何尺寸的燃气轮机140并且通过一些气体-蒸汽穿过可变几何尺寸的阀190和管道191而部分地传送给反向旋转燃气轮机110，在阀190和管道191处，气体-蒸汽与来自燃气轮机的排气192混合并通过管道193传送给反向旋转燃气轮机110。

中心涡轮转子141驱动压缩机120的中心转子121和电动发电机171，该电动发电机产生原始的质量流和初始压力。来自高压可变几何尺寸燃气轮机140的膨胀气体与来自燃烧室180旁路的气体联合并混和，并且在可变几何尺寸的反向旋转燃气轮机110中传导并且传递第一级压缩空气压力：10-16-25，该燃气轮机110驱动反向旋转转子111以及反向旋转压缩机120的反向旋转转子122。燃气轮机110的中心转子112驱动电动压缩机160并且发电机173，传递最终的超高空气压力：40-64-100巴(bar)。

该超高效燃气轮机发电机100的本质及特定特征在于其在可变负荷及可变质量流量下的操作能力，可保持总的最大压缩比，并产生恒定的效率及恒定的平滑燃料消耗率。所有的压缩空气均可在化学计量比15/1的水平下用于燃烧，而不是现行的通过稀释来自内部蒸汽热电联供的燃烧气体的传统燃气轮机的60/1，该超高效燃气轮机的功率密度也是最大的，这提供了可将涡轮机的进口温度控制在任何水平。结果是其功率为使用过量空气来稀释燃烧气体的同样涡轮机所产生功率的至少4倍。

通过使用可变的旁路阀190来调节可变几何尺寸的超高压燃气轮机140内的气流量，该涡轮机的功率和旋转可被控制以便提供所需的原始质量流量，并且在中压时，旁路气体和来自燃气轮机140的排气驱动反向旋转涡轮机110，反过来该涡轮机在任何以及所有质量流量下控制最终恒定的压缩压力。电动发电机171，172和173在启动时作为马达工作以开始驱动压缩机，当启动后，其作为发电机吸收超过压缩机的功率的可变的附加功率。

图2更详细地描绘了可变几何尺寸的反向旋转燃气轮机110及反向旋转压缩机120的反向旋转组件的配置。可变几何尺寸燃气轮机110具有包围中心涡轮转子112的反向旋转转子111，涡轮转子112配置有可变的叶片113。可变几何尺寸的叶片113，用于调节驱动涡轮机110的周围转子11的气体流量和方向的有效面积，该涡轮机周围转子通过公共轴175驱动压缩机120的周围转子122和电机172。中心涡轮转子112通过公共轴176驱动电机173和电动压缩机160。旋转压缩机120设置有中心转子121，其控制质量流量和初始压力并通过公共轴176被超高压可变几何尺寸涡轮机140的转子141驱动。电动发电机171作为发电机工作，将汲取通过超高压涡轮机140产生的过量功率。

燃气轮机110设置有一个分开的外罩114和一个内罩116。壳114和116之间的间隙117形成了水/蒸汽罩，当被喷射的水转换为蒸汽而向原始气体蒸汽流加入更多的工作流体时，该水/蒸汽罩产生了内部蒸汽热电联供和冷却能量回收。水通过环形通道118被注入并且所产生的蒸汽通过环形间隙115进入移动气体流。混和废气通过排出口119被喷出。作为注释，一开始，电机171，172和173作为马达工作，而在正常操作过程中，它们作为发电机以超过压缩机所利用的电力而超过所产生的电力供给电网。

图3描绘了超高压可变几何尺寸的单级燃气轮机140。高压燃气轮机140设置有中心涡轮转子141，可变几何尺寸叶片142，包含内罩145的分开的外罩。外罩143和内罩145之间是注入有高压水的内部间隙147。水通过内部的热电联供处理转换为高压蒸汽，该蒸汽通过环形间隙144注入到气流并在回收所有冷却能量时起到额外工作流体的作用。外罩板146和149包围外部涡轮罩的两侧并形成了压力通风系统151和152，具有和燃烧气体相同压力的压缩空气被引入到该通风系统，以便平衡和消除外部涡轮罩143的任何应力。这样设置的最终结果是全部消除了涡轮罩内的机械应力和热应力，从而使轻量涡轮机在超高压下操作成为了可能。

由高压燃烧器178的燃烧室180通过传输管188所输送的燃烧气体和过热蒸汽通过管道189引入到高压涡轮机140以及可变几何尺寸的旁通阀190。由可变几何尺寸旁通阀转向的移动气体穿过管道191，与来自涡轮机排气管192的气体相混合，并通过传输管道193传递到反向旋转涡轮机110。旁通率将控制由超高压涡轮机140、涡轮机141的旋转以及中心压缩机转子121的旋转所产生的功率。中心压缩机转子的旋转反过来控制反向旋转压缩机120的质量流量和初级压力比。高压旁通气体和废气以适当的水平驱动反向旋转涡轮机110，以将压缩机的恒定压力维持在一规定水平。

图4中示出的电动压缩机160设置有一导电外壳164，一进气口161，一中心转子162和一进气外壳163。中心转子162与电动发电机173相连接，该电动发电机为一电力启动驱动器，而在操作过程中，其为发电机，用于通过反向旋转涡轮机110而产生过量的电力。

图5示出了超高压燃烧器178。该高压燃烧器178具有一由外罩181所构成的内部热电联供室180，一内罩182，一具有周边漩涡状的水蒸汽套183，空气引入叶片184，脉动式燃料喷射器185，200，以及一高压水供应进口201。燃烧室180设置有多级空气-蒸汽偏转器186和蒸汽喷射器187。空气-蒸汽喷射器和偏转器通道将燃烧火焰分成连续级，并且通过高频脉动式燃料喷射器185，200将燃料喷射成a，b和c三级，通过空气-蒸汽对燃烧气体的稀释而允许将燃烧过程的温度控制在消除NOx形成的任意水平。

用蒸汽稀释来代替传统的通过过量空气稀释，这允许全部的压缩空气可被利用在化学计量比为15/1的水平下进行完全燃烧，从而产生最大绝对值是传统燃气轮机至少4倍的功率密度。

图6描绘了由一般数字300指定的模块化燃气轮机的结构，其通过涡轮压缩机电动发电机310构造，图7详细描绘了其具有全部的轴向平衡转子和空气漂浮轴承，图8详细描绘了具有总的轴向平衡转子和空气漂浮轴承的涡轮电动发电机350，并在图5中详细描绘了燃烧室178。

图7较详细地示出了涡轮电动压缩机发电机310。该涡轮电动压缩机发电机310设置有反向旋转外围涡轮转子311，其通过绕线轴313与反向旋转外围压缩机转子312相互连接。中心涡轮转子314通过中心轴316与中心压缩机转子315相互连接。电动发电机172通过空气轴承317，318，319和320悬挂，并且这些空气轴承也被包括在电动发电机171和173中。反向旋转涡轮压缩机发电机310的所有旋转元件都具有轴向力平衡。燃气轮机组的操作已参照在图2，3，4中元件的操作作出了描述，并且具有总的轴向平衡的特定特征。

在图8中，反向旋转、对称双涡轮单元350具有与图7中的压缩机发电机110相似的联合涡轮元件110。双涡轮单元350具有一特定的共同工作气体供应351，其以镜像配置对称地分配到两个高压涡轮110。该元件已在图2，3中被详细描绘了，并且其设置有一加压的压缩空气供应352，其供给的空气压力相等于或大于燃烧气体的压力而用于冷却电动发电机326以及平衡轴向力。

图6描绘的联合的模块化燃气轮机以不变的恒定压力工作，该恒压独立于图7所描绘的涡轮电动压缩机组的独立工作所产生的任何负荷而产生并保持不变。操作的满负荷以及部分负荷可单独通过涡轮电动发电机来达到，图8描绘了其可通过独立于涡轮电动压缩机发电机而操作。其结果是贯穿操作的全部实际范围具有最大效率和最小燃料消耗率的恒定压力循环。

在图9中，示出了一高效燃气发电机系统399，其具有一包括参照图2所示类型的两个燃气涡轮发电机模块396和398的单元，该两模块被配置以便提供一超高压涡轮电动发电机单元，其与超高压燃烧器一起使用而用于最大化效率。在图9的系统中，模块396和398被分级以便产生与燃烧器的超高压相匹配而必须的超高压空气流。

在图9的优选实施例中，第一涡轮电动压缩机发电机模块396包括一具有第一级压缩比为10-16/1的反向旋转压缩机400。高压压缩空气以相同的压缩比供应给第二涡轮电动压缩机发电机模块398的反向旋转压缩机401，以便以超过100/1的总压缩比提高超高压压缩。

为了在高水平压缩下提高压缩效率，并且为了控制所供给的空气流的温度，压缩机400和401的每一个都包括一水喷射器411和412，其用于喷射细水柱至空气流以便产生到超高压燃烧器402的一高压冷却湿空气流。

在优选实施例中，燃烧器402为参照图5所描绘和配置的那种类型。但是，可以理解，其它超高压燃烧器也可被应用于所描述的系统中。在超高压燃烧室402中产生了组合燃烧气体和过热蒸汽工作流体，并且从传输管188处在超高压反向旋转涡轮机403中膨胀，这作为在第二模块398中的第一级膨胀，并且随后通过管子被输送到高压反向旋转涡轮机404而用于在第一模块396中的末级膨胀。反向旋转轴驱动电动发电机405，406，407，408，409和410。

为了燃气涡轮技术的最大绝对热效率，涡轮电动压缩机发电机模块396和398是以分级布置的被完全地平衡的压缩机和涡轮组合。在一优选实施例中，较高压力模块398被密封在一外壳395中，其在和该循环相同的最大压力由空气被加压，从而消除模块398在超高压阶段的所有机械应力。

在图10中，示出了一超高压涡轮机单元440可替代的实施例，它具有一高压涡轮电动压缩机发电机模块442，后者可操作地被连接到一超高压涡轮电动压缩机发电机模块444。该可替代的超高压涡轮机单元440包括一反向旋转压缩机451和模块442的反向旋转涡轮机452，它们可操作地连接到末级压缩机453以用于向超高压燃烧室454提供压缩空气和水蒸汽，其将燃烧气体和过热蒸汽提供给超高压第一级涡轮机455，该第一级涡轮机将废气排出到末级反向旋转涡轮机452。正如参照前述实施例所描绘的那样，轴驱动电动发电机457，458，459和460。

在图11中，示出了包括涡轮电动压缩机发电机模块442的可替代的高效燃气发电系统470，该模块442具有一反向旋转压缩机451和反向旋转涡轮机452，它们选择性地与燃烧器454以及一高压柴油机472相结合。该高压柴油机472以示意图形式示出，正如在美国专利US-5042441，公开日为1991年8月27日，名称“用于内燃机的低排放燃烧系统”中所描述的那样，其优选地包括相对的活塞发动机。由驱动发电机457、458、459产生电力。图11中的可替代高效燃气发电系统470具有三种操作模式。在第一种操作模式中，系统470可被单独作为一燃气轮机发电机而使用燃烧室454作为工作热源的唯一来源进行操作，或者在第二种操作模式中，与高压柴油机472的排气相联合。在第三种操作模式中，超高压柴油机472可通过将涡轮电动压缩机发电机模块442作为发动机472的涡轮增压机而单独操作。

在第一操作模式中，反向旋转压缩机451向燃烧器454提供湿的压缩空气，反过来，该燃烧器向反向旋转燃气轮机452提供热废气和过热蒸汽。在第二操作模式中，燃烧器454和柴油机472均从反向旋转压缩机451得到压缩空气供应，并且来自燃烧器454和发动机472的混和排出气流供给给反向旋转涡轮机452。在第三操作模式中，柴油机472单独向反向旋转涡轮机452提供高压排气，该涡轮机452驱动压缩机451而向柴油机472提供压缩空气。从电动发电机457，458和459处获取了电能。

在图12中，通过先前已描述元件的新装配形成了超高效燃气电力发电机系统480，该系统可使效率最大化并使可变需求系统的燃料消耗率最小化。在图12中，涡轮电动压缩机发电机模块442如图10所示那样与超高压涡轮电动压缩机发电机模块444和燃烧器454相联合。发电机系统480还包括双反向旋转涡轮机模块482，其包括具有与电动发电机488，490和492相互连接的反向旋转涡轮机484和486。在该实施例中，反向旋转压缩机452在第一级压缩空气并将压缩的空气传送至第二级压缩机453。该高压缩空气随后被排出到燃烧器454，在那里，燃烧气体和过热蒸汽驱动高压反向旋转涡轮机455。在大约4/1的第一级膨胀后，该移动气体穿过导管483并通过导管485分散到双反向旋转涡轮机模块482以及通过导管487分散到模块442的反向旋转涡轮机451。这三个涡轮机组件提供该移动气体的最终膨胀。通过以恒定的能量来满足涡轮压缩机模块442和444并通过在由电力所需的可变负荷的条件下供给双反向旋转涡轮模块482，模块的这种配置产生了维持恒定压缩比的能力。其结果是，在恒定的最小燃料消耗的条件下提供了恒定的最大效率。

在图13中，示出了高效燃气发电系统494的可替代实施例，其具有一低压涡轮电动压缩机发电机模块442和高压涡轮电动压缩机发电机模块444，它们与高压燃烧器454以及一柴油机472相结合。在柴油机和燃气轮机的并联布置中，反向旋转压缩机452在压缩比为10/1下的第一级压缩通过被调节气体连接件495和496供应给柴油机472和第二级压缩机453。在作为最终压缩比为40-60/1的第二级压缩后，空气和水蒸汽的混合物被供应给高压燃烧器454，而燃烧气体的高压移动气体和蒸汽被排出到第一级涡轮机455并通过连接器497排出到第二级反向旋转涡轮机451，在那里，其通过连接器498与来自柴油机472排放的废气相混和。在图13的系统中，燃烧器454和柴油机472均可独立操作或者并联操作而用作超级功率体系。

在图14中，示出了高效燃气发电系统499的可替代实施例的示意图，其具有与一对并联涡轮电动压缩机发电机模块442相连接的单个燃烧器454，所述模块442与一对并联的、单级燃气轮机140相联合，该燃气轮机为图3中所公开的类型。该系统配置为并联膨胀并在所有功率状态及可变负荷条件下独立的恒定压缩，以提供恒定的热效率和恒定的燃料消耗率。移动气体涡轮机分支均能提供非常大的功率范围并在所有操作状况下以极好的保持最大效率而提供负荷的变化。

通过将水注入到压缩机、燃气轮机和燃烧室内而使用联合的内部热电联供循环，可产生比传统涡轮机系统的热循环大至少4倍的功率密度。

在图15中，示出了一种与传统涡轮压缩机单元502和504相联合的燃气发电机系统500，该涡轮压缩机单元通过其部件新的结合以能量串联的形式联合在一起。在第一涡轮压缩机单元502中，压缩机元件506的轴508连接到涡轮压缩机502的涡轮机元件512的第一级涡轮转子510。涡轮压缩机502的涡轮机元件512的第二级涡轮转子514的轴516连接到第二涡轮压缩机单元504的压缩机518。涡轮压缩机单元502的燃烧器520内的燃烧产生功率从而驱动压缩机506和518。以这种方式，第二涡轮压缩机单元504的燃烧器522产生燃烧气体以用于驱动整个涡轮机元件524，从涡轮元件524的第一和第二级涡轮转子526和528输出的全部功率传递到共同的输出轴530以用于操纵电动发电机532。第一涡轮压缩机单元502可在恒定转动的条件下操作以用于产生压缩空气压力，该压缩空气的压力也可维持恒定。功率变化的需要可通过提供给燃烧器522燃料的变化来满足，这可允许以最小的燃料消耗率在所有负荷下保持最大热效率。

图16为高压反向旋转涡轮增压单元600的横断面图，其示出了一优选的空气轴承系统，该系统用于漂浮该单元的压缩机元件和反向旋转涡轮机的转子。该空气轴承系统可被用于前面所公开的各种实施例的模块和单元。

在图16中，高压涡轮增压机600具有一反向旋转压缩机620，其通过公共轴609及反向旋转的同心中空轴610连接到反向旋转涡轮机622。该反向旋转涡轮机622设置有可变几何尺寸的叶片624，其也可用在前述实施例中而用于调整该系统。空气辅助箔带轴承626位于中心室601和端部室602内。中心涡轮转子605和中心压缩机转子606相互连接在公共轴609上，该轴609悬置在位于该单元每一端部的空气辅助箔带轴承626处的压缩湿空气垫上。外围转子603和604通过与轴609同轴的共同中空轴610相互连接。轴610通过室601处的空气箔带轴承626悬置。空气辅助箔带轴承626包括非常小的喷射孔611，其位于与箔带轴承相对的轴609和610内。通过喷射器607a在压缩机的入口的水喷射并通过将水从607b注入到压缩机的内部，可提供冷却而将多变指数的值从n_p＝2-2.5降低到n_p＝1.1-1.2。这可极大的减少压缩机的工作并可消除在空气压缩级之间设置中间冷却器的需要。水蒸汽和产生的任何蒸汽与空气相混和并提供到加压室601和602。该加压混合物提供润滑和冷却并在操作过程中使反向旋转轴609和610漂浮。喷射到轴609，610和轴承626之间的压缩湿空气除了能平衡反向旋转组件内的所有轴向力之外，还可防止泄漏。优选地，高压压缩湿空气通过流体管路612喷射到压缩机转子604和涡轮转子603的背面，从而穿过与室601处的空气辅助箔带轴承626相对的小孔611。相似地，空气通过空气管路613与室602处的空气辅助箔带轴承626相对的孔611在该单元的端部喷射。

在图17中，图16所示的高压涡轮增压机单元600被合并到高效燃气发电机系统700中，该系统包括在工业应用和其它应用中使用的压缩空气储气箱705，在那里，需要对压缩空气进行储存。该系统700包括一个燃烧器454，其由反向旋转压缩机620和交替地或同时地通过控制阀701所调节的中间冷却器703而由储气箱605而提供压缩空气。压缩空气储气箱705储存过量的压缩空气以通过管路706供给外部使用。在启动过程中，储存在储气箱705中的压缩空气也通过控制阀707将压缩空气提供给反向旋转涡轮机622。

虽然，为了对本发明作出完全的公开，本发明的实施例在前面已被详细地描述了，但在不偏离本发明的实质和原理的前提下作出大量的这种详细改变对于本领域普通技术人员是明显的。

Claims (17)

1、一种高效燃气轮机发电机系统，包括：

超高压燃烧器，其具有一进气口，一具有燃料喷射的内部燃烧室和一移动气体传输管道；

第一涡轮电动压缩机发电机模块，其具有：

用于第一级空气压缩的反向旋转高压压缩机，和

用于第二级移动气体压缩的反向旋转高压涡轮机，其反向旋转轴与反向旋转压缩机和反向旋转涡轮机相连接；

第二涡轮电动压缩机发电机模块，其具有：

用于第二级空气压缩的反向旋转超高压压缩机，和

用于第一级移动气体膨胀的反向旋转超高压涡轮机，其反向旋转轴与反向旋转压缩机和反向旋转涡轮机相连接；并且

至少一个电动发电机，连接到所述反向旋转轴的一个，

其中，第一模块的反向旋转压缩机与第二模块的反向旋转压缩机相分级，并且第一模块的反向旋转涡轮机与第二模块的反向旋转涡轮机相分级以使压缩比和膨胀率最大化。

2、根据权利要求1所述的高效燃气轮机发电机系统，其中所述电动发电机位于第一涡轮电动压缩机发电机模块的反向旋转高压压缩机和反向旋转高压涡轮机之间。

3、根据权利要求2所述的高效燃气轮机发电机系统，其中第二电动发电机位于第一涡轮电动压缩机发电机模块的一个端部，而第三电动发电机位于第一涡轮电动压缩机发电机模块的另一端部，第二和第三电动发电机被连接到反向旋转轴中的一个轴，并且位于反向旋转高压压缩机和反向旋转高压涡轮机之间的所述电动发电机被连接到反向旋转轴的另一个。

4、根据权利要求3所述的高效燃气轮机发电机系统，其中第四电动发电机位于反向旋转超高压压缩机和反向旋转超高压涡轮机之间，并被连接到第二涡轮电动压缩机发电机模块的反向旋转轴中的一个轴。

5、根据权利要求4所述的高效燃气轮机发电机系统，其中第五电动发电机位于第二涡轮电动压缩机发电机模块的一个端部，而第六电动发电机位于第二涡轮电动压缩机发电机模块的另一端部，第五和第六电动发电机被连接到反向旋转轴中的一个轴，并且第四电动发电机被连接到第二涡轮电动压缩机发电机模块的反向旋转轴的另一个。

6、根据权利要求1所述的高效燃气轮机发电机系统，进一步包括：

涡轮电动发电机模块，其具有：

第一反向旋转高压涡轮机；

第二反向旋转高压涡轮机，其带有的反向旋转轴连接到第一反向旋转高压涡轮机；并且

至少一个电动发电机，连接到每一个反向旋转轴，其中来自第二涡轮电动压缩机发电机模块的超高压涡轮机的膨胀的移动气体驱动涡轮电动发电机模块。

7、根据权利要求1所述的高效燃气轮机发电机系统，其与一柴油机相结合，其中柴油机被供给来自反向旋转高压压缩机的高压压缩空气，并将排出的废气供应给第一涡轮电动压缩机发电机模块的反向旋转高压涡轮机。

8、根据权利要求1所述的高效燃气轮机发电机系统，其包括将水注入到该系统的压缩机内，用于冷却和热电联供。

9、根据权利要求1所述的高效燃气轮机发电机系统，其包括将水注入到涡轮机内，用于冷却和热电联供。

10、根据权利要求1所述的高效燃气轮机发电机系统，其包括将水注入到燃烧器内，用于冷却和热电联供。

11、根据权利要求1所述的高效燃气轮机发电机系统，其与一柴油机相结合，其中反向旋转高压压缩机向柴油机供应压缩空气，并且该柴油机将燃烧气体排出到反向旋转高压涡轮机。

12、一种高效燃气轮机发电机系统，包括：

高压燃烧器，其具有一进气口，一内部燃烧室和一移动气体排出口；

高压涡轮电动压缩机发电机模块，其具有：

用于空气压缩的反向旋转高压压缩机；

用于移动气体膨胀的反向旋转高压涡轮机，其反向旋转轴与反向旋转压缩机和反向旋转涡轮机相连接；和

柴油机，其具有进气口和移动气体排出口，

其中所述高压压缩机选择性地将压缩空气供应给燃烧器的进气口和柴油机的进气口，其中燃烧器排放的移动气体和涡轮机排放的移动气体被传送给反向旋转高压涡轮机，而燃烧器和柴油机被选择性地操作或同时操作。

13、一种高效燃气轮机发电机系统，包括：

第一涡轮压缩机单元，其具有一压缩机元件，一燃烧器和一具有至少第一级转子和第二级转子的涡轮机元件，其中压缩机元件具有一连接到第一级转子的轴；

第二涡轮压缩机单元，其具有一压缩机元件，一燃烧器和一涡轮机元件，其中压缩机元件具有一个轴，该轴与第一涡轮压缩机单元的涡轮机元件的第二级转子相连接，以用于驱动第二涡轮压缩机单元的压缩机元件，以及

电动发电机，其中第二涡轮压缩机单元的涡轮机元件具有一连接到电动发电机的轴，以用于从第二涡轮压缩机单元的涡轮机元件的所有输出产生电力。

14、根据权利要求13所述的高效燃气轮机发电机系统，其中第一涡轮压缩机单元在恒定转速下操作，并且功率需求的变化可通过第二涡轮压缩机单元的燃烧器中燃料供应的变化来提供。

15、一种高效燃气轮机发电机系统，包括：

高压燃烧器，其具有一进气口，一具有燃料喷射的内部燃烧室和一移动气体排出口；

并联的第一和第二高压涡轮电动压缩机发电机模块，每一模块具有一个涡轮压缩机单元，其具有一高压压缩机和一高压涡轮机，以及一高压涡轮机单元，该涡轮压缩机单元的高压涡轮机和涡轮机单元被连接到燃烧器的移动气体排出口及单独的电动发电机，该高压压缩机压缩提供给高压燃烧器的空气，

其中水被注入到高压涡轮机和涡轮机单元以用于热电联供。

16、一种高效燃气轮机压缩空气系统，包括：

高压涡轮电动压缩机发电机模块，其具有：

用于空气压缩的反向旋转高压压缩机；

用于移动气体膨胀的反向旋转高压涡轮机，其反向旋转轴与反向旋转涡轮机相连接，其中该反向旋转轴通过由高压压缩机的压缩空气所产生的空气垫在轴承内旋转。

17、根据权利要求16所述的高效燃气轮机压缩空气系统，其与一燃烧器和一压缩空气储气箱相结合，其中该燃烧器从反向旋转高压压缩机被供给压缩空气，并且产生移动气体以便驱动反向旋转高压涡轮机，其中来自反向旋转高压压缩机的一部分压缩空气被供应给储气箱。

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