IT201700008681A1

IT201700008681A1 - Sistema di turbina a gas

Info

Publication number: IT201700008681A1
Application number: IT102017000008681A
Authority: IT
Inventors: Alessandro Russo; Bono Alessandro Del; Luciano Mei; Maurizio Ciofini; Abdus Shamim; Mehdi Milani Baladi; Alessio Postacchini; Bernard W Dumm; Jason Hayden; Gabriele Cartocci; Francesco Caratelli
Original assignee: Nuovo Pignone Tecnologie Srl
Priority date: 2017-01-26
Filing date: 2017-01-26
Publication date: 2018-07-26
Also published as: EP3354866A1; US20180209337A1

Description

“SISTEMA DI TURBINA A GAS”

DESCRIZIONE

Campo Tecnico

La presente descrizione concerne motori a turbina a gas. Forme di realizzazione qui descritte concernono specificamente sistemi comprendenti motori a turbina a gas come motori primi per azionare un carico, principalmente in applicazioni di trazione meccanica.

Arte Anteriore

Motori a turbina a gas sono ampiamente usati come motori primi per azionare macchinari ruotanti, sia in applicazioni di generazione elettrica, sia anche in applicazioni di trazione meccanica. Nel senso qui inteso, applicazioni di generazione elettrica sono quelle applicazioni in cui generatori elettrici vengono azionati da un motore a turbina a gas. Questi sistemi convertono energia chimica di un combustibile in energia elettrica utile. Nel senso qui inteso, applicazioni di trazione meccanica sono quelle applicazioni in cui motori a turbina a gas azionano un equipaggio ruotante differente dai generatori elettrici, ad esempio pompe o compressori, quali compressori mono-stadio o multi-stadio, assiali o centrifughi.

Un punto chiave in sistemi utilizzanti motori a turbina a gas come motori primi è la disponibilità del motore a turbina a gas. Il motore primo richiede periodici interventi di manutenzione e può richiedere riparazione o sostituzione di parti o componenti, che sono soggetti ad usura o malfunzionamento. E’ importante che qualunque intervento di manutenzione o riparazione sia eseguito così che il tempo di attesa della macchina, cioè il tempo durante il quale il motore a turbina a gas non è disponibile, sia mantenuto il più breve possibile. In questo contesto è particolarmente importante ridurre interventi di manutenzione, aumentare il tempo fra attività di manutenzione e aumentare il tempo medio fra i guasti.

In particolari applicazioni è critica la compattezza del sistema di motore a turbina a gas. In particolare, in applicazioni offshore, dove i motori a turbina a gas e i macchinari da essi azionati sono installati su un natante o su una piattaforma offshore, vi è la necessità di ridurre l’ingombro complessivo in pianta dell’equipaggio meccanico, poiché lo spazio disponibile è ridotto. E’ pertanto importante una elevata densità di potenza.

Motori a turbina a gas sono spesso utilizzati come motori primi per ruotare compressori di refrigerante per sistemi di liquefazione di gas naturale, cioè sistemi per trasformare gas naturale da un pozzo o simile in gas naturale liquefatto (LNG) per scopi di trasporto. LNG può essere trasportato in maniera più economica e più sicura da un luogo di estrazione del gas al luogo di utilizzo. Il gas naturale è spesso estratto da pozzi sottomarini, e il sistema di liquefazione del gas naturale deve pertanto essere disposto su una piattaforma on-shore od off-shore o su un natante, dove lo spazio disponibile è critico. Il gas naturale viene liquefatto tramite estrazione di calore da esso utilizzando uno o più circuiti di fluido refrigerante. Sono note nell’arte varie combinazioni di circuiti refrigeranti, che utilizzano uno o più differenti refrigeranti. Uno o più compressori di gas, azionati da uno o più motori primi, sono usati per comprimere il fluido refrigerante, in forma gassosa, prima di raffreddare e/o condensare il refrigerante compresso ed espandere il refrigerante compresso raffreddato in un equipaggio di espansione, per raffreddare il refrigerante. Il refrigerante raffreddato viene poi usato per rimuovere calore tramite scambio termico con il gas naturale o altro fluido refrigerante, ad esempio in un ciclo di pre-raffreddamento, a seconda della struttura e disposizione del sistema e del ciclo LNG usati.

Anche se sono talvolta usati motori elettrici come motori primi in applicazioni LNG, soprattutto in installazioni offshore sono a volte preferiti i motori a turbina a gas, poiché essi possono usare parte del gas naturale estratto come sorgente di energia per produrre la potenza meccanica necessaria ad azionare i compressori di refrigerante.

In alcuni sistemi, i motori a turbina a gas sono usati per produrre potenza meccanica che è utilizzata per azionare generatori elettrici. La potenza elettrica generata dai generatori elettrici è convertita nuovamente in potenza meccanica da motori elettrici ed usata per azionare i compressori di refrigerante. Questo viene spesso effettuato per raggiungere maggiore flessibilità nella regolazione della velocità di rotazione dei compressori di refrigerante come richiesto dal processo di refrigerazione e liquefazione. Tuttavia, l’uso di motori a turbina a gas, generatori elettrici e motori elettrici in una disposizione in cascata per azionare i compressori di refrigerante è inefficiente dal punto di vista del rendimento complessivo di conversione energetica, e dal punto di vista dell’ingombro in pianta complessivo del macchinario ruotante. In funzione della capacità produttiva del pozzo di gas, sono richieste potenze elevate o molto elevate per azionare i treni di compressori del refrigerante e quindi sono desiderabili motori a turbina a gas compatti e con elevate potenze nominali.

Motori a turbina a gas aeroderivativi sono macchine compatte e quindi particolarmente desiderabili in applicazioni off-shore. Nel senso comunemente inteso nell’arte dei motori a turbina a gas e nel senso qui utilizzato, il termine motore a turbina a gas aeroderivativo è usato per designare un motore a turbina a gas che utilizza almeno parzialmente macchinario che è stato progettato per trasporto aereo. Queste turbine a gas sono caratterizzate da compattezza e peso ridotto. Tuttavia, queste macchine hanno alcune limitazioni in termini di disponibilità e potenza.

Sarebbe pertanto desiderabile sviluppare un motore a turbina a gas e un sistema che lo usa, che superi o riduca uno o più dei limiti dell’arte corrente.

Sommario

Secondo un aspetto della presente descrizione, viene previsto un sistema di turbina a gas. Il sistema di turbina a gas comprende un motore a turbina a gas aeroderivativo ed un carico meccanicamente accoppiato al motore a turbina a gas attraverso una linea d’albero. Il motore a turbina a gas può comprendere una sezione di turbina di alta pressione ed una sezione di compressore di alta pressione, accoppiate meccanicamente l’una all’altra da un primo albero di turbina.

In particolare la sezione di turbina di alta pressione ha un rotore di turbina di alta pressione e la sezione di compressore di alta pressione ha un rotore di compressore di alta pressione. Il rotore di turbina di alta pressione ed il rotore di compressore di alta pressione possono essere meccanicamente accoppiati l’uno all’altro dal primo albero di turbina, o possono formare con esso un singolo corpo. Il complesso composto dal rotore di turbina di alta pressione, dal rotore di compressore di alta pressione e dal primo albero di turbina forma un rotore di alta pressione, a volte denominato come primo spool del motore a turbina a gas.

Il motore a turbina a gas può comprendere inoltre una sezione di turbina di pressione intermedia e una sezione di compressore di bassa pressione, accoppiate meccanicamente l’una all’altra da un secondo albero di turbina. Il primo albero di turbina e il secondo albero di turbina possono essere disposti coassialmente. Il secondo albero di turbina può estendersi attraverso il primo albero di turbina.

In particolare, la sezione di turbina di pressione intermedia può avere un rotore di turbina a pressione intermedia e la sezione di compressore di bassa pressione può avere un rotore di compressore di bassa pressione. Il rotore di turbina di pressione intermedia e il rotore di compressore di bassa pressione possono essere meccanicamente accoppiati l’uno all’altro dal secondo albero di turbina, oppure formare con esso un corpo singolo. L’unità composta dal rotore di turbina di pressione intermedia, dal rotore di compressore di bassa pressione e dal secondo albero di turbina formano un rotore di bassa pressione, a volte denominato come secondo spool del motore a turbina a gas.

Il motore a turbina a gas può comprendere, inoltre, una sezione di combustore in accoppiamento di fluido con la sezione di compressore di alta pressione e con la sezione di turbina di alta pressione, e configurato per ricevere aria compressa dalla sezione di compressore di alta pressione e combustibile, per miscelare i flussi di combustibile e aria e per bruciare la miscela aria/combustibile per produrre gas di combustione compresso ad alta temperatura.

Il motore a turbina a gas può comprendere, inoltre, una turbina di potenza libera. La turbina di potenza libera può essere parte di una sezione di turbina di bassa pressione o sezione di turbina di potenza libera. La turbina di potenza libera, e più specificamente il suo rotore, può essere supportato da un terzo albero di turbina.

Il terzo albero di turbina può avere un’estremità di accoppiamento del carico direttamente accoppiato alla linea d’albero, così che la linea d’albero e il terzo albero di turbina possono ruotare sostanzialmente alla stessa velocità di rotazione.

In forme di realizzazione qui descritte, la turbina di potenza libera può essere atta a generare una potenza meccanica massima di almeno 65MW in condizioni di giorno ISO.

La turbina di potenza e il terzo albero di turbina sono meccanicamente disaccoppiati dal primo albero di turbina e dal secondo albero di turbina, così che la velocità di rotazione dell’albero di turbina di potenza e della linea d’albero, che accoppia meccanicamente il carico al motore a turbina a gas, può essere differente rispetto alla velocità di rotazione del primo rotore (spool) e del secondo rotore (spool). Inoltre, il primo rotore e il secondo rotore possono essere portati in rotazione sequenzialmente all’avvio della turbina e la turbina di potenza libera può iniziare a ruotare quando sono state raggiunte condizioni operative idonee del primo rotore e del secondo rotore. Questo può essere particolarmente utile ad esempio per avviare la rotazione di un carico che comprende compressori di gas disposti in un circuito parzialmente o completamente pressurizzato. Il compressore può così essere posto in funzione senza dover sfiatare il circuito di gas, di cui il compressore forma parte.

Secondo un ulteriore aspetto, la presente descrizione prevede un metodo per far funzionare un sistema di turbina a gas comprendente le seguenti fasi:

prevedere un motore a turbina a gas aeroderivativo comprendente: una sezione di turbina di alta pressione ed una sezione di compressore di alta pressione, accoppiate meccanicamente l’una all’altra da un primo albero di turbina; una sezione di turbina di pressione intermedia ed una sezione di compressore di bassa pressione, accoppiate meccanicamente l’una all’altra da un secondo albero di turbina, il primo albero di turbina e il secondo albero di turbina essendo disposti coassialmente, il secondo albero di turbina estendendosi attraverso il primo albero di turbina; una sezione di combustore in accoppiamento di fluido con la sezione di compressore di alta pressione e con la sezione di turbina di alta pressione; una turbina di potenza libera, supportata da un terzo albero di turbina, che è meccanicamente disaccoppiato dal primo albero di turbina e dal secondo albero di turbina, il terzo albero di turbina avendo un’estremità di accoppiamento del carico direttamente accoppiata all’albero del carico, così che l’albero del carico e il terzo albero di turbina ruotano alla stessa velocità di rotazione; ed in cui la turbina di potenza libera è atta a produrre una potenza meccanica massima di almeno 65MW in condizioni di giorno ISO;

prevedere un carico avente un albero del carico meccanicamente accoppiato al motore a turbina a gas, detto carico comprendendo un treno di compressori comprendente almeno un compressore di gas, detto compressore di gas formando parte di un circuito di fluido almeno parzialmente pressurizzato, chiuso;

iniziare la rotazione del primo albero di turbina con uno starter;

accendere la sezione di combustore, generando con essa gas di combustione, espandere detto gas di combustione nella sezione di turbina di alta pressione e produrre con ciò potenza meccanica per ruotare la sezione di compressore di alta pressione;

avviare la rotazione della sezione di turbina di pressione intermedia e produrre con essa potenza meccanica per ruotare la sezione di compressore di bassa pressione;

avviare la rotazione della turbina di potenza libera e del carico;

aumentare gradualmente la velocità di rotazione della turbina di potenza libera e del carico fino ad una velocità di rotazione nominale richiesta, mantenendo continuamente il circuito almeno parzialmente pressurizzato.

Secondo forme di realizzazione qui descritte, il carico può comprendere uno o più compressori, atti ad elaborare uno o più refrigeranti di un sistema LNG. Secondo alcune forme di realizzazione, il sistema LNG può essere uno dei seguenti: un sistema LNG a propano/refrigerante misto, un sistema LNG a refrigerante misto doppio, un sistema refrigerante misto singolo, un sistema LNG a cascata.

In alcune forme di realizzazione, il primo compressore ed il secondo compressore sono disposti lungo la linea d’albero. In alcune forme di realizzazione il primo compressore è disposto in un primo circuito di refrigerante ed è atto a comprimere un primo refrigerante ed il secondo compressore è disposto in un secondo circuito di refrigerante ed è atto a comprimere un secondo refrigerante.

In alcune forme di realizzazione, il primo compressore ed il secondo compressore sono disposti in un primo circuito di refrigerante e sono atti a comprimere sequenzialmente un primo refrigerante nel primo circuito di refrigerante.

Caratteristiche e forme di realizzazione sono descritte qui di seguito e ulteriormente definite nelle rivendicazioni allegate, che formano parte integrale della presente descrizione. La sopra riportata breve descrizione individua caratteristiche delle varie forme di realizzazione della presente invenzione in modo che la seguente descrizione dettagliata possa essere meglio compresa e affinché i contribuiti alla tecnica possano essere meglio apprezzati. Vi sono, ovviamente, altre caratteristiche dell’invenzione che verranno descritte più avanti e che verranno esposte nelle rivendicazioni allegate. Con riferimento a ciò, prima di illustrare diverse forme di realizzazione dell’invenzione in dettaglio, si deve comprendere che le varie forme di realizzazione dell’invenzione non sono limitate nella loro applicazione ai dettagli costruttivi ed alle disposizioni di componenti descritti nella descrizione seguente o illustrati nei disegni. L’invenzione può essere attuata in altre forme di realizzazione e attuata e posta in pratica in vari modi. Inoltre si deve comprendere che la fraseologia e la terminologia qui impiegate sono soltanto ai fini descrittivi e non devono essere considerate limitative.

Gli esperti del ramo pertanto comprenderanno che il concetto su cui si basa la descrizione può essere prontamente utilizzato come base per progettare altre strutture, altri metodi e/o altri sistemi per attuare i vari scopi della presente invenzione. E’ importante, quindi, che le rivendicazioni siano considerate come comprensive di quelle costruzioni equivalenti che non escono dallo spirito e dall’ambito della presente invenzione.

Breve descrizione dei disegni

Una comprensione più completa delle forme di realizzazione illustrate dell’invenzione e dei molti vantaggi conseguiti verrà ottenuta quando la suddetta invenzione verrà meglio compresa con riferimento alla descrizione dettagliata che segue in combinazione con i disegni allegati, in cui: la

la Fig.1 illustra un sistema comprendente un treno di compressori di gas azionato da una turbina a gas, secondo forme di realizzazione qui descritte;

la Fig.2 illustra una vista in sezione di un motore a turbina a gas secondo forme di realizzazione della presente descrizione;

la Fig.3 illustra una forma di realizzazione esemplificativa di un sistema LNG comprendente un motore a turbina a gas secondo la Fig.2 come motore primo per un treno di compressori di refrigerante;

le Figg.4 a 9 illustrano ulteriori forme di realizzazione esemplificative dei sistemi LNG e di disposizioni di treni di compressori per applicazioni LNG;

la Fig.10 illustra un diagramma di flusso che riassume un metodo per l’avvio di un motore a turbina a gas per un treno di compressori di gas;

la Fig.11 illustra un diagramma di coppia in funzione della velocità di rotazione di un treno di compressori;

le Figg.12 e 13 illustrano ulteriori forme di realizzazione esemplificative di sistemi LNG e di treni di compressori di gas secondo la presente descrizione;

le Figg.14A-14D illustrano una sequenza per la rapida sostituzione di un motore a turbina a gas secondo forme di realizzazione qui descritte;

le Figg.15A-15C illustrano una sequenza per una rapida sostituzione di un super-nucleo del motore a turbina a gas secondo forme di realizzazione qui descritte.

Descrizione Dettagliata di Forme di Realizzazione

La descrizione dettagliata che segue di forme di realizzazione esemplificative si riferisce ai disegni allegati. Gli stessi numeri di riferimento in disegni differenti identificano elementi uguali o simili. Inoltre, i disegni non sono necessariamente in scala. Ancora, la descrizione dettagliata che segue non limita l’invenzione. Piuttosto, l’ambito dell’invenzione è definito dalle rivendicazioni accluse.

Il riferimento in tutta la descrizione a “una forma di realizzazione” o “la forma di realizzazione” o “alcune forme di realizzazione” significa che una particolare caratteristica, struttura o elemento descritto in relazione ad una forma di realizzazione è compresa in almeno una forma di realizzazione dell’oggetto descritto. Pertanto la frase “in una forma di realizzazione” o “nella forma di realizzazione” o “in alcune forme di realizzazione” in vari punti lungo la descrizione non si riferisce necessariamente alla stessa o alle stesse forme di realizzazione. Inoltre le particolari caratteri stiche, strutture od elementi possono essere combinati in qualunque modo idoneo in una o più forme di realizzazione.

La Fig.1 illustra schematicamente un sistema 1 comprendente un motore primo 22 e un carico 3. In alcune forme di realizzazione il carico 3 può comprendere un macchinario ruotante. Forme di realizzazione esemplificative del sistema 1 comprendono un treno di compressori formante (parte del) carico 3. Il treno di compressori 3 può comprendere una linea d’albero 6 e una pluralità di macchine ruotanti disposte lungo di esso. Nello schema della Fig.1, il carico 3 comprende tre macchine ruotanti 7, 8, 9, ad esempio tre compressori di gas per elaborare uno o più fluidi refrigeranti che circolano in un circuito di refrigerante. I compressori possono essere parte di uno stesso circuito chiuso, ad esempio un circuito di refrigerante di un sistema LNG. In altre forme di realizzazione i compressori possono appartenere a due o tre differenti circuiti chiusi, per elaborare separatamente rispettivi flussi di gas, ad esempio flussi di refrigerante in un sistema LNG.

Il motore primo 2 può essere un motore a turbina a gas. In alcune forme di realizzazione il motore a turbina a gas 2 comprende un motore a turbina a gas aeroderivativo.

Continuando a riferirsi alla Fig.1, la Fig.2 illustra una vista in sezione di forme di realizzazione di un motore a turbina a gas 2 per azionare un treno di compressori 3 come rappresentato in Fig.1. In forme di realizzazione qui descritte il motore a turbina a gas 2 comprende una sezione di compressore 11, una sezione di combustore 13 ed una sezione di turbina 15.

Secondo alcune forme di realizzazione, la sezione di compressore 11 comprende a sua volta una sezione di compressore di bassa pressione 17 ed una sezione di compressore di alta pressione 19. La sezione di compressore di bassa pressione 17 può essere in accoppiamento di fluido con la sezione di compressore di alta pressione 19 attraverso un passaggio di flusso di aria 21. La sezione di compressore di bassa pressione 17 può essere in accoppiamento di fluido con un plenum di ingresso di aria, che riceve aria ambiente attraverso una cassa di filtri 25 (Fig.1). La cassa di filtri 25 può essere in accoppiamento di fluido con il plenum di ingresso dell’aria 23 attraverso un condotto di aria pulita 26. Aria può essere pretrattata, ad esempio può essere raffreddata prima di venire aspirata dalla sezione di compressore di bassa pressione 19. In alcune forme di realizzazione l’aria non viene raffreddata prima di essere alimentata dall’ambiente alla sezione di compressore di bassa pressione 19, così che si può fare a meno di una disposizione di raffreddamento e rispettivo equipaggiamento, il che dà luogo ad una disposizione più compatta.

Come mostrato schematicamente in Fig.2, la sezione di compressore di bassa pressione 19 può comprendere un rotore di compressore di bassa pressione 27 che ruota attorno ad un asse A-A della turbina a gas. Il rotore di compressore di bassa pressione 27 può comprendere una pluralità di disposizioni circolari di pale ruotanti 31. Nella forma di realizzazione esemplificativa della Fig.2, il rotore di compressore di bassa pressione 27 comprende quattro disposizioni circolari di pale ruotanti 31, che ruotano integralmente con il rotore del compressore di bassa pressione 27.

La sezione di compressore di bassa pressione 17 può comprendere inoltre una pluralità di disposizioni circolari di pale stazionarie 33, disposte fisse in una cassa 35. Ciascuna disposizione circolare di pale stazionarie 33 è combinata con una rispettiva di dette disposizioni circolari di pale ruotanti 31. Ciascuna coppia di disposizione di pale ruotanti e disposizione di pale stazionarie in sequenza forma uno stadio di compressore di bassa pressione. In forme di realizzazione esemplificative qui descritte la sezione di compressore di bassa pressione 17 comprende quattro stadi di compressore di bassa pressione. Una serie di vani di guida di ingresso 33A può essere anch’essa disposta a monte della serie più a monte di pale ruotanti 31. Una serie di pale stazionarie può essere disposta fra la sezione di compressore di bassa pressione 17 e la sezione di compressore di alta pressione 19 per raddrizzare il flusso di gas fra le due sezioni.

Nel contesto della presente descrizione, se non diversamente specificato i termini a valle e a monte sono riferiti alla direzione di un flusso di aria o di gas attraverso il macchinario.

I vani di guida di ingresso 33A possono essere vani di guida di ingresso variabili, cioè essi possono essere montati sulla cassa 35 così da essere atti a ruotare attorno ai rispettivi assi di rotazione sostanzialmente radiali. Le pale di una, alcune o tutte le disposizioni circolari di pale stazionarie a valle dei vani di guida di ingresso 33A possono avere una geometria variabile. Una pala stazionaria di una disposizione di pale a geometria variabile può essere supportata sulla cassa 35 così da essere atta a ruotare attorno ad un asse di rotazione sostanzialmente radiale. Il termine “asse di rotazione sostanzialmente radiale” nel senso qui indicato può essere inteso come un asse che è orientato sostanzialmente ortogonale all’asse A-A della turbina a gas, cioè all’asse attorno al quale ruotano le parti ruotanti del motore a turbina a gas 2.

Secondo forme di realizzazione qui descritte, la sezione di compressore di alta pressione 19 può comprendere un rotore di compressore di alta pressione 41 disposto per ruotare attorno all’asse A-A della turbina a gas e quindi coassiale al rotore del compressore di bassa pressione 27. Il rotore del compressore di alta pressione 41 può comprendere una pluralità di disposizioni circolari di pale ruotanti 43. Nella forma di realizzazione esemplificativa della Fig.2, il rotore del compressore di alta pressione 41 comprende nove disposizioni circolari di pale ruotanti 43, che ruotano integralmente con il rotore del compressore di bassa pressione 41.

La sezione del compressore di alta pressione 19 può inoltre comprendere una pluralità di disposizioni circolari di pale stazionarie 45, disposte fisse nella cassa 35. Una disposizione circolare di pale stazionarie 45 è combinata con ciascuna disposizione circolare di pale ruotanti 43. Ciascuna coppia di disposizione di pale stazionarie e disposizione di pale ruotanti consecutive forma uno stadio del compressore di alta pressione.

In forme di realizzazione esemplificative qui descritte la sezione di compressore di alta pressione 19 comprende nove stadi di compressore di alta pressione.

A valle dei nove stadi del compressore di alta pressione può essere inoltre prevista una serie finale di vani di guida di uscita 45A allo scopo di raddrizzare il flusso all’uscita della sezione di compressore di alta pressione.

Le pale di una, alcuna o tutte le disposizioni circolari di pale stazionarie della sezione di compressore di alta pressione 19 possono avere una geometria variabile. In alcune forme di realizzazione, nessuna delle disposizioni di pale stazionarie ha una geometria variabile. Anche nella sezione di compressore ad alta pressione, come nella sezione di compressore a bassa pressione, ciascuna pala stazionaria di una disposizione di pale a geometria variabile può essere supportata sulla cassa 35 così da essere atta a ruotare attorno ad un asse di rotazione sostanzialmente radiale.

La sezione di compressore di alta pressione 19 è in comunicazione di fluido con la sezione di combustore 13 attraverso la serie di pale stazionarie 45A e attraverso un passaggio 46 di flusso di aria ad alta pressione.

La sezione di combustore 13 può comprendere una camera di combustione anulare 47. In alcune forme di realizzazione, una pluralità di ugelli di combustibile 49 sono disposti anularmente nella camera di combustione anulare 47 ed attorno all’asse A-A della turbina a gas. In forme di realizzazione preferite, la sezione di combustore 13 comprende un sistema a bassa emissione a secco, nell’arte comunemente denominato sistema DLE. Il sistema a basse emissioni a secco fornisce una riduzione delle emissioni nocive di CO e/o NOx senza la necessità di aggiungere acqua nella camera di combustione.

In alcune forme di realizzazione la sezione di combustore può comprendere un combustore a diffusione.

Aria compressa alimentata dalla sezione di compressore di alta pressione 19 viene miscelata con un combustibile gassoso o liquido e la miscela aria/combustibile viene incendiata nella sezione di combustore 13 per generare gas ad alta temperatura pressurizzato che viene alimentato alla sezione di turbina 15 che è in accoppiamento di fluido con la sezione di combustore 13.

La sezione di turbina 15 può a sua volta comprendere una pluralità di sottosezioni di turbina in sequenza. In forme di realizzazione esemplificative qui descritte, la sezione di turbina principale 15 può comprendere una sezione di turbina di alta pressione 61, posta direttamente a valle della sezione di combustore 13. Una sezione di turbina di pressione intermedia 63 può essere disposta a valle della sezione di turbina di alta pressione 61. Inoltre, una sezione di turbina di potenza, o sezione di turbina di bassa pressione 65 può essere disposta a valle della sezione di turbina di pressione intermedia 63. Per le ragioni che risulteranno chiare nel seguito, la sezione di turbina di potenza può anche essere denominata “sezione di turbina di potenza libera” e può comprendere una “turbina di potenza libera” o “turbina libera”.

In forme di realizzazione esemplificative qui descritte la sezione di turbina di alta pressione 61 può comprendere un rotore di turbina di alta pressione 67 disposto per ruotare attorno all’asse A-A della turbina. Il rotore della turbina di alta pressione 67 può comprendere una pluralità di serie di pale ruotanti, ciascuna serie comprendendo una pluralità di pale disposte in una configurazione circolare attorno all’asse A-A della turbina. Nella forma di realizzazione della Fig.2 il rotore della turbina di alta pressione 67 comprende due serie di pale ruotanti 69. Una rispettiva serie di pale stazionarie 71 può essere combinata a ciascuna serie di pale ruotanti. Una prima serie di pale stazionarie 71 è pertanto disposta fra la camera di combustione 47 e la prima serie di pale ruotanti 69 della sezione di turbina di alta pressione 61. Secondo forme di realizzazione esemplificative del motore a turbina a gas 2, la sezione di turbina di alta pressione 61 comprende due serie di pale ruotanti 69 e due serie di pale stazionarie 71 che formano due stadi della turbina di alta pressione.

La sezione di turbina di pressione intermedia 63 disposta a valle della sezione di turbina di alta pressione 61 può comprendere un rotore di turbina di pressione intermedia 73 disposto nella cassa 35 per ruotare attorno all’asse A-A della turbina. Il rotore della turbina di pressione intermedia 73 può comprendere una pluralità di pale ruotanti 75 montate per ruotare con esso. In alcune forme di realizzazione, come mostrato in Fig.2, le pale ruotanti 75 del rotore di turbina di pressione intermedia 73 possono essere disposte secondo una singola serie di pale disposte circonferenzialmente. La sezione di turbina di pressione intermedia 73 può comprendere inoltre pale stazionarie 77. Secondo forme di realizzazione esemplificative, come mostrato in Fig.2, le pale stazionarie 77 formano una singola serie di pale stazionarie 77 disposte circonferenzialmente disposte a monte delle pale ruotanti 75. La serie circonferenziale di pale stazionarie 77 e la serie circonferenziale di pale ruotanti 75 formano un singolo stadio di turbina di pressione intermedia.

La sezione di turbina di bassa pressione o sezione di turbina di potenza libera 65 può essere disposta a valle della sezione di turbina di pressione intermedia 63 e può comprendere un rotore di turbina di bassa pressione 81, che è disposto nella cassa 35 per ruotare attorno all’asse A-A della turbina. Il rotore della turbina di bassa pressione 81 è a volte indicato come turbina di potenza libera, che di fatto comprende sia il rotore della turbina di bassa pressione 81, sia uno statore della turbina di bassa pressione.

Disposizioni circonferenziali di pale ruotanti 83 possono essere montate sul rotore di turbina di bassa pressione 81. In alcune forme di realizzazione, quattro serie di pale ruotanti 83 disposte circonferenzialmente sono disposte sul rotore di turbina di bassa pressione 81. Ciascuna serie o disposizione di pale ruotanti 83 disposte circonferenzialmente è combinata con una serie o disposizione di pale stazionarie 85 disposte circonferenzialmente, montate sulla cassa 35 e formanti lo statore della turbina di potenza libera, o statore di turbina di bassa pressione. Ciascuna coppia di serie di pale stazionarie 85 disposte circonferenzialmente e rispettiva serie di pale ruotanti 83 disposte circonferenzialmente forma un rispettivo stadio della sezione di turbina di bassa pressione 65.

In forme di realizzazione qui descritte la sezione di turbina di bassa pressione, o sezione di turbina di potenza 65, può comprendere quattro stadi, ciascuno comprendente una serie di pale stazionarie 85 ed una rispettiva serie di pale ruotanti 83 a valle di essa. Lo stadio più a monte della sezione di turbina di bassa pressione 65 può essere posto direttamente a valle del singolo stadio della sezione di turbina di pressione intermedia 63.

La sezione di turbina di alta pressione 61 e la sezione di turbina di pressione intermedia 63 sono pertanto in comunicazione di flusso l’una con l’altra, così che gas che è stato parzialmente espanso nella sezione di turbina di alta pressione 61 fluisce verso e attraverso la sezione di turbina di pressione intermedia 65. Da qui, gas che è stato parzialmente espanso nella sezione di turbina di pressione intermedia fluisce verso ed attraverso la sezione di turbina di bassa pressione 65, che è in accoppiamento di fluido con la sezione di turbina di pressione intermedia 63 posta a valle di essa.

Gas di combustione prodotto nella sezione di combustore 13 si espande quindi sequenzialmente nella sezione di turbina di alta pressione 61, nella sezione di turbina di pressione intermedia 63 e nella sezione di turbina di bassa pressione 65. La caduta di entalpia nel gas di combustione in ciascuna delle sezioni di turbina di alta pressione, pressione intermedia e bassa pressione genera una corrispondente quantità di potenza meccanica, che viene sfruttata come di seguito descritto.

Il rotore del compressore di alta pressione 41 e il rotore di turbina di alta pressione 67 sono entrambi montati o vincolati su un primo albero di turbina 91, per ruo tare insieme attorno all’asse A-A della turbina. La combinazione del rotore del compressore di alta pressione 41, del rotore di turbina di alta pressione 67 e del primo albero di turbina 91 forma un primo rotore (spool) del motore a turbina a gas. A volte questi tre componenti sono cumulativamente designati come “primo rotore” o “rotore di alta pressione”, o alternativamente rotore di nucleo del motore a turbina a gas 2. Il rotore del compressore di alta pressione 41, il primo albero di turbina 91 e il rotore di turbina di alta pressione 68 ruotano alla stessa velocità di rotazione. Potenza meccanica generata nella sezione di turbina di alta pressione 61 dall’espansione del gas di combustione fra la pressione nella camera di combustione 47 e la pressione intermedia all’ingresso della sezione di turbina di pressione intermedia 63 è sfruttata per ruotare il rotore del compressore di alta pressione 41 e quindi aumentare la pressione dell’aria dalla pressione di mandata sul lato di mandata della sezione del compressore di bassa pressione 17 fino alla pressione dell’aria all’ingresso della sezione di combustore 13.

Il rotore del compressore di bassa pressione 27 e il rotore della turbina di pressione intermedia 73 sono entrambi montati su o vincolati a un secondo albero di turbina 92, per ruotare con esso attorno all’asse A-A della turbina. La combinazione del rotore del compressore di bassa pressione 27, del rotore della turbina di pressione intermedia 73 e del secondo albero di turbina 92 forma un secondo rotore (spool) del motore a turbina a gas. A volte questi tre componenti sono cumulativamente indicati come “secondo rotore” o “rotore di pressione intermedia” del motore a turbina a gas 2. Il rotore del compressore di bassa pressione 27 e il rotore della turbina di pressione intermedia 73 sono pertanto meccanicamente accoppiati l’uno all’altro e ruotano alla stessa velocità. Potenza meccanica generata espandendo gas attraverso la sezione di turbina di pressione intermedia 63 viene usata per ruotare il rotore del compressore di bassa pressione 27 tramite il secondo albero di turbina 92. La potenza meccanica generata dall’espansione del gas nella sezione di turbina di pressione intermedia 63 è così sfruttata per aumentare la pressione dell’aria aspirata dal motore a turbina a gas 2 dalla pressione ambiente ad una prima pressione di aria che viene raggiunta nel passaggio di flusso dell’aria 21 che pone in collegamento di fluido l’uno all’altra il lato di mandata della sezione di compressore di bassa pressione 17 e la sezione di compressore di alta pressione 19.

Il primo albero di turbina 91 è coassiale al secondo albero di turbina 92. Il primo albero di turbina 91 è internamente cavo, così che il secondo albero di turbina 92 si sviluppa attraverso il primo albero di turbina 91 e sporge ad entrambe le estremità del primo albero di turbina 91 oltre opposte prima estremità e seconda estremità del primo albero di turbina 91 e oltre il rotore del compressore di alta pressione 41 nonché oltre il rotore della turbina di alta pressione 67.

Con la disposizione sopra descritta, un primo rotore, comprendente il rotore del compressore di alta pressione 41, il primo albero di turbina 91 e il rotore della turbina di alta pressione 67, ruota ad una prima velocità di rotazione. Un secondo rotore, comprendente il rotore del compressore di bassa pressione 27, il secondo albero di turbina 92 e il rotore della turbina di pressione intermedia 73, ruota ad una seconda velocità di rotazione, che è differente dalla prima velocità di rotazione.

Nel senso qui utilizzato un “rotore” (spool) può essere inteso come combinazione di una sezione di compressore e di una sezione di turbina, in cui la sezione di compressore contribuisce ad aumentare la pressione dell’aria che è usata per generare il gas di combustione che si espande nella sezione di turbina.

Il primo e il secondo rotore in combinazione con la sezione di combustore 13 sono anche cumulativamente indicati come “super-nucleo” del motore a turbina a gas 2. Il primo rotore e la sezione di combustore 13 in combinazione sono denominati anche cumulativamente come “nucleo” del motore a turbina a gas 2.

Il rotore della turbina a bassa pressione 81 può essere montato su un terzo albero di turbina 93, per ruotare insieme ad esso nella cassa 35. Il terzo motore di turbina 93 può essere accoppiato meccanicamente alla linea d’albero 6 del treno di compressori 3. In forme di realizzazione qui descritte il terzo albero di turbina 93 può essere cavo, per ridurre il suo peso e quindi il peso complessivo del motore a turbina a gas 2. Il terzo albero di turbina 93 è assialmente allineato al primo albero di turbina 91 e al secondo albero di turbina 92, ma è esterno ad essi.

Il collegamento fra il terzo albero di turbina 93 e la linea d’albero 6 può essere un collegamento diretto. Nel senso qui utilizzato, un “collegamento diretto” fra un primo organo meccanico ruotante e un secondo organo meccanico ruotante può essere inteso nel senso di un collegamento in cui il primo e il secondo organo meccanico ruotante mutualmente collegati ruotano sostanzialmente alla stessa velocità di rotazione. “Sostanzialmente la stessa velocità di rotazione” dei due organi ruotanti nel senso qui inteso può significare che la velocità di rotazione dei due organi ruotanti è la stessa eccetto che per fluttuazioni di velocità che possono essere dovute a deformazioni torsionali degli organi di trasmissione, quali alberi, frizioni, giunti e simili, che collegano i due organi meccanici l’uno all’altro, senza tuttavia modificare, alterare o modulare il rapporto di trasmissione.

Con la suddetta disposizione, la sezione di compressore di alta pressione 19 e la sezione di turbina di alta pressione 61 sono meccanicamente accoppiate attraverso il primo albero di turbina 91 nonché in accoppiamento di fluido attraverso il passaggio di fluido che si estende attraverso la sezione di combustore 13. La sezione di compressore di bassa pressione 17 e la sezione di turbina di pressione intermedia 63 sono meccanicamente accoppiate tramite il secondo albero di turbina 92 e ulteriormente in accoppiamento di fluido tramite il percorso di flusso che si estende attraverso la sezione di compressore di alta pressione 19, la sezione di combustore 13 e la sezione di turbina di alta pressione 63.

Viceversa, la sezione di turbina di bassa pressione 65 è soltanto in accoppiamento di fluido con la sezione di turbina di pressione intermedia 63, ma è separata meccanicamente, cioè disaccoppiata meccanicamente rispetto al primo rotore e al secondo rotore. Per questa ragione, la sezione di turbina di bassa pressione 65 è anche indicata come sezione di turbina di potenza libera 65 o semplicemente turbina di potenza libera, poiché essa può ruotare separatamente dal primo rotore e dal secondo rotore, ad una velocità di rotazione differente rispetto alla velocità di rotazione del nucleo e del super-nucleo del motore a turbina a gas.

La sezione di turbina di bassa pressione 65 e il terzo albero di turbina 93 formano un “semi-rotore” (semi-spool), che può ruotare ad una terza velocità di rotazione, che può essere differente rispetto alla prima velocità di rotazione del primo rotore e/o rispetto alla seconda velocità di rotazione del secondo rotore.

Il primo albero di turbina 91 e/o il secondo albero di turbina 92 e/o il terzo albero di turbina 93 possono essere supportati da una pluralità di cuscinetti. In alcune forme di realizzazione, uno, alcuni o preferibilmente tutti i cuscinetti che supportano il primo albero di turbina 91 sono cuscinetti a rotolamento, piuttosto che cuscinetti idrostatici, magnetici o idrodinamici. Analogamente, in alcune forme di realizzazione, uno, alcuni o preferibilmente tutti i supporti del secondo albero di turbina 92 sono supporti volventi, piuttosto che supporti idrostatici, magnetici o idrodinamici. Ancora, in alcune forme di realizzazione, uno, alcuni o preferibilmente tutti i cuscinetti che supportano il terzo albero di turbina 93 sono cuscinetti volventi, piuttosto che cuscinetti idrostatici, magnetici o idrodinamici.

Il termine “cuscinetto volvente” nel senso qui utilizzato può essere inteso come un cuscinetto che comprende un primo componente di cuscinetto, o pista, configurato per ruotare con l’albero supportato e un secondo componente di cuscinetto, o pista, vincolato ad una struttura di supporto, che può essere stazionaria, e comprendente inoltre corpi volventi, fra il primo componente di cuscinetto e il secondo componente di cuscinetto, che rotolano fra e in contatto con il primo componente di cuscinetto e il secondo componente di cuscinetto per ridurre l’attrito fra di essi.

Cuscinetti volventi sono particolarmente vantaggiosi poiché essi richiedono una limitata quantità di olio lubrificante rispetto ai cuscinetti idrostatici o idrodinamici. Inoltre essi sono più semplici e meno soggetti a manutenzione rispetto ai cuscinetti magnetici. Pertanto essi richiedono meno spazio per equipaggi ausiliari.

I cuscinetti volventi possono comprendere elementi volventi in forma di rulli, sfere o loro combinazione.

In alcune forme di realizzazione, uno, alcuni o tutti il primo albero di turbina, il secondo albero di turbina ed il terzo albero di turbina sono supportati da almeno due cuscinetti radiali e almeno un cuscinetto assiale o reggispinta. Un “cuscinetto radiale” nel senso qui indicato può indicare un cuscinetto che ha principalmente una capacità di carico radiale, cioè che è specificamente configurato per supportare carichi orientati in una direzione principalmente ortogonale all’asse di rotazione del cuscinetto. Un “cuscinetto assiale” o “cuscinetto reggispinta” nel senso qui utilizzato può essere inteso come un cuscinetto che ha principalmente una capacità di carico assiale, cioè che è specificamente configurato per supportare un carico o una spinta orientato parallelamente all’asse di rotazione del cuscinetto.

Il primo albero di turbina 91 può essere supportato da un primo cuscinetto volvente assiale 101, per esempio un cuscinetto a sfere. Il primo albero di turbina 91 può essere ulteriormente supportato da un secondo cuscinetto volvente radiale 102. I cuscinetti 101 e 102 possono essere disposti ad una prima estremità del primo albero di turbina 91. Un terzo cuscinetto volvente radiale 103 può essere ulteriormente disposto per supportare il primo albero di turbina 91 alla seconda estremità di esso. In alcune forme di realizzazione, il secondo cuscinetto radiale 102 e il terzo cuscinetto radiale 103 possono essere cuscinetti a rulli. In alcune forme di realizzazione, il primo cuscinetto assiale 101 può avere anche una capacità di carico radiale in combinazione alla capacità di carico assiale, cioè esso può essere atto a supportare carichi radiali e assiali combinati.

In alcune forme di realizzazione, il primo cuscinetto assiale 101 può essere disposto in corrispondenza o in prossimità dell’estremità a monte del primo albero di turbina 91, cioè l’estremità rivolta verso la sezione di compressore di bassa pressione. In forme di realizzazione esemplificative, il secondo cuscinetto radiale 102 può essere disposto in corrispondenza o in vicinanza dell’estremità a monte del primo albero di turbina 91. Il terzo cuscinetto radiale 103 può essere disposto in prossimità dell’estremità a valle del primo albero di turbina 91, cioè l’estremità rivolta verso la sezione di turbina di bassa pressione 65.

In alcune forme di realizzazione, il primo cuscinetto assiale 101 può essere disposto fra il secondo cuscinetto radiale 102 ed il terzo cuscinetto radiale 103. In altre forme di realizzazione, come mostrato in Fig.2, il secondo cuscinetto radiale 102 può essere disposto fra il primo cuscinetto assiale 101 e il terzo cuscinetto radiale 103.

Il secondo albero di turbina 92 può essere supportato da un quarto cuscinetto volvente 104, ad esempio un cuscinetto a rulli. Il secondo albero di turbina 92 può essere ulteriormente supportato da un quinto cuscinetto volvente 105. Un sesto cuscinetto volvente 106 può essere inoltre disposto per supportare il secondo albero di turbina 92. In alcune forme di realizzazione il quarto cuscinetto 104 ed il sesto cuscinetto 106 possono essere cuscinetti radiali. In alcune forme di realizzazione il quinto cuscinetto 105 può essere un cuscinetto assiale, cioè un cuscinetto reggispinta. In alcune forme di realizzazione, il quinto cuscinetto assiale 105 può avere anche una capacità di carico radiale, in combinazione con la capacità di carico assiale, cioè esso può essere atto a supportare carichi combinati radiali ed assiali.

Due cuscinetti volventi che supportano il secondo albero di turbina 92 possono essere disposti ad una estremità del secondo albero di turbina 92 e un cuscinetto volvente che supporta il secondo albero di turbina 92 può essere disposto all’altra estremità del secondo albero di turbina 92. Ad esempio due cuscinetti volventi possono essere disposti in corrispondenza o in prossimità dell’estremità a monte del secondo albero di turbina 92, cioè all’estremità che si estende a monte del primo albero di turbina 91 e l’altro cuscinetto volvente può essere disposto in corrispondenza o in vicinanza dell’estremità a valle del secondo albero di turbina 92, cioè l’estremità dell’albero che si estende a valle del primo albero di turbina 91. In forme di realizzazione esemplificative mostrate in Fig.2 il quarto cuscinetto radiale 104 è disposto in corrispondenza del rotore del compressore di bassa pressione 27. Il quinto cuscinetto assiale 105 è disposto in corrispondenza del rotore del compressore di bassa pressione 27. Il sesto cuscinetto radiale 106 è disposto in corrispondenza o in vicinanza del rotore della turbina di pressione intermedia 73.

Disponendo i cuscinetti 103 e 106 nella stessa coppa viene evitata la necessità di un ulteriore telaio di supporto fra il rotore della turbina di pressione intermedia 73 e il rotore della turbina di bassa pressione 81.

Sia il rotore del compressore di alta pressione 41, sia il rotore della turbina di alta pressione 67 possono così essere supportati dall’albero di alta pressione 91, o primo albero della turbina, secondo una disposizione fra cuscinetti, cioè fra un primo gruppo di cuscinetti, ad esempio i cuscinetti 101 e 102, ed un secondo gruppo di cuscinetti, comprendente solo il cuscinetto 1023, posizionato in vicinanza dell’estremità del primo albero di turbina 91 rivolto verso la sezione di turbina di potenza libera, cioè la sezione di turbina di bassa pressione 65.

Il rotore della turbina di pressione intermedia 73 ed il rotore del compressore di bassa pressione 27 montato sul secondo albero di turbina 92 possono essere supportati secondo una configurazione parzialmente a sbalzo, cioè su un cuscinetto 106 e su cuscinetti 104 e 105, rispettivamente.

In alcune forme di realizzazione, il rotore della turbina di bassa pressione, cioè il rotore della turbina libera 81, è montato in una configurazione a sbalzo sul terzo albero di turbina 93. In forme di realizzazione esemplificative, il rotore della turbina di bassa pressione 81 può essere montato su una prima estremità a monte del terzo albero di turbina 93, che è rivolta verso il rotore della turbina di pressione intermedia 73. La seconda opposta estremità del terzo albero di turbina 93, schematicamente indicato in 94, è una estremità di accoppiamento del carico, atta a essere meccanicamente accoppiata alla linea d’albero 6 e al carico condotto. Il terzo albero di turbina 93 può essere supportato da tre cuscinetti volventi, cioè un settimo cuscinetto 107, un ottavo cuscinetto 108 e un nono cuscinetto 109. I tre cuscinetti 107, 108, 109 che supportano il terzo albero di turbina 93 possono essere disposti su uno stesso lato del rotore della turbina di bassa pressione 81, cioè fra il rotore della turbina di bassa pressione 81 e l’estremità di accoppiamento del carico 94 del terzo albero di turbina 93. In forme di realizzazione particolarmente preferite, il settimo cuscinetto 107 ed il nono cuscinetto 109 possono essere cuscinetti radiali, mentre l’ottavo cuscinetto intermedio 108 può essere un cuscinetto assiale o reggispinta.

Disponendo i cuscinetti del terzo albero di turbina 93 sul lato opposto rispetto alle sezioni della turbina di alta pressione e di pressione intermedia, i cuscinetti sono meglio protetti rispetto ai contaminanti, in particolare durante gli interventi di manutenzione sul motore a turbina a gas. Più specificamente, i cuscinetti del terzo albero di turbina 93 sono protetti al meglio contro contaminanti inquinanti ad esempio quando il nucleo e il super-nucleo del motore a turbina a gas vengono aperti e/o rimossi, ad esempio per manutenzione, riparazione o sostituzione.

Il motore a turbina a gas 2 può essere dimensionato per fornire una potenza massima di almeno 65 MW e preferibilmente fra 65 MW e 80 MW in condizioni operativa di giorno ISO. Nel senso qui utilizzato “condizioni operative di giorno ISO” o “condizioni di giorno ISO” o “giorno ISO” può essere inteso come quelle condizioni definite in ISO 558:1980, cioè a 15°C, 60% di umidità relativa e 101.315 Pa di pressione atmosferica (livello del mare). I dati di potenza sopra riportati riguardano la massima potenza disponibile da parte del motore a turbina a gas, cioè la potenza generata dalla turbina di potenza libera e disponibile sul terzo albero di turbina 93, essendo inteso che la turbina libera può fornire meno potenza, cioè una potenza inferiore rispetto alla massima potenza nominale, se così richiesto dal carico in certe condizioni di funzionamento del carico.

Secondo alcune forme di realizzazione, il flusso di aria all’ingresso della sezione del compressore di bassa pressione può essere fra 150 e 200 kg/s, preferibilmente fra 160 e 195 kg/s, più preferibilmente fra 185 e 190 kg/s alla massima potenza (100% della potenza nominale) e in condizioni di giorno ISO.

La sezione del compressore di bassa pressione 17 può essere configurata per fornire un rapporto di compressione fra 1,2 e 3,0, ad esempio attorno a 2,5 nelle condizioni operative di massima potenza. La sezione di compressore 11 nel suo complesso può essere configurata per fornire un rapporto di compressione fra 13 e 45, preferibilmente fra 15 e 41, più preferibilmente fra 33 e 37, ad esempio attorno a 35 in condizioni operative di potenza massima.

Come mostrato schematicamente nelle Figg.1 e 2, la sezione del compressore di bassa pressione 17 può essere in comunicazione di flusso diretta con il condotto di aria pulita 26 e la temperatura dell’aria all’ingresso della sezione di compressore può essere sostanzialmente uguale alla temperatura ambiente. Sostanzialmente uguale nel significato qui utilizzato può essere inteso nel senso che la temperatura dell’aria al primo stadio della sezione di compressore del motore a turbina a gas è la temperatura raggiunta dall’aria quando passa attraverso l’alloggiamento dei filtri, il condotto di aria pulita ed un eventuale plenum di ingresso in assenza di un refrigeratore di aria. Se viene omesso un refrigeratore di aria, la struttura del sistema 1 risulta semplificata e il suo ingombro in pianta è pertanto ridotto. Una potenza nominale di 65 MW senza raffreddamento di aria sull’ingresso del motore a turbina a gas è particolarmente adatta ad azionare la maggior parte dei treni di compressori per LNG.

Ciò nonostante, in alcune forme di realizzazione può essere previsto un trattamento dell’aria all’ingresso del motore a turbina a gas. In alcune forme di realizzazione all’ingresso dell’aria possono essere previste disposizioni di pre-trattamento per il raffreddamento dell’aria, raffreddamento per evaporazione, iniezione di acqua o anti-congelamento.

Come mostrato nelle Figg.1 e 2, aria alimentata dalla sezione di compressore di bassa pressione 17 viene aspirata direttamente all’ingresso della sezione di compressore di alta pressione 19 senza inter-refrigerazione intermedia dell’aria, il che contribuisce nuovamente a semplificare la struttura del sistema 1 ed il suo ingombro in pianta, rendendo il sistema particolarmente idoneo, ad esempio, alle installazioni offshore.

In forme di realizzazione particolarmente vantaggiose, la potenza del motore a turbina a gas 2 è tale per cui il motore a turbina a gas 2 fornisce sufficiente potenza per azionare l’intero treno di compressori senza la necessità di un motore ausiliario in qualunque condizione ambientale, cioè anche se la temperatura ambiente aumenta al di sopra del punto di progetto. Fare a meno del motore ausiliario rende la lunghezza complessiva della linea d’albero 6 minore contribuendo in tal modo a ridurre l’ingombro in pianta complessivo del sistema 1, riduce il rischio di guasti, aumentando così la disponibilità del sistema, e riduce problemi rotor-dinamici, rendendo il treno di compressori più affidabile.

In alcune forme di realizzazione la velocità di rotazione della turbina di potenza libera, cioè della sezione di turbina di bassa pressione 65, in corrispondenza o al di sopra della potenza nominale di turbina, può essere fissata a circa 1400 giri/minuto e circa a 4000 giri/minuto, ad esempio a circa1550 giri/minuto e a circa 4000 giri/minuto, oppure fra circa 2000 giri/minuto e circa 4000 giri/minuto. In forme di realizzazione esemplificative, la velocità di rotazione delle turbine di potenza libere 65 e quindi del terzo albero di turbina 93 in condizioni di funzionamento di progetto può essere fra circa 2400 giri/minuto e circa 3800 giri/minuto. In ulteriori forme di realizzazione, la velocità di rotazione in condizioni di funzionamento di progetto può essere posta pari a 3429 giri/minuto, così che la velocità del 105% rispetto alla velocità di progetto è 3600 giri/minuti, che è particolarmente idonea per applicazioni di generazione di potenza ad una frequenza di 60 Hz. Lo stesso motore a turbina a gas 2 può tuttavia essere usato in applicazioni di generazione di potenza elettrica a frequenza di 50 Hz.

Poiché i compressori di refrigerante in applicazioni LNG ruotano normalmente a velocità attorno ai 3400 giri/minuto, una velocità di rotazione nominale di 3429 giri/minuto rende il motore a turbina a gas 2 particolarmente idoneo per applicazioni LNG senza necessità di una scatola di ingranaggi di riduzione fra l’albero della turbina di potenza (terzo albero di turbina 93) e la linea d’albero 6. Evitando una scatola di ingranaggi lungo la linea d’albero 6 la lunghezza totale della linea d’albero e l’ingombro in pianta del sistema 1 possono essere ridotti e l’efficienza complessiva del sistema può essere aumentata, poiché vengono evitate le perdite meccaniche dovute alla scatola di ingranaggi. Mentre una velocità di rotazione attorno a 3400-3500 giri/minuto, ad esempio 3429 giri/minuto, può essere fissata come la velocità di progetto alla potenza nominale della turbina, alcune forme di realizzazione del motore a turbina a gas 2 qui descritte offrono flessibilità in termini di velocità di rotazione da circa 1700 fino a circa 3600 giri/minuto, ad esempio da circa 1714 a circa 3600 giri/minuto, alla potenza nominale di turbina, o superiore.

Secondo alcune forme di realizzazione, il primo albero di turbina 91, il rotore del compressore di alta pressione 41 e il rotore della turbina di alta pressione 67 sono atti a ruotare ad una velocità di rotazione fra circa 8000 giri/minuto e circa 11000 giri/minuto, preferibilmente fra circa 8300 giri/minuto e circa 10500 giri/minuto, ad esempio a o attorno a 10270 giri/minuto, alla potenza di turbina nominale o superiore.

Secondo alcune forme di realizzazione, il secondo albero di turbina 92, il rotore della turbina di pressione intermedia 73 e il rotore del compressore di bassa pressione 27 sono configurati per ruotare ad una velocità di rotazione fra circa 2500 giri/minuto e circa 4000 giri/minuto, preferibilmente fra circa 2650 giri/minuto e circa 3900 giri/minuto o fra circa 2650 giri/minuto e circa 3750 giri/minuto, oppure fra circa 3100 giri/minuto e circa 3900 giri/minuto, alla potenza nominale di turbina o superiore.

Continuando a riferirsi alle Figg.1 e 2, la Fig.3 illustra una forma di realizzazione esemplificativa di un sistema LNG che utilizza un motore a turbina a gas 2 come sopra descritto. Nella forma di realizzazione della Fig.3 è mostrato un ciclo di refrigerazione esemplificativo singolo ottimizzato. Il sistema LNG 1 comprende un carico 3, che può comprendere un primo compressore di refrigerante 120 ed un secondo compressore di refrigerante 121, che possono essere azionati tramite una linea d’albero 6 dallo stesso motore a turbina a gas 2. Secondo alcune forme di realizzazione il primo ed il secondo compressore di refrigerante 120, 121 sono atti ad elaborare lo stesso fluido refrigerante. In alcune forme di realizzazione, la stessa portata di refrigerante è elaborata in sequenza dal primo compressore di refrigerante 120 e dal secondo compressore di refrigerante 121.

Il primo compressore di refrigerante 120 e il secondo compressore di refrigerante 121 sono parte di un ciclo di refrigerante 123, in cui il fluido refrigerante è atto a fluire e a subire trasformazioni termodinamiche cicliche. Il primo compressore 120 comprime il refrigerante gassoso da una prima pressione P1 ad una seconda pressione P2. Il refrigerante parzialmente compresso può essere raffreddato in un interrefrigeratore 123, ad esempio per scambio termico con acqua o aria, e può essere ulteriormente compresso ad una terza pressione P3 dal secondo compressore di refrigerante 121. Il refrigerante compresso alla terza pressione P3 può essere raffreddato ed eventualmente condensato in un condensatore 125 ed espanso in un espantore, ad esempio un turboespantore o una valvola JT 127, ad una pressione P4. Tramite l’espansione il refrigerante raggiunge una temperatura inferiore alla temperatura di liquefazione del gas naturale da liquefare.

Il refrigerante freddo viene quindi usato per assorbire calore dal flusso di gas naturale NG in uno o più scambiatori di refrigerazione 129, da cui il refrigerante riscaldato viene alimentato al primo compressore 120, mentre il gas esce in una condizione liquefatta come gas naturale liquefatto LNG.

Secondo alcune forme di realizzazione, un treno di compressori azionato da un singolo motore a turbina a gas 2 secondo le forme di realizzazione esemplificative qui descritte può produrre da circa 1,5 MTPA (milioni di tonnellate per anno) a circa 1,8 MPTA di gas naturale liquefatto.

Mentre la Fig.3 illustra un treno di compressori con due compressori di refrigerante disposti in sequenza, in altre forme di realizzazione possono essere previsti cicli a refrigerante singolo o simili con un compressore o con più di due compressori di refrigerante azionati dallo stesso motore a turbina a gas 2. Un’inter-refrigerazione può essere prevista fra ciascuna coppia di compressori disposti in sequenza, oppure soltanto tra alcune di esse o nessuna di esse.

La Fig.4 illustra ulteriori forme di realizzazione esemplificative di un sistema LNG che utilizza un motore a turbina a gas 2 qui descritto. Nella forma di realizzazione delle Fig.4 un primo motore a turbina a gas 2.1 aziona un primo treno di compressori 3.1 attraverso una prima linea d’albero 6.1. Un secondo motore a turbina a gas 2.2. aziona un secondo treno di compressori 3.2 attraverso una seconda linea d’albero 6.2. Il primo treno di compressori 3.1 può comprendere un primo compressore 131 e un secondo compressore 132. Il primo compressore 131 può comprendere una cassa singola con due fasi di compressore 131.1 e 131.2. Il secondo treno di compressori 3.2 può comprendere un terzo compressore 133.

Il sistema LNG della Fig.4 può essere un cosiddetto sistema LNG a refrigerante misto doppio, in cui sono previsti due circuiti di refrigerante chiusi.

Un primo circuito di refrigerante può comprendere il compressore 131, un condensatore 134 ed una valvola di espansione 135 o un espantore. Un primo refrigerante compresso, condensato ed espanso viene usato per pre-raffreddare il gas naturale e per pre-raffreddare un secondo refrigerante in un primo scambiatore di calore 137.

Un secondo circuito refrigerante può comprendere il terzo compressore 133 e il secondo compressore 132 disposti così che il secondo refrigerante fluisce prima attraverso il terzo compressore 133 e successivamente attraverso il secondo compressore 132. Un inter-refrigeratore 138 può essere previsto per rimuovere calore dal secondo refrigerante parzialmente compresso alimentato dal terzo compressore 133 al secondo compressore 132. Uno scambiatore di calore 140 può essere previsto sul lato di mandata del secondo compressore 132. Il secondo refrigerante può essere preraffreddato nel primo scambiatore di calore 137 e alimentato ad un secondo scambiatore di calore 142, dove la temperatura del secondo refrigerante può essere ulteriormente ridotta prima dell’espansione in un espantore o in una valvola di espansione 145. Il secondo refrigerante espanso rimuove poi calore dal gas naturale fino alla sua liquefazione nel secondo scambiatore di calore 142.

Secondo alcune forme di realizzazione, un sistema secondo la Fig.4 che utilizza due motori a turbina a gas secondo la presente descrizione può fornire una produzione di circa 3-3,5 MTPA di gas naturale liquefatto.

Allo scopo di evitare l’arresto della produzione di LNG in caso di guasto di una macchina ruotante, i compressori di refrigerante per un sistema LNG a refrigerante misto doppio e i due motori a turbina a gas possono essere differentemente organizzati, ad esempio come mostrato in Fig.5, dove sono mostrati soltanto i treni di compressori e i relativi motori a turbina a gas. In questa forma di realizzazione sono previsti due treni di compressori sostanzialmente simili 3.1, 3.2. Ciascun treno comprende due compressori, cioè compressori 151, 152 sulla linea d’albero 6.1 del primo treno di compressori 3.1, e compressori 153, 154 sulla linea d’albero 6.2 del secondo treno di compressori 3.2. Uno, alcuni o tutti i compressori possono essere compressori bi-fase, aventi ad esempio una sezione di bassa pressione ed una sezione di alta pressione. Inter-refrigerazione può essere prevista fra una, alcune o tutte le coppie di sezione di bassa pressione/sezione di alta pressione. Un compressore di ciascun treno di compressori può elaborare un primo refrigerante e l’altro compressore di ciascun treno di compressori può elaborare un secondo refrigerante.

La portata di ciascun ciclo di refrigerante può essere così suddivisa in due treni di compressori. Il guasto di un treno di compressori non provocherà l’arresto del sistema LNG, poiché metà della capacità produttiva rimarrà comunque disponibile.

Capacità di produzione di LNG comparabili nell’intervallo di 3-3,5 MTPA possono essere raggiunte usando due motori a turbina a gas come qui descritti anche in combinazione con altri cicli LNG. La Fig.6 illustra un sistema LNG 1 a propano/refrigerante misto, in cui un primo motore a turbina a gas 2.1 aziona un primo treno di compressori 3.1 avente una prima linea d’albero 6.1 e che può comprendere un primo compressore di refrigerante 161. Il primo compressore di refrigerante 161 può essere atto a comprimere refrigerante misto ad una prima pressione. Una seconda turbina a gas 2.2 può essere prevista per azionare un secondo treno di compressori 3.2 che può comprendere un secondo compressore di refrigerante 162 e può inoltre comprendere un terzo compressore di refrigerante 163, accoppiati al secondo motore a turbina a gas 2.2 attraverso una seconda linea d’albero 6.2.

Il secondo compressore di refrigerante 162 può essere atto a comprimere il refrigerante misto, che è alimentato ad una prima pressione dal primo compressore 161, ad una seconda pressione, superiore alla prima pressione. Il terzo compressore di refrigerante 163 può essere atto ad elaborare un secondo refrigerante in un secondo ciclo di refrigerazione. Il secondo refrigerante può essere propano. Dettagli del sistema propano/refrigerante misto e relativo circuito di propano e circuito di refrigerante misto sono noti agli esperti del ramo e non verranno pertanto descritti in dettaglio in questa sede.

Un inter-refrigeratore 171 può essere previsto nel circuito di refrigerante misto, fra il primo compressore 161 e il secondo compressore 162. Uno scambiatore di calore o un condensatore 172 può essere disposto fra il secondo compressore 162 e uno scambiatore di calore criogenico principale 173.

Un condensatore 174 può essere disposto fra il lato di mandata del terzo compressore 163 e una sezione di scambio termico di pre-raffreddamento 175, in cui propano viene espanso a differenti livelli di pressione e usato per pre-raffreddare il refrigerante misto a monte dello scambiatore di calore criogenico principale 173. Una frazione del propano compresso e condensato può essere espanso a differenti livelli di pressione per pre-raffreddare il gas naturale in una sezione di scambio termico di pre-raffreddamento 177, a monte dello scambiatore di calore criogenico principale 173.

Maggiori capacità produttive, attorno a 4,5-5,5 MTPA possono essere ottenute ad esempio usando un sistema LNG a propano/refrigerante misto avente un differente numero e una differente disposizione di motori a turbina a gas. La Fig.7 illustra un sistema LNG 1 a propano/refrigerante misto, in cui gli stessi numeri di riferimento indicano componenti uguali o corrispondenti a quelli della Fig.6. Nella forma di realizzazione della Fig.7, possono essere usati tre motori a turbina a gas 2.1, 2.2 e 2.3 per azionare tre treni di compressori 3.1, 3.2 e 3.3. Il primo treno di compressori 3.1 può comprendere una prima linea d’albero 6.1 che accoppia meccanicamente il primo motore a turbina a gas 2.1 ad un primo compressore di refrigerante 181. Il secondo treno di compressori 3.2 può comprendere una seconda linea d’albero 6.2 che accoppia meccanicamente il secondo motore a turbina a gas 2.2 ad un secondo compressore 183. Il primo compressore di refrigerante 181 e il secondo compressore di refrigerante 182 possono formare parte di un primo circuito di refrigerante, ad esempio atto a far circolare refrigerante misto.

Il terzo treno di compressori 3.3 può comprendere una terza linea d’albero 6.3, che accoppia meccanicamente il terzo motore a turbina a gas 2.3 ad un terzo compressore di refrigerante 183 atto ad elaborare un secondo fluido refrigerante, ad esempio propano, che circola nel circuito di propano. La disposizione a tre treni e tre turbine della Fig.7 può essere configurata per produrre fra circa 4,4 e 5,5 MTPA di gas naturale liquefatto.

Per aumentare le capacità produttive può essere richiesto un maggior numero di motori a turbina a gas 2. Secondo alcune forme di realizzazione, la disposizione della Fig.6 può essere raddoppiata, usando quattro motori a turbina a gas in cui: un primo motore a turbina a gas e un secondo motore a turbina a gas possono essere atti ad azionare un primo treno di compressori ed un secondo treno di compressori. Il primo e il secondo treno di compressori sono disposti in parallelo. Ciascun treno di compressori può comprendere un compressore di bassa pressione di refrigerante misto 161. Un terzo motore a turbina a gas e un quarto motore a turbina a gas possono essere atti ad azionare un terzo treno di compressori ed un quarto treno di compressori che possono essere disposti in parallelo. Ciascun terzo treno di compressori e quarto treno di compressori può comprendere un rispettivo compressore ad alta pressione di refrigerante misto 162 e un compressore di propano 163. Possono essere raggiunte produzioni attorno a 6-7 MTPA con un sistema in cui la capacità di compressione del refrigerante è suddivisa al 50% su treni di compressori separati.

Capacità produttive simili possono essere raggiunte anche usando un sistema a refrigerante misto doppio secondo la Fig.4, con un maggior numero di motori a turbina a gas e treni di compressori, come schematicamente illustrato in Fig.8. In alcune forme di realizzazione, quattro motori a turbina a gas 2.1, 2.2, 2.3 e 2.4 possono essere usati per azionare quattro treni di compressori 3.1, 3.2, 3.3 e 3.4. Il primo treno di compressori 3.1 può comprendere una linea d’albero 6.1 che collega un primo compressore 181 e un secondo compressore 182 alla prima turbina 2.1. Il secondo compressore 182 può essere un compressore bi-fase. Il secondo treno di compressori può comprendere una linea d’albero 6.2 che collega meccanicamente la seconda turbina a gas 2.2 ad un terzo treno di compressori 3.3. In alcune forme di realizzazione, un primo refrigerante, ad esempio un primo refrigerante misto, viene compresso sequenzialmente dal compressore 183 e dal compressore 181. Il terzo compressore 183 è quindi un compressore di bassa pressione per un primo refrigerante ed il compressore 181 è un compressore di alta pressione per il primo refrigerante. Un secondo refrigerante può essere compresso dal compressore 182, ad esempio dal compressore a due fasi 182. Inter-refrigeratori possono essere disposti fra compressori, o fasi di compressore di un compressore multi-fase, posti in sequenza.

Il terzo ed il quarto treno di compressori 3.3 e 3.4 possono essere configurati e disposti nello stesso modo come il primo e il secondo treno di compressori 3.1 e 3.2, così che la portata complessiva di refrigerante è suddivisa su due gruppi di treni di compressori identici. 2.3 e 2.4 indicano i motori a turbina a gas per il terzo e il quarto treno di compressori 3.3 e 3.4. Il motore a turbina a gas 2.3 aziona compressori 184 e 185 attraverso una linea d’albero 6.3; un motore a turbina a gas 2.4 aziona compressori 185 e 186 attraverso una linea d’albero 6.4. Più in generale, possono essere usate disposizioni multiple di treni di compressori come mostrato in Fig.8, con più di quattro motori a turbina a gas e rispettivi treni di compressori.

Possono essere previste ancora ulteriori forme di realizzazione, in cui si raggiunge una capacità produttiva ancora superiore, ad esempio attorno a 6,5-8,0 MTPA. La Fig.9 illustra una disposizione di motori a turbina a gas e relativi treni di compressori che utilizza cinque treni di compressori e cinque motori a turbina a gas per elaborare propano e refrigerante misto in un ciclo di refrigerazione termodinamico come mostrato nelle Figg.6 e 7. In Fig.9 sono mostrati soltanto i treni di compressori e i relativi azionatori. Tre treni di compressori identici o simili 3.1, 3.2 e 3.3 elaborano ciascuno un terzo della portata totale di refrigerante misto. Ciascun treno 3.j (j=1, 2, 3) può comprendere un motore a turbina a gas 2.j, una linea d’albero 6.j, un compressore di bassa pressione di refrigerante misto 201.j e un compressore di alta pressione di refrigerante misto 202.j. Può essere previsto un inter-refrigeratore fra ciascun compressore di bassa pressione di refrigerante misto e relativo compressore di alta pressione di refrigerante misto. Per elaborare propano possono essere previsti due treni simili o identici 3.4 e 3.5. Un rispettivo motore a turbina a gas 2.4, 2.5 aziona, attraverso una linea d’albero 6.4 e 6.5, un corrispondente compressore di propano 203.1 e 201.2. Refrigerante misto e propano vengono qui menzionati come fluidi refrigeranti esemplificativi, che possono essere particolarmente vantaggiosi in alcune applicazioni e forme realizzative. Tuttavia, non si esclude la possibilità di usare altri fluidi refrigeranti,.

Analogamente, in sistemi LNG più grandi possono essere usati un maggior numero di treni di compressori e rispettivi motori a turbina a gas in parallelo, come mostrato in Fig.9.

La Fig.12 illustra un ulteriore sistema LNG in cui è usato un motore a turbina a gas secondo la Fig.2. Il sistema della Fig.12 è un processo a cascata a fluido misto, comprendente tre circuiti di refrigerante 191, 192, 193, in cui lo stesso o preferibilmente differenti fluidi refrigeranti vengono fatti circolare e sono in rapporto di scambio termico con gas naturale che fluisce nella linea di gas naturale 194. I numeri di riferimento 195, 196 e 197 indicano scambiatori di calore, in cui ciascun fluido refrigerante scambia calore verso il gas naturale e/o un altro fluido refrigerante, per preraffreddare l’altro refrigerante e/o raffreddare o liquefare il gas naturale.

Il primo circuito di refrigerante 191 comprende uno scambiatore di calore 198, in cui calore viene rimosso da un primo refrigerante compresso. Il primo refrigerante raffreddato e condensato viene espanso in una valvola di espansione o in un espantore 202 e usato per rimuovere calore dal gas naturale e altri refrigeranti nel primo scambiatore di calore 195. Gas refrigerante riscaldato viene compresso da due treni di compressori 3.1 e 3.2 in parallelo, comprendenti rispettivi motori a turbina a gas 2.1 e 2.2., in cui ciascun motore a turbina a gas 2.1 e 2.2 può essere configurato come sopra descritto. I motori a turbina a gas 2.1 e 2.2 azionano in rotazione linee d’albero 6.1 e 6.2 per ruotare due compressori di gas 210, 211 e 212, 213, rispettivamente.

In alcune forme di realizzazione, un primo compressore di ciascun treno di compressori 3.1 e 3.2 è atto ad elaborare il primo refrigerante, che circola nel circuito del primo refrigerante 191. Il secondo compressore di ciascun treno di compressori può essere atto ad elaborare un secondo refrigerante, che circola nel secondo circuito 192. Il secondo circuito 192 può comprendere inoltre un espantore 204 ed uno scambiatore di calore 208, dove calore viene rimosso dal secondo refrigerante compresso. Il secondo circuito 192 si estende attraverso lo scambiatore di calore 195 e lo scambiatore di calore 196.

Un terzo circuito di refrigerante 193 è atto a circolare al suo interno un terzo refrigerante e si estende attraverso il primo scambiatore di calore 195, il secondo scambiatore di calore 196 ed il terzo scambiatore di calore 197. Due treni di compressori 3.3 e 3.4 possono comprendere ciascuno due compressori, formanti parte del circuito del terzo refrigerante 193. I due treni di compressori 3.3 e 3.4 sono disposti in parallelo e ciascuno elabora metà della portata del terzo refrigerante che circola nel circuito del terzo refrigerante 193. I compressori 214, 215 del treno di compressori 3.3 sono disposti in serie ed elaborano in sequenza una prima frazione di flusso del terzo refrigerante. I compressori 216, 217 del treno di compressori 3.4 sono disposti in serie ed elaborano sequenzialmente una seconda frazione del flusso del terzo refrigerante.

Il circuito del terzo refrigerante 193 può comprendere uno scambiatore di calore 209, dove viene rimosso calore dal fluido refrigerante compresso, e un espantore o una valvola di espansione 206, dove il terzo refrigerante viene espanso.

Secondo alcune forme di realizzazione, una disposizione come mostrata in Fig.12 può essere atta a produrre ad esempio da circa 7 a circa 8 MTPA di gas naturale liquefatto.

Altri processi che utilizzano una pluralità di circuiti di refrigerante in una disposizione in cascata possono essere vantaggiosamente equipaggiati con motori a turbina a gas come qui descritti. La Fig.13 illustra un ulteriore sistema LNG che utilizza un processo in cascata. Il processo in cascata usato nel sistema della Fig.13 può usare ad esempio metano, etilene e propano come fluidi refrigeranti in tre circuiti di refrigerante disposti in una configurazione a cascata. In alcune forme di realizzazione il sistema della Fig.13 può produrre ad esempio da circa 7 a circa 8 MPA di gas naturale liquefatto.

Secondo le forme di realizzazione del sistema LNG della Fig.13 un circuito di un primo refrigerante 51 può essere atto a circolare ed elaborare metano come primo refrigerante. Un circuito di secondo refrigerante 252 può essere atto a circolare e processare etilene come secondo refrigerante. Un circuito di terzo refrigerante 253 può essere atto a circolare ed elaborare propano come terzo refrigerante. Gas naturale (NG) da trasformare in gas naturale liquefatto (LNG) fluisce (linea 255) sequenzialmente attraverso uno scambiatore di calore 257, uno scambiatore di calore 259 e un ulteriore scambiatore di calore 261.

Il primo refrigerante che circola nel circuito del primo refrigerante 251 può essere compresso da due treni di compressori 3.1 e 3.2 disposti in parallelo, così che la portata totale del primo refrigerante può essere suddivisa ed elaborata da due serie di compressori. Motori a turbina a gas 2.1 e 2.2 sono atti ad azionare linee d’albero 6.1 e 6.2 dei due treni di compressori 3.1 e 3.2. Ciascun treno di compressori può comprendere tre compressori disposti in serie. Ad esempio, il primo treno di compressori 3.1 comprende compressori 217, 218 e 219. Il secondo treno di compressori 3.2 comprende compressori 220, 221 e 222. Primo refrigerante compresso allo stato gassoso viene raffreddato tramite scambio termico in uno scambiatore di calore 263 ed espanso in un espantore o valvola di espansione JT 265.

Il secondo refrigerante che circola nel circuito 252 del secondo refrigerante può essere compresso da due treni di compressori 3.3 e 3.4 disposti in parallelo, così che la portata totale può essere suddivisa ed elaborata da due serie di compressori. Motori a turbina a gas 2.3 e 2.4 sono atti ad azionare linee d’albero 6.3 e 6.4 dei due treni di compressori 3.3 e 3.4. Ciascun treno di compressori può comprendere due compressori disposti in serie. Ad esempio, il primo treno di compressori 3.3 comprende compressori 223 e 224. Il secondo treno di compressori 3.4 comprende compressori 225 e 226. Secondo refrigerante compresso allo stato gassoso viene raffreddato per scambio termico in uno scambiatore di calore 267 ed espanso in un espantore o in una valvola di espansione JT 269.

Il terzo refrigerante che circola nel circuito del terzo refrigerante 253 può essere compresso da due treni di compressori 3.5 e 3.6 disposti in parallelo, così che la portata totale del terzo refrigerante può essere suddivisa ed elaborata da due serie di compressori. I motori a turbina a gas 2.5 e 2.6 sono atti ad azionare linee d’albero 6.5 e 6.6 dei due treni di compressori 3.5 e 3.6. Ciascun treno di compressori può comprendere due compressori disposti in serie. Ad esempio, il primo treno di compressori 3.5 comprende compressori 227 e 228. Il secondo treno di compressori 3.6 comprende compressori 229 e 230. Secondo refrigerante compresso allo stato gassoso viene raffreddato per scambio termico in uno scambiatore di calore 271 ed espanso in un espantore o in una valvola di espansione JT 273.

Mentre alcuni cicli di refrigerante e sistemi, che possono usare uno o più motori a turbina a gas come qui descritti, sono stati descritti con riferimento alle Figg.3-9, 12 e 13, possono essere configurati altri sistemi LNG che utilizzano uno o più motori a turbina a gas della presente descrizione.

La struttura del motore a turbina a gas 2 qui descritta è particolarmente vantaggiosa se usata come motore primo per compressori di refrigerante in impianti LNG, o più in generale per azionare un compressore che è parte di un circuito di fluido chiuso. L’utilizzo di un nucleo e di un super-nucleo nonché di una turbina di potenza libera separata facilita l’avvio del funzionamento del compressore o del treno di compressori azionato dal motore a turbina a gas 2. Un piccolo motore di avviamento 200 può essere previsto per avviare la rotazione del primo albero di turbina a gas 91 del rotore del compressore di alta pressione 41 e del rotore della turbina di alta pressione 67, cioè per azionare in rotazione il primo rotore del motore a turbina a gas 2. Il motore di avviamento può essere un motore elettrico, un motore idraulico o qualunque altra sorgente di potenza meccanica, atta ad avviare la rotazione del nucleo della turbina, cioè del primo albero 91, del rotore della turbina di alta pressione 67 e del rotore del compressore di alta pressione 41. Un motore di avviamento è mostrato schematicamente in 200 nelle Figg.1 e 3 e omesso nelle altre figure per ragioni di semplicità. Al motore di avviamento 200 è richiesto di avviare la rotazione soltanto del nucleo, e pertanto è sufficiente una potenza nominale limitata. Motori di avviamento a potenza limitata sono poco costosi e hanno piccole dimensioni, e sono pertanto particolarmente vantaggiosi ad esempio in applicazioni offshore, oppure ogni qualvolta la disponibilità di spazio sia limitata.

La Fig.10 illustra un diagramma di flusso mostrante le fasi principali di un metodo per avviare il funzionamento di un treno di compressori azionato da un motore a turbina a gas 2 come qui descritto. La prima fase (blocco 301) comprende l’azionare il motore di avviamento per avviare la rotazione del nucleo della turbina, cioè il primo albero di turbina 91, il rotore del compressore di alta pressione 19 e il rotore della turbina di alta pressione 67. Una volta che è stata raggiunta una sufficiente velocità di rotazione (ω1) e quindi una sufficiente portata di aria (blocco 302), inizia l’alimentazione di combustibile alla sezione di combustore 47 e la sezione di combustore 47 viene accesa (blocco 303). Viene generato gas di combustione. La potenza meccanica generata termodinamicamente dall’espansione del gas di combustione nella sezione di turbina di alta pressione 61 è ora sufficiente a mantenere in rotazione il nucleo e ad accelerare il nucleo.

La rotazione del rotore di turbina a pressione intermedia e del rotore del compressore di bassa pressione può quindi iniziare (blocco 304) espandendo il gas di combustione parzialmente nella sezione di turbina di alta pressione 61 e parzialmente nella sezione di turbina di pressione intermedia 63. La potenza meccanica fornita dalla sezione di turbina di pressione intermedia 63 è usata per ruotare la sezione di compressore di bassa pressione 17.

Viene aumentata la portata di combustibile, così aumentando la potenza meccanica fornita dalle sezioni di turbina di alta pressione e di bassa pressione 61 e 63, il che a sua volta aumenta la portata di aria ed il rapporto di compressione. La velocità di rotazione della sezione di turbina di pressione intermedia 63 e quindi la portata di flusso di gas di combustione aumentano fino al raggiungimento di una velocità di rotazione (ω2) (blocco 305).

Infine, la sezione di turbina di bassa pressione o sezione di turbina di potenza libera 65 inizia a ruotare (blocco 306) fornendo sufficiente coppia per accelerare angolarmente il carico accoppiato al terzo albero di turbina 93. Il terzo albero di turbina 93, la sezione di turbina di bassa pressione 65 e il carico vengono gradualmente accelerati fino al raggiungimento della velocità di rotazione di regime (blocco 307).

Poiché il rotore della turbina di bassa pressione o rotore 81 della turbina di potenza libera è meccanicamente disaccoppiato dal primo albero di turbina 91 e dal secondo albero di turbina 92, il nucleo e il super-nucleo possono iniziare a ruotare indipendentemente dal carico, mentre la turbina di bassa pressione inizierà a ruotare soltanto quando i gas di combustione che si espandono attraverso di essa generano sufficiente coppia per superare la coppia di spunto del carico. Ciò consente al od ai compressori del treno di compressori iniziare a ruotare anche se il circuito di fluido di cui essi formano parte è pressurizzato. L’avviamento del treno di compressori pertanto non richiede di vuotare il circuito. Questo è particolarmente vantaggioso da un lato perché il tempo richiesto per avviare il sistema e portarlo effettivamente in funzione si riduce, in quanto lo svuotamento e la successiva ri-pressurizzazione dei circuiti non sono richiesti. Dall’altro lato, si evita l’emissione in atmosfera di gas potenzialmente nocivi.

La coppia richiesta per avviare la rotazione di un compressore quando il circuito di gas è completamente o parzialmente pressurizzato e per raggiungere la piena velocità di rotazione è schematicamente rappresentata in Fig.11 dalla curva T1. La curva T2 rappresenta la coppia che è disponibile dalla sezione di turbina di bassa pressione 65 in un motore a turbina a gas come qui descritto. La coppia T2 disponibile dal motore a turbina a gas è sempre superiore rispetto alla coppia T1 da applicare per accelerare la linea d’albero 6. Il treno di compressori può quindi essere lanciato senza la necessità di un motore ausiliario.

Per confronto, la curva T3 in Fig.11 mostra la coppia disponibile sull’albero di uscita di un motore a turbina a gas a due rotori o tre rotori ad azionamento diretto, cioè un motore a turbina a gas che non è provvisto di una sezione di turbina di potenza libera, meccanicamente disaccoppiata rispetto alla sezione del compressore. Come si può comprendere dal diagramma della Fig.11, in certe condizioni operative la coppia disponibile in questo caso è inferiore rispetto alla coppia necessaria per accelerare la linea d’albero e quindi diviene necessario un motore ausiliario, oppure diviene necessario depressurizzare almeno parzialmente il circuito in cui i compressori sono disposti per ridurre la coppia necessaria per accelerare la linea d’albero.

Forme di realizzazione del motore a turbina a gas della precedente descrizione possono essere combinate con una configurazione a skid removibile per accelerare e semplificare la manutenzione del motore a turbina a gas o di parte di esso, il che aumenta la disponibilità del motore a turbina a gas.

Le Figg.14A-14D illustrano una sequenza esemplificativa di operazioni per rimuovere un motore a turbina a gas 2 da un treno di compressori 3. La sequenza inversa dalla Fig.14D alla Fig.14A illustra le operazioni per installare un motore a turbina a gas di sostituzione. Gli stessi numeri di riferimento indicano elementi, parti o componenti uguali o equivalenti a quelli fin qui descritti. Il motore a turbina a gas 2 può essere supportato su un basamento stazionario principale 401 e su uno skid removibile 403, montato sul basamento stazionario principale 401.

Il carico può essere montato direttamente o indirettamente sul basamento stazionario 401.

In alcune forme di realizzazione, primi collegamenti 405 connettono la cassa 35 del motore a turbina a gas 2 allo skid removibile 403. I primi collegamenti 405 possono essere disposti nel passaggio fra la sezione di compressore di bassa pressione 17 e la sezione di compressore di alta pressione 19, oppure nella zona tergale della sezione di compressore di bassa pressione o nella zona frontale della sezione del compressore di alta pressione. Secondi collegamenti 407 possono collegare la cassa 35 del motore a turbina a gas 2 al basamento stazionario 401, ad esempio a blocchi 401A, 401B di esso. I secondi collegamenti 407 possono essere collegati in corrispondenza o vicino alla sezione della turbina di bassa pressione 65.

Lo skid removibile 403 può essere collegato al motore a turbina a gas 2 così che esso verrà rimosso insieme al motore a turbina a gas 2, quando quest’ultimo viene rimosso per manutenzione o sostituzione. In alternativa lo skid removibile 403 può essere rimosso con il super-nucleo del motore a turbina a gas 2, cioè con la sezione del compressore di bassa pressione 17, la sezione di compressore di alta pressione 19, la sezione di combustore 13, la sezione di turbina di alta pressione 61 e la sezione di turbina di pressione intermedia 63, se soltanto il super-nucleo deve essere rimosso per sostituzione o manutenzione, come verrà spiegato più avanti.

In Fig.14B collegamenti temporanei 409 vengono aggiunti per collegare la sezione di turbina 15 allo skid removibile 403. In Fig. 14C i collegamenti 407 sono stati rimossi, così che l’intero motore a turbina a gas 2 è ora supportato sullo skid removibile 403 e scollegato dal basamento stazionario 401. Il motore a turbina a gas 2 viene poi meccanicamente separato dalla linea d’albero 6 e spostato assialmente allontanandolo dalla linea d’albero 6 come mostrato in Fig.14D, muovendo lo skid removibile 403 secondo la freccia f403.

L’unità comprendente il motore a turbina a gas 2 e lo skid removibile 403 può ora essere rimossa dal treno di compressori. La rimozione può essere effettuata con qualunque mezzo. Solo in via esemplificativa, in Fig.14D è mostrata una gru per turbine 311, che può essere vincolata al motore a turbina a gas 2 e usata per sollevare e rimuovere il motore a turbina a gas 2 dalla linea d’albero. In altre forme di realizzazione, al posto della gru possono essere usati binari di guida, navette mobili o altri mezzi mobili disposti sopra e/o sotto il motore a turbina a gas 2.

La sequenza inversa dalla Fig.14D alla Fig.14A può essere usata per montare un nuovo motore a turbina a gas 2.

Uno degli aspetti critici nei sistemi a turbina a gas è il corretto allineamento dell’asse di rotazione della turbina a gas con l’asse di rotazione della linea d’albero. La linea d’albero 6 e il terzo albero di turbina 93 devono essere perfettamente allineati l’una all’altro per evitare problemi rotor-dinamici, vibrazioni e sollecitazioni dinamiche che possono condurre al malfunzionamento o a danni importanti all’equipaggio ruotante.

L’allineamento assiale è una operazione complessa e lunga che richiede per sonale ingegneristico altamente specializzato. Secondo forme di realizzazione qui descritte, lo skid removibile 403 è configurato così da semplificare e accelerare le operazioni di sostituzione della turbina traslando le operazioni di allineamento degli assi dal sito di installazione del motore a turbina a gas 2 all’officina. La base stazionaria 401 e lo skid removibile 403 possono essere provvisti di elementi di riferimento, che consentono allo skid removibile 403 di essere sempre montato in una posizione precisamente definita rispetto al basamento stazionario 401 e quindi rispetto all’asse di rotazione della linea d’albero 6.

Il motore a turbina a gas 2 può essere poi montato sullo skid removibile 403 in perfetto allineamento con una dima di riferimento meccanica o virtuale o un sistema di riferimento, la cui posizione rispetto allo skid removibile 403 è identica alla posizione della linea d’albero quando lo skid removibile 403 è montato sul basamento 401.

In questo modo il motore a turbina a gas 2 viene montato sullo skid removibile 403 in una posizione tale che, quando lo skid removibile 403 con il motore a turbina a gas 2 montato su di esso è posizionato sul basamento stazionario 401, l’asse di rotazione del motore a turbina a gas 2 sarà correttamente allineato con l’asse di rotazione della linea d’albero 6, senza necessità di lunghe operazioni di allineamento in loco.

Lo stesso sistema sopra descritto per una rapida sostituzione dell’intero motore a turbina a gas 2 può essere usato per facilitare e accelerare la sostituzione del super-nucleo del motore a turbina a gas 2. Una sequenza per rimuovere il super-nucleo è illustrata nella successione dalla Fig.15A alla Fig.15C. La sequenza inversa dalla Fig.15C alla Fig.15A illustra l’installazione di un nuovo super-nucleo. Gli stessi numeri di riferimento indicano gli stessi elementi già descritti con riferimento alle Figg.14A-14D. Questi elementi non verranno nuovamente descritti.

Le Figg.15A e 15B corrispondono alle Figg.14A e 14B. In questo caso i collegamenti 407 non sono rimossi e la sezione di turbina di bassa pressione 65 rimane montata su basamento stazionario 401, mentre il super-nucleo del motore a turbina a gas 2 ancorato allo skid removibile 403 con i collegamenti temporanei 409 viene distanziato assialmente dalla sezione di turbina di bassa pressione 65. Successivamente il super-nucleo e lo skid removibile 407 connesso ad esso vengono impegnati alla gru per turbina 411 o altro idoneo mezzo di rimozione, vedasi Fig.15C.

Il super-nucleo da installare può essere allineato sullo skid removibile 407 in un’officina, dove una dima di riferimento consente il corretto posizionamento dell’asse di rotazione del super-nucleo rispetto allo skid removibile 403, così che quando lo skid removibile 403 viene nuovamente montato sul basamento stazionario 401, l’asse di rotazione del super-nucleo si allinea automaticamente all’asse di rotazione della sezione di turbina di bassa pressione 65.

Vengono qui descritti anche i seguenti metodi per sostituire un motore a turbina a gas o parte di esso, ad esempio il suo super-nucleo, ed un sistema di motore a turbina a gas, ad esempio in un sistema LNG, comprendente un motore a turbina a gas come motore primo.

Metodo 1:

prevedere un basamento stazionario con una linea d’albero di un carico posizionata rispetto al basamento stazionario:

montare un motore a turbina a gas secondo forme di realizzazione qui descritte, su uno skid removibile, e registrare in maniera fine la posizione dell’asse di rotazione di detto motore a turbina a gas rispetto allo skid removibile;

accoppiare lo skid removibile con il motore a turbina a gas montato su di esso al basamento stazionario, in una posizione predeterminata, così che l’asse di rotazione del motore a turbina a gas è automaticamente allineato con l’asse di rotazione della linea d’albero.

Metodo 2:

prevedere un basamento stazionario con una linea d’albero di un carico posizionata rispetto al basamento stazionario e prevedere una prima porzione di un motore a turbina a gas, ad esempio una sezione di turbina di bassa pressione del motore a turbina a gas secondo forme di realizzazione qui descritte, accoppiata alla linea d’albero e montata sul basamento stazionario;

montare una seconda parte del motore a turbina a gas, in particolare un supernucleo di essa, su uno skid removibile, e registrare in maniera fine la posizione dell’asse della seconda porzione rispetto allo skid removibile;

accoppiare lo skid removibile, e la seconda porzione del motore a turbina a gas montata su di esso, al basamento stazionario in una posizione predeterminata, così che l’asse di rotazione della seconda porzione del motore a turbina a gas è automaticamente allineato con l’asse di rotazione della prima porzione della turbina a gas e con la linea d’albero preventivamente montati sul basamento stazionario.

Mentre le forme di realizzazione descritte dell’oggetto qui illustrato sono state mostrate nei disegni e descritte integralmente in quanto sopra con particolari e dettagli in relazione a diverse forme di realizzazione esemplificative, gli esperti nell’arte comprenderanno che molte modifiche, cambiamenti e omissioni sono possibili senza uscire materialmente dagli insegnamenti innovativi, dai principi e dai concetti sopra esposti, e dai vantaggi dell’oggetto definito nelle rivendicazioni allegate. Pertanto l’ambito effettivo delle innovazioni descritte deve essere determinato soltanto in base alla più ampia interpretazione delle rivendicazioni allegate, così da comprendere tutte le modifiche, i cambiamenti e le omissioni. Inoltre, l’ordine o sequenza di qualunque fase di metodo o processo può essere variata o ridisposta secondo forme di realizzazione alternative.

LEGENDA DELLE FIGURE

Figura 10

bocco 301: avviare rotazione del nucleo della turbina con motore di avviamento

blocco 302: raggiungere velocità di rotazione ω1 del nucleo della turbina

blocco 303: accendere il combustore

blocco 304: avviare rotazione della turbina di pressione intermedia e del compressore di bassa pressione

blocco 305: raggiungere la velocità ω2 della turbina di pressione intermedia

blocco 306: avviare rotazione della turbina di bassa pressione e del carico

blocco 307: raggiungere la velocità di rotazione a regime della turbina di bassa pressione e del carico

Figura 11

Normalized torque: coppia normalizzata

Low pressure turbine speed: velocità della turbina di bassa pressione

Claims

“SISTEMA DI TURBINA A GAS” RIVENDICAZIONI 1) Un sistema di turbina a gas comprendente: - un motore a turbina a gas aeroderivativo; - un carico avente una linea d’albero accoppiata meccanicamente al motore a turbina a gas ; in cui il motore a turbina a gas comprende: - una sezione di turbina di alta pressione ed una sezione di compressore di alta pressione, accoppiate l’una all’altra da un primo albero di turbina; - una sezione di turbina di pressione intermedia e una sezione di compressore di bassa pressione, meccanicamente accoppiate l’una all’altra da un secondo albero di turbina, il primo albero di turbina e il secondo albero di turbina essendo disposti coassialmente, il secondo albero di turbina estendendosi attraverso il primo albero di turbina; - una sezione di combustore in accoppiamento di fluido con la sezione di compressore di alta pressione e con la sezione di turbina di alta pressione; - una turbina di potenza libera, supportata da un terzo albero di turbina, che è meccanicamente disaccoppiato dal primo albero di turbina e dal secondo albero di turbina, il terzo albero di turbina avendo un’estremità di accoppiamento del carico direttamente accoppiata con la linea d’albero, così che la linea d’albero e il terzo albero di turbina ruotano alla stessa velocità di rotazione; ed in cui la turbina di potenza libera ha una potenza meccanica di almeno 65MW in condizioni di giorno ISO.
2) Il sistema di turbina a gas della rivendicazione 1, in cui il carico comprende un treno di compressori.
3) Il sistema di turbina a gas della rivendicazione 2, in cui il treno di compressori comprende almeno un compressore di gas.
4) Il sistema di turbina a gas della rivendicazione 2, in cui il treno di compressori comprende almeno un primo compressore di gas ed un secondo com pressore di gas meccanicamente accoppiati l’uno all’altro dalla linea d’albero, direttamente collegati alla linea d’albero.
5) Il sistema di turbina a gas della rivendicazione 4, in cui il primo compressore di gas, il secondo compressore di gas e la linea d’albero sono configurati e disposti così che il primo compressore di gas e il secondo compressore di gas ruotano alla stessa velocità di rotazione.
6) Il sistema di turbina a gas di una o più delle rivendicazioni 2 a 5, comprendente inoltre una sezione di liquefazione di gas naturale, comprendente una linea di alimentazione di gas naturale e almeno un circuito di refrigerante, in cui è atto a circolare un fluido di refrigerante; in cui il circuito di refrigerante comprende: almeno un compressore di gas di detto treno di compressori, atto a comprimere il refrigerante; una sorgente fredda, atta a raffreddare o condensare refrigerante compresso dal compressore di gas; un espantore configurato per espandere il refrigerante raffreddato o condensato; e uno scambiatore di calore in cui il refrigerante espanso scambia calore con almeno uno di detto gas naturale e un altro refrigerante.
7) Il sistema di turbina a gas di una o più delle rivendicazioni 2 a 6, in cui il treno di compressori è azionato in rotazione soltanto da potenza meccanica generata dalla turbina di potenza libera.
8) Il sistema di turbina a gas di una o più delle rivendicazioni precedenti, in cui la sezione di compressore di bassa pressione è atta a fornire un rapporto di compressione fra 1,2 e 3, preferibilmente attorno a 2,5.
9) Il sistema di turbina a gas di una o più delle rivendicazioni precedenti, in cui la sezione di compressore di bassa pressione e la sezione di compressore di alta pressione sono atti a fornire cumulativamente un rapporto di compressione fra 13 e 45, preferibilmente fra 15 e 41.
10) Il sistema di turbina a gas di una o più delle rivendicazioni precedenti, in cui la sezione di compressore di bassa pressione ha un numero totale di stadi assiali fra due e cinque, e preferibilmente fra due e quattro, più preferibilmente quattro stadi di compressore.
11) Il sistema di turbina a gas di una o più delle rivendicazioni precedenti, in cui la sezione di compressore di alta pressione ha un numero totale di nove stadi assiali di compressore.
12) Il sistema di turbina a gas di una o più delle rivendicazioni precedenti, in cui la turbina di potenza libera ha un numero totale da due a quattro stadi di turbina, preferibilmente quattro stadi.
13) Il sistema di turbina a gas di una o più delle rivendicazioni precedenti, in cui la sezione di turbina di pressione intermedia ha un singolo stadio di turbina.
14) Il sistema di turbina a gas di una o più delle rivendicazioni precedenti, in cui la sezione di turbina di alta pressione ha un totale di due stadi di turbina.
15) Il sistema di turbina a gas di una o più delle rivendicazioni precedenti, in cui la turbina di potenza libera è atta a ruotare ad una velocità di rotazione nominale fra circa 1400 giri/minuto e circa 4000 giri/minuto, preferibilmente fra circa 1500 giri/minuto e circa 4000 giri/minuto, più preferibilmente tra circa 2000 giri/minuto e 4000 giri/minuto, e ancora più preferibilmente fra circa 2400 giri/minuto e circa 3800 giri/minuto, più preferibilmente attorno a 3429 giri/minuto, alla potenza nominale o superiore.
16) Il sistema di turbina a gas di una o più delle rivendicazioni precedenti, in cui il primo albero di turbina, il rotore di compressore di alta pressione e il rotore di turbina di alta pressione sono atti a ruotare ad una velocità di rotazione fra circa 8000 giri/minuto e circa 11000 giri/minuto, preferibilmente fra circa 8300 giri/minuto e circa 10500 giri/minuto, alla potenza nominale o superiore.
17) Il sistema di turbina a gas di una o più delle rivendicazioni precedenti, in cui il secondo albero di turbina, la sezione di turbina di pressione intermedia e la sezione di compressore di bassa pressione sono configurati per ruotare ad una velocità di rotazione fra circa 2500 giri/minuto e circa 4000 giri/minuto, preferibilmente fra circa 2650 giri/minuto e circa 3900 giri/minuto, o fra circa 2650 giri/minuto e circa 3750 giri/minuto, o fra circa 3100 giri/minuto e circa 3900 giri/minuto, alla potenza nominale o superiore.
18) Il sistema di turbina a gas di una o più delle rivendicazioni precedenti, in cui la sezione di combustore comprende un sistema di combustione a bassa emissione a secco configurato per minimizzare emissioni di CO e NOx.
19) Il sistema di turbina a gas di una o più delle rivendicazioni precedenti, in cui la sezione di combustore comprende una camera di combustione anulare.
20) Il sistema di turbina a gas di una o più delle rivendicazioni precedenti, in cui la turbina di potenza libera ha un intervallo di velocità fra il 70% ed il 110% di una velocità nominale di rotazione.
21) Il sistema di turbina a gas di una o più delle rivendicazioni precedenti, in cui il motore a turbina a gas è configurato per avere una portata di aria fra 150 e 200 kg/s in condizioni di giorno ISO al 100% della potenza di uscita.
22) Il sistema di turbina a gas di una o più delle rivendicazioni precedenti, in cui la turbina di potenza libera comprende un rotore di turbina libera supportato da una disposizione di cuscinetti in una configurazione a sbalzo.
23) Il sistema di turbina a gas della rivendicazione 22, in cui il rotore della turbina di potenza libera è montato su una estremità a monte del terzo albero di turbina, opposta ad una estremità di accoppiamento al carico del terzo albero di turbina, la disposizione di cuscinetti essendo disposta fra il rotore della turbina di potenza libera e l’estremità di accoppiamento al carico.
24) Il sistema di turbina a gas della rivendicazione 22 o 23, in cui la disposizione di cuscinetti consiste di cuscinetti volventi ed in cui, preferibilmente, detta disposizione di cuscinetti consiste di due cuscinetti radiali ed un cuscinetto assiale.
25) Il sistema di turbina a gas di una o più delle rivendicazioni precedenti, in cui il primo albero di turbina ed il secondo albero di turbina sono supportati rispettivamente da una prima disposizione di cuscinetti d’albero e da una seconda disposizione di cuscinetti d’albero, in cui la prima disposizione di cuscinetti d’albero e la seconda disposizione di cuscinetti d’albero ciascuna comprende soltanto cuscinetti volventi, ed in cui preferibilmente ciascuna di dette prima disposizione di cuscinetti d’albero e seconda disposizione di cuscinetti d’albero consiste di due cuscinetti radiali e un cuscinetto assiale.
26) Il sistema di turbina a gas di una o più delle rivendicazioni precedenti, in cui la sezione di compressore di bassa pressione e la sezione di compressore di alta pressione sono in accoppiamento di fluido l’una con l’altra senza inter-refrigerazione tra di esse.
27) Il sistema di turbina a gas di una o più delle rivendicazioni precedenti, in cui la sezione di compressore di bassa pressione ha un ingresso di aria in accoppiamento di fluido con una camera filtri, atta ad alimentare aria ambiente attraverso la camera filtri verso il motore a turbina a gas e a fornire aria ad uno stadio di compressore più a monte della sezione di compressore a bassa pressione sostanzialmente a temperatura ambiente.
28) Il sistema di turbina a gas di una o più delle rivendicazioni precedenti, comprendente inoltre: una base stazionaria, su cui è montato il carico; uno skid removibile atto ad essere posizionato su e collegato al basamento stazionario; primi collegamenti per collegare il motore a turbina a gas allo skid removibile e al basamento stazionario; ulteriori collegamenti per collegare il motore a turbina a gas o una sua porzione allo skid removibile, così che lo skid removibile può essere rimosso dal basamento stazionario insieme con il motore a turbina a gas o parte di esso.
29) Il sistema di turbina a gas della rivendicazione 28, in cui il basamento stazionario e lo skid removibile sono atti ad essere accoppiati l’uno all’altro in una posizione predeterminata, così che la posizione dell’asse di rotazione del motore a turbina a gas o parte di esso può essere regolata in modo fine rispetto allo skid removibile e che una volta che lo skid removibile è stato montato sul basamento stazionario nella posizione predeterminata, l’asse del motore a turbina a gas o parte di esso è automaticamente allineato con l’asse della linea d’albero.
30) Un metodo per il funzionamento di un sistema di turbina a gas comprendente le seguenti fasi: - prevedere un motore a turbina a gas aeroderivativo comprendente: una sezione di turbina di alta pressione ed una sezione di compressore di alta pressione, accoppiate l’una all’altra da un primo albero di turbina; una sezione di turbina di pressione intermedia e una sezione di compressore di bassa pressione, meccanicamente accoppiate l’una all’altra da un secondo albero di turbina, il primo albero di turbina e il secondo albero di turbina essendo disposti coassialmente, il secondo albero di turbina estendendosi attraverso il primo albero di turbina; una sezione di combustore in accoppiamento di fluido con la sezione di compressore di alta pressione e con la sezione di turbina di alta pressione; una turbina di potenza libera, supportata da un terzo albero di turbina, che è meccanicamente disaccoppiato dal primo albero di turbina e dal secondo albero di turbina, il terzo albero di turbina avendo un’estremità di accoppiamento del carico direttamente accoppiata con la linea d’albero, così che la linea d’albero e il terzo albero di turbina ruotano alla stessa velocità di rotazione; ed in cui la turbina di potenza libera ha una potenza meccanica di almeno 65MW in condizioni di giorno ISO; - prevedere un carico accoppiato meccanicamente al motore a turbina a gas attraverso detta linea d’albero, detto carico comprendendo un treno di compressori comprendente almeno un compressore di gas, detto compressore di gas formando parte di un circuito di fluido almeno parzialmente pressurizzato e chiuso; - avviare la rotazione del primo albero di turbina con un motore di avviamento; - accendere la sezione di combustore generando con essa gas di combustione, espandere detto gas di combustione nella sezione di turbina di alta pressione e produrre con ciò potenza meccanica per ruotare la sezione di compressore di alta pressione; - avviare la rotazione della sezione di turbina di pressione intermedia e produrre con essa potenza meccanica per ruotare la sezione di compressore di bassa pressione; - avviare la rotazione della turbina di potenza libera e del carico; - aumentare gradualmente la velocità di rotazione della turbina di potenza libera e del carico fino ad una richiesta velocità di rotazione nominale, mantenendo continuamente il circuito almeno parzialmente pressurizzato.