DE102009003380A1

DE102009003380A1 - Turbinensysteme zur Energieerzeugung

Info

Publication number: DE102009003380A1
Application number: DE102009003380A
Authority: DE
Inventors: Gunnar L. Siden; John E. Sholes; Douglas Carl Hofer; Sylvain Pierre; Sal A. Leone; Victor G. Hatman; Thomas W. Vandeputte
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2008-01-31
Filing date: 2009-01-22
Publication date: 2009-08-06
Also published as: CN101498243A; JP2009180226A; US20090193785A1; CH698411A2

Abstract

Es ist ein Turbinensystem zur Energieerzeugung beschrieben, das enthält: einen Axialverdichter, der einen Luftstrom verdichtet, der anschließend mit einem Brennstoff vermischt und in einer Brennkammer (120) verbrannt wird, so dass der resultierende Heißgasstrom durch eine Turbine geleitet wird; wobei die Turbine einen Niederdruckturbinenabschnitt (904), einen Mitteldruckturbinenabschnitt (908) und einen Hochdruckturbinenabschnitt (912) aufweist; wobei der Hochdruckturbinenabschnitt (904) über eine erste Welle (902) mit wenigstens einem Teil des Axialverdichters derart gekoppelt ist, dass der Hochdruckturbinenabschnitt (904) im Betrieb wenigstens den Teil des Axialverdichters antreibt; wobei der Mitteldruckturbinenabschnitt (908) über eine zweite Welle (906) mit einem Schnellläufer-Generator (802) derart gekoppelt ist, dass der Mitteldruckturbinenabschnitt (908) im Betrieb den Schnellläufer-Generator (802) antreibt; und wobei der Niederdruckturbinenabschnitt (912) über eine dritte Welle (910) mit einem Langsamläufer-Generator (212) derart gekoppelt ist, dass der Niederdruckturbinenabschnitt (912) im Betrieb den Langsamläufer-Generator (212) antreibt.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Diese vorliegende Anmeldung betrifft im Wesentlichen Turbinenanlagen und -systeme. Insbesondere, jedoch keinesfalls im Sinne einer Einschränkung, betrifft die vorliegende Erfindung Systeme zur Verbesserung der Turbinenleistung durch den Einsatz von, unter anderem, Mehrfach-Wellenanordnungen und/oder mit geringerer Drehzahl laufenden Generatoren.
Bei steigenden Energiekosten und mit zunehmendem Energiebedarf ist das Ziel der Verbesserung des Wirkungsgrades von Gasturbinen stets von Bedeutung. Diesbezüglich wurden bereits größere Gasturbinen, die einen größeren Massenstrom verarbeiten können, als eine Möglichkeit zur Steigerung des Wirkungsgrades bei der Energieerzeugung vorgeschlagen. Jedoch sind zur Energieerzeugung eingesetzte Gasturbinen im Allgemeinen hinsichtlich ihrer Abmessungen aufgrund des Zusammenspiels von zwei Faktoren beschränkt. Erstens arbeiten Energieerzeugungs-Gasturbinen im Wesentlichen bei derselben Frequenz wie das Wechselstromnetz, um die Notwendigkeit eines Reduktionsgetriebes zu vermeiden. Demzufolge ist, da ein Großteil der Welt Wechselstrom bei einer Frequenz von entweder 50 oder 60 Hz verteilt, die Betriebsfrequenz für Energieerzeugungs-Gasturbinen entweder auf 50 oder auf 60 Hz beschränkt. (Es ist zu beachten, dass der Kürze und Klarheit wegen hierin nachstehend die zwei häufigsten Energieerzeugungsfrequenzen, d. h. 50 Hz und 60 Hz, als 60 Hz bezeichnet werden. Sofern nicht anders angegeben, versteht es sich, dass eine Bezugnahme auf eine Frequenz von 60 Hz immer auch eine Bezugnahme auf eine Fre quenz von 50 Hz sowie ähnliche Frequenzen, die in einem Wechselstromnetz verwendet werden können, umfasst).
Der zweite Faktor ist das Unvermögen derzeitiger Materialien, den Zentrifugalbelastungen in Verbindung mit den rotierenden Teilen von größeren Turbinen standzuhalten. Da Turbinen hinsichtlich ihrer Abmessung und ihres Massenstroms größer werden, müssen die rotierenden Teile der Turbine notwendigerweise ebenfalls an Abmessung und Gewicht zunehmen. Jedoch bewirkt diese Zunahme der Abmessung und des Gewichts für die rotierenden Teile, wie z. B. die Turbinenschaufeln, dass diese Teile eine erhebliche Steigerung der Zentrifugalbelastung erfahren, wenn die normale Betriebsfrequenz von 50–60 Hz beibehalten wird. Wie für den Fachmann auf diesem Gebiet verständlich ist, ist diese Bedingung insbesondere für die größeren und schwereren Turbinenschaufeln der Niederdruck- oder hinteren Stufen der Turbine problematisch. In den vorderen Abschnitten des Verdichters, in denen sich die größeren Verdichterschaufeln befinden, können übermäßige Zentrifugalbelastungen ebenso ein einschränkendes Problem darstellen. Somit machen es derzeitige Materialgrenzen unmöglich oder unerschwinglich teuer, Teile herzustellen, welche sich im Betrieb in diesen größeren Turbinen bewähren würden.
Die Kombination von diesen zwei Problemen beschränkt im Wesentlichen die Abmessung, bei welcher Energieerzeugungs-Turbinen kosteneffektiv gebaut werden können. Demzufolge werden größere und effizientere Turbinen nicht verwirklicht. Somit besteht ein Bedarf nach verbesserten Verfahren und Systemen für einen Turbinenbetrieb, die den Bau und den Betrieb größerer Turbinen in einer kosteneffektiven Weise zulassen.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Anmeldung kann somit ein Turbinensystem zur Energieerzeugung beschreiben, das einen Axialverdichter enthalten kann, der einen Luftstrom verdichtet, der anschließend mit einem Brennstoff vermischt und in einer Brennkammer verbrannt wird, so dass der resultierende Heißgasstrom durch eine Turbine geleitet wird. Die Turbine kann einen Niederdruckturbinenabschnitt, einen Mitteldruckturbinenabschnitt und einen Hochdruckturbinenabschnitt enthalten. Der Hochdruckturbinenabschnitt kann über eine erste Welle mit wenigstens einem Teil des Axialverdichters gekoppelt sein, so dass im Betrieb der Hochdruckturbinenabschnitt wenigstens den Teil des Axialverdichters antreibt. Der Mitteldruckturbinenabschnitt kann über eine zweite Welle mit einem Schnellläufer-Generator derart gekoppelt sein, dass der Hochdruckturbinenabschnitt im Betrieb den Schnellläufer-Generator antreibt. Ferner kann der Niederdruckturbinenabschnitt über eine dritte Welle mit einem Langsamläufer-Generator derart gekoppelt sein, dass der Niederdruckturbinenabschnitt im Betrieb den Langsamläufer-Generator antreibt.
Die vorliegende Anmeldung beschreibt ferner ein Turbinensystem zur Energieerzeugung, das enthält: 1) eine Turbine, die drei Abschnitte enthält, nämlich einen Hochdruckturbinenabschnitt, einen Mitteldruckturbinenabschnitt und einen Niederdruckturbinenabschnitt, die sich jeweils auf einer gesonderten Welle befinden; 2) einen Axialverdichter, der einen Luftstrom verdichtet, der anschließend mit einem Brennstoff vermischt und in einer Brennkammer verbrannt wird, so dass der resultierende Heißgasstrom durch die Turbine geleitet wird, wobei der Axialverdichter einen Hochdruckverdichterabschnitt und einen Niederdruckverdichterabschnitt aufweist; 3) einen zweipoligen Generator; 4) einen vierpoligen Generator; 5) eine erste Wel le, die den Hochdruckturbinenabschnitt mit dem Hochdruckverdichterabschnitt derart koppelt, dass der Hochdruckturbinenabschnitt im Betrieb den Hochdruckverdichterabschnitt antreibt; 6) eine zweite Welle, die den Mitteldruckturbinenabschnitt mit dem Hochdruckverdichterabschnitt und dem zweipoligen Generator derart koppelt, dass der Mitteldruckturbinenabschnitt im Betrieb den Hochdruckverdichterabschnitt und den zweipoligen Generator antreibt; und 7) eine dritte Welle, die den Niederdruckturbinenabschnitt mit dem vierpoligen Generator derart koppelt, dass der Niederdruckturbinenabschnitt im Betrieb den vierpoligen Generator antreibt.
In einigen Ausführungsformen weist der Axialverdichter einen Niederdruckverdichterabschnitt und einen Hochdruckverdichterabschnitt auf; der Mitteldruckturbinenabschnitt ist ferner über die zweite Welle mit dem Niederdruckverdichterabschnitt derart gekoppelt, dass der Mitteldruckturbinenabschnitt im Betrieb den Niederdruckverdichterabschnitt antreibt; und der Hochdruckturbinenabschnitt ist über die erste Welle mit dem Hochdruckverdichterabschnitt derart gekoppelt, dass der Hochdruckturbinenabschnitt im Betrieb den Hochdruckverdichterabschnitt antreibt. In einigen Ausführungsformen weist der Axialverdichter einen Niederdruckverdichterabschnitt und einen Hochdruckverdichterabschnitt auf; der Niederdruckturbinenabschnitt ist über die zweite Welle mit dem Niederdruckverdichterabschnitt derart gekoppelt, dass der Niederdruckturbinenabschnitt den Niederdruckverdichterabschnitt antreibt; und der Hochdruckturbinenabschnitt ist über die erste Welle mit dem Hochdruckverdichterabschnitt derart gekoppelt, dass der Hochdruckturbinenabschnitt im Betrieb den Hochdruckverdichterabschnitt antreibt.
In einigen Ausführungsformen weist der Hochdruckturbinenabschnitt ein bis zwei Stufen auf, während der Mitteldruckturbi nenabschnitt ein bis zwei und der Niederdruckturbinenabschnitt zwischen zwei und vier Stufen aufweisen. In einigen Ausführungsformen weist die Turbine wenigstens drei Stufen auf, wobei der Hochdruckturbinenabschnitt die vorderen Stufen der Turbine aufweist, der Mitteldruckturbinenabschnitt die mittleren Stufen der Turbine aufweist und der Niederdruckturbinenabschnitt die hinteren Stufen der Turbine aufweist. In einigen Ausführungsformen weist der Schnellläufer-Generator einen zweipoligen Generator auf. In einigen Ausführungsformen weist der Langsamläufer-Generator einen vierpoligen Generator auf. In einigen Ausführungsformen liegt die allgemeine Betriebsfrequenz des Niederdruckturbinenabschnitts und des Langsamläufer-Generators ungefähr bei 25 bis 30 Hz. Die allgemeine Betriebsfrequenz des Mitteldruckturbinenabschnitts und des Schnellläufer-Generators kann etwa 50 bis 60 Hz betragen. Die allgemeine Betriebsfrequenz des Hochdruckturbinenabschnitts und des Hochdruckverdichterabschnitts kann wenigstens etwa 70 Hz betragen.
Diese und weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung erschließen sich beim Studium der folgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen in Verbindung mit den Zeichnungen und den beigefügten Ansprüchen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt eine die Konfiguration eines Energieerzeugungs-Turbinensystems gemäß einer herkömmlichen Auslegung darstellende schematische Zeichnung.
2 zeigt eine die Konfiguration eines Energieerzeugungs-Turbinensystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung darstellende schematische Zeichnung.
3 zeigt eine die Konfiguration eines Energieerzeugungs-Turbinensystems gemäß einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung darstellende schematische Zeichnung.
4 zeigt eine die Konfiguration eines Energieerzeugungs-Turbinensystems gemäß einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung darstellende schematische Zeichnung.
5 zeigt eine die Konfiguration eines Energieerzeugungs-Turbinensystems gemäß einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung darstellende schematische Zeichnung.
6 zeigt eine die Konfiguration eines Energieerzeugungs-Turbinensystems gemäß einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung darstellende schematische Zeichnung.
7 zeigt eine die Konfiguration eines Energieerzeugungs-Turbinensystems gemäß einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung darstellende schematische Zeichnung.
8 zeigt eine die Konfiguration eines Energieerzeugungs-Turbinensystems gemäß einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung darstellende schematische Zeichnung.
9 zeigt eine die Konfiguration eines Energieerzeugungs-Turbinensystems gemäß einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung darstellende schematische Zeichnung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Von den Figuren, auf die nun Bezug genommen wird und in denen die verschiedenen Bezugszeichen gleiche Teile durchgängig in den verschiedenen Ansichten bezeichnen, ist 1 eine schematische Darstellung, die die Konfiguration eines Energieerzeugungs-Turbinensystems nach dem Stand der Technik darstellt. Im Wesentlichen entzieht eine Gasturbine oder Gasturbinenmaschine Energie aus einem Heißgasstrom, der durch die Verbrennung von Gas oder Heizöl in einem Strom verdichteter Luft erzeugt wird. Somit enthält die Gasturbine 100 einen stromaufwärts befindlichen Axialverdichter oder Kompressor 104, der mechanisch über eine einzige oder eine gemeinsame Welle 108 mit einer stromabwärts befindlichen Turbine 112 und einem Generator 116 gekoppelt ist, wobei eine Brennkammer 120 zwischen dem Verdichter 104 und der Turbine 112 positioniert ist.
Im Einsatz kann die Rotation von Verdichterschaufeln in dem Axialverdichter 104 einen Luftstrom verdichten. Energie kann dann freigesetzt werden, wenn die verdichtete Luft mit Brennstoff vermischt und in der Brennkammer 120 entzündet wird. Der sich ergebende Strom sich ausdehnender heißer Gase aus der Brennkammer kann dann über die Laufschaufeln oder Schaufeln in der Turbine 112 geleitet werden, wodurch folglich die Energie des heißen Gasstroms in die mechanische Energie der rotierenden Welle 108 umgewandelt wird. Wie beschrieben, kann die gemeinsame Welle 108 den Verdichter 104 mit der Turbine 112 koppeln, so dass die durch den Strom durch die Turbine 112 hervorgerufene Rotation der Welle 108 den Verdichter 104 antreiben kann. Die gemeinsame Welle 108 kann auch die Turbine 112 mit dem Generator 116 koppeln, so dass die durch den Strom durch die Turbine 112 hervorgerufene Rotation der Welle 108 den Generator 116 antreiben kann.
Der Generator 116 wandelt die mechanische Energie der rotierenden Welle in elektrische Energie um. Typischerweise ist in Energieerzeugungsanwendungen der Generator 116 ein zweipoliger Generator. Wie dem Fachmann auf diesem Gebiet bekannt ist, muss bei fehlendem Getriebe – welches im Allgemeinen Komplexität, Kosten und Ineffizienz für das System mit sich bringt – die Welle 108 den zweipoligen Generator bei einer Frequenz von 60 Hz antreiben, um elektrische Energie zu erzeugen, die mit dem lokalen Wechselstromnetz kompatibel ist. Somit erfordern die Anforderungen des Wechselstromnetzes, die Verwendung von zweipoligen Generatoren und die negativen Aspekte in Verbindung mit der Verwendung eines Getriebes im Allgemeinen, dass die Turbinen bei der Frequenz von 60 Hz arbeiten. Wie vorstehend beschrieben, sind Turbinen, die in der Nähe eines derart hohen Frequenzpegels arbeiten, im Allgemeinen aufgrund der auf ihre rotierenden Teile einwirkenden hohen Zentrifugalbelastungen hinsichtlich der Abmessung und Massendurchflusskapazität beschränkt.
2 zeigt eine schematische Darstellung, die die Konfiguration eines Energieerzeugungs-Turbinensystems 200 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung veranschaulicht. (Man beachte, dass in der gesamten Beschreibung der 2–9 verschiedene Systemkomponenten beschrieben werden. Diese Systemkomponenten umfassen Generatoren, Turbinen, Dampfturbinen, Brennkammern, Verdichter und Mehrfachwellen. Außer dort, wo dies anderweitig angegeben, sollen die Beschreibungen der Systemkomponenten als weitgehend alle Varianten von jeder enthaltend betrachtet werden. Ferner bezeichnet, wie hierin verwendet, der Begriff "Turbine" im Wesentlichen den Turbinenabschnitt einer Gasturbine bzw. Gasturbinenmaschine, während "Dampfturbine" den Turbinenabschnitt einer Dampfturbine bzw. Dampfturbinenmaschine bezeichnet). Das Turbinensystem 200 kann einen Verdichter 104, eine Brennkammer 120, eine Turbine mit einem Hochdruckturbinenabschnitt 204 und einen Niederdruckturbinenabschnitt 208 und einen Langsamläufer-Generator 212 enthalten. So wie hierin verwendet, sind Bezeichnungen wie ein "Niederdruckturbinenabschnitt" und ein "Hochdruckturbinenabschnitt" für die Unterscheidung der entsprechenden Betriebsdruckniveaus von jedem im Vergleich zu dem anderen gedacht (d. h., die vorderen Stufen einer typischen Turbine können als der "Hochdruckturbinenabschnitt" bezeichnet werden, und die hinteren Stufen können als der "Niederdruckturbinenabschnitt" bezeichnet werden, da, sobald sich das Arbeitsfluid durch die Turbine – zuerst durch den vorderen Abschnitt und dann durch den hinteren Abschnitt hindurch – ausdehnt, der Druck des Stroms abnimmt). Somit ist mit Ausnahme dort, wo dies anderweitig angegeben, diese Terminologie in keiner Weise als einschränkend gemeint. Ferner soll, so wie hierin verwendet, ein „schnell laufender Generator" bzw. "Schnellläufer-Generator" als ein herkömmlicher zweipoliger Generator betrachtet werden, wie er üblicherweise in Energieerzeugungsanwendungen verwendet wird. Ein „langsam laufender Generator" bzw. "Langsamläufer"-Generator soll als ein Generator betrachtet werden, der mehr als zwei Pole hat, wie beispielsweise ein vierpoliger Generator, ein sechspoliger Generator, ein achtpoliger Generator, usw.
In herkömmlicher Weise kann der Verdichter 104 über eine erste Welle 216 mit dem Hochdruckturbinenabschnitt 204 gekoppelt sein, so dass im Betrieb der Hochdruckturbinenabschnitt 204 den Axialverdichter antreibt. In derselben Weise kann der Niederdruckturbinenabschnitt 208 über eine zweite Welle 220 mit dem Langsamläufer-Generator 212 gekoppelt sein, so dass im Betrieb der Niederdruckturbinenabschnitt 208 den Langsamläufer-Generator 212 antreibt. In einigen Ausführungsformen kann der Hochdruckturbinenabschnitt 204 zwischen 1 und 2 Stufen enthalten, und der Niederdruckturbinenabschnitt 208 kann zwischen 2 und 4 Stufen enthalten. Ferner kann in einigen Ausführungsformen der Hochdruckturbinenabschnitt 204 so definiert sein, dass er die Stufen einer Turbine enthält, die für einen Betrieb konfiguriert sind, wenn der Druck des Stroms der expandierenden heißen Gase (d. h., des Arbeitsfluids) zwischen angenähert 17,93 bis 31,05 (260 bis 450 psi) liegt. Ferner kann in einigen Ausführungsformen der Niederdruckturbinenabschnitt 208 so definiert sein, dass er die Stufen einer Turbine enthält, die dafür eingerichtet sind zu arbeiten, wenn der Druck des Arbeitsfluids angenähert 3,45 bis 10,35 bar (50 bis 150 psi) beträgt.
Im Einsatz kann das Energieerzeugungs-Turbinensystem 200 wie folgt arbeiten. Die Rotation der Verdichterschaufeln in dem Axialverdichter 104 kann einen Luftstrom verdichten. Energie kann dann freigesetzt werden, wenn die verdichtete Luft mit Brennstoff vermischt und in der Brennkammer 120 entzündet wird. Der sich ergebende Strom expandierender heiße Gase aus der Brennkammer 120 kann dann über die Schaufeln in dem Hochdruckturbinenabschnitt 204 geleitet werden, um somit die Energie aus dem heißen Gasstrom in mechanische Energie der rotierenden ersten Welle 216 umzuwandeln. Die erste Welle 216 kann mit dem Axialverdichter 104 gekoppelt sein, so dass die durch den Arbeitsfluidstrom durch den Hochdruckturbinenabschnitt 204 hervorgerufene Rotation der Welle 216 den Axialverdichter 104 antreiben kann. Da der Hochdruckturbinenabschnitt 204 nicht mit einem Generator gekoppelt ist, ist seine Betriebsfrequenz auf keinerlei speziellen Niveaus beschränkt, was somit dessen Betrieb bei jeder Frequenz zulassen kann, die für das System am effizientesten ist. In einigen Ausführungsformen kann die Betriebsfrequenz für den Hochdruckturbinenabschnitt 204 wenigstens angenähert 50 Hz sein. Natürlich ist ohne ein Getriebe in dem System die Betriebsfrequenz des Axi alverdichters 104 dieselbe wie die Frequenz des Hochdruckturbinenabschnittes 204. In weiteren Ausführungsformen kann die Betriebsfrequenz für den Hochdruckturbinenabschnitt 204 wenigstens 70 Hz betragen.
Nachdem sich der Arbeitsfluidstrom durch den Hochdruckturbinenabschnitt 204 hindurch expandiert hat, kann dann das Arbeitsfluid durch den Niederdruckturbinenabschnitt 208 geleitet werden. Ähnlich zu dem vorstehend beschriebenen Prozess kann der Arbeitsfluidstrom direkt über die Schaufelstufen in dem Niederdruckturbinenabschnitt 208 geleitet werden, um somit die Energie des strömenden Arbeitsfluids in mechanische Energie der rotierenden zweiten Welle 220 umzuwandeln. Die zweite Welle 220 kann den Niederdruckturbinenabschnitt 208 mit dem Langsamläufer-Generator 212 koppeln, so dass die durch den Arbeitsfluidstrom durch den Niederdruckturbinenabschnitt 208 hervorgerufene Rotation der zweiten Welle 220 den Langsamläufer-Generator 212 antreiben kann.
Wie erwähnt, kann der Langsamläufer-Generator 212 ein Generator sein, der mehr als zwei Pole hat, so dass der Langsamläufer-Generator elektrische Energie bei einer Frequenz abgeben kann, die mit dem lokalen Wechselstromnetz kompatibel ist, während er eine Wellenumlauffrequenz aufnimmt, die wesentlich niedriger ist. Somit könnte beispielsweise in dem Falle, in welchem der Langsamläufer-Generator 212 ein vierpoliger Generator ist, der Niederdruckturbinenabschnitt 208 bei einer verringerten Frequenz von 30 Hz arbeiten und immer noch eine Wechselstromfrequenz von 60 Hz erzeugen, welche mit dem Wechselstromnetz kompatibel wäre. D. h., die Betriebsfrequenz von 30 Hz des Niederdruckturbinenabschnittes 208 würde die zweite Welle 220 bei einer Frequenz von 30 Hz antreiben, die wiederum den vierpoligen Generator bei einer Frequenz von 30 Hz antreiben würde. Der vierpolige Generator würde dann eine Wechsel stromleistung mit einer Frequenz von 60 Hz ausgeben. In einer ähnlichen Weise können dieselben Ergebnisse (d. h., eine Leistungsabgabe mit kompatiblem Wechselstrom bei oder nahe einer Frequenz von 60 Hz) mit niedrigeren Betriebsfrequenzen für den Niederdruckturbinenabschnitt 208 erzielt werden, wenn ein sechspoliger Generator oder ein achtpoliger Generator verwendet würde. Natürlich sind Generatoren mit mehreren Polen ebenfalls möglich.
Wie beschrieben, müssen, da der Druck des Arbeitsfluids zu dem Zeitpunkt, an dem der Strom die hinteren Stufen der Turbine erreicht, erheblich verringert ist, die rotierenden Teile in diesem Bereich, insbesondere die Laufschaufeln, deutlich größer ausgeführt sein, um die restliche Energie des Arbeitsfluids effektiv aufzunehmen. Natürlich nehmen, wenn die Abmessungen der rotierenden Teile noch größer werden, die Niveaus der von den rotierenden Teilen aufgenommenen Zentrifugalbelastung ebenfalls zu, und sie werden gegebenenfalls bei den gegebenen Betriebsgrenzen der verfügbaren Materialien unzulässig. Dies kann, wie erläutert, die weitere Vergrößerung der Turbinenabmessung und der Durchflusskapazitäten beschränken, selbst wenn eine derartige Vergrößerung zu einer effizienteren Energieerzeugung führen würde. Jedoch kann durch die Verwendung des Langsamläufer-Generators 212 der Niederdruckturbinenabschnitt 208 eine kompatible Wechselstromleistung bei reduzierten Betriebsfrequenzen erzeugen. Die Reduzierungen der Frequenz reduzieren erheblich die auf die rotierenden Teile einwirkende Zentrifugalbelastung, was eine Vergrößerung der Abmessungen der Teile ermöglicht. Dieses ermöglicht das Erzielen größerer Turbinenabmessungen und Durchflusskapazitäten. Ferner ermöglicht die Verwendung von mehreren Wellen, d. h., der ersten Welle 216 und der zweiten Welle 220, durch das Energieerzeugungs-Turbinensystem 200, einem Hochdruckturbinenabschnitt 204 (welcher aufgrund der höheren Drücke durch die sen Abschnitt effektiv mit kleineren rotierenden Teilen funktioniert, die das Problem übermäßiger Zentrifugalbelastungen reduzieren) bei einer anderen höheren (effizienteren) Frequenz als derjenigen des Niederdruckturbinenabschnittes 204 zu arbeiten.
3 zeigt eine die Konfiguration eines Energieerzeugungs-Turbinensystems 300 gemäß einer abgesonderten Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung darstellende schematische Zeichnung. Das Energieerzeugungs-Turbinensystem 300 kann dieselben Systemkomponenten wie das Energieerzeugungs-Turbinensystem 200 mit der Ausnahme der Hinzufügung einer Dampfturbine 302 enthalten. Wie dem Fachmann auf diesem Gebiet bekannt ist, kann beispielsweise Abwärme aus einer Gasturbine durch einen Wärmerückgewinnungsdampfgenerator bzw. Abhitzedampferzeuger zurückgewonnen werden, um eine herkömmliche Dampfturbine anzutreiben. Wie nachstehend detaillierter beschrieben, kann die Dampfturbine 302 in einigen Ausführungsformen eine Niederdruckdampfturbine sein. Wie hierin verwendet, ist eine "Niederdruckdampfturbine" im Wesentlichen als eine Dampfturbine definiert, die nur die Niederdruck- oder die hinteren Stufen einer herkömmlichen Dampfturbine enthält. Die Dampfturbine 302 kann über die zweite Welle mit dem Langsamläufer-Generator 212 gekoppelt sein, so dass im Betrieb sowohl der Niederdruckturbinenabschnitt 208 als auch die Niederdruckdampfturbine 302 den Langsamläufer-Generator 212 antreiben. Demzufolge kann die Dampfturbine 302 bei denselben Frequenzen, wie sie für den Niederdruckturbinenabschnitt 208 beschrieben sind, arbeiten (d. h., wenn der Langsamläufer-Generator 212 ein vierpoliger Generator ist, kann die Dampfturbine 302 bei einer Frequenz von 30 Hz arbeiten). Im Wesentlichen können ansonsten die Systemkomponenten des Energieerzeugungs-Turbinensystems 300 ähnlich wie die hierin vorstehend beschriebenen gleichen Systemkomponenten in den anderen Ausführungsformen arbeiten.
4 zeigt eine die Konfiguration eines Energieerzeugungs-Turbinensystems 400 gemäß einer abgewandelten Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung darstellende schematische Zeichnung. Die in 4 veranschaulichte Ausführungsform enthält im Wesentlichen dieselben Systemkomponenten wie das Energieerzeugungs-Turbinensystem 200 nach 2, wobei jedoch die Lage des Langsamläufer-Generators 212 modifiziert ist. In 2 sagt man, dass, da sich der Langsamläufer-Generator 212 auf derselben Seite wie die Turbinenabschnitte 204, 208 befindet, der Langsamläufer-Generator sich auf der "Heißseite" befindet. In 4 sagt man, dass, da sich der Langsamläufer-Generator 212 auf derselben Seite wie der Axialverdichter 104 befindet, der Langsamläufer-Generator sich auf der "Kaltseite" befindet. Wie dem Fachmann auf diesem Gebiet bekannt ist, funktionieren, wie es in 4 veranschaulicht ist, die erste Welle 216 und die zweite Welle 220 unabhängig voneinander und bei unterschiedlichen Frequenzen (d. h., wie dargestellt, befindet sich die zweite Welle 220 im Inneren der ersten Welle 216). Im Wesentlichen können ansonsten die Systemkomponenten des Energieerzeugungs-Turbinensystems 400 ähnlich wie die hierin vorstehend beschriebenen gleichen Systemkomponenten in den anderen Ausführungsformen arbeiten.
5 zeigt eine die Konfiguration eines Energieerzeugungs-Turbinensystems 500 gemäß einer abgewandelten Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung darstellende schematische Zeichnung. Die in 5 veranschaulichte Ausführungsform enthält im Wesentlichen dieselben Systemkomponenten wie das Energieerzeugungs-Turbinensystem 300 nach 3, jedoch sind die Lagen des Langsamläufer-Generators 212 und der Niederdruckdampfturbine 302 modifiziert. In 5 befinden sich sowohl der Langsamläufer-Generator 212 als auch die Niederdruckdampfturbine 302 auf der Kaltseite. Im Wesentlichen können ansons ten die Systemkomponenten des Energieerzeugungs-Turbinensystems 500 ähnlich wie die hierin vorstehend beschriebenen gleichen Systemkomponenten in den anderen Ausführungsformen arbeiten.
6 und 7 zeigen die Konfiguration eines Energieerzeugungs-Turbinensystems 600 bzw. Energieerzeugungs-Turbinensystems 700 gemäß abgewandelten Ausführungsformen der vorliegenden Anmeldung darstellende schematische Zeichnungen. Sowohl 6 als auch 7 veranschaulichen Ausführungsformen, in welchen der Axialverdichter einen Hochdruckverdichterabschnitt 602 und einen Niederdruckverdichterabschnitt 606 enthält, die sich auf getrennten Wellen befinden. Wie es nachstehend detaillierter beschrieben wird, können getrennte Wellen es ermöglichen, dass jeder von den Verdichterabschnitten bei unterschiedlichen Frequenzen arbeitet, und für eine verbesserte Betriebsweise durch unterschiedliche Verdichterabschnitte angetrieben wird.
Indem nun auf die Ausführungsform nach 6 Bezug genommen wird, kann in herkömmlicher Weise eine erste Welle 216 den Hochdruckverdichterabschnitt 602 mit einem Hochdruckturbinenabschnitt 204 koppeln. Eine zweite Welle 220 kann einen Niederdruckturbinenabschnitt 208 mit dem Niederdruckverdichterabschnitt 606 koppeln. Zusätzlich kann die zweite Welle 220 den Niederdruckturbinenabschnitt 208 mit einem Langsamläufer-Generator 212 koppeln. Es ist zu beachten, dass in der Ausführungsform nach 6 der Langsamläufer-Generator 212 auf der Kaltseite positioniert ist. In alternativen Ausführungsformen kann der Langsamläufer-Generator 212 auf der Heißseite angeordnet sein.
Im Einsatz kann das Energieerzeugungs-Turbinensystem 600 wie folgt arbeiten. Die Rotation der Verdichterschaufeln in dem Hochdruckverdichterabschnitt 602 und in dem Niederdruckverdichterabschnitt 606 kann einen Luftstrom verdichten. Energie kann dann freigesetzt werden, wenn die verdichtete Luft mit Brennstoff vermischt und in der Brennkammer 120 entzündet wird. Der sich ergebende Strom expandierender heißer Gase aus der Brennkammer 120 kann dann über die Schaufeln in dem Hochdruckturbinenabschnitt 204 geleitet werden, wodurch die in dem Strom von heißen Gasen enthaltene Energie in die mechanische Energie der rotierenden ersten Welle 216 umgewandelt wird. Die erste Welle 216 kann mit dem Hochdruckverdichterabschnitt 602 gekoppelt sein, so dass die durch den Arbeitsfluidstrom durch den Hochdruckturbinenabschnitt 204 hervorgerufene Rotation der Welle 216 den Hochdruckverdichterabschnitt 602 antreibt. Da der Hochdruckturbinenabschnitt 204 nicht mit einem Generator gekoppelt ist, ist dessen Betriebsfrequenz auf keinen speziellen Wert beschränkt, was somit dessen Betrieb bei jeder Frequenz ermöglicht, die für das System am effizientesten ist. In einigen Ausführungsformen kann die Betriebsfrequenz für den Hochdruckturbinenabschnitt 204 wenigstens angenähert 50 Hz sein. Natürlich wird ohne ein Getriebe in dem System die Betriebsfrequenz des Hochdruckverdichterabschnittes 602 dieselbe wie die Frequenz des Hochdruckturbinenabschnittes 204 sein. In anderen Ausführungsformen kann die Betriebsfrequenz für den Hochdruckturbinenabschnitt 204 wenigstens angenähert 70 Hz betragen. In noch weiteren Ausführungsformen kann der Hochdruckverdichterabschnitt 1 bis 2 Stufen haben und der Niederdruckverdichterabschnitt 2 bis 4 Stufen haben.
Nachdem sich der Arbeitsfluidstrom durch den Hochdruckturbinenabschnitt 204 hindurch expandiert hat, kann der Strom dann durch den Niederdruckturbinenabschnitt 208 geleitet werden. Ähnlich zu dem vorstehend beschriebenen Vorgang kann der Arbeitsfluidstrom über die Schaufelstufen in dem Niederdruck turbinenabschnitt 208 geleitet werden, um somit die in dem Arbeitsfluid enthaltene Energie in die mechanische Energie der rotierenden zweiten Welle 220 umwandeln. Die zweite Welle 220 kann den Niederdruckturbinenabschnitt 208 mit dem Langsamläufer-Generator 212 koppeln, so dass die durch den Arbeitsfluidstrom durch den Niederdruckturbinenabschnitt 208 hervorgerufene Rotation der zweiten Welle 220 den Langsamläufer-Generator 212 antreibt.
Wie vorstehend detaillierter beschrieben, kann der Langsamläufer-Generator 212 ein Generator sein, der mehr als zwei Pole hat, so dass der Langsamläufer-Generator 212 elektrische Energie bei einer Frequenz abgeben kann, die mit dem lokalen Wechselstromnetz kompatibel ist, während er gleichzeitig eine Wellenfrequenz empfängt, die wesentlich kleiner ist. Somit könnte beispielsweise in dem Falle, in welchem der Langsamläufer-Generator 212 ein vierpoliger Generator ist, der Niederdruckturbinenabschnitt 208 bei einer reduzierten Frequenz von 30 Hz arbeiten und dennoch eine Wechselstromfrequenz von 60 Hz erzeugen, welche mit dem Wechselstromnetz kompatibel wäre.
Die zweite Welle 220 kann auch den Niederdruckturbinenabschnitt 208 mit dem Niederdruckverdichterabschnitt 606 koppeln, so dass die durch den Arbeitsfluidstrom durch den Niederdruckturbinenabschnitt 208 hervorgerufene Rotation der zweiten Welle 220 den langsam laufenden Verdichter 606 antreibt. Wie zuvor beschrieben, ist das Problem von hohen Frequenzraten und größeren Abmessungen rotierender Teile nicht auf den Turbinenabschnitt der Anlage beschränkt, da es auch ein Problem in dem Verdichter darstellen kann. Sobald die rotierenden Schaufeln des Verdichters zur Anpassung an größere Turbinenkraftwerkssysteme und Strömungskapazitäten größer werden, wird die übermäßige Zentrifugalbelastung zu einem Problem. Dieses gilt insbesondere für die vorderen Niederdruckstu fen des Verdichters, in welchen größere Verdichterschaufeln erforderlich sind.
Dieses Problem kann effektiv gelöst werden, wenn der Niederdruckverdichterabschnitt 606 auf einer gesonderten Welle bei einer niedrigeren Frequenz als derjenigen der Hochdruckstufen an dem hinteren Ende des Verdichters gedreht wird. An sich kann die zweite Welle 220 den Niederdruckturbinenabschnitt 208 mit dem Niederdruckverdichterabschnitt 606 koppeln. Auf diese Weise kann der Niederdruckverdichterabschnitt 606 effektiv genutzt werden, um die Verdichtung durch den Verdichter hindurch zu steigern, während er gleichzeitig bei verringerter Frequenz arbeitet, so dass die Größe der rotierenden Teile nicht beschränkt ist. Im Wesentlichen können ansonsten die Systemkomponenten des Energieerzeugungs-Turbinensystems 600 ähnlich wie die hierin vorstehend beschriebenen gleichen Systemkomponenten in den anderen Ausführungsformen arbeiten.
7 veranschaulicht ebenfalls eine Ausführungsform, in welcher der Axialverdichter einen Hochdruckverdichterabschnitt 602 und einen Niederdruckverdichterabschnitt 606 enthält, die sich auf getrennten Wellen befinden. Das Energieerzeugungs-Turbinensystem 700 enthält eine Niederdruck-Dampfturbine 302, die mit dem Langsamläufer-Generator 212, dem Niederdruckverdichterabschnitt 606 und dem Niederdruckturbinenabschnitt 208 über die zweite Welle 220 verbunden ist. Es ist zu beachten, dass in der Ausführungsform nach 7 die Niederdruck-Dampfturbine 302 auf der Kaltseite positioniert ist. In alternativen Ausführungsformen kann die Niederdruck-Dampfturbine 302 auf der Heißseite positioniert sein. Im Einsatz kann die Niederdruck-Dampfturbine 302 arbeiten, um den Langsamläufer-Generator 212 und den Niederdruckverdichterabschnitt 606 bei einer verringerten Frequenz anzutreiben, wie es vorstehend unter Bezugnahme auf andere Ausführungsformen beschrieben ist, welche die Niederdruck-Dampfturbine enthalten. Im Wesentlichen können ansonsten die Systemkomponenten des Energieerzeugungs-Turbinensystems 700 ähnlich wie die hierin vorstehend beschriebenen gleichen Systemkomponenten in den anderen Ausführungsformen arbeiten.
8 zeigt eine schematische Darstellung, die ein Energieerzeugungs-Turbinensystem 800 gemäß einer abgewandelten Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung veranschaulicht. Wie veranschaulicht, kann eine erste Welle 216 in herkömmlicher Weise einen Hochdruckturbinenabschnitt 204 mit einem Axialverdichter 104 koppeln. Die erste Welle 216 kann auch den Hochdruckturbinenabschnitt 204 mit einem Schnellläufer-Generator 802 koppeln. Eine zweite Welle 220 kann einen Niederdruckturbinenabschnitt 208 mit einem Langsamläufer-Generator 212 koppeln. Es ist zu beachten, dass in der Ausführungsform nach 8 der Langsamläufer-Generator 212 auf der Heißseite positioniert ist, während der Schnellläufer-Generator 802 auf der Kaltseite positioniert ist. In alternativen Ausführungsformen sind andere Positionen möglich.
Im Einsatz kann das Energieerzeugungs-Turbinensystem 800 wie folgt arbeiten. Die Rotation der Verdichterschaufeln in dem Verdichter 104 kann einen Luftstrom verdichten. Energie kann dann freigesetzt werden, wenn die verdichtete Luft mit einem Brennstoff vermischt und in der Brennkammer 120 entzündet wird. Der sich ergebende Strom sich expandierender heißer Gase aus der Brennkammer 120 kann dann über die Schaufeln in dem Hochdruckturbinenabschnitt 204 geleitet werden, um somit die in dem Strom von heißen Gasen enthaltene Energie in die mechanische Energie der rotierenden ersten Welle 216 umwandeln. Die erste Welle 216 kann mit dem Verdichter 104 gekoppelt sein, so dass die durch den Arbeitsfluidstrom durch den Hochdruckturbinenabschnitt 204 hervorgerufene Rotation der Welle 216 den Verdichter 104 antreibt. Die erste Welle 216 kann auch mit dem Schnellläufer-Generator 802 gekoppelt sein, so dass die Rotation der durch den Arbeitsfluidstrom durch den Hochdruckturbinenabschnitt 204 hervorgerufene Rotation der Welle 216 den Schnellläufer-Generator 802 antreibt. In einigen Ausführungsformen kann, da der Hochdruckturbinenabschnitt 204 mit dem Schnellläufer-Generator 802 gekoppelt ist, dessen Betriebsfrequenz 60 Hz betragen, so dass die durch den Schnellläufer-Generator 802 erzeugte elektrische Energie ebenfalls eine Frequenz von 60 Hz hat und somit mit dem lokalen Wechselstromnetz kompatibel ist. Andere Betriebsfrequenzen sind ebenfalls möglich.
Nachdem sich der Arbeitsfluidstrom durch den Hochdruckturbinenabschnitt 204 hindurch expandiert hat, kann der Strom dann durch den Niederdruckturbinenabschnitt 208 geleitet werden. Ähnlich zu dem vorstehend beschriebenen Prozess kann der Arbeitsfluidstrom über die Schaufelstufen in dem Niederdruckturbinenabschnitt 208 geleitet werden, um somit die in dem Arbeitsfluid enthaltene Energie in die mechanische Energie der rotierenden zweiten Welle 220 umzuwandeln. Die zweite Welle 220 kann den Niederdruckturbinenabschnitt 208 mit dem Langsamläufer-Generator 212 koppeln, so dass die durch den Arbeitsfluidstrom durch den Niederdruckturbinenabschnitt 208 bewirkte Rotation der zweiten Welle 220 den Langsamläufer-Generator 212 antreibt. Wie vorstehend detaillierter beschrieben, kann der Langsamläufer-Generator 212 ein Generator sein, der mehr als zwei Pole enthält, so dass der Langsamläufer-Generator 212 elektrische Energie mit einer Frequenz ausgeben kann, die mit dem lokalen Wechselstromnetz kompatibel ist, während er gleichzeitig eine Wellenfrequenz empfängt, die wesentlich niedriger ist.
Die in 8 veranschaulichte Ausführungsform kann auch eine Dampfturbine 302 aufweisen, die mit der zweiten Welle 220 gekoppelt ist und die nahezu in derselben Weise wie die vorstehend beschriebene für diese spezielle Systemkomponente arbeitet. Ferner kann der Verdichter 104 nach 8 einen Hochdruckverdichterabschnitt 602 und einen Niederdruckverdichterabschnitt 606 enthalten, die sich auf getrennten Wellen befinden und in gleicher Weise wie vorstehend für diese spezielle Systemkomponente beschrieben funktionieren. D. h., der Hochdruckverdichterabschnitt 602 kann mit der ersten Welle 216 gekoppelt und von dem Hochdruckturbinenabschnitt 204 angetrieben sein, während der Niederdruckverdichterabschnitt 606 mit der zweiten Welle 220 gekoppelt und von dem Niederdruckturbinenabschnitt 208 angetrieben sein kann. Im Wesentlichen können ansonsten die Systemkomponenten des Energieerzeugungs-Turbinensystems 800 ähnlich wie die hierin vorstehend beschriebenen gleichen Systemkomponenten in den anderen Ausführungsformen arbeiten.
9 zeigt eine schematische Zeichnung, die ein Energieerzeugungs-Turbinensystem 900 veranschaulicht, welches drei unabhängig voneinander funktionierende Wellen gemäß einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung hat. Wie veranschaulicht, kann in einer herkömmlichen Weise eine erste Welle 902 einen Hochdruckturbinenabschnitt 904 mit einem Hochdruckverdichterabschnitt 905 koppeln. Eine zweite Welle 906 kann einen Mitteldruckturbinenabschnitt 908 mit einem Hochdruckverdichterabschnitt 909 und einem Schnellläufer-Generator 802 koppeln. Eine dritte Welle 910 kann einen Niederdruckturbinenabschnitt 912 mit einem Langsamläufer-Generator 212 koppeln. Es ist zu beachten, dass, wie vorstehend beschrieben, andere Anordnungen bzw. Einrichtungen der Systemkomponenten als die in 9 veranschaulichten möglich sein können.
Im Einsatz kann das Energieerzeugungs-Turbinensystem 900 wie folgt arbeiten. Die Rotation der Verdichterschaufeln in dem Hochdruckverdichterabschnitt 905 und dem Niederdruckverdichterabschnitt 909 kann einen Luftstrom verdichten. Energie kann dann freigesetzt werden, wenn die verdichtete Luft mit einem Brennstoff vermischt und in der Brennkammer 120 entzündet wird. Der sich ergebende Strom expandierender heißer Gase aus der Brennkammer 120 kann dann über die Schaufeln in dem Hochdruckturbinenabschnitt 904 geleitet werden, um somit die in dem Strom der heißen Gase enthaltene Energie in die mechanische Energie der rotierenden ersten Welle 902 umzuwandeln. Die erste Welle 902 kann mit dem Hochdruckverdichterabschnitt 905 gekoppelt sein, so dass die durch den Arbeitsfluidstrom durch den Hochdruckturbinenabschnitt 904 hervorgerufene Rotation der ersten Welle 902 den Hochdruckverdichterabschnitt 905 antreibt. Da der Hochdruckturbinenabschnitt 904 nicht mit einem Generator gekoppelt ist, ist dessen Betriebsfrequenz auf kein spezielles Niveau beschränkt, was somit dessen Betrieb bei jeder beliebigen Frequenz zulässt, die für das System am effizientesten ist. In einigen Ausführungsformen kann die Betriebsfrequenz für den Hochdruckturbinenabschnitt 904 wenigstens angenähert 50 Hz betragen. Natürlich wird ohne ein Getriebe in dem System die Betriebsfrequenz des Hochdruckverdichterabschnittes 905 dieselbe wie die Frequenz des Hochdruckturbinenabschnittes 904 sein. In weiteren Ausführungsformen kann die Betriebsfrequenz für den Hochdruckturbinenabschnitt 904 wenigstens angenähert 70 Hz betragen.
Nachdem sich der Arbeitsfluidstrom durch den Hochdruckturbinenabschnitt 904 hindurch expandiert hat, kann der Strom dann durch den Mitteldruckturbinenabschnitt 908 geleitet werden. Ähnlich zu dem vorstehend beschriebenen Prozess kann der Arbeitsfluidstrom über die Schaufelstufen in dem Mitteldruckturbinenabschnitt 908 geleitet werden, um somit die in dem Ar beitsfluid enthaltene Energie in mechanische Energie der rotierenden zweiten Welle umzuwandeln. Die zweite Welle 906 kann den Mitteldruckturbinenabschnitt 908 mit dem Niederdruckverdichterabschnitt 909 koppeln, so dass die durch den Arbeitsfluidstrom durch den Mitteldruckturbinenabschnitt 908 hervorgerufene Rotation der zweiten Welle 906 den Niederdruckverdichterabschnitt 909 antreibt.
Die zweite Welle 906 kann auch mit dem Schnellläufer-Generator 802 gekoppelt sein, so dass die durch den Arbeitsfluidstrom durch den Mitteldruckturbinenabschnitt 908 hervorgerufene Rotation der Welle 906 den Schnellläufer-Generator 802 antreibt. In einigen Ausführungsformen kann, da der Mitteldruckturbinenabschnitt 908 mit dem Schnellläufer-Generator 802 gekoppelt ist, dessen Betriebsfrequenz angenähert 60 Hz sein, so dass die durch den Schnellläufer-Generator 802 erzeugte elektrische Energie ebenfalls eine Frequenz von 60 Hz hat und so mit dem lokalen Wechselstromnetz kompatibel ist. Andere ähnliche Betriebsfrequenzen sind ebenfalls möglich.
Nachdem der Arbeitsfluidstrom durch den Mitteldruckturbinenabschnitt 908 expandiert worden ist, kann der Strom dann durch den Niederdruckturbinenabschnitt 912 geleitet werden. Ähnlich zu dem vorstehend beschriebenen Prozess kann der Arbeitsfluidstrom über die Schaufelstufen in dem Niederdruckturbinenabschnitt 912 geführt werden, um somit die in dem Arbeitsfluid enthaltene Energie in die mechanische Energie der rotierenden dritten Welle 910 umzuwandeln. Die dritte Welle 910 kann den Niederdruckturbinenabschnitt 912 mit dem Langsamläufer-Generator 212 koppeln, so dass die durch den Arbeitsfluidstrom durch den Niederdruckturbinenabschnitt 912 hervorgerufene Rotation der dritten Welle 910 den Langsamläufer-Generator 212 antreibt. Wie vorstehend detaillierter be schrieben, kann der Langsamläufer-Generator 212 ein Generator sein, der mehr als zwei Pole hat, so dass der Langsamläufer-Generator 212 elektrische Energie bei einer Frequenz abgeben kann, die mit dem lokalen Wechselstromnetz kompatibel ist, während er eine Wellenfrequenz aufnimmt, die viel niedriger ist.
Die in Zusammenhang mit 9 beschriebene Ausführungsform kann auch eine Dampfturbine 302 aufweisen, die mit der dritten Welle 910 gekoppelt ist und die nahezu in derselben Weise wie der vorstehend für diese spezielle Systemkomponente beschriebenen arbeitet. Im Wesentlichen können ansonsten die Systemkomponenten des Energieerzeugungs-Turbinensystems 900 ähnlich wie die hierin vorstehend beschriebenen gleichen Systemkomponenten in den anderen Ausführungsformen arbeiten.
Aus der vorstehenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung werden sich dem Fachmann Verbesserungen, Änderungen und Modifikationen erschließen. Derartige Verbesserungen, Änderungen und Modifikationen im Rahmen der fachmännischen Fähigkeiten bzw. Kenntnisse sollen von den beigefügten Ansprüchen mit umfasst sein. Ferner dürfte es verständlich sein, dass sich das Vorstehende nur auf die beschriebenen Ausführungsformen der vorliegenden Anmeldung bezieht und dass zahlreiche Änderungen und Modifikationen daran vorgenommen werden können, ohne dass von dem Rahmen und Schutzumfang der Anmeldung, wie durch die nachstehenden Ansprüche und deren Äquivalente definiert, abgewichen wird.
Es ist ein Turbinensystem zur Energieerzeugung beschrieben, das enthält: einen Axialverdichter, der einen Luftstrom verdichtet, der anschließend mit einem Brennstoff vermischt und in einer Brennkammer 120 verbrannt wird, so dass der resultierende Heißgasstrom durch eine Turbine geleitet wird; wobei die Turbine einen Niederdruckturbinenabschnitt 904, einen Mitteldruckturbinenabschnitt 908 und einen Hochdruckturbinenabschnitt 912 aufweist; wobei der Hochdruckturbinenabschnitt 904 über eine erste Welle 902 mit wenigstens einem Teil des Axialverdichters derart gekoppelt ist, dass der Hochdruckturbinenabschnitt 904 im Betrieb wenigstens den Teil des Axialverdichters antreibt; wobei der Mitteldruckturbinenabschnitt 908 über eine zweite Welle 906 mit einem Schnellläufer-Generator 802 derart gekoppelt ist, dass der Mitteldruckturbinenabschnitt 908 im Betrieb den Schnellläufer-Generator 802 antreibt; und wobei der Niederdruckturbinenabschnitt 912 über eine dritte Welle 910 mit einem Langsamläufer-Generator 212 derart gekoppelt ist, dass der Niederdruckturbinenabschnitt 912 im Betrieb den Langsamläufer-Generator 212 antreibt.

Claims

Energieerzeugungs-Turbinensystem, wobei das System aufweist: einen Axialverdichter, der einen Luftstrom verdichtet, der anschließend mit einem Brennstoff vermischt und in einer Brennkammer (120) verbrannt wird, so dass der resultierende Heißgasstrom durch eine Turbine geleitet wird; wobei: die Turbine einen Niederdruckturbinenabschnitt (904), einen Mitteldruckturbinenabschnitt (908) und einen Hochdruckturbinenabschnitt (912) aufweist; der Hochdruckturbinenabschnitt (904) über eine erste Welle (902) mit wenigstens einem Teil des Axialverdichters derart gekoppelt ist, dass der Hochdruckturbinenabschnitt (904) im Betrieb wenigstens den Teil des Axialverdichters antreibt; der Mitteldruckturbinenabschnitt (908) über eine zweite Welle (906) mit einem Schnellläufer-Generator (802) derart gekoppelt ist, dass der Mitteldruckturbinenabschnitt (908) im Betrieb den Schnellläufer-Generator antreibt; und der Niederdruckturbinenabschnitt (912) über eine dritte Welle (910) mit einem Langsamläufer-Generator (212) derart gekoppelt ist, dass der Niederdruckturbinenabschnitt (912) im Betrieb den Langsamläufer-Generator (212) antreibt.
Energieerzeugungs-Turbinensystem nach Anspruch 1, wobei: der Axialverdichter einen Niederdruckverdichterabschnitt (909) und einen Hochdruckverdichterabschnitt (905) aufweist; der Mitteldruckturbinenabschnitt (908) ferner über die zweite Welle (906) mit dem Niederdruckverdichterabschnitt (909) derart gekoppelt ist, dass der Mitteldruckturbinenabschnitt (908) im Betrieb den Niederdruckverdichterabschnitt (909) antreibt; und der Hochdruckturbinenabschnitt (904) über die erste Welle (902) mit dem Hochdruckverdichterabschnitt (905) derart gekoppelt ist, dass der Hochdruckturbinenabschnitt (904) im Betrieb den Hochdruckverdichterabschnitt (905) antreibt.
Energieerzeugungs-Turbinensystem nach Anspruch 1, wobei: der Axialverdichter einen Niederdruckverdichterabschnitt (909) und einen Hochdruckverdichterabschnitt (905) aufweist; der Mitteldruckturbinenabschnitt (908) über die zweite Welle (906) mit dem Niederdruckverdichterabschnitt (909) derart gekoppelt ist, dass der Mitteldruckturbinenabschnitt (908) im Betrieb den Niederdruckverdichterabschnitt antreibt; und der Hochdruckturbinenabschnitt (904) über die erste Welle (902) mit dem Hochdruckverdichterabschnitt (905) derart gekoppelt, dass der Hochdruckturbinenabschnitt (904) im Betrieb den Hochdruckverdichterabschnitt (905) antreibt.
Energieerzeugungs-Turbinensystem nach Anspruch 1, wobei der Hochdruckturbinenabschnitt (904) ein bis zwei Stufen aufweist, der Mitteldruckturbinenabschnitt (908) ein bis zwei Stufen aufweist und der Niederdruckturbinenabschnitt (912) zwei bis vier Stufen aufweist.
Energieerzeugungs-Turbinensystem nach Anspruch 1, wobei: die Turbine wenigstens drei Stufen aufweist; und der Hochdruckturbinenabschnitt (904) die vorderen Stufen der Turbine aufweist, während der Mitteldruckturbinenabschnitt (908) die mittleren Stufen der Turbine aufweist und der Niederdruckturbinenabschnitt (912) die hinteren Stufen der Turbine aufweist.
Energieerzeugungs-Turbinensystem nach Anspruch 1, wobei der Schnellläufer-Generator (802) einen zweipoligen Generator aufweist.
Energieerzeugungs-Turbinensystem nach Anspruch 1, wobei der Langsamläufer-Generator (212) einen vierpoligen Generator aufweist.
Energieerzeugungs-Turbinensystem nach Anspruch 1, wobei die allgemeine Betriebsfrequenz des Niederdruckturbinenabschnitts (912) und des Langsamläufer-Generators (212) ungefähr 25 bis 30 Hz beträgt.
Energieerzeugungs-Turbinensystem nach Anspruch 1, wobei die allgemeine Betriebsfrequenz des Mitteldruckturbinenabschnitts (908) und des Schnellläufer-Generators (802) ungefähr 50 bis 60 Hz beträgt.
Energieerzeugungs-Turbinensystem nach Anspruch 1, wobei die allgemeine Betriebsfrequenz des Hochdruckturbinenab schnitts (904) und des Hochdruckverdichterabschnitts (905) wenigstens ungefähr 70 Hz beträgt.