SE521955C2 - Integrerad gaskompressor - Google Patents

Description

25 30 35 ...- $..... ~ u ~ a ø " 2001-09-26 B: \PU'BLIC\DOC\P\4ll0006SE .doc MS 521 955 2 Turbinerna drivs av trycksatt gas eller komprimerad luft som töms ut fràn en högtrycksdel hos gasturbinen. Varje turbin driver en motsvarande kompressor och ett gasformigt bränsle tillförs ett inlopp hos den motsvarande kompres- sorn. Det komprimerade bränslet kyls sedan nedströms kom- pressorerna och förs till bränslesystemet hos gasturbinen.

Dessa tidigare kompressorsystem har nägra nackdelar, t.ex. ökar de det erfordrade installationsutrymmet och or- sakar därigenom ytterligare investeringskostnader; de er- fordrar ett antal säkerhetsventiler; och de komplicerar tillstàndsgivningsproceduren för anläggningen beroende pà högre krav för installationer med högre gastryck i jämfö- relse med installationer med lägre tryck. Det är också oli- ka krav i olika länder vilket gör inneslutningen av gastur- binerna mer komplex med tillhörande högre kostnader.

Samanfattning av uppfinningen De huvudsakliga syftena med den föreliggande uppfin- ningen är att förenkla konstruktionen av bränslegaskompres- sorsystem, förenkla tillstàndsgivningsproceduren för smä- skaliga kombinerade el- och värmegenereringsanläggningar med gasturbinenheter och reducera deras kostnader.

Dessa syften uppnås för småskaliga kombinerade el- och värmegenereringsanläggningar genom att placera bränsle- gaskompressorsystemet inuti ett hölje för gasturbinenheten.

Varje kompressor i bränslegaskompressorsystemet kan drivas med hjälp av hydraulisk, luft-, gas- eller eldrift.

Varje kompressor i bränslegaskompressorsystemet kan vara av en centrifugal-, axial-, snäck-, skruvtyp eller vilken an- nan typ som helst av kontinuerliga flödestyper.

Genom att tillhandahålla en gasturbinenhet med ett brànslegaskompressorsystem enligt uppfinningen uppnås föl- jande fördelar: en mindre installationsyta för anläggningen erfordras. Ett tillstànd för anläggningen godkänns dessutom lättare beroende pà det faktum att detta bränslegaskompres- W ß 20 25 30 35 v o I ' , | o n c u u I 521 955 ål* J 3 u .pa nu 2001-09-26 E:\PUBLIC\DOC\P\4110006SE.dOC MS sorsystem erfordrar ingen ytterligare inneslutning till sig själv när det placeras inuti höljet för gasturbinenheten, varigenom en ökad säkerhet garanteras, antalet vanliga och extra inspektioner av högtrycksinneslutningen reduceras och underhållet för gasturbinenheten förenklas. Vidare reduce- ras investeringskostnaderna och underhàllskostnaderna.

Kort samanfattning av ritningarna Den föreliggande uppfinningen kommer nu att beskrivas ytterligare i detalj med hänvisning till bifogade ritning- ar, på vilka: FIG 1 är en sidovy som visar en föredragen utförande- form av ett bränslegaskompressorsystem enligt uppfinningen, FIG 2 är en sidovy som visar en annan utförandeform av ett bränslegaskompressorsystem enligt uppfinningen, och FIG 3 är en sidovy som visar ännu en annan utförande- form av ett bränslegaskompressorsystem enligt uppfinningen.

Detaljerad beskrivning av uppfinningen FIG 1 visar en föredragen utförandeform av ett bräns- legaskompressorsystem 5 som är monterat inuti ett hölje 50 för en gasturbinenhet, vilken inte visas helt. Höljet inne- sluter högtrycksdelen pà gasturbinenheten. Bränslegaskom- pressorsystemet kan t.o.m. placeras fysiskt inuti en bränn- kammare 60 hos gasturbinenheten eller bränslegaskompressor- systemet kan placeras inuti högtrycksdelen hos gasturbinen- heten och bara ha regleringsorgan inuti brännkammaren, t.ex. sensorer för tryck, temperatur eller massflöde.

Bränslegaskompressorsystemet som visas i FIG 1 har en kom- pressor 10, gasinloppsorgan 20 för att tillföra en bränsle- gas till ett kompressorinlopp 10' hos kompressorn och till- förselorgan 30 för att tillföra den komprimerade bränslega- sen till bränslesystemet och brännkammaren 60 hos gastur- binenheten. Bränslegaskompressorsystemet 5 har också en turbin 70 för att driva kompressorn 10, inloppsorgan 80 för 10 U 20 25 30 521 955 4 n »av nu 2001-09-26 E : \PUBLIC\DOC\P\4l10006SE .dOC MS att tillföra en gas (som beskrivs nedan) till ett turbinin- lopp 70' hos turbinen, och utloppsorgan 90, vilket leder den expanderade gasen tillbaka till gasturbinenheten och/eller till omgivningen. Bränslegaskompressorsystemet 5 har vidare reglerorgan 40 för att reglera bränslegastill- förseln genom kompressorn 10 och en ledning 120 nära kom- pressorinloppet 10' för att leda brànslegas från gasin- loppsorganen 20 in i tillförselorganen 30 så att en förbi- ledning av bränslegasmassflöde till brännkammaren 60 kan medges, om sà önskas.

Alternativt kan bränslegaskompressorsystemet 5 också utrustas med reglerorgan 100, vilka är placerade i ledning- en för tillförselorganen 30 och ledningen 120 för att re- glera bränslegastillförseln in i brännkammaren 60 och/eller utrustas med reglerorgan 110 som är placerade i ledningen för tillförselorganen 90 för att reglera avgasen efter an- vändning för att driva turbinen 70. Reglerorganen kan vara vilken som helst typ av reglerbara ventiler, t.ex. stryp- ventiler, avstängningsventiler eller liknande.

Kompressorn 10 och turbinen 70 är monterade pà en gemensam rotoraxel 130 som är uppstödd av ej visade lag- ringar. Rotoraxeln visas enbart delvis för tydlighets skull och lagren som stödjer rotoraxeln utesluts också av samma skäl.

Kompressorn 10 är företrädesvis, såsom visas i FIG 1, av en enkelstegs centrifugaltyp och turbinen 70 är av en enkelstegs radialflödestyp. Gas eller luft med ett högt tryck leds ut från en högtrycksdel, t.ex. ett kompressors- teg eller ett ej visat turbinsteg i gasturbinenheten, genom tillförselorganen 80 som är nära eller nedströms brännkam- maren 60. Det är viktigt att trycket fràn den utledda gasen eller luften är tillräckligt för att driva turbinen 70, vilken driver kompressorn 10 hos bränslegaskompressorsyste- met 5 enligt uppfinningen.

W H 20 25 30 35 2001-09-26 E: \PUBLIC\DOC\P\4110006SE .doC MS FIG 2 visar en annan utförandeform av ett bränslega- skompressorsystem 5 monterat inuti ett hölje 50 för en gas- turbinenhet, vilken inte visas helt. Höljet innesluter högtrycksdelen pà gasturbinenheten. Bränslegaskompressor- systemet 5 kan t.o.m. placeras inuti en brännkammare 60 hos gasturbinenheten eller bränslegaskompressorsystemet kan placeras inuti högtrycksdelen hos gasturbinenheten och bara ha reglerorgan inuti brännkammaren, t.ex. sensorer för tryck, temperatur eller massflöde. Lagren som stödjer de roterande delarna är uteslutna för tydlighets skull. Bräns- legaskompressorsystemet innefattar samma komponenter pà kompressorsidan som i FIG 1. Skillnaden avser turbinen 72, vilken driver kompressorn 10. Denna turbin skiljer sig pà så sätt att den är en hydrauliskt driven turbin i stället för den gas- eller luftdrivna turbinen 70 i FIG 1.

Ett oljeflöde leds ut fràn ett lämpligt ej visat högtryckssystem i gasturbinenheten, t.ex. fràn smörjoljesy- stemet och tillförs genom tillförselorgan 82 som sträcker sig fràn högtryckssystemet in i turbininloppet 72', såsom visas i FIG 2. Oljan som tillförs turbinen 72 driver turbi- nen och töms från turbinen genom ledningen i utloppsorganen 92 som leder tillbaka till högtryckssystemet, varigenom en sluten oljekrets àstadkommes. Oljeflödet àstadkommes genom det befintliga oljetrycket i smörjsystemet eller av en se- parat ej visad oljepump, vilken drivs av en befintlig drift, t.ex. den roterande axeln pà gasturbinenheten eller en extern drift, t.ex. en elmotor. Bränslegaskompressorsys- temet 5 innefattar vidare en ledning 120 nära kompressorin- loppet 10' för att leda bränslegasen fràn gasinloppsorganen 20 in i tillförselorganen 30, så att bränslegasmassflödet till kompressorn 10 kan ledas, dvs. ledas förbi, direkt till brännkammaren 60.

FIG 3 visar ännu en annan utförandeform av ett bräns- legaskompressorsystem som är monterat inuti ett hölje 50 för en gasturbinenhet, vilken inte visas i sin helhet såsom 10 U 20 25 30 35 . . . o nu . | ø - - - | a n en 2001-09-26 E : \PUBLIC\DOC\P\4IIOOOGSEJIOC MS i FIG. 1-2. Höljet innesluter högtrycksdelen pà gasturbin- enheten. Detta bränslegaskompressorsystem 5 kan också pla- ceras inuti en brännkammare 60 hos gasturbinenheten pà sam- ma sätt som i FIG. 1-2. Lagren som stödjer de roterande de- larna är också uteslutna för tydlighets skull, såsom i FIG. 1 och 2. met innefattar en kompressor 12 av skruvtyp, gasinloppsor- Denna utförandeform av bränslegaskompressorsyste- gan 20 för att tillföra bränslegasen till kompressorinlop- pet 12' och tillförselorgan 30 för att tillföra den kompri- merade bränslegasen till bränslesystemet och brännkammaren 60 hos gasturbinenheten. Bränslegaskompressorsystemet 5 in- nefattar också en ledning 120 nära kompressorinloppet 12' för att leda bränslegasen från gasinloppsorganen 20 genom tillförselorganen 30 och in i brännkammaren 60, så att sam- ma förbiledningsfunktion som i FIG. 1-2 kan uppnàs.

En elmotor 74 driver kompressorn 12. Alternativt kan kompressorn drivas av vilken annan typ av drift som helst som uppfyller kraven, t.ex. den gas- eller luftdrivna tur- binen 70 i den första utförandeformen av uppfinningen som visas i FIG 1, den oljedrivna turbinen 72 i den andra ut- förandeformen av uppfinningen, som visas i FIG 2, eller en skruvexpander. Om gasturbinenheten driver en höghastighet- selgenerator kan kraftelektroniken som reglerar generatorn också användas för att reglera elmotorn 74.

Den automatiska regleringen av de tre utförandefor- merna för bränslegaskompressorsystemet 5 enligt uppfinning- en kan utföras pà följande sätt: genom att leda förbi den drivande gasen som driver turbinen 70 i FIG 1, hastighets- reglera elmotorn 74 i FIG 3 eller genom att använda juster- bar geometri i turbinen 70 i FIG 1 eller i kompressorn 10 eller 12 i FIG. 1-3. Denna reglering kan också utföras ge- nom att använda vilken annan teknologi som helst som upp- fyller kraven pà reglering.

Under startfasen av gasturbinenheten kan komprimerad luft från en separat tank eller en kompressor användas 10 2001-09-26 E:\PUBLIC\DOC\P\4ll0006SE .dOC MS tills trycket pà luften eller gasen som leds ut från högtrycksdelen pà gasturbinenheten och som används för att driva bränslegaskompressorsystemet 5 har blivit tillräck- ligt högt.

Bränslegaskompressorsystemet 5 enligt uppfinningen kan också ha mer än en kompressor 10 eller 12, dvs. mer än ett kompressorsteg, för att åstadkomma ett tillräckligt högt tryck för bränslegasen när den tillförs brännkammaren 60. Bränslegaskompressorsystemet kan också ha mer än en turbin 70 eller 72, dvs. mer än ett turbinsteg, för att driva varje kompressor. L

Claims (7)

W Ü 20 25 30 35 521 955 8 2001-09-26 B: \PUBLIC\DOC\P\4110006SE .dOC MS PATENTKRÄV

1. Bränslegaskompressorsystem (5) för att öka trycket hos en bränslegas innan den kommer in i ett bränslesystem hos en gasturbinenhet, bränslegaskompressorsystemet inne- fattar åtminstone en kompressor (10), gasinloppsorgan (20) för att tillföra bränslegasen till varje kompressor och tillförselorgan (30) för att tillföra den komprimerade bränslegasen till bränslesystemet hos gasturbinenheten, k ä n n e t e c k n a t av att bränslegaskompressor- systemet (5) är placerat inuti ett hölje (50) för gastur- binenheten.

2. Bränslegaskompressorsystem enligt krav 1, varvid varje kompressor (10, 12) hos bränslegaskompressorsystemet (5) drivs med hjälp av hydraulik-, luft-, eller eldrift.

3. Bränslegaskompressorsystem enligt krav 1, varvid varje kompressor (10, 12) hos bränslegaskompressorsystemet (5) är av centrifugal-, axial-, snäck-, skruvtyp eller vil- ken annan som helst typ av kontinuerlig flödestyp.

4. Bränslegaskompressorsystem enligt krav 3, varvid varje kompressor (10, 12) hos bränslegaskompressorsystemet (5) drivs av en motsvarande turbin (70, 72), vilken är hyd- rauliskt, luft- eller gasdriven med hjälp av olja, kompri- merad luft eller gas som leds ut fràn en högtrycksdel hos gasturbinenheten.

5. Bränslegaskompressorsystem enligt krav 3, varvid varje kompressor (10, 12) hos bränslegaskompressorsystemet (5) drivs av en elmotor (74).

6. Bränslegaskompressorsystem enligt krav 3, varvid varje kompressor (10, 12) hos bränslegaskompressorsystemet (5) är av skruvtyp och drivs av en motsvarande skruvexpan- 521 955 . , , '_' 1 z z 0 - . u. 2001-09-26 E=\Pu1aL1c\DoC\P\411ooossr:.dec Ms ~ - - -' .. ..- .I.'..' ' 9 n u f . nu der hos bränslegaskompressorsystemet, vilken är hydrau- liskt, luft- eller gasdriven med hjälp av olja, komprimerad luft eller gas som leds ut från en högtrycksdel hos gastur- binenheten.

7. Bränslegaskompressorsystem enligt krav 3, varvid varje kompressor (10, 12) är fysiskt ansluten till en ro- terande axel hos gasturbinenheten och drivs av axeln.