JP2014515447A

JP2014515447A - ガスタービンシステム、及びこのシステムを組み立てる対応する方法

Info

Publication number: JP2014515447A
Application number: JP2014510829A
Authority: JP
Inventors: ポラッコ，アレッサンドロ; モンテラティチ，サンドロ
Original assignee: ヌオーヴォピニォーネソシエタペルアチオニ
Priority date: 2011-05-19
Filing date: 2012-05-18
Publication date: 2014-06-30
Also published as: CA2835341A1; US20140093357A1; ITCO20110017A1; WO2012156520A1; EP2710227A1

Abstract

底面積が縮小されたガスタービンシステム（１００）及び方法である。ガスタービンシステムは、エネルギを生成するように構成され、ガスタービンシャフト（１０６）を有するガスタービン（１０２）と、ガスタービン（１０２）に取り付けられた補助装置（１０４）と、ガスタービンシャフト（１０６）に取り付けられるように構成された補助装置（１０４）のオーバーハングシャフト（１０８）と、補助装置のシャフト（１０８）とガスタービンシャフト（１０６）との間に備えられるように構成された可撓継手（１１０）と、可撓継手（１１０）の近傍の補助装置（１０４）のシャフト（１０８）の第１の端部（１０８ａ）に備えられた少なくとも２つのベアリングユニット（１２０ａ、１２０ｂ）を有するベアリングシステム（１２０ａ、１２０ｂ）と、を備えている。補助装置のシャフトの第２の端部にはベアリングはない。
【選択図】図４

Description

本明細書に開示の主題の実施形態は、一般に方法及び技術に関し、より具体的にはガスタービン内に補助装置を組み込む機構及び技術に関する。

ガスタービンは軍事から発電まで多くの産業で使用されている。これらは主として電気エネルギを生成するために使用される。しかし、幾つかのガスタービンは様々な車両、航空機、船舶を推進するために、又はその他の理由で使用される。例えば、石油及びガス市場では、ガスタービンは圧縮機及びポンプを駆動するために使用される。図１に示すように、ガスタービン１０は、入口１４で受けられる空気を圧縮する圧縮機１２を有している。圧縮空気は出口１６で供給され、燃焼室１８に向けられる。燃焼室１８は、入口で燃料（例えばガス）をも受けるように構成されている。燃焼室で空気を燃料と混合し、混合物を着火させた後、高温ガスがエキスパンダ（タービン）２４の入口２２に供給される。膨張されたガスは出口２６で出力される。膨張プロセス中、エキスパンダ２４のシャフト２８が回転され、それによって機械的エネルギが生成される。この機械的エネルギは、例えば電気を生成する発電機などの別の機械（図示せず）を回転させるために使用される。

ガスタービンには、例えばベアリング用オイルポンプ、機械的付属部品（例えばギヤボックス）、又は電気装置（例えば電気スタータ、発電機又はヘルパーモータなど）などの様々な付属装置が備えられる。これらの全てのコンポーネントには機能を実行するための電力を供給する必要がある。次に２つの一般的な配置を記載する。図２Ａに示すように、統合ガスタービン５０は、端部５２ａがベアリング５４によって支承されるシャフト５２を有している。ベアリング５４はケーシング５６内に備えられる。ガスタービン５０に取り付けられる補助装置５７は、ガスタービン５０のシャフト５２に直接結合され、これによって支持される独自のシャフト５８を有している。しかし、このような直接結合は、シャフト５２の回転がシャフト５８のオーバーハング部によって影響されるため、シャフト５２の回転力学的な問題を決定付けることがある。

代替実施形態が図２Ｂに示されている。ガスタービン７０のシャフト７２は、可撓継手７４を介して補助装置７８のシャフト７６に接続される。ベアリング８０はシャフト７２の端部を支承し、一方、ベアリング８２は補助装置７８のシャフト７６の両端を支承する。ガスタービン７０のケーシング８４と補助装置７８のケーシング８６もシャフトに関連して示されている。継手７４は、図２Ａに示す配置の回転力学的な問題の一部を低減するものの、ベアリング８２と可撓継手７４とが存在するため、装置７８は独自の支持体９２によって支持される必要がある。支持体９２は台板９０（ガスタービンを支持する部品）に接続されてもよいが、それによってトレイン延滞の底面積が増大し、又はケーシング８４に接続されてもよい。図２Ａ〜Ｂに示す配置の多くの細部は、当業者には周知であるため省略されていることを付記しておく。

米国特許第６６４２６８２号明細書

したがって、上記の問題と欠点とを避けるシステム及び方法を提供することが望まれよう。

一つの例示的実施形態によれば、底面積が縮小されたガスタービンシステムが提供される。ガスタービンシステムは、エネルギを生成するように構成され、ガスタービンシャフトを有するガスタービンと、ガスタービンに取り付けられた補助装置と、ガスタービンシャフトに取り付けられるように構成された補助装置のオーバーハングシャフトと、補助装置とガスタービンシャフトとの間に備えられるように構成された可撓継手と、可撓継手の近傍の補助装置のシャフトの第１の端部に備えられた少なくとも２つのベアリングユニットを有するベアリングシステムとを含んでいる。補助装置のシャフトの第２の端部にはベアリングはない。

別の例示的実施形態によれば、底面積が縮小されたガスタービンシステムが提供される。ガスタービンシステムは、エネルギを生成するように構成され、ガスタービンシャフトを有するガスタービンと、ガスタービンに取り付けられた補助装置と、ガスタービンシャフトに取り付けられるように構成された補助装置のオーバーハングシャフトと、補助装置のシャフトの第１の端部に備えられ、ガスタービンのステータによって支持される少なくとも２つのベアリングユニットを有するベアリングシステムとを含んでいる。補助装置のシャフトの第２の端部にはベアリングはない。

更に別の例示的実施形態によれば、圧縮機とエキスパンダとで共用されるガスタービンシャフトと、ガスタービンシャフトに取り付けられたオーバーハングシャフトを有する補助装置と、ガスタービンシャフトの近傍の補助装置のシャフトの第１の端部に備えられた少なくとも２つのベアリングユニットを有するベアリングシステムとを含む、底面積が縮小されたガスタービンシステムが提供される。補助装置のシャフトの第２の端部にはベアリングはない。

更に別の例示的実施形態によれば、ガスタービンと補助装置とを組み立ててガスタービンシステムを形成するための方法が提供される。方法は、ガスタービンのガスタービンシャフトと補助装置のシャフトとを可撓継手に直接接続するステップと、ベアリングシステムによって補助装置のシャフトを第１の端部だけで支承するステップと、を含んでいる。補助装置のシャフトの第２の端部にはベアリングはない。

明細書に組み込まれ、その一部を構成する添付図面は、１つ又は複数の実施形態を示し、
記載内容と共にこれらの実施形態を説明するものである。

従来のガスタービンの概略図である。ガスタービンのシャフトを補助装置のシャフトに接続する様々な配置の概略図である。ガスタービンのシャフトを補助装置のシャフトに接続する様々な配置の概略図である。例示的実施形態による補助装置に結合されたガスタービンの概略図である。例示的実施形態によるガスタービンのシャフトに結合された補助装置のオーバーハングシャフトの概略図である。例示的実施形態によるガスタービンに結合された補助装置の別のオーバーハングシャフトの概略図である。例示的実施形態によるガスタービンに結合された補助装置の更に別のオーバーハングシャフトの概略図である。例示的実施形態による補助装置と共にガスタービンの組み立て方法を示すフローチャートである。

例示的実施形態の以下の説明は、添付図面を参照して行われる。異なる図面の同じ参照番号は同一の、又は類似の要素を特定する。以下の詳細な説明は本発明を限定するものではない。代わりに、本発明の範囲は添付の特許請求の範囲によって定義される。以下の実施形態は、明瞭にするため、補助装置を有するガスタービンの用語及び構造に関して記載される。しかし、以下に記載される実施形態はこれらのシステムに限定されるものではなく、底面積の縮小と、ガスタービンシャフトの回転力学への影響が少ないこととを必要とする別のシステムに適用されてもよい。

明細書全体を通して「一実施形態」又は「ある実施形態」という言及は、ある実施形態に関連して記載される特定の機能、構造又は特性が、開示される主題の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味している。したがって、明細書全体の様々な個所に「一実施形態では」、又は「ある実施形態では」という語句が出てきても必ずしも同じ実施形態を指すものではない。更に、特定の機能、構造又は特徴は、１つ又は複数の実施形態で任意の適宜の態様で組み合わせてもよい。

図３に示す例示的実施形態によれば、ガスタービンシステム１００はガスタービン１０２と補助装置１０４とを含んでいる。ガスタービン１０２にシャフト１０６は、可撓継手１１０を介して補助装置１０４のシャフト１０８に結合されている。

ガスタービン１０２のケーシング１１２は、シャフト１０６の端部１０６ａを支承する少なくとも１つのベアリングユニット１１４を含んでおり、ケーシング１１８は、補助装置のシャフト１０８を支承する少なくとも２つのベアリングユニット１２０ａを含んでいる。後述するように、ケーシング１１８は補助装置１０４のケーシングでもよく、又はケーシング１１２の一部でもよい。この実施形態によれば、補助装置１０４のシャフト１０８は一端１０８ａだけにベアリングユニットを有しており、他端１０８ｂ、すなわちオーバーハングシャフトには有していないことを付記しておく。次にこれらの新規の特徴をより詳細に記載する。

図４に示す例示的実施形態によれば、ガスタービンシステム１５０はガスタービン部１５２と補助装置１５４とを含んでいる。簡明にするため、補助装置の全てのコンポーネントが図示されてはいない。当業者は、このような補助装置のどのコンポーネントが省略されているかが分かるであろう。ガスタービン部１５２のケーシング１５６は、補助装置１５４の部品の一部を囲んでもよい。ガスタービン部１５２のシャフト１５８は、端部１５８ａでベアリングユニット１６０によって支承されている。ベアリングユニットは当分野で知られている任意のベアリング、例えばジャーナルベアリング、磁気ベアリングなどでよい。別のベアリングユニット（図示せず）は、シャフト１５８の他端の方向に取り付けられている。用途に応じてそれ以上のベアリングを取り付けてもよい。

補助装置のシャフト１６２は、一部がガスタービンのケーシング１５６の内部に、又は一部が補助装置１５４のケーシング１６３の内部に備えられている。シャフト１６２は、第１の端部１６２ａだけがベアリングユニット１６８によって支承されるように構成されている。シャフト１６２の他端１６２ｂには支持体がなく、したがって、シャフト１６２はオーバーハングシャフトである。ベアリングシステム１６８は、シャフト１６２を支承する少なくとも２つのベアリングユニット１６４及び１６６を含んでいる。これらのベアリングユニットは、当技術分野で公知のどのタイプのベアリングでもよい。ベアリングシステム１６８は、この実施形態では、ケーシング１５６の内部に備えられている。１つの用途では、二重ベアリングユニット１６４及び１６６は、単体のベアリングでもよく、又は所望の間隔だけ軸方向に離間した２つの個々の要素でもよい。

ガスタービン１５２のシャフト１５８への回転力学的な影響を最小限にするため、シャフト１５８とシャフト１６２との間に可撓継手１７０が備えられる。１つの用途では、可撓継手１７０はシャフト１５８及びシャフト１６２に直接結合される。可撓継手１７０は以下の機能の１つ又は複数を有している。可撓継手１７０は、シャフト１６２（又はシャフト１５８）を変位させずに、シャフト１５８（又はシャフト１６２）が軸Ｘに沿って移動することを可能にする。それに加えて、又は任意選択として、可撓継手１７０は、回転中に１つのシャフトが他のシャフトに対してある一定の閾値まで摺動することを可能にする。これらの機能の１つ又は複数は、補助装置のシャフト１６２がガスタービン１５２のシャフト１６２の回転力学に影響しないようにすることを可能にする。２つのシャフト間にギヤボックスは備えられず、補助装置のケーシング１６３用の支持体も備えられない。

図５に示す別の例示的実施形態によれば、ガスタービン１６２のケーシング１５６よ補助装置１５４のケーシング１６３との間の接続１７４部は、ベアリングシステム１６８がケーシング１６３の内部に備えられるように形成される。

図６に示される更に別の例示的実施形態によれば、ガスタービンシステム２００はガスタービン２０２と補助装置２０４とを含んでいる。専用のインターフェースユニット２１２に二重ベアリングシステム２１０が備えられている。インターフェースユニット１６４及び１２は、ガスタービン２０２のケーシング２１４と、補助装置２０４のケーシング２１６との間に備えられている。このようにして、可撓継手２２４を介してガスタービン２０２のシャフト２２２に接続されたオーバーハングシャフト２２０を有するように既存のガスタービンシステムを改造してもよい。この例示的実施形態によれば、可撓継手はガスタービン２０２のケーシング２１４の内部に備えられる。図６は更に、シャフト２２２の一端がベアリングユニット２２６によって支承されることを示す一方で、ベアリングシステム２１０が２つのベアリングユニット２０６及び２０８を含むことをも示している。ベアリングシステム２１０にそれ以上のベアリングユニットを備えてもよい。

上記の実施形態の１つ又は複数の利点は、補助装置に支持システムが必要ないため、ガスタービンシステムの底面積が縮小されることに関する利点である。更に、ガスタービンのシャフトの回転力学は補助装置の存在によって影響されない。提案されている実施形態では更に、１つのシャフトだけが支持される補助装置を採用することが可能である。可撓継手（例えばクイルシャフト）は結合がより良好な２つのシャフトを備えている。補助装置はガスタービンのどちらかの側、例えば低温側の入口ケーシング、又は高温側の出口ケーシングに備えてもよい。

次に図７に関連して上記のガスタービンシステムの組み立て方法を説明する。ガスタービンと補助装置とを組み立ててガスタービンシステムを形成する方法は、ガスタービンのシャフトガスタービンシャフトと、補助装置のシャフトとを可撓継手に直接接続するステップ７００と、補助装置のシャフトを第１の端部だけでベアリングシステムで支承するステップ７０２とを含み、補助装置のシャフトの第２の端部にはベアリングシステムはがない。

開示した例示的実施形態は、底面積が縮小され、補助装置によって回転力学が影響されないガスタービンを製造するシステム及び方法を提供する。本記述は本発明を限定するものではないことを理解されたい。それどころか、例示的実施形態は添付の特許請求の範囲により定義される趣旨と範囲に含まれる代替形態、修正及び等価物を網羅するものである。更に、例示的実施形態の詳細な記載では、特許請求される発明が包括的に理解されるように、多くの特定の細部が開示されている。しかし、このような細部なしでさまざまな実施形態を実施してもよいことが当業者には理解されよう。

本発明の例示的実施形態を特定の組み合わせの実施形態で記載したが、実施形態のその他の機能及び要素なしで各々の機能又は要素だけを使用することができ、又は本明細書に開示のその他の機能及び要素を含み、又は含まない様々な組み合わせで使用することができる。

本記述洋館は、最良の態様を含めて本発明を開示し、いずれかのデバイス又はシステムを製造し、使用し、組み込まれたいすれかの方法を実施することを含めて、どの当業者も本発明を実施できるように実施例を用いている。本発明の特許可能な範囲は特許請求の範囲によって定義され、当業者が想到するその他の実施例を含み得る。そのようなその他の実施例は、特許請求の範囲に含まれるものである。

Claims

底面積が縮小されたガスタービンシステム（１００）であって、
エネルギを生成するように構成され、ガスタービンシャフト（１０６）を有するガスタービン（１０２）と、
前記ガスタービン（１０２）に取り付けられた補助装置（１０４）と、
前記ガスタービンシャフト（１０６）に取り付けられるように構成された前記補助装置（１０４）のオーバーハングシャフト（１０８）と、
前記補助装置の前記シャフト（１０８）と前記ガスタービンシャフト（１０６）との間に備えられるように構成された可撓継手（１１０）と、
前記可撓継手（１１０）の近傍の前記補助装置（１０４）の前記シャフト（１０８）の第１の端部（１０８ａ）に備えられた少なくとも２つのベアリングユニット（１２０ａ、１２０ｂ）を有するベアリングシステム（１２０ａ、１２０ｂ）と、を備え、
前記補助装置（１０４）の前記のシャフト（１０８）の第２の端部（１０８ｂ）にはベアリングはないガスタービンシステム。
前記補助装置にその他のベアリングユニットがない請求項１に記載のガスタービンシステム。
前記少なくとも２つのベアリングユニットが所定の間隔だけ分離される請求項１又は請求項２に記載ンガスタービンシステム。
補助装置ケーシング（１６３）に接続されるように構成されたガスタービンケーシング（１５６）を更に備え、前記ベアリングユニット（１６８）が前記ガスタービンケーシング（１５６）内に備えられる、請求項１から３のいずれかに記載のガスタービンシステム。
前記可撓継手（１１０）の全体が前記ガスタービンケーシング（１１２）の内部に備えられる請求項１から４のいずれかに記載のガスタービンシステム。
補助装置ケーシング（１６３）に接続されるように構成されたガスタービンケーシング（１５６）を更に備え、前記ベアリングユニット（１６８）が前記補助装置ケーシング（１６３）内に備えられる請求項１から５のいずれかに記載のガスタービンシステム。
ガスタービンケーシング（２１４）と補助装置ケーシング（２１６）との間に備えられたインターフェースユニット（２１２）を更に備え、前記ベアリングユニット（２１０）が前記インターフェースユニット（２１２）内に備えられる請求項１から６のいずれかに記載のガスタービンシステム。
前記補助装置の前記シャフトが、前記インターフェースユニットを通過して前記ガスタービンの内部に入るように構成される請求項１から７のいずれかに記載のガスタービンシステム。
前記可撓継手が、前記ガスタービンの前記シャフトが前記補助装置の前記シャフトに対して回転及び／又は並進可能であるように構成される請求項１から８のいずれかに記載のガスタービンシステム。
前記ガスタービンが、前記ガスタービンの前記シャフトを共用する圧縮機とエキスパンダとを含み、前記補助装置がポンプ、機械的付属部品、又は電気装置の１つである請求項１から９のいずれかに記載のガスタービンシステム。
底面積が縮小されたガスタービンシステム（１００）であって、
エネルギを生成するように構成され、ガスタービンシャフト（１０６）を有するガスタービン（１０２）と、
前記ガスタービン（１０２）に取り付けられた補助装置（１０４）と、
前記ガスタービンシャフト（１０６）に取り付けられるように構成された前記補助装置（１０８）のオーバーハングシャフト（１０８）と、
前記ガスタービンシャフト（１０６）の近傍の前記補助装置（１０４）の前記シャフト（１０８）の第１の端部（１０８ａ）に備えられた少なくとも２つのベアリングユニット（１２０ａ、１２０ｂ）を有するベアリングシステム（１２０ａ、１２０ｂ）と、を備え、
前記補助装置の前記のシャフトの第２の端部にはベアリングはないガスタービンシステム。
前記補助装置にその他のベアリングユニットがない請求項１１に記載のガスタービンシステム。
前記ガスタービンシャフトと前記補助装置のシャフトとの間に可撓継手を更に備え、これらのシャフトの間にギヤボックスがないようにされた請求項１１又は請求項１２に記載のガスタービンシステム。
ガスタービンケーシングと補助装置ケーシングとの間に備えられたインターフェースユニットを更に備え、前記ベアリングユニットが前記インターフェースユニット内に備えられる請求項１１から１３に記載のガスタービンシステム。
補助装置ケーシングに接続されるように構成されたガスタービンケーシングを更に備え、前記補助装置ケーシングが外部の支持体を有していない請求項１１から１４に記載のガスタービンシステム。
底面積が縮小されたガスタービンシステム（１００）であって、
圧縮機（１２）とエキスパンダ（２９）とで共用されるガスタービンシャフト（１０６）と、
前記ガスタービンシャフト（１０６）に取り付けられたオーバーハングシャフト（１０８）を有する補助装置（１０４）と、
前記ガスタービンシャフト（１０６）の近傍の前記補助装置（１０４）のシ前記ャフト（１０８）の第１の端部に備えられた少なくとも２つのベアリングユニットを有するベアリングシステム（１２０ａ、１２０ｂ）と、を備え、
前記補助装置の前記シャフトの第２の端部にはベアリングユニットがないガスタービンシステム。
前記補助装置にその他のベアリングユニットがない請求項１６に記載のガスタービンシステム。
前記ガスタービンシャフトと前記補助装置のシャフトとを直接接続する可撓継手と、
前記圧縮機とエキスパンダ用の前記ケーシングに接続されるように構成された前記補助装置用ケーシングと、を更に備える請求項１６又は請求項１７に記載のガスタービンシステム。
ガスタービン（１０２）と補助装置（１０４）とを組み立ててガスタービンシステムを形成する方法であって、
前記ガスタービン（１０２）のガスタービンシャフト（１０６）と前記補助装置（１０４）のシャフト（１０８）とを可撓継手（１１０）に直接接続するステップと、
前記補助装置（１０４）の前記シャフト（１０８）を第１の端部（１０８ａ）だけで支承するステップと、を含み、前記補助装置（１０４）の前記シャフト（１０８）の第２の端部（１０８ｂ）にはベアリングユニットがない方法。
前記ベアリングシステム用の少なくとも２つのベアリングユニットを備えるステップを更に含む請求項１９に記載の方法。