特許 6263170 負荷を駆動するための２つのガスタービンの組み合わせ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6263170

(24)【登録日】2017年12月22日

(45)【発行日】2018年1月17日

(54)【発明の名称】負荷を駆動するための２つのガスタービンの組み合わせ

(51)【国際特許分類】

   F02C 6/02 20060101AFI20180104BHJP

   F02C 7/36 20060101ALI20180104BHJP

   F02C 3/073 20060101ALI20180104BHJP

【ＦＩ】

   F02C6/02

   F02C7/36

   F02C3/073

【請求項の数】14

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2015-515529(P2015-515529)

(86)(22)【出願日】2013年6月6日

(65)【公表番号】特表2015-518942(P2015-518942A)

(43)【公表日】2015年7月6日

(86)【国際出願番号】EP2013061743

(87)【国際公開番号】WO2013182655

(87)【国際公開日】20131212

【審査請求日】2016年6月1日

(31)【優先権主張番号】FI2012A000112

(32)【優先日】2012年6月8日

(33)【優先権主張国】IT

(73)【特許権者】

【識別番号】513243790

【氏名又は名称】ヌオーヴォ ピニォーネ ソチエタ レスポンサビリタ リミタータ

【氏名又は名称原語表記】ＮＵＯＶＯ ＰＩＧＮＯＮＥ Ｓ．Ｒ．Ｌ．

(74)【代理人】

【識別番号】100137545

【弁理士】

【氏名又は名称】荒川 聡志

(74)【代理人】

【識別番号】100105588

【弁理士】

【氏名又は名称】小倉 博

(74)【代理人】

【識別番号】100129779

【弁理士】

【氏名又は名称】黒川 俊久

(74)【代理人】

【識別番号】100113974

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 拓人

(72)【発明者】

【氏名】アックイスティ，ジャンニ

【審査官】 山崎 孔徳

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０３−０４３６３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 仏国特許出願公開第０１４１３７４３（ＦＲ，Ａ１）

【文献】 特開２００４−０６０４７８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０２Ｃ ６／０２

Ｆ０２Ｃ ３／０７３

Ｆ０２Ｃ ７／３６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

可変負荷（２１、１２０）を駆動するためのシステムであって、
冷端（２３Ｃ、１２３Ｃ）および熱端（２３Ｈ、１２３Ｈ）を有する第１ガスタービン（２３、１２３）と、
冷端（２５Ｃ、１２５Ｃ）および熱端（２５Ｈ、１２５Ｈ）を有する第２ガスタービン（２５、１２５）と、
複数のクラッチ継手であって、前記複数のクラッチ継手の少なくとも１つのクラッチ継手（２１Ａ、２１Ｂ）は、前記第１ガスタービン（２３、１２３）の前記熱端（２３Ｈ、１２３Ｈ）で、前記可変負荷（２１、１２０）を機械的に接続しており、前記複数のクラッチ継手の少なくとも１つのさらなるクラッチ継手（２１Ａ、２１Ｂ）は、前記第２ガスタービン（２５、１２５）の前記冷端（２５Ｃ、１２５Ｃ）で、前記可変負荷（２１、１２０）を機械的に接続している、複数のクラッチ継手と、
前記第１ガスタービン（２３、１２３）および／または前記第２ガスタービン（２５、１２５）および前記可変負荷（２１、１２０）からの機械的動力伝達を調整するために、前記複数のクラッチ継手を制御するように配置されている制御システムと、
を備えるシステム。

【請求項2】

前記第１ガスタービン（２３、１２３）および前記第２ガスタービン（２５、１２５）は、実質的に互いに等しい、請求項１に記載のシステム。

【請求項3】

前記第１ガスタービン（２３、１２３）は、前記冷端（２３Ｃ、１２３Ｃ）からその前記熱端（２３Ｈ、１２３Ｈ）まで延びる第１動力シャフト（６５、１３１）を備え、前記第２ガスタービン（２５、１２５）は、前記冷端（２５Ｃ、１２５Ｃ）からその前記熱端（２５Ｈ、１２５Ｈ）まで延びる第２動力シャフト（６５、１３１）を備え、前記第１動力シャフト（６５、１３１）および前記第２動力シャフト（６５、１３１）は、前記複数のクラッチ継手を介して前記可変負荷（２１、１２０）に機械的に接続されている、請求項１または２に記載のシステム。

【請求項4】

前記第１動力シャフト（６５、１３１）および前記第２動力シャフト（６５、１３１）は、第１回転速度で回転し、前記可変負荷（２１、１２０）は、第２回転速度で回転し、前記第１回転速度は、前記第２回転速度に実質的に等しい、請求項３に記載のシステム。

【請求項5】

前記第１動力シャフト（６５、１３１）および前記第２動力シャフト（６５、１３１）は、前記複数のクラッチ継手を介して可変負荷シャフト（２２）の両端（２２Ａ、２２Ｂ）に接続されている、請求項３または４に記載のシステム。

【請求項6】

前記第１ガスタービン（２３）および前記第２ガスタービン（２５）は、航空転用ガスタービンである、請求項１乃至５のいずれか１項に記載のシステム。

【請求項7】

前記第１ガスタービン（２３）および前記第２ガスタービン（２５）は、ガス発生器シャフト（５５）および動力シャフト（６５）を備えるそれぞれのガスタービンを備え、前記動力シャフト（６５）は、前記ガス発生器シャフト（５５）と同軸に延びている、請求項１乃至６のいずれか１項に記載のシステム。

【請求項8】

前記第１ガスタービン（２３）は、低圧圧縮機（３１）、高圧圧縮機（３９）、燃焼器（４７）、高圧タービン（４９）、および低圧タービン（２９）を備え、前記低圧圧縮機（３１）および前記低圧タービン（２９）は、前記第１動力シャフト（６５）によって支持されかつ前記第１動力シャフト（６５）にねじり接続されている、請求項７に記載のシステム。

【請求項9】

前記第１動力シャフト（６５）は、前記第１ガスタービン（２３）の第１高圧圧縮機ロータ（４５）を介して同軸に延びている、請求項８に記載のシステム。

【請求項10】

前記第２ガスタービン（２５）は、低圧圧縮機（３１）、高圧圧縮機（３９）、燃焼器（４７）、高圧タービン（４９）、および低圧タービン（２９）を備え、前記低圧圧縮機（３１）および前記低圧タービン（２９）は、前記第２動力シャフト（６５）によって支持されかつ前記第２動力シャフト（６５）にねじり接続されている、請求項９に記載のシステム。

【請求項11】

前記第２動力シャフト（６５）は、前記第２ガスタービン（２５）の第２高圧圧縮機ロータ（４５）を介して同軸に延びている、請求項１０に記載のシステム。

【請求項12】

前記第１ガスタービン（２３、１２３）、前記第２ガスタービン（２５、１２５）、および前記可変負荷（２１、１２０）は、互いに実質的に同軸にある、請求項１乃至１１のいずれか１項に記載のシステム。

【請求項13】

ガスタービンにより、可変負荷（２１、１２０）を駆動するための方法であって、
熱端（２３Ｈ、１２３Ｈ）および冷端（２３Ｃ、１２３Ｃ）を有する第１ガスタービン（２３、１２３）を提供する工程と、
熱端（２５Ｈ、１２５Ｈ）および冷端（２５Ｃ、１２５Ｃ）を有する第２ガスタービン（２５、１２５）を提供する工程と、
前記第１ガスタービン（２３、１２３）および／または前記第２ガスタービン（２５、１２５）を前記可変負荷（２１、１２０）に接続または分離するように配置されている複数のクラッチ継手を提供する工程と、
前記第１ガスタービン（２３、１２３）、前記第２ガスタービン（２５、１２５）および前記可変負荷（２１、１２０）を、同一回転方向で回転させる工程と、
前記第１ガスタービン（２３、１２３）および前記第２ガスタービン（２５、１２５）の１つと一緒に、または前記第１ガスタービン（２３、１２３）および前記第２ガスタービン（２５、１２５）の両方と一緒に、前記可変負荷（２１、１２０）を選択的に駆動し、前記複数のクラッチ継手を制御する工程と、
を含む方法。

【請求項14】

前記可変負荷（２１、１２０）、第１ガスタービン（２３、１２３）および前記第２ガスタービン（２５、１２５）は、実質的に同一回転速度で回転する、請求項１３に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

開示されている実施形態は、概して、陸上ガスタービンに関する。より具体的には、実施形態は、発電機または圧縮機のような回転機械を駆動するための複合ガスタービンに関する。

【背景技術】

【0002】

ガスタービンは、陸上用途において、例えば、多種多様の作業機械を駆動するための機械的発電機として、一般的に使用されている。広義の用語「陸上」を用いて、航空用途以外のすべての適用が示されている。具体的には、ガスタービンは、発電所で発電機を回転させるために使用されている。ガスタービンは、軸流圧縮機または遠心圧縮機のような大型の回転機械を駆動するためにも、一般的に使用される。典型的には、ガスタービンは、天然ガス液化（ＬＮＧ）、ＣＯ₂回収およびガス産業の他の部門の分野に、適用されている。

【0003】

いくつかの既知の実施形態では、高負荷ガスタービンが使用されている。これらの機械は、高動力出力を提供するが、特に、重くかつ扱いにくい。

【0004】

航空転用ガスタービンの陸上用途は、ＬＮＧおよび発電を含むいくつかの分野で、ますます人気になってきている。航空転用ガスタービンは、コンパクトな寸法を特徴としており、したがって、沖合用途において特に有用である。しかし、航空転用ガスタービンの動力出力は、高負荷ガスタービンの出力比と比べると、限定されている。航空転用ガスタービン用の典型的な出力範囲は、６０ＭＷまであるのに対して、高負荷ガスタービンは、１００ＭＷを超えて生み出す。

【0005】

負荷を駆動するのに十分な動力を供給するために、１つの被駆動の装置または負荷に動力を供給するための２つのガスタービンを結合することが、標準的な慣行となっている。

【0006】

図１は、例えば、いわゆるターボ圧縮機のような単一の被駆動装置を駆動するための双子配置のガスタービンの最先端の用途を示している。このような構成によれば、ガス発生器２および低圧タービン３を備える第１ガスタービン１が、提供される。出力シャフト４は、一般的な被駆動装置５に接続されている。被駆動装置５は、遠心圧縮機または軸流圧縮機のようなターボ機械、または発電機などを備えることができる。同様に、ガス発生器２は、軸流圧縮機２Ａおよび高圧タービン２Ｂを備える。高圧タービン２Ｂで生成される動力は、圧縮機２Ａを駆動する。高圧タービン２Ｂを出るガス発生器によって生成されるガスは、低圧タービン３を回転駆動させ、低圧タービン３により生成される機械的動力は、被駆動装置５を駆動するために使用される。図１の配置は、さらに、第２ガスタービン６を備える。第２ガスタービン６は、第１ガスタービン１と実質的に対称に配置されており、第２ガス発生器７および第２低圧タービン８を備える。同様に、ガス発生器７は、圧縮機７Ａおよび高圧タービン７Ｂを備える。低圧タービン８によって生成される電力は、シャフト９およびギアボックス１０を介して、被駆動装置５を駆動するために使用される。ギアボックス１０の介在は、ギアボックス１０の出力シャフト９Ａが、第１ガスタービン１のシャフト４と同一方向で回転するように、シャフト９の回転の方向を反転させる必要がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】欧州特許出願公開第２，４１２，９５１号明細書

【発明の概要】

【0008】

この配置は、単一のガスタービンによって供給される動力の倍の動力を必要とする装置５を駆動することを可能にする。この既知の装置は、いくつかの欠点を有する。ギアボックス１０は、典型的には１−３％の範囲で、入力動力の割合を消費し、したがって、設備の全体的な効率を低下させる。さらに、設備の設置面積は、ギアボックス１０によって大きくされている。ギアボックスの使用は、可能性のあるギアボックスの故障により、潤滑油の消費量を増大させ、かつ設備全体の可用性を低下させる。ギアボックスは、さらに、重要なシステムのロトダイナミックな（ｒｏｔｏｄｙｎａｍｉｃ）振る舞いを与えるシャフト振動を導入する。

【0009】

一方のガスタービンの冷端が他方のガスタービンの熱端と対向するように第１ガスタービンおよび第２ガスタービンが配置され、かつ、その間に負荷を配置しているシステムを提供することによって、ガスタービンの一方と負荷との間に配置されるギアボックスを必要とすることなく、両方のガスタービンの回転方向が負荷の回転方向と一致するように、負荷は、２つのガスタービンに接続されることができる。

【0010】

いくつかの例示的な実施形態において、第１ガスタービンは、ガスタービンの長さにわたって、冷端から熱端まで延びる第１軸シャフトを有している。同様に、第２ガスタービンは、第２ガスタービンの長さにわたって、冷端から熱端まで延びる第２軸シャフトを有している。第１軸シャフトおよび第２軸シャフトは、それぞれ、第１ガスタービンおよび第２ガスタービンの第１低圧タービンおよび第２低圧タービンによって回転駆動される動力シャフトであり、ガスタービンによって生成されかつ動力シャフト上で利用可能な動力を、負荷に伝達することができる。その後、負荷は、複数のクラッチ継手を介して、第１シャフトの一端および第２シャフトの反対端に接続されており、第１ガスタービンのそれぞれの冷端および第２ガスタービンの熱端、またはその逆からアクセス可能である。

【0011】

特に、負荷は、好ましくは、吸収される動力の可変な範囲を有する負荷である可変負荷、すなわち圧縮機であり、この理由のために、用語「負荷」および「可変負荷」は、明細書中では同義語として考えられている。負荷は、ガスタービンと同一速度で回転する場合、ギアボックスは、負荷と２つのガスタービンのいずれか一方との間に必要とされない。したがって、ギアボックスは、完全に不要とされており、ギアボックスを利用して接続されている上述の欠点を除去している。「１」とは異なる回転速度比が、ガスタービンと負荷との間に必要とされる場合、ギアボックスは、各ガスタービンと負荷との間に配置されている。しかし、ガスタービンの出力シャフトの回転方向の反転は、必要とされない。

【0012】

上記の考え方に基づいて、例示的な実施形態によれば、負荷を駆動するためのシステムが提供されており、このシステムは、冷端および熱端を有する第１ガスタービンと、冷端および熱端を有する第２ガスタービンと、複数のクラッチ継手であって、前記複数のクラッチ継手の少なくとも１つのクラッチ継手は、前記第１ガスタービンの前記熱端で前記可変負荷を機械的に接続しており、前記複数のクラッチ継手の少なくともさらなるクラッチ継手は、前記第２ガスタービンの前記冷端で前記可変負荷を機械的に接続している、複数のクラッチ継手と、前記第１ガスタービンおよび／または前記第２ガスタービンおよび前記可変負荷からの機械的動力伝達を調整するために、前記複数のクラッチ継手を制御するように配置されている制御システムと、を備える。ガスタービンの熱端は、低圧タービンおよび排気ガス排出プレナムが配置されている端として、理解されている。ガスタービンの冷端は、熱端と反対の端、すなわち第１空気圧縮機およびガス発生器の吸気プレナムが配置されているガスタービン端として、理解されている。

【0013】

好ましくは、第１ガスタービンおよび第２ガスタービンは、実質的に互いに等しい。特に有利な実施形態では、ガスタービンは、航空転用ガスタービンである。軽量化および航空転用ガスタービンの寸法および一方のガスタービンの熱端と他方のガスタービンの冷端との間に位置する負荷を有する特別な配置は、コンパクトな配置をもたらし、特に、例えば沖合用途に適している。

【0014】

いくつかの例示的な実施形態によれば、第１ガスタービンは、前記第１ガスタービンの前記冷端から前記熱端まで延びる第１シャフトを備え、前記第２ガスタービンは、前記第２ガスタービンの前記冷端から前記熱端まで延びる第２シャフトを備える。第１シャフトおよび第２シャフトは、前記複数のクラッチ継手を介して負荷に機械的に接続されている。クラッチ継手がガスタービンシャフトに前記負荷を接続する本発明の場合では、負荷シャフトおよび前記ガスタービンシャフトは、好ましくは、同一回転速度で回転する。さらなる態様によれば、本明細書で開示されている主題は、ガスタービンを用いて負荷を駆動するための方法に関しており、
熱端および冷端を有する第１ガスタービンを配置する工程と、
熱端および冷端を有する第２ガスタービンを配置する工程と、
前記第１ガスタービンおよび／または前記第２ガスタービンを前記可変負荷に接続または分離するように配置されている複数のクラッチ継手を提供する工程と、
前記第１ガスタービン、前記第２ガスタービンおよび前記可変負荷を、同一回転方向に回転させる工程と、
前記第１ガスタービンおよび前記第２ガスタービンの一方と一緒に、または前記第１ガスタービンおよび前記第２ガスタービンの両方と一緒に、前記可変負荷を選択的に駆動し、かつ前記複数のクラッチ継手を制御する工程と、を含む。

【0015】

上述の簡単な説明は、続く詳細な説明がより良く理解されることができ、かつ技術に対する本貢献がより良く表れることができるようにするため、本発明の様々な実施形態の特徴を規定している。以下で説明され、かつ添付の特許請求の範囲で規定されるであろう本発明の他の特徴は、もちろん、存在している。この点で、詳細に本発明のいくつかの実施の形態を説明する前に、本発明の様々な実施形態は、それらの用途において、説明の詳細に、および、以下の説明で規定されるかまたは図面に示される構成要素の配置に限定されないことが、理解される。本発明は、他の実施形態で、および種々の方法で、実施されることが可能である。また、本明細書で用いられる句学問および用語法は、記述のためであり、限定とみなされるべきではないことを理解されたい。

【0016】

このように、当業者は、本開示が基づいている概念が、本発明のいくつかの目的を実施するための他の構造、方法、および／またはシステムを設計するための基礎として容易に利用されうることを理解するであろう。特許請求の範囲は、本発明の範囲から逸脱しないような等価な構成を含むものとみなされることが、重要である。

【0017】

本発明のより完全な理解およびそれに付随する多くの利点は、添付図面に関連して考慮されるとき、以下の詳細な説明を参照することにより、より理解されるようになるのと同じように、容易に得られるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】最新鋭の技術に係る、共通の負荷を駆動するための２つのガスタービンの構成を概略的に示す図である。

【図2】本明細書に開示される主題の一実施形態に係る、共通の負荷を駆動するための２つのガスタービンの構成を概略的に示す図である。

【図3】図２に係る装置での使用に適している航空転用ガスタービンの縦断面を示す図である。

【図4】共通の負荷を駆動するための２つのガスタービンのさらなる構成を概略的に示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

例示的な実施形態の以下の詳細な説明は、添付の図面を参照する。異なる図面における同じ参照番号は、同一または類似の要素を特定する。さらに、図面は、必ずしも一定の縮尺で描かれていない。また、以下の詳細な説明は、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。

【0020】

「一実施形態」または「実施形態」または「いくつかの実施形態」に対する明細書全体での参照は、実施形態に関連して記載されている特定の特徴、構造または特性が、開示されている主題の少なくとも１つの実施形態に含まれていることを、意味する。したがって、明細書全体の様々な場所における句「一実施形態では」または「実施形態では」または「いくつかの実施形態では」の出現は、必ずしも、同一の実施形態（複数可）を参照していない。さらに、特定の特徴、構造、または特性は、１以上の実施形態において任意の適切な方法で組み合わせられてもよい。

【0021】

図２は、本明細書に開示されている主題に係る配置を示している。本実施形態によれば、負荷シャフト２２を備える負荷２１は、双子配置の２つのガスタービン２３および２５によって回転駆動される。いくつかの実施形態によれば、２つのガスタービン２３および２５は、互いに同一である。いくつかの実施形態では、ガスタービン２３および２５は、航空転用ガスタービンである。例示的な実施形態では、ガスタービン２３および２５は、アメリカ合衆国コネチカット州フェアフィールドのジェネラルエレクトリック社の子会社である、アメリカ合衆国オハイオ州イブンデールのＧＥアビエーションから入手可能なＬＭ６０００航空転用ガスタービンである。

【0022】

いくつかの実施形態では、各ガスタービン２３および２５は、ガス発生セクション２７および低圧出力タービン２９を備える。図３は、より詳細に、ガスタービン２３、２５の縦断面を示している。ガス発生セクション２７は、吸引側での一組の固定入口ブレード３３を有する低圧軸流圧縮機３１を備える。複数の低圧圧縮ステージ３５は、固定入口ブレード３３の下流側に配置されている。各低圧圧縮ステージ３５は、一組の回転ブレードおよび一組の固定ブレードを備える。回転ブレードは、低圧圧縮機ロータ３７によって支持されており、固定ブレードは、外側ケーシングによって支持されている。

【0023】

低圧軸流圧縮機３１は、低圧軸流圧縮機３１の下流に配置されている高圧軸流圧縮機３９と流体連通している。高圧軸流圧縮機３９は、複数の高圧圧縮ステージ４３を備える。各高圧圧縮ステージ４３は、一組の回転ブレードおよび一組の固定ブレードを備える。回転ブレードは、高圧圧縮機ロータ４５によって支持されている。固定ブレードは、ケーシングによって支持されている。

【0024】

高圧軸流圧縮機３９の出口は、燃焼器４７と流体連通している。高圧軸流圧縮機３９からの圧縮空気は、前記燃焼器４７に流入し、それと共にガスまたは液体燃料が混合し、空気／燃料混合物が、圧縮された高温燃焼ガスを生成するように点火される。

【0025】

燃焼器４７の下流に、第１高圧タービン４９が、燃焼器４７と流体連通して、配置されている。高圧タービン４９は、一組の固定入口ブレード５０、続いて１以上の膨張ステージ５１を備え、それぞれは、一組の固定ブレードおよび一組の回転ブレードを備える。回転ブレードは、高圧タービンロータ５３によって支持されている。高圧タービンロータ５３および高圧圧縮機ロータ４５は、ガス発生器シャフト５５によって支持され、かつガス発生器シャフトにねじり拘束されている。

【0026】

高圧タービン４９を介して燃焼器４７から流れる燃焼ガスの膨張は、ガス発生器シャフト５５を駆動しかつ高圧軸流圧縮機３９に動力を供給するために使用される機械的動力を発生させる。

【0027】

高圧タービン４９の出口は、低圧タービン２９の入口と流体連通している。高圧タービン４９を通って流れる燃焼ガスは、部分的にのみ膨張され、それらの膨張は、低圧タービン２９において継続する。低圧タービン２９の入口は、機械のケーシングによって支持されている一組の固定ブレード５９、続いて複数の低圧膨張ステージ６１を備える。各低圧膨張ステージ６１は、一組の回転ブレードおよび一組の固定ブレードを備える。回転ブレードは、低圧タービンロータ６３によって支持されており、固定ブレードは、ガスタービン２３、２５のケーシングによって支持されている。低圧タービンロータ６３は、動力シャフト６５に回転可能に拘束され、かつ動力シャフト６５によって支持されている。動力シャフト６５は、ガスタービンを通って、同軸に、ガス発生器シャフト５５まで延びている。低圧圧縮機ロータ３７は、同一の動力シャフト６５によって支持され、かつ拘束されている。

【0028】

低圧タービン２９内で膨張する燃焼ガスは、動力シャフト６５に機械的動力を発生させ、機械的動力は、部分的に低圧軸流圧縮機３１を駆動するために使用され、かつ部分的に負荷２１を駆動するために使用される。

【0029】

図３から理解されうるように、動力シャフト６５は、第１端６５Ｃから反対の第２端６５Ｈまで延びている。動力シャフト６５の第１端６５Ｃは、ガスタービン２３、２５のいわゆる冷端２３Ｃ、２５Ｃに、すなわち、その冷気入口側に、配置されている。第２端６５Ｈは、ガスタービン２３、２５のいわゆる熱端２３Ｈ、２５Ｈに、すなわち、排気される高温燃焼ガスが、膨張されて高圧タービン４９および低圧タービン２９において部分的に冷却された後に、６７で排出される側に、配置されている。

【0030】

したがって、動力シャフト６５は、ガスタービン２３、２５の冷側における第１端６５Ｃまたはガスタービン２３、２５の熱側における第２端６５Ｈのいずれかで、負荷２１に接続されることができる。熱端６５Ｈおよび冷端６５Ｃは、この目的のために、負荷連結と組み合わられうる。

【0031】

図２を再び参照すると、この例示的な実施形態では、ガスタービン２３は、それぞれの動力シャフト６５の第２端６５Ｈを介して負荷２１に、すなわちガスタービン２３の熱端で、接続されている。逆に、ガスタービン２５は、それぞれの動力シャフト６５の第１端６５Ｃを介して負荷２１に、すなわちガスタービン２３の冷端で、接続されている。

【0032】

２つのガスタービン２３、２５は、同一方向を向いており、負荷２１に対して反対側で接続されているので、したがって、２つのガスタービン２３、２５は、回転運動の方向を反転させるギアボックスを必要とせずに、同一の負荷２１に接続されている。

【0033】

上述したように、負荷２１は、軸流圧縮機または遠心圧縮機のようなターボ機械、例えば、ＬＮＧ設備用の冷媒圧縮機、またはＣＯ₂回収および液化用の圧縮機、または回転ポンプなどとすることができる。他の実施形態では、負荷２１は、電気エネルギーの生成のための、または共通の負荷のための一組の双子の伝達機構として作用する２つのガスタービン２３、２５によって回転駆動される回転シャフトを有する任意の他の負荷のための、発電機とすることができる。本明細書で使用される用語の負荷は、おそらく複数の回転機械を備えるものとして理解されるべきである。例えば、負荷は、圧縮機の列、すなわち、２以上の同軸に配置されている圧縮機、および／または２以上の電気機械を備えることができる。いくつかの実施形態では、負荷は、また、２以上の、異なる性質の回転機械、例えば、ターボ機械および電気機械を備えることができる。

【0034】

好ましい実施形態では、図２に模式的に示されるように、負荷２１は、両端２２Ａ、２２Ｂを有する貫通シャフトを備えることができる。両端２２Ａ、２２Ｂは、それぞれ２１Ａおよび２１Ｂが付されているそれぞれのクラッチ継手を挟んで、第１ガスタービン２３および第２ガスタービン２５のシャフト６５の２つの両端６５Ｈおよび６５Ｃに、それぞれ接続されている。クラッチ継手２１Ａ、２１Ｂは、概して平行かつ同軸である両シャフト６５の可能性のある不均衡を補うことができる。一方または両方のクラッチ継手２１Ａ、２１Ｂは、選択的に、一方または両方のタービンシャフト６５を、負荷２１に接続、または負荷２１から分離する。

【0035】

好ましい実施形態において、制御システムは、前記複数のクラッチ継手を制御するために設けられている。前記クラッチ継手２１Ａ、２１Ｂは、ガスタービンシャフト（複数可）を負荷に接続／分離するように、動作できる。

【0036】

制御システムは、前記第１ガスタービン（２３、１２３）および／または前記第２ガスタービン（２５、１２５）および前記可変負荷（２１、１２０）からの機械的動力伝達を調整するために、前記第１ガスタービン（２３、１２３）、前記第２ガスタービン（２５、１２５）および前記可変負荷（２１、１２０）の少なくとも１つの回転速度の機能において、前記複数のクラッチ継手を選択的に動作させるように配置されている。

【0037】

タービンから負荷（２１、１２０）への機械的動力伝達の調節は、全体の消費量を最適化することを可能にする。

【0038】

特に、制御システムは、負荷２１と第１ガスタービン２３および第２ガスタービン２５によって構成される列の開始位相を管理する。

【0039】

最初に、負荷２１は、第１ガスタービン２３にのみ接続されることができ、第１ガスタービン２３は、負荷２１を駆動回転させることを開始できる。一方、第２ガスタービン２５は、第１ガスタービン２３および負荷２１の同一の回転速度に到達するように、回転することを開始できる。

【0040】

一旦、速度が実質的に等しくなると、第２ガスタービン２５は、負荷２１に接続されることができる。

【0041】

第２ガスタービン２５および負荷２１を起動する同一の結果が達成されることができ、その後、回転する第１ガスタービン２３を接続する。図面に示されている例示的な実施形態では、タービンシャフト６５と負荷２１との間の接続は、直接接続であり、すなわち、負荷シャフト２２および２つのタービンシャフト６５は、実質的に同一速度で回転する。他の実施形態では、示されていないが、それぞれのギアボックスは、各動力シャフト６５と負荷シャフト２２の対応する端との間に、配置されることができる。この修正された構成は、タービン２３、２５の回転速度が負荷２１の回転速度と異なる場合に、使用することができる。しかし、２つのタービンシャフト６５の一方の回転方向を反転させるギアボックスは、必要とされない。

【0042】

図１および図２を比較することによって理解されうるように、図２における配置の全体寸法は、図１のそれよりも小さい。具体的には、図２における装置の設置面積は、ギアボックスの欠如に起因して、より小さい。ギアボックス内の機械的損失が除去されるので、ギアボックスの欠如は、また、設備の全体効率を増大させる。潤滑油消費量が、低減され、ギアボックスによって引き起こされるロトダイナミックな臨界も同様に除去される。設備全体の信頼性は、故障しがちな構成要素の除去により、強化されている。

【0043】

負荷を駆動するための１つのみのタービンを使用する、高負荷タービン装置に関しては、本明細書中に開示されるような直列配置における、２つのより小さなガスタービンの、特に２つの航空転用ガスタービンの組み合わせは、追加的な利点が達成されることを可能にする。高負荷ガスタービンおよび負荷の配置の全体の寸法および設置面積は、本明細書に開示されているもののような二重のガスタービン配置よりも通常大きくなる。出力動力は同一である。より小さな航空転用ガスタービンの保守は、大きな高負荷タービンの保守よりも、より容易かつより安価である。また、２つの別個のガスタービンを使用することは、動作におけるより高い柔軟性を可能にし、例えば、５０ＭＷの負荷ステップを可能にする。単一のより大きなガスタービンが使用されている場合、１００ＭＷの負荷ステップのみが可能である。さらに、２つのタービンの各々の動力出力は、必要に応じて調節されることができ、ガスタービンの効率を最適化するように制御されることができる。低減された動力が必要な場合には、負荷と少なくとも１つのおよび好ましくは両方のガスタービンとの間のクラッチ継手を使用することは、少なくとも１つのおよび好ましくは両方のガスタービンが、負荷から分離され、かつ選択的にオフにされることを可能にする。設備のより高い信頼性も得られる。負荷が駆動されることができるので、１つのガスタービンの故障は、低減された動力でありながら、動作しているままのガスタービンによって、設備の全体の停止を引き起こすことはないだろう。

【0044】

図４は、本明細書に開示される主題のさらなる実施形態を示している。この実施形態では、負荷１２０は、２つのメインフレームのガスタービン１２３および１２５によって、駆動される。各メインフレームのガスタービン１２３、１２５は、圧縮機１２７および動力タービン１２９を備える。圧縮機１２７によって圧縮される空気は、燃焼器１２８に流れる。燃焼器１２８で発生した燃焼ガスは、動力タービン１２９で膨張される。圧縮機１２７および動力タービン１２９は、共通シャフト１３１によって支持され、かつ共通シャフト１３１にねじり拘束されている。各シャフト１３１は、それぞれのガスタービン１２３、１２５の冷側１２３Ｃ、１２５Ｃでの第１端１３１Ｃ、およびそれぞれのガスタービン１２３、１２５の熱側１２３Ｈ、１２５Ｈでの第２端１３１Ｈを有している。第１ガスタービン１２３のシャフト１３１の第２端１３１Ｈおよび第２ガスタービン１２５の冷側の第１端１３１Ｃは、両方とも、共通の負荷１２０に接続されている。２つのガスタービン１２３および１２５からの動力は、共通の負荷１２０を駆動するために組み合わせて使用される。

【0045】

本明細書中に記載されている主題を有する開示されている実施形態は、図面に示されており、いくつかの例示的な実施形態に関連して、特殊性および詳細を用いて、完全に上述されている。多くの修正、変更、および省略が、新規な教示、本明細書に説明されている原理および概念、および添付の特許請求の範囲に列挙されている主題の利点から実質的に逸脱することなく可能であることが、当業者にとって、明らかであろう。したがって、開示されているイノベーションの適切な範囲は、すべてのそのような修正、変更、および省略を包含するように、特許請求の範囲の最も広い解釈によってのみ決定されるべきである。加えて、任意のプロセスまたは方法ステップの順番または順序は、代替的な実施形態にしたがって、変えられ、または再配列されてもよい。

【符号の説明】

【0046】

１ 第１ガスタービン
２ ガス発生器
２Ａ 軸流圧縮機
２Ｂ 高圧タービン
３ 低圧タービン
４ 出力シャフト
５ 被駆動装置
６ 第２ガスタービン
７ 第２ガス発生器
７Ａ 圧縮機
７Ｂ 高圧タービン
８ 第２低圧タービン
９ シャフト
９Ａ 出力シャフト
１０ ギアボックス
２１ 負荷
２１Ａ クラッチ継手
２１Ｂ クラッチ継手
２２ 負荷シャフト
２２Ａ 端
２２Ｂ 端
２３ 第１ガスタービン
２３Ｃ 冷端
２３Ｈ 熱端
２５ 第２ガスタービン
２５Ｃ 冷端
２５Ｈ 熱端
２７ ガス発生セクション
２９ 低圧タービン
３１ 低圧軸流圧縮機
３３ 固定入口ブレード
３５ 低圧圧縮ステージ
３７ 低圧圧縮機ロータ
３９ 高圧軸流圧縮機
４３ 高圧圧縮ステージ
４５ 高圧圧縮機ロータ
４７ 燃焼器
４９ 第１高圧タービン
５０ 固定入口ブレード
５１ 膨張ステージ
５３ 高圧タービンロータ
５５ ガス発生器シャフト
５９ 固定ブレード
６１ 低圧膨張ステージ
６３ 低圧タービンロータ
６５ 動力シャフト、タービンシャフト
６５Ｃ 第１端、冷端
６５Ｈ 第２端、熱端
１２０ 負荷
１２３ 第１ガスタービン
１２３Ｃ 冷側
１２３Ｈ 熱側
１２５ 第２ガスタービン
１２５Ｃ 冷側
１２５Ｈ 熱側
１２７ 圧縮機
１２８ 燃焼器
１２９ 動力タービン
１３１ 共通シャフト
１３１Ｃ 第１端
１３１Ｈ 第２端

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】