机械驱动应用中的气体涡轮及其操作方法技术

公开了一种用于驱动负载诸如泵、压缩机等的驱动系统。驱动系统包括两个离合器，这两个离合器能够操作以使得可以排除负载，以在需要能量峰值时使传输到电网的功率最大化。还公开了一种用于操作用于驱动负载的驱动系统的方法。法。法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】机械驱动应用中的气体涡轮及其操作方法


[0001]本公开涉及对在机械驱动应用中使用的气体涡轮系统的改进，从而在需要全功率发电模式时能够增加效率。具体地但并非完全地，本公开涉及用于驱动负载的混合气体涡轮系统，该负载为例如用于液化天然气设施中的制冷剂流体的压缩机、用于压缩管道运输中的气体的压缩机、泵或任何其它旋转机器。
[0002]本公开进一步涉及对用于操作气体涡轮系统的方法的改进。

技术介绍

[0003]液化天然气(LNG)产生于液化过程，在这个过程中，天然气使用一个或多个级联布置的制冷循环进行冷却，直到其变成液体。天然气通常被液化以用于储存或运输目的，特别是当管道运输不可能时。
[0004]天然气的冷却采用封闭式或开放式制冷循环来执行。制冷剂在一个或多个压缩机中处理，进行冷凝和膨胀。经膨胀和冷却的制冷剂用于从热交换器中流动的天然气中去除热量。
[0005]在可能的情况下，或在经济上可行的情况下，通常使用管道运输来运输天然气。为了保持管道中的气体处于压力下，沿管道布置有一个或多个压缩机。
[0006]LNG中的制冷剂压缩机、用于管道应用的压缩机或用于石油和天然气工业中的应用的其他旋转设备通常由气体涡轮驱动。气体涡轮功率可用性取决于环境条件，即空气温度以及其它特定因素。涡轮功率可用性与环境温度成反比。这导致功率可用性由于每日或季节性温度波动而波动。
[0007]市场上出售所谓的混合气体涡轮，其中电机，或更具体地说，电动马达/发电机与气体涡轮相结合以驱动负载，诸如一个或多个压缩机或泵。电动马达/发电机最初用于补充负载的机械功率，以当涡轮的功率可用性下降时保持负载轴上的总机械功率恒定，和/或增加总机械功率以驱动负载。电动马达/发电机的此功能被称为辅助功率。另一个电动马达或替代地气动马达/发电机通常也用作启动马达，以使气体涡轮从零加速到额定速度。
[0008]相反，当涡轮产生过量的机械功率时，例如，如果环境温度下降到设计温度以下从而导致涡轮的功率可用性增加，或者压缩机所需的机械负载下降，则气体涡轮产生的过量的机械功率转化为电功率，从而将电动辅助马达/发电机用作发电机。
[0009]现在，对能够在必要时(例如在电网出现用电高峰时)供电的系统的需求越来越大。
[0010]为此，采用上述系统构型，也称为传动构型系统。更具体地，该系统通常包括如上所述气体涡轮、负载诸如压缩机、泵等、通过轴连接到负载的电动马达/发电机、以及插置在气体涡轮与负载之间的自动同步离合器。另外，电动马达/发电机连接到电网。因此，电动马达/发电机可以作为马达操作，从而从电网吸收电功率，使得其驱动(或有助于驱动)负载，或可作为发电机操作，从而向电网供应多余的电功率。
[0011]混合气体涡轮系统能够以四种模式操作：辅助模式、发电机模式、全电动模式和全
气体涡轮模式(也称为全功率发电模式)。
[0012]在辅助模式下，气体涡轮和电动马达/发电机两者供给负载。在这种情况下，离合器连接，电动马达/发电机从电网吸收能量，从而作为马达操作，并且气体涡轮也将能量供应到负载。因此，由负载接收的功率是由气体涡轮和由电动马达/发电机生成的功率的总和。
[0013]在发电机模式下，离合器连接，气体涡轮将能量供应到负载，并且电动马达/发电机作为发电机操作，从而将可能的多余能量馈送到电网中。在此类操作模式下，由气体涡轮产生的功率实际上被分割，从而供给负载并将能量引入电网中。
[0014]在全电动模式下，离合器断开，即其被打开，使得可甚至处于关闭状态的气体涡轮可能因此不工作，而电动马达/发电机驱动负载，从而从电网吸收能量，使得电动马达/发电机作为马达操作。在此构型中，离合器用于在零排放运行中转换传动系统。
[0015]最后，在全功率发电模式下，即第四操作模式下，离合器连接，负载诸如压缩机或泵吸收最小扭矩，因为速度保持在最小操作速度，电动马达/发电机作为发电机操作，并且气体涡轮生成功率。该操作模式通常在存在电网所请求的功率吸收峰时操作，因此由涡轮生成的功率必须转化为电能并注入电网。
[0016]在功率需求较高的情况下，需要提供最大能量。因此，需要增加由电机产生的功率。考虑到在这种情况下，电网的阻力矩由于较高的能量需求而增大，气体涡轮必然在全功率低速模式下操作。这意味着气体涡轮每分钟的转数非常低。具体地，以下等式成立
[0017][0018]其中是电动马达吸收的功率，c是阻力矩，并且n是电动马达/发电机的转数。
[0019]然而，负载诸如压缩机或泵吸收来自气体涡轮的功率，这导致电动马达/发电机作为发电机操作时吸收的功率减少。
[0020]据知，具体地例如压缩机(或甚至任何机械负载诸如泵等)的转数不能低于阈值n，主要出于稳定性/可操作性原因。因此，不可避免地损失部分所生成的功率。
[0021]负载的正确操作所需的最小操作速度的问题通常是由于两个主要方面。第一方面具有流体动力性质，而另一方面具有旋转动力性质。对于第一方面，其可被认为是压缩机的喘振或阻塞，或泵的气穴现象。关于旋转动力问题，通常对于压缩机涡轮轴在某些旋转阈值以下可能存在临界速度，这导致轴大幅振动，从而导致各种操作问题，甚至轴断裂。
[0022]换句话说，根据上述构型的根据现有技术的混合气体涡轮系统在全功率发电模式期间具有功率损失，因为压缩机/泵始终处于转动模式，并且即使其处于完全循环的状态下，所吸收的功率(被认为是功率损失)是气体涡轮生成的功率的几个百分点(约7％
‑
12％)的数量级。
[0023]因此，一种能够在必要情况下使传输到负载的功率最大化的改进的混合气体涡轮系统将在本领域中受到欢迎。更具体地，一种包括混合气体涡轮从而在需要全功率发电模式时增加效率的传动系统将受到欢迎。

技术实现思路

[0024]在一个方面，本文公开的主题涉及用于驱动负载诸如泵、压缩机等的驱动系统。驱
动系统包括用于生成功率的气体涡轮和可连接到电网的电动马达/发电机，诸如变频驱动电动马达(VFD电动马达)。电动马达/发电机能够作为马达操作，从而从电网吸收功率，并且作为发电机操作，从而将功率注入电网。
[0025]驱动系统还包括连接在气体涡轮与VFD电动马达之间的第一自动同步离合器或超越离合器以断开气体涡轮，以及连接在负载与VFD电动马达之间的第二自动同步离合器或超越离合器以断开负载。
[0026]在另一方面，本文公开的主题涉及一种驱动系统，其中第一自动同步离合器和第二自动同步离合器由操作者手动操作或由致动器自动操作。
[0027]在另一方面，本文公开了一种用于操作用于驱动负载的驱动系统的方法，该方法包括以下步骤：闭合第一断开装置；打开第二断开装置；将电动马达/发电机作为发电机操作；以将驱动系统在全气体涡轮模式下操作，其中负载断开，并且可将由气体涡轮生成的功率传输到电网。
附图说明
[0028]当结合附图考虑时，通过参考以下详细描述，将容易地获得对本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于驱动负载诸如泵、压缩机等的驱动系统，所述驱动系统包括：气体涡轮，所述气体涡轮被构造成生成功率；电动马达/发电机，所述电动马达/发电机能够连接到电网，其中所述电动马达/发电机能够作为马达操作，从而从电网吸收功率，并且作为发电机操作，从而将功率注入所述电网；第一断开装置，所述第一断开装置连接在所述气体涡轮与所述电动马达/发电机之间，以断开所述气体涡轮；和第二断开装置，所述第二断开装置连接在所述负载与所述电动马达/发电机之间，以断开所述负载。2.根据权利要求1所述的驱动系统，其中所述第一断开装置是自动同步离合器或超越离合器。3.根据权利要求1所述的驱动系统，其中所述第二断开装置是自动同步离合器或超越离合器。4.根据权利要求1所述的驱动系统，其中由所述第一断开装置和所述第二断开装置进行的所述断开或连接由操作者手动操作和/或由致动器自动操作。5.根据权利要求4所述的驱动系统，其中所述第一断开装置和/或所述第二断开装置中的每一者由两个机械部件制成，并且其中所述电动马达/发电机被操作以便使每个第一断开装置和/或所述第二断开装置的一个部件相对于另一个部件反向旋转，以确保所述机械部件的机械脱离。6.根据权利要求1所述的驱动系统，其中所述负载通过驱动轴连接到所述第二断开装置，并且所述负载包括盘车齿轮装置，所述盘车齿轮装置能够操作以用于使将所述负载连接到所述第二断开装置的所述驱动轴反向旋转，以将所述第二断开装置与所述负载断开。7.根据权利要求1所述的驱动系统，其中气体涡轮包括：气体发生器，所述气体发生器包括气体发生器压缩机和高压涡轮，和燃烧器；动力涡轮或低压涡轮；和联接轴，所述联接轴将所述动力涡轮或低压涡轮连接到所述第一断开装置。8.根据权利要求1所述的驱动系统，其中所述电动马达/发电机是变频驱动电动马达(VFD电动马达)。9.根据权利要求1所述的驱动系统，其中所述气体涡轮是重型或航改式气体涡轮。10.一种用于操作用于驱动负载的驱动系统的方法，其中所述驱动系统包括：气体涡轮，所述气体涡轮被构造成生成功率源；电动马达/发电机，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：马可，
申请(专利权)人：诺沃皮尼奥内技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：