JP2017078411A - 補助発電機を使用してタービン出力の向上を促進するシステム及び方法 - Google Patents

補助発電機を使用してタービン出力の向上を促進するシステム及び方法 Download PDF

Info

Publication number
JP2017078411A
JP2017078411A JP2016196084A JP2016196084A JP2017078411A JP 2017078411 A JP2017078411 A JP 2017078411A JP 2016196084 A JP2016196084 A JP 2016196084A JP 2016196084 A JP2016196084 A JP 2016196084A JP 2017078411 A JP2017078411 A JP 2017078411A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
rotor shaft
auxiliary
generator
coupled
main
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2016196084A
Other languages
English (en)
Inventor
ジョセフ・フィリップ・クロシンスキ
Philip Klosinski Joseph
オールストン・イルフォード・シピオ
Ilford Scipio Alston
ジェームズ・オールダム・ランバート
James Oldham Lambert
カール・トーンルース
C Tornroos Karl
サンジ・エカナヤケ
Sanji Ekanayake
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
General Electric Co
Original Assignee
General Electric Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by General Electric Co filed Critical General Electric Co
Publication of JP2017078411A publication Critical patent/JP2017078411A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D15/00Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of engines with devices driven thereby
    • F01D15/10Adaptations for driving, or combinations with, electric generators
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C6/00Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas- turbine plants for special use
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D15/00Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of engines with devices driven thereby
    • F01D15/12Combinations with mechanical gearing
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/02Blade-carrying members, e.g. rotors
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/32Arrangement, mounting, or driving, of auxiliaries
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/36Power transmission arrangements between the different shafts of the gas turbine plant, or between the gas-turbine plant and the power user
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00Details, component parts, or accessories
    • F04D29/26Rotors specially for elastic fluids
    • F04D29/32Rotors specially for elastic fluids for axial flow pumps
    • F04D29/321Rotors specially for elastic fluids for axial flow pumps for axial flow compressors
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2220/00Application
    • F05D2220/30Application in turbines
    • F05D2220/32Application in turbines in gas turbines
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2220/00Application
    • F05D2220/70Application in combination with
    • F05D2220/76Application in combination with an electrical generator
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2230/00Manufacture
    • F05D2230/80Repairing, retrofitting or upgrading methods
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2250/00Geometry
    • F05D2250/30Arrangement of components
    • F05D2250/31Arrangement of components according to the direction of their main axis or their axis of rotation
    • F05D2250/313Arrangement of components according to the direction of their main axis or their axis of rotation the axes being perpendicular to each other
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2260/00Function
    • F05D2260/40Transmission of power
    • F05D2260/403Transmission of power through the shape of the drive components
    • F05D2260/4031Transmission of power through the shape of the drive components as in toothed gearing
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2260/00Function
    • F05D2260/40Transmission of power
    • F05D2260/403Transmission of power through the shape of the drive components
    • F05D2260/4031Transmission of power through the shape of the drive components as in toothed gearing
    • F05D2260/40311Transmission of power through the shape of the drive components as in toothed gearing of the epicyclical, planetary or differential type
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2260/00Function
    • F05D2260/40Transmission of power
    • F05D2260/406Transmission of power through hydraulic systems

Abstract

【課題】補助発電機を使用してタービン出力の向上を促進するシステム及び方法を提供する。
【解決手段】ガスタービンエンジンシステム1は、回転要素48を含むガスタービンエンジン10と、回転要素48に結合された少なくとも1つの主ロータシャフト38と、少なくとも1つの主ロータシャフトに結合された主発電機30と、を含む。システムは、少なくとも1つの主ロータシャフトに結合された少なくとも1つの補助ロータシャフト36を含み、少なくとも1つの主ロータシャフトが少なくとも1つの補助ロータシャフトの回転を引き起こすようになっている。少なくとも1つの補助ロータシャフト36は、少なくとも1つの主ロータシャフトに対して実質的に直交して配向される。補助発電機32は、少なくとも1つの補助ロータシャフトに結合され、補助発電機は、主発電機30に対して並列配置される。
【選択図】図1

Description

本発明は、一般的にはタービンエンジンに関し、より具体的には、補助発電機を使用して、既存の主発電機の作動を改善するのを助けるシステム及び方法に関する。
少なくとも一部の公知のタービンエンジンは、電気エネルギを発生する発電機を含む。少なくとも一部のタービンの中で、発電機の力率を改善することはタービン性能を改善するのを助長する。しかしながら、少なくとも一部の公知のタービンエンジンにおいて、力率を改善することは、既存の発電機の能力を超える原因になる場合がある。従って、タービンをアップグレードする恩恵は発電機によって制限される。
タービンのアップグレードに対応するために、少なくとも一部の公知のタービン組立体は、発電機の巻き直し又は新しい発電機の導入を必要とする場合がある。しかしながら、長い運転停止期間及び/又は新しい発電機に関連する追加のコストは、発電機を改造又は置き換えることを非常に費用のかかるものにする可能性がある。加えて、性能を改善するために、他のタービン組立体は、主発電機にインライン接続した第2の直列の補助/小型(pony)発電機を含む。しかしながら、主発電機の周りには、補助発電機を主発電機にインライン接続するための十分な物理的空間が存在しない場合がある。従って、補助発電機を組み入れる見込まれる性能利益は、物理的空間制約によって制限される。
米国特許第8796873号明細書
1つの態様において、ガスタービンエンジンシステムが提供される。システムは、回転要素を含むガスタービンエンジンと、回転要素に結合された少なくとも1つの主ロータシャフトと、少なくとも1つの主ロータシャフトに結合された主発電機と、を含む。システムは、少なくとも1つの主ロータシャフトに結合された少なくとも1つの補助ロータシャフトを含み、少なくとも1つの主ロータシャフトが少なくとも1つの補助ロータシャフトの回転を引き起こすようになっている。少なくとも1つの補助ロータシャフトは、少なくとも1つの主ロータシャフトに対して実質的に直交して配向される。補助発電機は、少なくとも1つの補助ロータシャフトに結合され、補助発電機は、主発電機に対して並列配置される。
他の態様において、発電機システムが提供される。システムは、回転要素を備えるガスタービンエンジン及び回転要素に結合された少なくとも1つの主ロータシャフトを備える。システムは、少なくとも1つの主ロータシャフトに結合された主発電機を含む発電機組立体をさらに備える。また、発電機組立体は、少なくとも1つの主ロータシャフトに結合された少なくとも1つの補助ロータシャフトを含み、少なくとも1つの主ロータシャフトが少なくとも1つの補助ロータシャフトの回転を引き起こすようになっている。少なくとも1つの補助ロータシャフトは、少なくとも1つの主ロータシャフトに対して実質的に直交して配向される。補助発電機は、少なくとも1つの補助ロータシャフトに結合され、補助発電機は、主発電機に対して並列配置される。さらに、少なくとも1つのエネルギ伝達機構は、少なくとも1つの主ロータシャフトと少なくとも1つの補助ロータシャフトとの間に結合される。
例示的なガスタービンシステムの概略図。 別のガスタービンシステムの概略図。 第2の別のガスタービンシステムの概略図。 第3の別のガスタービンシステムの概略図。
別途指示されていない限り、本明細書で使用される「ほぼ」、「実質的に」及び「約」などの近似表現は、修飾される用語が、絶対的又は完全な程度ではなく、当業者には理解される近似度までのみ適用することができることを示している。加えて、別途指示されていない限り、用語「第1」及び「第2」などは、本明細書で単に標識として使用され、これらの用語が意味する項目に対して順序、位置、又は階層上の要件を加えることを意図するものではない。更に、例えば、「第2の」項目に対する表現は、例えば、「第1の」すなわちより小さい番号が付けられた項目又は「第3の」すなわちより大きな番号が付けられた項目の存在を必須とするものではなく、又は排除するものでもない。
図1は、例示的なガスタービンシステム1の概略図である。例示的な実施形態において、ガスタービンシステム1はタービンエンジン10を含む。詳細には、例示的な実施形態において、タービンエンジン10は、圧縮機セクション14、圧縮機セクション14の下流に接続した燃焼器セクション16、燃焼器セクション16の下流に接続したタービンセクション18、及びタービンセクション18の下流に接続した排出セクション20を含むガスタービンである。
例示的な実施形態において、タービンセクション18は、ロータ組立体22を介して圧縮機セクション14に結合する。本明細書で使用される場合、用語「結合」は、構成要素の間の機械的、電気的、及び/又は通信上の直接的な接続に限定されず、複数の構成要素の間の機械的、電気的、及び/又は通信上の間接的な接続を含むことができる点に留意されたい。
ガスタービン10の作動時、圧縮機セクション14は、空気流12を受け入れる。圧縮機セクション14は、ロータ組立体22からの機械的な回転エネルギを変換して、空気流12を高温高圧に圧縮する。圧縮機セクション14は、圧縮空気24の流れを燃焼器セクション16に吐出する。燃焼器セクション16において、圧縮空気24は、燃料流26と混合して点火されて燃焼ガス28が発生し、燃焼ガスはタービンセクション18に向かう。タービンセクション18は、燃焼ガス28からの熱エネルギをロータ組立体22の機械的回転エネルギに変換する。例示的な実施形態において、タービン18は回転要素48である。ロータ組立体22は、限定されるものではないが、少なくとも1つの主回転シャフト38を介して主発電機30及び/又は機械駆動用途装置(図示せず)等の負荷に結合する。
例示的な実施形態において、主ロータシャフト38は、補助ロータシャフト36に結合されており、主ロータシャフト38の回転は補助ロータシャフト36の回転を引き起こす。例示的な実施形態において、主ロータシャフト38及び補助ロータシャフト36は、相互に直交して配向される。補助ロータシャフト36は、主ロータシャフト38に対して実質的に直交するように示されるが、別の実施形態において、主ロータシャフト38及び補助ロータシャフト36は、本明細書に記載の機械的回転エネルギの伝達を可能にする適切な角度で相互に配向することができる。例示的な実施形態において、補助/小型発電機32は補助ロータシャフト36に結合され、補助発電機32は、主発電機30に対して並列配置である。本明細書で使用される場合、「並列配置」は、幾何学的関係に限定されず、単一の経路に沿って連結されていない、発電機等の複数の構成要素を含むことができる。
例示的な実施形態において、主ロータシャフト38は、エネルギ伝達機構34を介して補助ロータシャフト36に結合する。詳細には、例示的な実施形態において、少なくとも第1のエネルギ伝達機構34は、主ロータシャフト38と補助ロータシャフト36との間に結合する。エネルギ伝達機構34により、ロータシャフト38から補助ロータシャフト36への回転エネルギの部分的な又は全ての伝達が可能になる。例えば、主発電機30が取得しないガスタービンタービン10からの出力は、補助ロータシャフト36による機械的回転エネルギの伝達によって補助発電機32が取得する。例示的な実施形態において、エネルギ伝達機構34は、限定されるものではないが、油圧クラッチ組立体、スプライン付きたわみ軸(splined quill shaft)、かさ歯車、及び減速歯車等の機械的ギヤボックスである。別の実施形態において、エネルギ伝達機構34は、限定されるものではないが、油圧ギヤボックス等の他の伝達機構を含むことができる。
例示的な実施形態において、補助ロータシャフト36は、タービン18と主発電機30との間にある。また、例示的な実施形態において、エネルギ伝達機構34は、タービン18と主発電機30との間にある。補助ロータシャフト36及びエネルギ伝達機構34の両方はガスタービンエンジン10のタービン18の側にあるように示されるが、別の実施形態において、補助ロータシャフト36及びエネルギ伝達機構34の両方は、図4で詳細に示すように、ガスタービンエンジン10の圧縮機14の側に配置することができる。
例示的な実施形態において、補助ロータシャフト36の取り付けは、主ロータシャフト38の変更及びエネルギ伝達機構34の統合を伴う。例えば、1つの実施形態において、既存の主ロータシャフト38は、エネルギ伝達機構34及び補助ロータシャフト36の導入を可能にするように分割される。もしくは、主ロータシャフト38は、エネルギ伝達機構34の導入に適した置換部品として製造される。
加えて、例示的な実施形態に示すように、発電機システム50は、一般に、ガスタービンエンジン10、回転要素48、及び回転要素48に結合した主ロータシャフト38を含む。発電機組立体52は、主ロータシャフト38に結合した主発電機30、主ロータシャフト38に結合した補助ロータシャフト36、補助ロータシャフト36に結合した補助発電機32、及びエネルギ伝達機構34を含む。
例示的な実施形態において、ガスタービンエンジンシステム1を組み立てる方法は、回転要素48を備えたガスタービンエンジン10を準備することを含む。主ロータシャフト38を回転要素48に結合すること及び主発電機30を主ロータシャフト38に結合することを含む。主ロータシャフト38の回転が補助ロータシャフト36の回転を引き起こしかつ補助シャフト36が主ロータシャフト38に対して実質的に直交するよう配向されるように、補助ロータシャフト36を主ロータシャフト38に結合することを含む。補助発電機32が主発電機30に対して並列配置となるように、補助発電機32を補助ロータシャフト36に結合することを含む。本方法は、さらにエネルギ伝達機構34を介して補助ロータシャフト36を主ロータシャフト38に結合することを含む。さらに、補助ロータシャフト36は、図1に示すようにタービン18と主発電機30との間で、又は図3で詳細に説明するように、主発電機30がタービン18と補助ロータシャフト36との間にあるように主ロータシャフト38に結合される。
図2は、別のガスタービンシステム2の概略図である。図1を参照して前述したように同一の構成要素を用いて、タービンエンジン10は、主発電機30に結合される。加えて、図2の例示的な実施形態において、第1の補助ロータシャフト42は、第1のエネルギ伝達機構34を用いて主ロータシャフト38に結合される。第2のエネルギ伝達機構44は、第1のエネルギ伝達機構34の反対側にある第1の補助ロータシャフト42の端部に結合される。第2の補助ロータシャフト46は、第1及び第2の補助ロータシャフト42、46が相互に実質的に直交して配向されるように、第2のエネルギ伝達機構44に結合される。補助発電機32は、第2のエネルギ伝達機構44の反対側で第2の補助ロータシャフト46に結合される。第1の補助ロータシャフト42は第2の補助ロータシャフト46に対して実質的に直交するように示されるが、別の実施形態において、第1の補助ロータシャフト42及び第2の補助ロータシャフト46は、本明細書に記載のように機械的回転エネルギの伝達を可能にする適切な角度で相互に配向することができる。例示的な実施形態において、補助発電機32は、補助発電機32が主発電機30に対して並列配置となるように第1及び第2の補助ロータシャフト42、46に結合される。
例示的な実施形態において、第2のエネルギ伝達機構44は、第1のエネルギ伝達機構34の反対側で、少なくとも1つの補助ロータシャフト36の第1の補助ロータシャフト42の端部に結合される。少なくとも1つの補助ロータシャフト36の第2の補助ロータシャフト46は、第1及び第2の補助ロータシャフト42、46が相互に実質的に直交して配置されるように、第2のエネルギ伝達機構44に結合される。ガスタービンエンジンシステム2を組み立てる方法は、第1のエネルギ伝達機構34の反対側で少なくとも1つの補助ロータシャフト36の第1の補助ロータシャフト42の端部に第2のエネルギ伝達機構44を結合することを含む。また、少なくとも1つの補助ロータシャフト36の第2の補助ロータシャフト46を、第1及び第2の補助ロータシャフト42、46が相互に実質的に直交して配向されるように第2のエネルギ伝達機構44に結合することを含む。
例示的な実施形態において、補助ロータシャフト36は、相互に結合した第1の補助ロータシャフト42及び第2の補助ロータシャフト46を含み、本明細書に記載の機械的回転エネルギを主ロータシャフト38から少なくとも1つの補助ロータシャフト36を介して補助発電機32に伝達するようになっている。加えて、第1及び第2のエネルギ伝達機構34、44は、結合した各シャフト部材からの機械的回転エネルギの部分的な又は全ての伝達を可能にする。例示的な実施形態において、第1及び第2のエネルギ伝達機構34、44は、限定されるものではないが、油圧クラッチ組立体、スプライン付きたわみ軸、かさ歯車、及び減速歯車等の機械的ギヤボックスである。別の実施形態において、第1及び第2のエネルギ伝達機構34、44は、限定されるものではないが、油圧ギヤボックス等の別の伝達機構を含むことができる。また、別の実施形態において、各エネルギ伝達機構は、同じタイプのエネルギ伝達機構とすること、又は異なるタイプのエネルギ伝達機構とすることができる。
例示的な実施形態において、第1の補助ロータシャフト42は、タービン18と主発電機30との間にある。また、例示的な実施形態において、第1のエネルギ伝達機構34は、タービン18と主発電機30との間にある。第1の補助ロータシャフト42及び第1のエネルギ伝達機構34の両方は、ガスタービンエンジン10のタービン18の側にあるように示されているが、代替的な実施形態において、図4を参照して以下に説明するように、第1の補助ロータシャフト42及び第1のエネルギ伝達機構34の両方は、ガスタービンエンジン10の圧縮機14の側に配置することができる。
加えて、例示的な実施形態に示すように、発電機システム50は、一般に、図1を参照して説明するように、ガスタービンエンジン10、回転要素48、及び回転要素48に結合した主ロータシャフト38を含む。発電機組立体54は、主ロータシャフト38に結合した第1及び第2の補助ロータシャフト42、46、及び第1及び第2の補助ロータシャフト42、46に結合した補助発電機32を含む。第1のエネルギ伝達機構34は、主ロータシャフト38と第1の補助ロータシャフト42との間に結合する。発電機組立体54は、第1のエネルギ伝達機構34の反対側で第1の補助ロータシャフト42に結合した第2のエネルギ伝達機構44と、第2のエネルギ伝達機構44に結合した第2の補助ロータシャフト46を含む。
図3は、第2の別のガスタービンシステムの概略図である。図1を参照して前述したように同一の構成要素を用いて、タービンエンジン10は主発電機30に結合される。加えて、図3の例示的な実施形態において、第1の補助ロータシャフト42は、主ロータシャフト38に結合される。エネルギ伝達機構34は、主発電機30の反対側で第1の補助ロータシャフト42に結合される。第2の補助ロータシャフト46は、第1及び第2の補助ロータシャフト42、46が相互に実質的に直交して配向されるように、エネルギ伝達機構34に結合される。補助発電機32は、エネルギ伝達機構34の反対側で第2の補助ロータシャフト46に結合される。第1の補助ロータシャフト42は、第2の補助ロータシャフト46に対して実質的に直交するように示されるが、別の実施形態において、第1の補助ロータシャフト42及び第2の補助ロータシャフト46は、本明細書に記載の機械的回転エネルギの伝達を可能にする適切な角度で相互に配向することができる。例示的な実施形態において、補助発電機32は、該補助発電機32が主発電機30に対して並列配置になるように第1及び第2の補助ロータシャフト42、46に結合される。
例示的な実施形態において、主発電機30は、タービン18と第1の補助ロータシャフト42との間にある。また、例示的な実施形態において、主発電機30は、タービン18とエネルギ伝達機構34との間にある。第1の補助ロータシャフト42及びエネルギ伝達機構34の両方は、ガスタービンエンジン10のタービン18の側に示されているが、代替的な実施形態において、図4を参照して以下に説明するように、第1の補助ロータシャフト42及びエネルギ伝達機構34の両方は、ガスタービンエンジン10の圧縮機14の側に配置することができる。
加えて、例示的な実施形態に示すように、発電機システム50は、一般に、図1を参照して説明するように、ガスタービンエンジン10、回転要素48、及び回転要素48に結合した主ロータシャフト38を含む。発電機組立体56は、主ロータシャフト38に結合した第1及び第2の補助ロータシャフト42、46、及び第1及び第2の補助ロータシャフト42、46に結合した補助発電機32を含む。第1のエネルギ伝達機構34は、第1の補助ロータシャフト42と第2の補助ロータシャフト46との間に結合する。
図4は、第3の別のガスタービンシステム4の概略図である。図1を参照して前述したように同一の構成要素を用いて、タービンエンジン10は、主発電機30に結合される。しかしながら、例示的な実施形態において、主発電機30、主ロータシャフト38、エネルギ伝達機構34、補助発電機32、及び補助ロータシャフト36は、ガスタービンエンジン10の圧縮機14の側に配置される。例示的な実施形態において、圧縮機14は回転要素48である。
加えて、例示的な実施形態に示すように、発電機システム50は、一般に、図1を参照して説明するように、ガスタービンエンジン10、回転要素48、及び回転要素48に結合した主ロータシャフト38を含む。発電機組立体52は、図1を参照して説明したように、主ロータシャフト38に結合した主発電機30、主ロータシャフト38に結合した補助ロータシャフト36、補助ロータシャフト36に結合した補助発電機32、及びエネルギ伝達機構34を含む。
ガスタービンエンジンシステム及び発電システムの例示的な実施形態は、前記で詳細に説明したように、補助ロータシャフト、エネルギ伝達機構、及び並列配置の補助発電機を含む。加えて、並列配置の補助発電機を備えたガスタービンシステムを組み立てる方法は、前記で詳細に説明される。例示的な実施形態は、タービンエンジンからの機械的出力を実現するという利点をもたらす。タービン及び発電機に関する長い運転停止期間は必要なくなるのでコスト低減につながる。また、発電機の改造又は置き換えは必要なくなるのでコスト低減につながる。例示的な実施形態は、タービン及び/又は主発電機のいずれかを物理的に取り替える必要をなくすのでコスト及び停止時間の低減につながる。補助発電機を並列配置することで、既存の主発電機の作動を改善するのを助ける。従って、タービンをアップグレードする利益は主発電機によって制限されない。
本明細書に説明した方法及びシステムは、本明細書に記載した特定の実施形態に限定されるものではない。例えば、各システムの構成要素及び/又は各方法のステップは、本明細書に記載した他の構成要素及び/又はステップとは独立して且つ別個に使用し及び/又は実施することができる。加えて、各構成要素及び/又はステップは、他の組立体及び方法で使用すること及び/又は実施することができる。
様々な特定の実施形態に関して本開示を説明してきたが、本開示の技術的思想から逸脱することなく、種々の変更を実施することができることは、当業者出あれば理解されるであろう。本発明の種々の実施形態の特定の特徴は一部の図面で示され、他の図面では示されない場合があるが、これは便宜上のことに過ぎない。更に、上記の説明における「1つの実施形態」への言及は、記載の特徴を同様に組み込んでいる追加の実施形態の存在を排除するものとして解釈することを意図するものではない。本開示の原理によれば、図面の何れかの特徴は、他の何れかの図面のあらゆる特徴と組み合わせて言及し及び/又は特許請求することができる。
最後に、代表的な実施態様を以下に示す。
[実施態様1]
ガスタービンエンジンシステムであって、
回転要素を含むガスタービンエンジンと、
上記回転要素に結合された少なくとも1つの主ロータシャフトと、
上記少なくとも1つの主ロータシャフトに結合された主発電機と、
上記少なくとも1つの主ロータシャフトに結合された少なくとも1つの補助ロータシャフトであって、上記少なくとも1つの主ロータシャフトが上記少なくとも1つの補助ロータシャフトの回転を引き起こすようになっており、上記少なくとも1つの補助ロータシャフトは少なくとも1つの主ロータシャフトに対して実質的に直交して配向される、少なくとも1つの補助ロータシャフトと、
上記少なくとも1つの補助ロータシャフトに結合された補助発電機と、
を備え、
上記補助発電機は、上記主発電機に対して並列配置される、システム。
[実施態様2]
上記少なくとも1つの主ロータシャフトと上記少なくとも1つの補助ロータシャフトとの間に結合された、少なくとも第1のエネルギ伝達機構をさらに備える、実施態様1に記載のシステム。
[実施態様3]
上記第1のエネルギ伝達機構の反対側で上記少なくとも1つの補助ロータシャフトの第1の補助ロータシャフトに結合された第2のエネルギ伝達機構と、
上記第2のエネルギ伝達機構に結合された上記少なくとも1つの補助ロータシャフトの第2の補助ロータシャフトと、
をさらに備え、
上記第1及び第2の補助ロータシャフトは、実質的に直交して配向される、実施態様2に記載のシステム。
[実施態様4]
上記第1のエネルギ伝達機構は、機械的ギヤボックスである、実施態様2に記載のシステム。
[実施態様5]
上記機械的ギヤボックスは、スプライン付きたわみ軸である、実施態様4に記載のシステム。
[実施態様6]
上記機械的ギヤボックスは、かさ歯車及び減速歯車のうちの少なくとも1つを備える、実施態様4に記載のシステム。
[実施態様7]
上記第1のエネルギ伝達機構は、油圧ギヤボックスである、実施態様4に記載のシステム。
[実施態様8]
上記少なくとも1つの補助ロータシャフトは、上記回転要素と上記主発電機との間にある、実施態様1に記載のシステム。
[実施態様9]
上記主発電機は、上記回転要素と上記少なくとも1つの補助ロータシャフトとの間にある、実施態様1に記載のシステム。
[実施態様10]
上記回転要素は、タービンを含む、実施態様1に記載のシステム。
[実施態様11]
上記回転要素は、圧縮機を含む、実施態様1に記載のシステム。
[実施態様12]
タービンエンジン組立体及び発電機組立体を備える発電機システムであって、
上記タービンエンジン組立体は、
回転要素を備えるガスタービンエンジンと、
上記回転要素に結合された少なくとも1つの主ロータシャフトと、
を備え、
発電機組立体は、
上記少なくとも1つの主ロータシャフトに結合された主発電機と、
上記少なくとも1つの主ロータシャフトに結合された少なくとも1つの補助ロータシャフトであって、上記少なくとも1つの主ロータシャフトが上記少なくとも1つの補助ロータシャフトの回転を引き起こすようになっており、上記少なくとも1つの補助ロータシャフトは少なくとも1つの主ロータシャフトに対して実質的に直交して配向される、少なくとも1つの補助ロータシャフトと、
上記少なくとも1つの補助ロータシャフトに結合された補助発電機であって、上記補助発電機は、上記主発電機に対して並列配置される、補助発電機と、
上記少なくとも1つの主ロータシャフトと上記少なくとも1つの補助ロータシャフトとの間に結合された、少なくとも第1のエネルギ伝達機構と、
を備える、システム。
[実施態様13]
上記発電機組立体は、
上記第1のエネルギ伝達機構の反対側で上記少なくとも1つの補助ロータシャフトの第1の補助ロータシャフトに結合された第2のエネルギ伝達機構と、
上記第2のエネルギ伝達機構に結合された上記少なくとも1つの補助ロータシャフトの第2の補助ロータシャフトと、
をさらに備える、実施態様12に記載のシステム。
[実施態様14]
上記第1及び第2のエネルギ伝達機構は、機械的ギヤボックスである、実施態様13に記載のシステム。
[実施態様15]
上記機械的ギヤボックスは、スプライン付きたわみ軸、かさ歯車、及び減速歯車のうちの少なくとも1つを備える、実施態様14に記載のシステム。
[実施態様16]
上記第1及び第2のエネルギ伝達機構は、油圧ギヤボックスである、実施態様13に記載のシステム。
[実施態様17]
上記回転要素は、タービンを含む、実施態様12に記載のシステム。
[実施態様18]
上記第1のエネルギ伝達機構は、上記タービンと上記主発電機との間にある、実施態様17に記載のシステム。
[実施態様19]
上記回転要素は、圧縮機を含む、実施態様12に記載のシステム。
[実施態様20]
上記発電機は、上記圧縮機と上記第1のエネルギ伝達機構との間にある、実施態様19に記載のシステム。
1 ガスタービンエンジンシステム
2 ガスタービンエンジンシステム
3 ガスタービンエンジンシステム
4 ガスタービンエンジンシステム
10 タービンエンジン/ガスタービン
12 圧縮機への空気流
14 圧縮機セクション
16 燃焼器セクション
18 タービンセクション
20 排出セクション
22 ロータ組立体
24 圧縮空気
26 燃料
28 燃焼ガス
30 主発電機
32 補助発電機
34 エネルギ伝達機構
36 補助ロータシャフト
38 主ロータシャフト
42 第1の補助ロータシャフト
44 第2のエネルギ伝達機構
46 第2の補助ロータシャフト
48 回転要素
50 発電機システム
52 発電機組立体
54 発電機組立体
56 発電機組立体

Claims (10)

  1. ガスタービンエンジンシステム(1、2、3、4)であって、
    回転要素(48)を含むガスタービンエンジン(10)と、
    前記回転要素(48)に結合された少なくとも1つの主ロータシャフト(38)と、
    前記少なくとも1つの主ロータシャフト(38)に結合された主発電機(30)と、
    前記少なくとも1つの主ロータシャフト(38)に結合された少なくとも1つの補助ロータシャフト(36)であって、前記少なくとも1つの主ロータシャフト(38)が前記少なくとも1つの補助ロータシャフト(36)の回転を引き起こすようになっており、前記少なくとも1つの補助ロータシャフト(36)は少なくとも1つの主ロータシャフト(38)に対して実質的に直交して配向される、少なくとも1つの補助ロータシャフトと、
    前記少なくとも1つの補助ロータシャフト(36)に結合された補助発電機(32)と、
    を備え、
    前記補助発電機(32)は、前記主発電機(30)に対して並列配置される、システム。
  2. 前記少なくとも1つの主ロータシャフト(38)と前記少なくとも1つの補助ロータシャフト(36)との間に結合された、少なくとも第1のエネルギ伝達機構(34)をさらに備える、請求項1に記載のシステム。
  3. 前記第1のエネルギ伝達機構(34)の反対側で前記少なくとも1つの補助ロータシャフト(36)の第1の補助ロータシャフト(42)に結合された第2のエネルギ伝達機構(44)と、
    前記第2のエネルギ伝達機構(44)に結合された前記少なくとも1つの補助ロータシャフト(36)の第2の補助ロータシャフト(46)と、
    をさらに備え、
    前記第1及び第2の補助ロータシャフト(42、46)は、実質的に直交して配向される、請求項2に記載のシステム。
  4. 前記第1のエネルギ伝達機構(34)は、機械的ギヤボックスである、請求項2に記載のシステム。
  5. 前記機械的ギヤボックスは、スプライン付きたわみ軸である、請求項4に記載のシステム。
  6. 前記第1のエネルギ伝達機構(34)は、油圧ギヤボックスである、請求項2に記載のシステム。
  7. 前記少なくとも1つの補助ロータシャフト(36)は、前記回転要素(48)と前記主発電機(30)との間にある、請求項1に記載のシステム。
  8. 前記主発電機(30)は、前記回転要素(48)と前記少なくとも1つの補助ロータシャフト(36)との間にある、請求項1に記載のシステム。
  9. 前記回転要素(48)は、タービン(18)を含む、請求項1に記載のシステム。
  10. 前記回転要素(48)は、圧縮機(14)を含む、請求項1に記載のシステム。
JP2016196084A 2015-10-15 2016-10-04 補助発電機を使用してタービン出力の向上を促進するシステム及び方法 Pending JP2017078411A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US14/883,658 US20170107845A1 (en) 2015-10-15 2015-10-15 Systems and methods to facilitate enhancing turbine output using an auxiliary generator
US14/883,658 2015-10-15

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2017078411A true JP2017078411A (ja) 2017-04-27

Family

ID=57240793

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2016196084A Pending JP2017078411A (ja) 2015-10-15 2016-10-04 補助発電機を使用してタービン出力の向上を促進するシステム及び方法

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20170107845A1 (ja)
EP (1) EP3156630A1 (ja)
JP (1) JP2017078411A (ja)
CN (1) CN107013328A (ja)

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3622022A1 (de) * 1986-07-01 1988-01-07 Kloeckner Humboldt Deutz Ag Gasturbinentriebwerk
GB2440747A (en) * 2006-08-10 2008-02-13 Rolls Royce Plc Hydrodynamic coupling with movable turbine for engine power take off
US7791235B2 (en) * 2006-12-22 2010-09-07 General Electric Company Variable magnetic coupling of rotating machinery
WO2009067048A1 (en) * 2007-11-20 2009-05-28 Volvo Aero Corporation Gas turbine engine
GB0903423D0 (en) * 2009-03-02 2009-04-08 Rolls Royce Plc Variable drive gas turbine engine
GB2474286B (en) * 2009-10-12 2011-08-31 Rolls Royce Plc A propulsion engine
ITFI20120161A1 (it) * 2012-08-03 2014-02-04 Nuovo Pignone Srl "dual-end drive gas turbine"
GB201219916D0 (en) * 2012-11-06 2012-12-19 Rolls Royce Plc An electrical generation arrangement for an aircraft
EP2781720A1 (de) * 2013-03-19 2014-09-24 Siemens Aktiengesellschaft Kraftwerksanlage sowie Verfahren zur elektrischen Energieerzeugung und Netzeinspeisung
CN204316102U (zh) * 2015-01-14 2015-05-06 华电莱州发电有限公司 变频发电机组与汽轮发电机组同轴布置的火电厂发电机组

Also Published As

Publication number Publication date
EP3156630A1 (en) 2017-04-19
US20170107845A1 (en) 2017-04-20
CN107013328A (zh) 2017-08-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9121351B2 (en) Gas turbine engine accessory system
EP2992198B1 (en) Two shaft turbo machine
CN106968802B (zh) 燃气涡轮发动机及其风扇驱动齿轮系统
US8336289B2 (en) Gas turbine engine systems and related methods involving multiple gas turbine cores
US10221730B2 (en) Electrical machines
CA2844171C (en) Gas turbine engine with internal electromechanical device
US20200182158A1 (en) Low pressure compressor control for a gas turbine engine
JP2009515081A (ja) 動力伝達機能を有するガスタービンエンジンおよび方法
US11230942B2 (en) Gas turbine engine electrical generator
US11105200B2 (en) Counter rotating power turbine with reduction gearbox
US9735650B2 (en) Method of assembling an electromechanical device in a gas-turbine engine
ITFI20120112A1 (it) "combination of two gas turbines to drive a load"
US20230212981A1 (en) Crossover cooling flow for multi-engine systems
JP2012031861A (ja) ガスタービンエンジン
CN102869853B (zh) 制造微型燃气轮机的方法
US10294870B2 (en) Distributed engine accessory drive
US10203023B2 (en) Gear trains
JP2017078411A (ja) 補助発電機を使用してタービン出力の向上を促進するシステム及び方法
US8851830B2 (en) Harmonization of multiple gear train configurations
JP2014214699A (ja) ガスタービン発電機
US11300048B2 (en) Arrangement of two turboshaft engines
US10526920B2 (en) Electrical connector for turbine engine casing
US11326523B2 (en) Gas turbine engine with accessory gearbox