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HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein Turbinentriebwerke und
-systeme. Im Besonderen, jedoch ohne sie darauf beschränken zu
wollen, betrifft die vorliegende Erfindung Systeme zur Verbesserung
der Turbinenleistung durch den Einsatz von, u. a., Mehrfach-Wellen-Anordnungen
und/oder mit geringerer Drehgeschwindigkeit laufenden Generatoren.
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Mit
Blick auf den Anstieg der Energiekosten und die wachsende Nachfrage,
steht das Ziel der Verbesserung des Wirkungsgrads von Gasturbinen immer
im Vordergrund. Zu diesem Zweck wurden größere Abmessungen für Gasturbinen,
die in der Lage sind, einen höheren
Massendurchsatz zu verarbeiten, als ein Weg zur Steigerung des Wirkungsgrads
der Stromerzeugung vorgeschlagen. Allerdings sind für die Elektrizitätserzeugung
verwendete Gasturbinen im Allgemeinen aufgrund des Wechselspiels
von zwei Faktoren hinsichtlich ihrer Abmessung beschränkt. Erstens
arbeiten elektrizitätserzeugende
Gasturbinen, um den Bedarf eines Untersetzungsgetriebes zu vermeiden,
im Allgemeinen mit derselben Frequenz wie das Wechselspannungsnetz.
Da ein Großteil
der Länder
in der Welt Wechselstromleistung mit einer Frequenz von entweder
50 Hz oder 60 Hz einspeist, ist die Betriebsfrequenz für Kraftwerksgasturbinen
daher auf entweder 50 Hz oder 60 Hz beschränkt. (Zu beachten ist, dass
die beiden am meisten verbreiteten Frequenzen bei der Stromerzeugung,
d. h. 50 Hz und 60 Hz, aus Gründen
der Kürze
und Übersichtlichkeit
im Folgenden mit 60 Hz bezeichnet werden. Falls nicht anders lautend festgestellt,
versteht sich, dass ein Bezug auf eine Frequenz von 60 Hz auch einen
Bezug auf die Fre quenz von 50 Hz sowie auf ähnliche Frequenzen einschließt, die
möglicherweise
in einem Wechselspannungs-Energieversorgungsnetz
genutzt werden).
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Der
zweite Faktor ist die Unfähigkeit
herkömmlicher
Materialien, den Zentrifugalspannungen bzw. -beanspruchungen zu
widerstehen, die in Zusammenhang mit den rotierenden Teilen größerer Turbinen
auftreten. Mit der Zunahme der Abmessungen und des Massendurchsatzes
von Turbinen wachsen notwendigerweise auch die Abmessungen und das
Gewicht der rotierenden Teile der Turbine. Was die rotierenden Teile,
beispielsweise die Turbinenschaufeln, betrifft, führt diese
Steigerung der Abmessungen und des Gewichts allerdings dazu, dass diese
Teile eine erhebliche Steigerung der Zentrifugalspannung erfahren,
falls die normale Betriebsfrequenz von 50–60 Hz beibehalten wird. Wie
dem Fachmann klar ist, ist dieser Umstand besonders problematisch
für die
größeren und
schwereren Turbinenschaufeln der Niederdruck- oder hinteren Turbinenstufen.
In den vorderen Abschnitten des Verdichters, wo sich die größeren Verdichterschaufelblätter befinden,
können übermäßige Zentrifugalspannungen
in ähnlicher
Weise ein beschränkendes
Problem darstellen. Somit lassen gegenwärtige Materialbeschränkungen
es nicht zu oder machen es zu kostspielig, Komponenten herzustellen,
die in der Lage sind, in diesen größeren Turbinen erfolgreich
zu arbeiten.
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Die
Kombination dieser beiden Probleme begrenzt im Allgemeinen die Abmessungen,
mit denen sich Kraftwerksturbinen unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten
aufbauen lassen. Als Folge hiervon werden keine größeren und
effizienteren Turbinen verwirklicht. Es besteht somit ein Bedarf
nach verbesserten Verfahren und Systemen zum Betreiben von Turbinen,
die es erlauben, größere Turbinen
kostengünstig
aufzubauen und zu betreiben.
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KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft daher ein Kraftwerksturbinensystem,
das einen Axialverdichter enthalten kann, der einen Luftstrom verdichtet,
der anschließend
mit einem Brennstoff vermischt und in einer Brennkammer verbrannt
wird, so dass der sich ergebende Strom heißen Gases durch eine Turbine geleitet
wird. Die Turbine kann einen Niederdruckturbinenabschnitt und einen
Hochdruckturbinenabschnitt aufweisen. Der Hochdruckturbinenabschnitt kann über eine
erste Welle mit dem Axialverdichter verbunden sein, so dass der
Hochdruckturbinenabschnitt im Betrieb wenigstens eine Komponente
des Axialverdichters antreibt. Der Hochdruckturbinenabschnitt kann über die
erste Welle mit einem schnell laufenden Generator verbunden sein,
so dass der Niederdruckturbinenabschnitt im Betrieb den schnell laufenden
Generator antreibt. Weiter kann der Niederdruckturbinenabschnitt über eine
zweite Welle mit einem langsam laufenden Generator verbunden sein,
so dass der Niederdruckturbinenabschnitt im Betrieb den langsam
laufenden Generator antreibt.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Kraftwerksturbinensystem,
das enthalten kann: 1) eine Turbine, die zwei Abschnitte aufweist,
nämlich einen
Hochdruckturbinenabschnitt und einen Niederdruckturbinenabschnitt,
die jeweils auf einer gesonderten Welle angeordnet sind; 2) einen
Axialverdichter, der einen Luftstrom verdichtet, der anschließend mit
einem Brennstoff vermischt und in einer Brennkammer verbrannt wird,
so dass der sich ergebende Strom heißen Gases durch die Turbine
geleitet wird; 3) einen zweipoligen Generator; 4) einen vierpoligen Generator;
5) eine erste Welle, die den Hochdruckturbinenabschnitt mit dem
Axialverdichter und dem zweipoligen Generator verbindet, so dass
der Hochdruckturbinenabschnitt im Betrieb den Axialverdichter und
den zweipoligen Generator an treibt; und 6) eine zweite Welle, die
den Niederdruckturbinenabschnitt mit dem vierpoligen Generator verbindet,
so dass der Niederdruckturbinenabschnitt im Betrieb den vierpoligen
Generator antreibt.
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Der
Hochdruckturbinenabschnitt kann 1 bis 2 Stufen aufweisen, und der
Niederdruckturbinenabschnitt kann 2 bis 4 Stufen aufweisen. Der
Hochdruckturbinenabschnitt kann dazu eingerichtet sein zu arbeiten,
wenn der Druck des hindurch strömenden
Arbeitsfluidstroms im Bereich von etwa 260 bis 450 psi liegt; und
der Niederdruckturbinenabschnitt kann dazu eingerichtet sein zu
arbeiten, wenn der Druck des hindurch strömenden Arbeitsfluidstroms im
Bereich von etwa 50 bis 150 psi liegt. Die Turbine kann mehrere
Stufen aufweisen; und der Hochdruckturbinenabschnitt kann die vorderen
Turbinenstufen enthalten, während
der Niederdruckturbinenabschnitt die hinteren Turbinenstufen enthält. Der
langsam laufende Generator kann auf einem vierpoligen Generator
basieren. Der langsam laufende Generator kann auf einem sechspoligen
Generator basieren. Der langsam laufende Generator kann auf einem achtpoligen
Generator basieren. Der schnell laufende Generator kann auf einem
zweipoligen Generator basieren. Die allgemeine Betriebsfrequenz
des Niederdruckturbinenabschnitts und des langsam laufenden Generators
kann etwa 25 bis 30 Hz betragen. Die allgemeine Betriebsfrequenz
des Hochdruckturbinenabschnitts, des Axialverdichters und des schnell
laufenden Generators kann etwa 50 bis 60 Hz betragen.
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Diese
und weitere Merkmale der vorliegenden Anmeldung erschließen sich
nach dem Lesen der folgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsbeispiele
mit Bezug auf die Zeichnungen und die beigefügten Patentansprüche.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 veranschaulicht
in einer schematischen Zeichnung die Konstruktion eines Kraftwerksturbinensystems
mit einem herkömmlichen Aufbau
nach dem Stand der Technik.
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2 veranschaulicht
in einer schematischen Zeichnung die Konstruktion eines Kraftwerksturbinensystems
gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Anmeldung.
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3 veranschaulicht
in einer schematischen Zeichnung die Konstruktion eines Kraftwerksturbinensystems
gemäß einem
abgewandelten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Anmeldung.
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4 veranschaulicht
in einer schematischen Zeichnung die Konstruktion eines Kraftwerksturbinensystems
gemäß einem
abgewandelten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Anmeldung.
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5 veranschaulicht
in einer schematischen Zeichnung die Konstruktion eines Kraftwerksturbinensystems
gemäß einem
abgewandelten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Anmeldung.
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6 veranschaulicht
in einer schematischen Zeichnung die Konstruktion eines Kraftwerksturbinensystems
gemäß einem
abgewandelten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Anmeldung.
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7 veranschaulicht
in einer schematischen Zeichnung die Konstruktion eines Kraftwerksturbinensystems
gemäß einem
abgewandelten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Anmeldung.
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8 veranschaulicht
in einer schematischen Zeichnung die Konstruktion eines Kraftwerksturbinensystems
gemäß einem
abgewandelten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Anmeldung.
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9 veranschaulicht
in einer schematischen Zeichnung die Konstruktion eines Kraftwerksturbinensystems
gemäß einem
abgewandelten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Anmeldung.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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Mit
Bezugnahme auf die Figuren, in denen die unterschiedlichen Bezugsnummern
gleichartige Elemente über
die unterschiedlichen Ansichten hinweg bezeichnen, veranschaulicht 1 in
einer schematischen Zeichnung die Konstruktion eines Kraftwerksturbinensystems
nach dem Stand der Technik. Im Allgemeinen entzieht eine Gasturbine
einem Strom heißen
Gases, der durch Verbrennung von Gas oder Heizöl in einem Strom verdichteter
Luft erzeugt wird, Energie. Die Gasturbine 100 als solche enthält einen
stromaufwärts
gelegenen Axialverdichter oder Verdichter 104, der durch
eine einzige oder gemeinsame Welle 108 mechanisch mit einer
stromabwärts
befindlichen Turbine 112 und einem Generator 116 verbunden
ist, wobei zwischen dem Verdichter 104 und der Turbine 112 eine
Brennkammer 120 angeordnet ist.
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Im
Betrieb kann die Rotation von Verdichterschaufelblättern in
dem Axialverdichter 104 einen Luftstrom verdichten. Wenn
die verdichtete Luft mit Brennstoff vermischt und in der Brennkammer 120 gezündet wird,
kann anschließend
Energie freigegeben werden. Der aus der Brennkammer stammende, sich
ergebende Strom expandierender heißer Gase kann anschließend über die
Laufschaufeln oder Schaufeln in der Turbine 112 gelenkt
werden, so dass die Energie des heißen Stroms von Gasen in die
mechanische Energie der rotierenden Welle 108 umgewandelt
wird. Wie beschrieben, kann die gemeinsame Welle 108 den
Verdichter 104 mit der Turbine 112 verbinden,
so dass die durch den durch die Turbine 112 strömenden Strom
hervorgerufene Rotation der Welle 108 den Verdichter 104 antreiben
kann. Die gemeinsame Welle 108 kann außerdem die Turbine 112 mit
dem Generator 116 verbinden, so dass die durch den durch
die Turbine 112 strömenden
Strom hervorgerufene Rotation der Welle 108 den Generator 116 antreiben
kann.
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Der
Generator 116 wandelt die mechanische Energie der rotierenden
Welle in elektrische Energie um. Typischerweise ist der Generator 116 in
Kraftwerksanwendungen ein zweipoliger Generator. Wie dem Fachmann
klar wird, muss die Welle 108, falls kein Getriebe – das in
der Regel die Komplexität
und die Kosten des Systems steigert und dessen Wirkungsgrad senkt – verwendet
wird, den zweipoligen Generator mit einer Frequenz von 60 Hz antreiben, um
elektrische Energie zu erzeugen, die mit dem lokalen Wechselspannungs-Versorgungsnetz
kompatibel ist. Die Voraussetzungen des Wechselspannungsnetzes,
die Verwendung zweipoliger Generatoren und die Nachteile in Zusammenhang
mit der Verwendung eines Getriebes bedingen somit im Allgemeinen,
dass Turbinen bei der Frequenz von 60 Hz arbeiten müssen. Wie
oben beschrieben, sind Turbinen, die im Bereich einer so hohen Frequenz
arbeiten, im Allgemeinen wegen der großen Zentrifugalbeanspruchungen,
die an ihren rotierenden Teilen auftreten, hinsichtlich ihrer Abmessungen
und ihrer Durchflusskapazität
beschränkt.
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2 veranschaulicht
in einer schematischen Zeichnung die Konstruktion eines Kraftwerksturbinensystems 200 gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Anmeldung. (Zu beachten ist, dass über die
gesamte Beschreibung der 2–9 hinweg
vielfältige
Systemkomponenten beschrieben werden. Diese Systemkomponenten sind
beispielsweise Generatoren, Turbinen, Dampfturbinen, Brennkammern,
Verdichter und Mehrfachwellen. Falls nicht anders lautend dargelegt,
sollen die Beschreibungen der Systemkomponenten in einem weiten
Sinne verstanden werden, um sämtliche Abwandlungen
jeder einzelnen zu beinhalten. Darüber hinaus bezeichnet in dem
hier verwendeten Sinne der Begriff "Turbine" allgemein den Turbinenabschnitt einer
Gasturbine, während "Dampfturbine" den Turbinenabschnitt
einer Dampfturbine bezeichnet). Das Turbinensystem 200 kann
einen Verdichter 104, eine Brennkammer 120, eine
Turbine mit einem Hochdruckturbinenabschnitt 204 und einem
Niederdruckturbinenabschnitt 208, und einen langsam laufenden
Generator 212 enthalten. In dem hier verwendeten Sinne
sollen mit den Begriffen "Niederdruckturbinenabschnitt" und "Hochdruckturbinenabschnitt" die entsprechenden
Betriebsdruckpegel jeweils im Vergleich zu dem der anderen unterschieden
werden (d. h. die vorderen Stufen einer typischen Turbine könnten als
der "Hochdruckturbinenabschnitt" bezeichnet werden,
und die hinteren Stufen könnten
als der "Niederdruckturbinenabschnitt" bezeichnet werden,
da der Druck der Strömung
abnimmt, während das
Arbeitsfluid durch die Turbine hindurch – zunächst durch den vorderen Abschnitt
und anschließend
durch den hinteren Abschnitt – expandiert).
Somit soll diese Terminologie, falls nicht anders lautend festgestellt,
keinesfalls beschränkend
sein. Darüber hinaus
soll der Begriff "schnell
laufender Generator" in
dem hier verwendeten Sinne einen herkömmlichen zweipoligen Generator,
wie er gewöhnlich
in Kraftwerksanwendungen eingesetzt wird. Der Begriff "langsam laufender
Generator" soll
einen Generator bezeichnen, der mehr als zwei Pole aufweist, beispielsweise
einen vierpoligen Generator, einen sechspoligen Generator, einen
achtpoligen Generator, usw. bezeichnen.
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Der
Verdichter 104 kann in einer herkömmlichen Weise über eine
erste Welle 216 mit dem Hochdruckturbinenabschnitt 204 verbunden
sein, so dass der Hochdruckturbinenabschnitt 204 im Betrieb
den Axialverdichter antreibt. In derselben Weise kann der Niederdruckturbinenabschnitt 208 über eine
zweite Welle 220 mit einem langsam laufenden Generator 212 verbunden
sein, so dass der Niederdruckturbinenabschnitt 208 im Betrieb
den langsam laufenden Generator 212 antreibt. In einigen
Ausführungsbeispielen
kann der Hochdruckturbinenabschnitt 204 1 bis 2 Stufen
aufweisen, und der Niederdruckturbinenabschnitt 208 kann
2 bis 4 Stufen aufweisen. Darüber hinaus
kann der Hochdruckturbinenabschnitt 204 in einigen Ausführungsbeispielen
so definiert sein, dass er die Stufen einer Turbine umfasst, die
dazu eingerichtet sind zu arbeiten, wenn der Druck des Stroms expandierender
heißer
Gase (d. h. des Arbeitsfluids) im Bereich von etwa 260 bis 450 psi
liegt. Ferner kann der Niederdruckturbinenabschnitt 208 in
einigen Ausführungsbeispielen
so definiert sein, dass er die Stufen einer Turbine enthält, die
dazu eingerichtet sind zu arbeiten, wenn der Druck des Arbeitsfluids
im Bereich von etwa 50 bis 150 psi liegt.
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Im
Betrieb kann das Kraftwerksturbinensystem 200 wie folgt
arbeiten: Die Rotation von Verdichterschaufeln in dem Axialverdichter 104 kann
einen Luftstrom verdichten. Wenn die verdichtete Luft mit Brennstoff
vermischt und in der Brennkammer 120 gezündet wird,
kann anschließend
Energie freigesetzt werden. Der sich ergebende, aus der Brennkammer 120 herrührende Strom
expandierender heißer
Gase kann anschließend über die
in dem Hochdruckturbinenabschnitt 204 angeordneten Schaufeln geleitet
werden, so dass die Energie des heißen Stroms von Gasen in die
mechanische Energie der rotierenden ersten Welle 216 umgewandelt
wird. Die erste Welle 216 kann mit dem Axialverdichter 104 verbunden
sein, so dass die Rotation der Welle 216, die durch den über den
Hochdruckturbinenabschnitt 204 strömenden Arbeitsfluidstrom hervorgerufen wird,
den Axialverdichter 104 antreiben kann. Da der Hochdruckturbinenabschnitt 204 nicht
mit einem Generator verbunden ist, ist seine Betriebsfrequenz nicht
auf irgend ein spezielles Niveau beschränkt, so dass dieser mit einer
beliebigen Frequenz betrieben werden kann, die für das System den größten Wirkungsgrad
erzielt. In einigen Ausführungsbeispielen kann
die Betriebsfrequenz für
den Hochdruckturbinenabschnitt 204 mindestens etwa 50 Hz
betragen. Da in dem System kein Getriebe vorhanden ist, wird die
Betriebsfrequenz des Axialverdichters 104 selbstverständlich mit
der Frequenz des Hochdruckturbinenabschnitts 204 übereinstimmen.
In weiteren Ausführungsbeispielen
kann die Betriebsfrequenz für den
Hochdruckturbinenabschnitt 204 wenigstens 70 Hz betragen.
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Nachdem
sich der Arbeitsfluidstrom durch den Hochdruckturbinenabschnitt 204 hindurch
ausgedehnt hat, kann das Arbeitsfluid anschließend durch den Niederdruckturbinenabschnitt 208 gelenkt werden. Ähnlich wie
in dem oben beschriebenen Prozess kann der Arbeitsfluidstrom über die
in dem Niederdruckturbinenabschnitt 208 angeordneten Schaufelstufen
geleitet werden, so dass die Energie des strömenden Arbeitsfluids in die
mechanische Energie der rotierenden zweiten Welle 220 umgewandelt wird.
Die zweite Welle 220 kann den Niederdruckturbinenabschnitt 208 mit
dem langsam laufenden Generator 212 koppeln, so dass die
Rotation der zweiten Welle 220, die durch den über den
Niederdruckturbinenabschnitt 208 strömenden Arbeitsfluidstrom hervorgerufen
wird, den langsam laufenden Generator 212 antreiben kann.
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Wie
erwähnt,
kann der langsam laufende Generator 212 ein Generator sein,
der mehr als zwei Pole aufweist, so dass der langsam laufende Generator 212 elektrische
Energie mit einer Frequenz ausgeben kann, die mit dem lokalen Wechselspannungs-Versorgungsnetz kompatibel
ist, während
er eine Wellenfrequenz empfängt,
die wesentlich geringer ist. Folglich könnte der langsam laufende Turbinenabschnitt 208 beispielsweise
in dem Fall, in dem der langsam laufende Generator 212 ein
vierpoliger Generator ist, mit einer reduzierten Frequenz von 30 Hz
betrieben werden und dennoch eine Wechselstromleistungsfrequenz
von 60 Hz hervorbringen, die mit dem Wechselspannungsnetz kompatibel
wäre. D. h.,
die Betriebsfrequenz von 30 Hz des langsam laufenden Turbinenabschnitts 208 würde die
zweite Welle 220 mit einer Frequenz von 30 Hz antreiben, die
wiederum den vierpoligen Generator mit einer Frequenz von 30 Hz
antreiben würde.
Der vierpolige Generator würde
dann Wechselstromleistung mit etwa 60 HZ ausgeben. In einer ähnlichen
Weise können
dieselben Ergebnisse (d. h. eine Ausgabe einer kompatiblen Wechselstromleistung
mit oder bei einer Frequenz von 60 Hz) mittels kleinerer Betriebsfrequenzen
für den
langsam laufenden Turbinenabschnitt 208 erreicht werden,
falls ein sechspoliger Generator oder ein achtpoliger Generator
verwendet würde.
Selbstverständlich
sind auch Generatoren möglich,
die eine höhere
Anzahl von Polen aufweisen.
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Da
der Druck des Arbeitsfluids stark vermindert ist, wenn der Strom
die hinteren Turbinenstufen erreicht, müssen die rotierenden Teile
in diesem Bereich, insbesondere die Schaufeln, wie beschrieben, wesentlich
größer bemessen
sein, um die restliche Energie des Arbeitsfluids wirkungsvoll aufzunehmen. Da
die Abmessung der rotierenden Teile zunehmend wächst, wachsen selbstverständlich auch
die Zentrifugalspannungsniveaus, denen die rotierenden Teile ausgesetzt
sind, und dies werden gegebenenfalls hinsichtlich der vorgegebenen
Betriebsgrenzen der verfügbaren
Materialien unzulässig
hoch. Dies kann, wie erörtert,
die weitere Steigerung der Abmessungen und der Durchflusskapazitäten von
Turbinentriebwerken begrenzen, selbst wenn eine solche Steigerung
im Ergebnis eine effizientere Energieerzeugung hervorbringen würde. Allerdings
kann der Niederdruckturbinenabschnitt 208 durch die Nutzung des
langsam laufenden Generators 212 eine kompatible Wechselspannung
bei reduzierten Betriebsfrequenzen erzeugen. Die Verringerungen
der Frequenz reduzieren die auf die rotierenden Teile einwirkende
Zentrifugalspannung beträchtlich,
was es erlaubt, die Teile größer zu bemessen.
Dies ermöglicht es,
größere Abmessungen
und Durchflusskapazitäten
eines Turbinentriebwerks zu erzielen. Darüber hinaus erlaubt die Nutzung
von mehreren Wellen, d. h. der ersten Welle 216 und der
zweiten Welle 220, durch das Kraftwerksturbinensystem 200 es,
den Hochdruckturbinenabschnitt 204 (der wegen der durch
diesen Abschnitt hindurch vorliegenden höheren Druckwerte mit das Problem übermäßiger Zentrifugalspannungen
mildernden kleineren rotierenden Teilen wirkungsvoll arbeitet) mit
einer anderen höheren
(d. h. effizienteren) Frequenz zu betreiben als den Niederdruckturbinenabschnitt 208.
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3 veranschaulicht
in einer schematischen Zeichnung die Konstruktion eines Kraftwerksturbinensystems 300 gemäß einem
abgewandelten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Anmeldung. Das Kraftwerksturbinensystem 300 kann
mit Ausnahme der Hinzufügung
einer Dampfturbine 302 dieselben Systemkomponenten enthalten
wie das Kraftwerksturbinensystem 200. Wie dem Fachmann klar
ist, ist es beispielsweise möglich,
Abwärme
von einer Gasturbine durch einen Wärmerückgewinnungsdampferzeuger bzw.
Abhitzedampferzeuger wiederzugewinnen, um eine herkömmliche
Dampfturbine anzutreiben. Wie weiter unten näher erläutert, kann die Dampfturbine 302 in
einigen Ausführungsbeispielen
eine Niederdruckdampfturbine sein. In dem hier verwendeten Sinne
bezeichnet der Begriff "Niederdruckdampfturbine" im Allgemeinen eine Dampfturbine,
die lediglich die Niederdruck- oder hinteren Stufen einer herkömmlichen
Dampfturbine enthält.
Die Dampfturbine 302 kann über die zweite Welle mit dem
langsam laufenden Generator 212 verbunden sein, so dass
im Betrieb sowohl der Niederdruckturbinenabschnitt 208 als
auch die Niederdruckdampfturbine 302 den langsam laufenden
Generator 212 antreiben. Dementsprechend kann die Dampfturbine 302 mit
denselben Frequenzen arbeiten, wie sie in Zusammenhang mit dem Niederdruckturbinenabschnitt 208 beschrieben
wurden (d. h. falls der langsam laufenden Generator 212 ein
vierpoliger Generator ist, kann die Dampfturbine 302 bei
einer Frequenz von 30 Hz arbeiten). Ansonsten können die Systemkomponenten
des Kraftwerksturbinensystems 300 im Wesentlichen ähnlich arbei ten,
wie es hierin in Zusammenhang mit denselben Systemkomponenten in
den anderen Ausführungsbeispielen
beschrieben ist.
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4 veranschaulicht
in einer schematischen Zeichnung die Konstruktion eines Kraftwerksturbinensystems 400 gemäß einem
abgewandelten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Anmeldung. Das in 4 veranschaulichte
Ausführungsbeispiel
enthält
im Wesentlichen dieselben Systemkomponenten wie das Kraftwerksturbinensystem 200 in 2,
jedoch wurde der Ort des langsam laufenden Generators 212 modifiziert.
In 2 wird der langsam laufende Generator 212,
da er sich auf derselben Seite wie die Turbinenabschnitte 204, 208 befindet,
als auf der "Heißseite" angeordnet bezeichnet. In 4 wird
der langsam laufende Generator 212, da er sich auf derselben
Seite wie der Axialverdichter 104 befindet, als auf der "Kaltseite" angeordnet bezeichnet.
Wie dem Fachmann klar ist, arbeiten die erste Welle 216 und
die zweite Welle 220, wie in 4 veranschaulicht,
voneinander unabhängig
und bei unterschiedlichen Frequenzen (d. h. die zweite Welle 220 befindet
sich, wie veranschaulicht, im Innern der ersten Welle 216).
Ansonsten können
die Systemkomponenten des Kraftwerksturbinensystems 400 im
Wesentlichen ähnlich
arbeiten, wie es hierin in Zusammenhang mit denselben Systemkomponenten
in den anderen Ausführungsbeispielen
beschrieben ist.
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5 veranschaulicht
in einer schematischen Zeichnung die Konstruktion eines Kraftwerksturbinensystems 500 gemäß einem
abgewandelten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Anmeldung. Das in 5 dargestellte
Ausführungsbeispiel enthält im Wesentlichen
dieselben Systemkomponenten wie das Kraftwerksturbinensystem 300 nach 3,
jedoch wurden die Orte des langsam laufenden Generators 212 und
der langsam laufenden Dampfturbine 302 modifiziert. In 5 sind
sowohl der langsam laufende Generator 212 als auch die Niederdruckdampfturbi ne 302 auf
der Kaltseite angeordnet. Ansonsten können die Systemkomponenten des
Kraftwerksturbinensystems 500 im Wesentlichen ähnlich arbeiten,
wie es hierin in Zusammenhang mit denselben Systemkomponenten in
den anderen Ausführungsbeispielen
beschrieben ist.
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6 und 7 veranschaulichen
in schematischen Zeichnungen ein Kraftwerksturbinensystem 600 bzw.
ein Kraftwerksturbinensystem 700 gemäß abgewandelten Ausführungsbeispielen
der vorliegenden Anmeldung. Sowohl 6 als auch 7 veranschaulichen
Ausführungsbeispiele,
bei denen der Axialverdichter einen Hochdruckverdichterabschnitt 602 und
einen Niederdruckverdichterabschnitt 606 enthält, die
auf gesonderten Wellen angeordnet sind. Wie im Einzelnen weiter
unten erörtert, kann
die Verwendung gesonderter Wellen es erlauben, dass jeder der Verdichterabschnitte
mit unterschiedlichen Frequenzen läuft und von verschiedenen Verdichterabschnitten
angetrieben wird, um den Betrieb zu verbessern.
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Mit
Bezugnahme auf das erfindungsgemäße Ausführungsbeispiel
nach 6 kann eine erste Welle 216 den Hockdruckverdichterabschnitt 602 auf herkömmliche
Weise mit einem Hochdruckturbinenabschnitt 204 verbinden.
Eine zweite Welle 220 kann einen Niederdruckturbinenabschnitt 208 mit
dem Niederdruckverdichterabschnitt 606 verbinden. Weiter
kann die zweite Welle 220 den Niederdruckturbinenabschnitt 208 mit
einem langsam laufenden Generator 212 verbinden. Zu beachten
ist, dass in dem Ausführungsbeispiel
nach 6 der langsam laufende Generator 212 auf
der Kaltseite angeordnet ist. In abgewandelten Ausführungsbeispielen
kann der langsam laufende Generator 212 auch auf der Heißseite angeordnet
sein.
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Im
Betrieb kann das Kraftwerksturbinensystem 600 wie folgt
arbeiten: Die Rotation von in dem Hochdruckverdichterab schnitt 602 und
in dem Niederdruckverdichterabschnitt 606 angeordneten
Verdichterschaufeln kann einen Luftstrom verdichten. Wenn die verdichtete
Luft mit Brennstoff vermischt und in der Brennkammer 120 gezündet wird,
kann anschließend
Energie freigegeben werden. Der sich ergebende, aus der Brennkammer 120 stammende Strom
expandierender heißer
Gase kann anschließend über die
in dem Hochdruckturbinenabschnitt 204 angeordneten Schaufeln
gelenkt werden, so dass die in dem heißen Strom von Gasen enthaltene Energie
in die mechanische Energie der rotierenden ersten Welle 216 umgewandelt
wird. Die erste Welle 216 kann mit dem Hochdruckverdichterabschnitt 602 verbunden
sein, so dass die Rotation der Welle 216, die durch den über den
Hochdruckturbinenabschnitt 204 strömenden Arbeitsfluidstrom hervorgerufen wird,
den Hochdruckverdichterabschnitt 602 antreibt. Da der Hochdruckturbinenabschnitt 204 nicht
mit einem Generator verbunden ist, ist seine Betriebsfrequenz auf
kein spezielles Niveau beschränkt,
so dass er mit einer beliebigen Frequenz betrieben werden kann,
die für
das System den größten Wirkungsgrad ergibt.
In einigen Ausführungsbeispielen
kann die Betriebsfrequenz für
den Hochdruckturbinenabschnitt 204 mindestens etwa 50 Hz
betragen. Da in dem System kein Getriebe vorhanden ist, wird die Betriebsfrequenz
des Hochdruckverdichterabschnitts 602 selbstverständlich mit
der Frequenz des Hochdruckturbinenabschnitts 204 übereinstimmen. In
weiteren Ausführungsbeispielen
kann die Betriebsfrequenz für
den Hochdruckturbinenabschnitt 204 mindestens etwa 70 Hz
betragen. In noch weiteren Ausführungsbeispielen
kann der Hochdruckverdichterabschnitt 1 bis 2 Stufen aufweisen und
der Niederdruckverdichterabschnitt 2 bis 4 Stufen aufweisen.
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Nachdem
der Arbeitsfluidstrom über
den Hochdruckturbinenabschnitt 204 expandiert ist, kann der
Strom anschließend
durch den Niederdruckturbinenabschnitt 208 gelenkt werden. Ähnlich wie
in dem oben beschriebenen Prozess kann der Ar beitsfluidstrom über die
in dem Niederdruckturbinenabschnitt 208 angeordneten Schaufelstufen
gelenkt werden, so dass die in dem Arbeitsfluid enthaltene Energie
in die mechanische Energie der rotierenden zweiten Welle 220 umgewandelt
wird. Die zweite Welle 220 kann den Niederdruckturbinenabschnitt 208 mit
dem langsam laufenden Generator 212 verbinden, so dass
die Rotation der zweiten Welle 220, die durch den über den
Niederdruckturbinenabschnitt 208 strömenden Arbeitsfluidstrom hervorgerufen
wird, den langsam laufenden Generator 212 antreibt.
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Wie
oben näher
erläutert,
kann der langsam laufende Generator 212 ein Generator sein,
der mehr als zwei Pole aufweist, so dass der langsam laufende Generator 212 elektrische
Energie mit einer Frequenz ausgeben kann, die mit dem lokalen Wechselspannungsnetz
kompatibel ist, während
er eine Wellenumlauffrequenz aufnimmt, die wesentlich geringer ist.
Folglich könnte
der langsam laufende Turbinenabschnitt 208 beispielsweise
in dem Fall, dass der langsam laufende Generator 212 ein
vierpoliger Generator ist, mit einer reduzierten Frequenz von 30
Hz betrieben werden und dennoch eine Wechselstromfrequenz von 60
Hz hervorbringen, die mit dem Wechselspannungsnetz kompatibel wäre.
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Die
zweite Welle 220 kann ebenfalls den langsam laufenden Turbinenabschnitt 208 mit
dem langsam laufenden Verdichterabschnitt 606 verbinden,
so dass die Rotation der zweiten Welle 220, die durch den über den
Niederdruckturbinenabschnitt 208 strömenden Arbeitsfluidstrom hervorgerufen wird,
den langsam laufenden Verdichter 606 antreibt. Wie zuvor
beschrieben, beschränkt
sich das Problem hoher Frequenzen und größerer rotierender Teile nicht
auf den Turbinenabschnitt der Anlage, sondern kann auch bei dem
Verdichter ein Problem darstellen. Während die rotierenden Laufschaufeln
des Verdichters größer bemessen
werden, um zu Systemen mit höherer
Turbinenleistung und größeren Durchflusskapazitäten zu passen,
wird übermäßige Zentrifugalbeanspruchung
zu einem Problem. Dies trifft insbesondere für die vorderen Niederdruckstufen
des Verdichter zu, wo größere Verdichterschaufelblätter erforderlich
sind.
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Dieses
Problem lässt
sich auf effiziente Weise lösen,
indem der Niederdruckverdichterabschnitt 606 auf einer
gesonderten Welle mit einer geringeren Frequenz drehend angetrieben
wird als die Stufen höheren
Drucks am hinteren Ende des Verdichters. An sich kann die zweite
Welle 220 den Niederdruckturbinenabschnitt 208 mit
dem Niederdruckverdichterabschnitt 606 verbinden. Auf diese
Weise kann der Niederdruckverdichterabschnitt 606 wirkungsvoll
genutzt werden, um die Verdichtung durch den Verdichter zu verstärken, während mit
einer geringeren Frequenz gearbeitet wird, so dass die Abmessung
der rotierenden Teile nicht beschränkt ist. Ansonsten können die
Systemkomponenten des Kraftwerksturbinensystems 600 im
Wesentlichen ähnlich
arbeiten, wie es hierin in Zusammenhang mit denselben Systemkomponenten
in den anderen Ausführungsbeispielen
beschrieben ist.
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7 veranschaulicht
ebenfalls ein Ausführungsbeispiel,
in dem der Axialverdichter einen Hochdruckverdichterabschnitt 602 und
einen Niederdruckverdichterabschnitt 606 enthält, die
auf gesonderten Wellen angeordnet sind. Das Kraftwerksturbinensystem 700 enthält eine
Niederdruckdampfturbine 302, die über die zweite Welle 220 mit
dem langsam laufenden Stromgenerator 212, dem Niederdruckverdichterabschnitt 606 und
dem Niederdruckturbinenabschnitt 208 verbunden ist. Zu
beachten ist, dass die Niederdruckdampfturbine 302 in dem
Ausführungsbeispiel
nach 7 auf der Kaltseite angeordnet ist. In abgewandelten
Ausführungsbeispielen kann
die Niederdruckdampfturbine 302 auf der Heißseite angeordnet
sein. Im Betrieb kann die Niederdruckdampfturbine 302 wirksam
sein, um den langsam laufenden Generator 212 und den Niederdruckverdichterabschnitt 606 bei
einer reduzierten Frequenz anzutreiben, wie es oben in Zusammenhang mit
anderen Ausführungsbeispielen
beschrieben ist, die die Niederdruckdampfturbine enthalten. Ansonsten
können
die Systemkomponenten des Kraftwerksturbinensystems 700 im
Wesentlichen ähnlich arbeiten,
wie es hierin in Zusammenhang mit denselben Systemkomponenten in
den anderen Ausführungsbeispielen
beschrieben ist.
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8 veranschaulicht
in einer schematischen Zeichnung ein Kraftwerksturbinensystem 800 gemäß einem
abgewandelten Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Anmeldung. Wie zu sehen, kann eine erste Welle 216 auf
herkömmliche
Weise einen Hochdruckturbinenabschnitt 204 mit einem Axialverdichter 104 verbinden.
Die erste Welle 216 kann außerdem den Hochdruckturbinenabschnitt 204 mit
einem schnell laufenden Generator 802 verbinden. Eine zweite
Welle 220 kann einen Niederdruckturbinenabschnitt 208 mit
einem langsam laufenden Generator 212 verbinden. Zu beachten
ist, dass der langsam laufende Generator 212 in dem Ausführungsbeispiel
nach 8 auf der Heißseite
angeordnet ist, und dass der schnell laufende Generator 802 auf
der Kaltseite angeordnet ist. In abgewandelten Ausführungsbeispielen
sind auch andere Anordnungen möglich.
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Im
Betrieb kann das Kraftwerksturbinensystem 800 wie folgt
arbeiten: Die Rotation von Verdichterschaufelblättern in dem Verdichter 104 kann
einen Luftstrom verdichten. Wenn die verdichtete Luft mit Brennstoff
vermischt und in der Brennkammer 120 gezündet wird,
kann dann Energie freigegeben werden. Der sich ergebende Strom expandierender
heißer
Gase aus der Brennkammer 120 kann anschließend über die
in dem Hochdruckturbinenabschnitt 204 angeordneten Schaufeln
geführt
werden, so dass die in dem heißen
Strom von Gasen enthaltene Energie in die mechanische Energie der
rotierenden ersten Welle 216 umgewandelt wird. Die erste
Welle 216 kann mit dem Verdichter 104 verbunden
sein, so dass die Rotation der Welle 216, die durch den über den
Hochdruckturbinenabschnitt 204 strömenden Arbeitsfluidstrom hervorgerufen
wird, den Verdichter 104 antreibt. Die erste Welle 216 kann
außerdem
mit dem schnell laufenden Generator 802 verbunden sein,
so dass die Rotation der Welle 216, die durch den über den
Hochdruckturbinenabschnitt 204 strömenden Arbeitsfluidstrom hervorgerufen
wird, den schnell laufenden Generator 802 antreibt. Da
der Hochdruckturbinenabschnitt 204 in einigen Ausführungsbeispielen
mit dem schnell laufenden Generator 802 verbunden ist,
kann seine Betriebsfrequenz 60 Hz betragen, so dass elektrische
Energie, die durch den schnell laufenden Generator 802 erzeugt wird,
ebenfalls eine Frequenz von 60 Hz aufweist und somit mit dem lokalen
Wechselspannung-Versorgungsnetz kompatibel sein wird. Es können auch
andere Betriebsfrequenzen verwendet werden.
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Nachdem
der Arbeitsfluidstrom durch den Hochdruckturbinenabschnitt 204 expandiert
ist, kann der Strom anschließend
durch den Niederdruckturbinenabschnitt 208 geführt werden. Ähnlich wie
in dem oben beschriebenen Prozess kann der Arbeitsfluidstrom über die
in dem Niederdruckturbinenabschnitt 208 angeordneten Schaufelstufen
gelenkt werden, so dass die in dem Arbeitsfluid enthaltene Energie
in die mechanische Energie der rotierenden zweiten Welle 220 umgewandelt
wird. Die zweite Welle 220 kann den Niederdruckturbinenabschnitt 208 mit
dem langsam laufenden Generator 212 verbinden, so dass
die Rotation der zweiten Welle 220, die durch den über den
Niederdruckturbinenabschnitt 208 strömenden Arbeitsfluidstrom hervorgerufen
wird, den langsam laufenden Generator 212 antreibt. Wie
oben näher
erläutert,
kann der langsam laufende Generator 212 ein Generator sein,
der mehr als zwei Pole aufweist, so dass der langsam laufende Generator 212 elektrische
Energie mit einer Frequenz ausgeben kann, die mit dem lokalen Wechselspan nungsnetz
kompatibel ist, während
er eine Wellenumlauffrequenz aufnimmt, die wesentlich geringer ist.
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Das
in Zusammenhang mit 8 beschriebene Ausführungsbeispiel
kann auch eine Dampfturbine 302 enthalten, die mit der
zweiten Welle 220 verbunden ist und die im Wesentlichen
in derselben Weise arbeitet, wie es oben in Zusammenhang mit dieser speziellen
Systemkomponente beschrieben ist. Weiter kann der Verdichter 104 nach 8 einen
Hochdruckverdichterabschnitt 602 und einen Niederdruckverdichterabschnitt 606 aufweisen,
die auf gesonderten Wellen angeordnet sind, und die in derselben Weise
arbeiten, wie es oben in Zusammenhang mit dieser speziellen Systemkomponente
beschrieben ist. D. h., der Hochdruckverdichterabschnitt 602 kann mit
der ersten Welle 216 verbunden und durch den Hochdruckturbinenabschnitt 204 angetrieben
sein, und der Niederdruckverdichterabschnitt 606 kann mit der
zweiten Welle 220 verbunden und durch den Niederdruckturbinenabschnitt 208 angetrieben
sein. Ansonsten können
die Systemkomponenten des Kraftwerksturbinensystems 800 im
Wesentlichen ähnlich arbeiten,
wie es im Vorliegenden in Zusammenhang mit denselben Systemkomponenten
in den anderen Ausführungsbeispielen
beschrieben ist.
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9 veranschaulicht
in einer schematischen Zeichnung ein Kraftwerksturbinensystem 900, das
drei voneinander unabhängig
funktionierende Wellen aufweist, gemäß einem abgewandelten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Anmeldung. Wie zu sehen, kann eine erste Welle 902 auf
herkömmliche
Weise einen Hochdruckturbinenabschnitt 904 mit einem Hochdruckverdichterabschnitt 905 verbinden. Eine
zweite Welle 906 kann einen Mitteldruckturbinenabschnitt 908 mit
einem Hochdruckverdichterabschnitt 909 und einem schnell
laufenden Generator 802 verbinden. Eine dritte Welle 910 kann
einen Niederdruckturbinenabschnitt 912 mit einem langsam laufenden
Generator 212 verbin den. Zu beachten ist, dass, wie oben
allgemein beschrieben, auch andere Anordnungen der Systemkomponenten
als die in 9 veranschaulichten möglich sind.
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Im
Betrieb kann das Kraftwerksturbinensystem 900 wie folgt
arbeiten: Die Rotation der in dem Hochdruckverdichterabschnitt 905 und
in dem Niederdruckverdichterabschnitt 909 angeordneten
Verdichterschaufeln kann einen Luftstrom verdichten. Wenn die verdichtete
Luft mit Brennstoff vermischt und in der Brennkammer 120 gezündet wird,
kann dann Energie freigesetzt werden. Der sich ergebende Strom expandierender
heißer
Gase aus der Brennkammer 120 kann anschließend über die
in dem Hochdruckturbinenabschnitt 904 angeordneten Schaufeln
gelenkt werden, so dass die in dem heißen Strom von Gasen enthaltene
Energie in die mechanische Energie der rotierenden ersten Welle 902 umgewandelt
wird. Die erste Welle 902 kann mit dem Hochdruckverdichterabschnitt 905 verbunden
sein, so dass die Rotation der ersten Welle 902, die durch den über den
Hochdruckturbinenabschnitt 904 strömenden Arbeitsfluidstrom hervorgerufen
wird, den Hochdruckverdichterabschnitt 905 antreibt. Da
der Hochdruckturbinenabschnitt 904 nicht mit einem Generator
verbunden ist, ist seine Betriebsfrequenz auf kein spezielles Niveau
beschränkt,
so dass er mit einer beliebigen Frequenz betrieben werden kann,
die für
das System am effizientesten ist. In einigen Ausführungsbeispielen
kann die Betriebsfrequenz für den
Hochdruckturbinenabschnitt 904 mindestens etwa 50 Hz betragen.
Selbstverständlich
wird die Betriebsfrequenz des Hochdruckverdichterabschnitts 905,
nachdem in dem System kein Getriebe vorhanden ist, mit der Frequenz
des Hochdruckturbinenabschnitts 904 übereinstimmen. In weiteren
Ausführungsbeispielen
kann die Betriebsfrequenz für
den Hochdruckturbinenabschnitt 904 mindestens etwa 70 Hz
betragen.
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Nachdem
der Arbeitsfluidstrom über
den Hochdruckturbinenabschnitt 904 expandiert ist, kann der
Strom anschließend
durch den Mitteldruckturbinenabschnitt 908 gelenkt werden. Ähnlich wie
in dem oben beschriebenen Prozess kann der Arbeitsfluidstrom über die
in dem Mitteldruckturbinenabschnitt 908 angeordneten Schaufelstufen
geführt
werden, so dass die in dem Arbeitsfluid enthaltene Energie in die mechanische
Energie der rotierenden zweiten Welle 906 umgewandelt wird.
Die zweite Welle 906 kann den Mitteldruckturbinenabschnitt 908 mit
dem Niederdruckverdichterabschnitt 909 verbinden, so dass die
Rotation der zweiten Welle 906, die durch den über den
Mitteldruckturbinenabschnitt 908 strömenden Arbeitsfluidstrom hervorgerufen
wird, den Niederdruckverdichterabschnitt 909 antreibt.
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Die
zweite Welle 906 kann ferner mit dem schnell laufenden
Generator 802 verbunden sein, so dass die Rotation der
Welle 906, die durch den über den Mitteldruckturbinenabschnitt 908 strömenden Arbeitsfluidstrom
hervorgerufen wird, den schnell laufenden Generator 802 antreibt.
Da der Mitteldruckturbinenabschnitt 908 in einigen Ausführungsbeispielen mit
dem schnell laufenden Generator 802 verbunden ist, kann
seine Betriebsfrequenz etwa 60 Hz betragen, so dass die durch den
schnell laufenden Generator 802 erzeugte elektrische Energie
ebenfalls eine Frequenz von 60 Hz aufweist und somit mit dem lokalen
Wechselspannungsnetz kompatibel sein wird. Es können auch andere ähnliche
Betriebsfrequenzen verwendet werden.
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Nachdem
der Arbeitsfluidstrom über
den Mitteldruckturbinenabschnitt 908 expandiert ist, kann der
Strom anschließend
durch den Niederdruckturbinenabschnitt 912 gelenkt werden. Ähnlich wie
in dem oben beschriebenen Prozess kann der Arbeitsfluidstrom über die
in dem Niederdruckturbinenabschnitt 912 angeordneten Schaufelstufen
gelenkt werden, so dass die in dem Arbeitsfluid enthaltene Energie
in die mechanische Energie der rotierenden dritten Welle 910 umgewandelt
wird. Die dritte Welle 910 kann den Niederdruckturbinenabschnitt 912 mit
dem langsam laufenden Generator 212 verbinden, so dass
die Rotation der dritten Welle 910, die durch den über den
Niederdruckturbinenabschnitt 912 strömenden Arbeitsfluidstrom hervorgerufen
wird, den langsam laufenden Generator 212 antreibt. Wie
oben näher erläutert, kann
der langsam laufende Generator 212 ein Generator sein,
der mehr als zwei Pole aufweist, so dass der langsam laufende Generator 212 elektrische
Energie mit einer Frequenz ausgeben kann, die mit dem lokalen Wechselspannungsnetz
kompatibel ist, während
er eine Wellenfrequenz aufnimmt, die wesentlich geringer ist.
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Das
in 9 veranschaulichte Ausführungsbeispiel kann ferner
eine Dampfturbine 302 enthalten, die mit der dritten Welle 910 verbunden
ist und die im Wesentlichen in derselben Weise arbeitet, wie es
oben in Zusammenhang mit dieser speziellen Systemkomponente beschrieben
ist. Ansonsten können die
Systemkomponenten des Kraftwerksturbinensystems 900 im
Wesentlichen ähnlich
arbeiten, wie es im Vorliegenden in Zusammenhang mit denselben Systemkomponenten
in den anderen Ausführungsbeispielen
beschrieben ist.
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Anhand
der obigen Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung
werden dem Fachmann Verbesserungen, Änderungen und Modifikationen
offensichtlich. Solche Verbesserungen, Änderungen und Modifikationen
im Rahmen der fachmännischen
Fähigkeiten
bzw. Kenntnisse sollen durch die beigefügten Patentansprüche abgedeckt sein.
Weiter sollte es klar sein, dass sich das Vorstehende lediglich
auf die beschriebenen Ausführungsformen
der vorliegenden Anmeldung bezieht und dass daran zahlreiche Änderungen
und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang
der Erfindung abzu weichen, wie er durch die nachfolgenden Ansprüche und
deren äquivalente
Bedeutungen definiert ist.
-
Geschaffen
ist ein Kraftwerksturbinensystem, wobei das System einen Axialverdichter 104 aufweist,
der einen Luftstrom verdichtet, der anschließend mit einem Brennstoff vermischt
und in einer Brennkammer 120 verbrannt wird, so dass der sich
ergebende Heißgasstrom
durch eine Turbine geleitet wird; wobei die Turbine einen Niederdruckturbinenabschnitt 208 und
einen Hochdruckturbinenabschnitt 204 aufweist; wobei der
Hochdruckturbinenabschnitt über
eine erste Welle 216 mit dem Axialverdichter 104 verbunden
ist, so dass der Hochdruckturbinenabschnitt 204 im Betrieb
wenigstens eine Komponente des Axialverdichters 104 antreibt;
wobei der Hochdruckturbinenabschnitt 204 über die
erste Welle 216 mit einem schnell laufenden Generator 802 verbunden
ist, so dass der Hochdruckturbinenabschnitt 204 im Betrieb
den schnell laufenden Generator 802 antreibt; und wobei
der Niederdruckturbinenabschnitt 208 über eine zweite Welle 220 mit
einem langsam laufenden Generator 212 verbunden ist, so
dass der Niederdruckturbinenabschnitt 208 im Betrieb den langsam
laufenden Generator 212 antreibt.
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- 100
- Gasturbine
- 108
- gemeinsame
Welle
- 112
- Turbine
- 116
- Generator
- 120
- Brennkammer
- 200
- Kraftwerksturbinensystem
- 204
- Hochdruckturbinenabschnitt
- 208
- Niederdruckturbinenabschnitt
- 212
- langsam
laufender Generator
- 216
- erste
Welle
- 220
- zweite
Welle
- 300
- Kraftwerksturbinensystem
- 302
- Dampfturbine
- 400
- Kraftwerksturbinensystem
- 500
- Kraftwerksturbinensystem
- 600
- Kraftwerksturbinensystem
- 602
- Hochdruckverdichterabschnitt
- 606
- Niederdruckverdichterabschnitt
- 700
- Kraftwerksturbinensystem
- 800
- Kraftwerksturbinensystem
- 802
- schnell
laufender Generator
- 900
- Kraftwerksturbinensystem
- 902
- erste
Welle
- 904
- Hochdruckturbinenabschnitt
- 905
- Hochdruckverdichterabschnitt
- 906
- zweite
Welle
- 908
- Mitteldruckturbinenabschnitt
- 909
- Hochdruckverdichterabschnitt
- 910
- dritte
Welle
- 912
- Niederdruckturbinenabschnitt