特許 7490816 機械駆動用途におけるガスタービン及びその動作方法

(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】

(24)【登録日】2024-05-17

(45)【発行日】2024-05-27

(54)【発明の名称】機械駆動用途におけるガスタービン及びその動作方法

(51)【国際特許分類】

   F02C 7/36 20060101AFI20240520BHJP

   F01D 15/10 20060101ALI20240520BHJP

【ＦＩ】

F02C7/36

F01D15/10 Z

【請求項の数】 12

(21)【出願番号】P 2022566078

(86)(22)【出願日】2021-04-23

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2023-06-12

(86)【国際出願番号】 EP2021025154

(87)【国際公開番号】W WO2021223910

(87)【国際公開日】2021-11-11

【審査請求日】2022-11-04

(31)【優先権主張番号】102020000009721

(32)【優先日】2020-05-04

(33)【優先権主張国・地域又は機関】IT

(73)【特許権者】

【識別番号】517029381

【氏名又は名称】ヌオーヴォ・ピニォーネ・テクノロジー・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 Ｔｅｃｎｏｌｏｇｉｅ Ｓ．Ｒ．Ｌ．

(74)【代理人】

【識別番号】110002871

【氏名又は名称】弁理士法人坂本国際特許商標事務所

(72)【発明者】

【氏名】サンティーニ、マルコ

(72)【発明者】

【氏名】スカルポーニ、マルコ

【審査官】高吉 統久

(56)【参考文献】

【文献】特開平０４－１２１４２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－２５６８７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－０７０６３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１６－５２２３４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６２－０４５９４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－０９２６５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１７０５２４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０１Ｄ １５／１０

Ｆ０２Ｃ ３／１０

Ｆ０２Ｃ ７／３６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転機械を含む負荷を駆動するための駆動システムであって、
動力を発生するように構成されたガスタービンと、
電力グリッドに接続可能な電気モータ／発生器であって、電力グリッドから電力を吸収するモータとして、かつ前記電力グリッドに電力を注入する発生器として、動作することができる、電気モータ／発生器と、
前記ガスタービンを接続解除するための、前記ガスタービンと前記電気モータ／発生器との間に接続された第１の接続解除装置と、
前記負荷を接続解除するための、前記負荷と前記電気モータ／発生器との間に接続された第２の接続解除装置と、を備え、
前記第１の接続解除装置及び前記第２の接続解除装置の各々が、２つの機械的部品で作製されており、
前記電気モータ／発生器が、可変周波数駆動電気モータ（ＶＦＤ電気モータ）であり、前記２つの機械的部品の機械的係合解除を確実にするために、前記第１の接続解除装置及び前記第２の接続解除装置の各々の一方の機械的部品を他方の機械的部品に対して逆回転させるように動作される、駆動システム。

【請求項2】

前記第１の接続解除装置が、自己同期クラッチ又はオーバーランニングクラッチである、請求項１に記載の駆動システム。

【請求項3】

前記第２の接続解除装置が、自己同期クラッチ又はオーバーランニングクラッチである、請求項１又は２に記載の駆動システム。

【請求項4】

プログラムされた電子コントローラを備え、当該電子コントローラによってプログラムを実行することにより、前記第１の接続解除装置及び前記第２の接続解除装置の接続解除又は接続が行われる、請求項１から３のいずれか１項に記載の駆動システム。

【請求項5】

前記駆動システムが、前記第１の接続解除装置を閉じて、前記第２の接続解除装置を開き、前記電気モータ／発生器を発生器として動作させることで、前記負荷が接続解除され、前記ガスタービンによって発生した動力を電力として前記電力グリッドに送達する、最大ガスタービンモードで動作し、
前記駆動システムが、前記第１の接続解除装置を閉じて、前記第２の接続解除装置を閉じ、前記電気モータ／発生器をモータとして動作させることで、前記負荷が、前記ガスタービン及び前記電力グリッドの両方からエネルギーを受容するヘルパーモードで動作し、
前記駆動システムが、前記第１の接続解除装置を閉じて、前記第２の接続解除装置を閉じて、前記電気モータ／発生器を発生器として動作させることで、前記ガスタービンによって発生したエネルギーの一部が、前記負荷に送達され、かつ一部が、前記電力グリッドに電力として送達される発生器モードで動作し、
前記駆動システムが、前記第１の接続解除装置を開き、前記第２の接続解除装置を閉じ、前記電気モータ／発生器をモータとして動作させることで、前記ガスタービンが接続解除され、前記負荷が前記電力グリッドから給電された前記電気モータ／発生器によって動力を供給される、最大電気モードで動作する、請求項１から４のいずれか１項に記載の駆動システム。

【請求項6】

前記ガスタービンが、
ガス発生器であって、
ガス発生器圧縮機と、
高圧タービンと、
燃焼器と、を備える、ガス発生器と、
動力タービン又は低圧タービンと、
前記動力タービン又は低圧タービンを前記第１の接続解除装置に接続する、連結シャフトと、を備える、請求項１から５のいずれか１項に記載の駆動システム。

【請求項7】

前記ガスタービンが、ヘビーデューティ又は航空転用ガスタービンである、請求項１から６のいずれか１項に記載の駆動システム。

【請求項8】

負荷を駆動するための駆動システムを動作させるための方法であって、前記駆動システムが、
動力供給を発生させるように構成されたガスタービンと、
電力グリッドに接続可能な電気モータ／発生器であって、電力グリッドから電力を吸収するモータとして、かつ前記電力グリッドに電力を注入する発生器として、動作することができる、電気モータ／発生器と、
前記ガスタービンと前記電気モータ／発生器との間に接続された第１の接続解除装置と、
負荷と前記電気モータ／発生器との間に接続された第２の接続解除装置と、を備え、
前記第１の接続解除装置及び前記第２の接続解除装置の各々が、２つの機械的部品で作製されており、
前記電気モータ／発生器が、可変周波数駆動電気モータであり、前記２つの機械的部品の機械的係合解除を確実にするために、前記第１の接続解除装置及び前記第２の接続解除装置の各々の一方の機械的部品を他方の機械的部品に対して逆回転させるように動作され、
前記方法が、
前記第１の接続解除装置を閉じるステップと、
前記第２の接続解除装置を開くステップと、
前記電気モータ／発生器を発生器として動作させるステップと、を含み、
よって、前記駆動システムを最大ガスタービンモードとして動作させ、前記負荷が、接続解除され、前記ガスタービンによって発生した動力を電力として前記電力グリッドに送達することができる、方法。

【請求項9】

前記第１の接続解除装置を閉じるステップと、
前記第２の接続解除装置を閉じるステップと、
前記電気モータ／発生器をモータとして動作させるステップと、を含み、
よって、前記駆動システムをヘルパーモードとして動作させ、前記負荷が、前記ガスタービン及び前記電力グリッドの両方からエネルギーを受容する、請求項８に記載の方法。

【請求項10】

前記第１の接続解除装置を閉じるステップと、
前記第２の接続解除装置を閉じるステップと、
前記電気モータ／発生器を発生器として動作させるステップと、を含み、
よって、前記駆動システムを発生器モードとして動作させ、前記ガスタービンによって発生した動力の一部が、前記負荷に送達され、かつ一部が、前記電力グリッドに電力として送達される、請求項８又は９に記載の方法。

【請求項11】

前記第１の接続解除装置を開くステップと、
前記第２の接続解除装置を閉じるステップと、
前記電気モータ／発生器をモータとして動作させるステップと、を含み、
よって、前記駆動システムを最大電気モードとして動作させ、前記ガスタービンが、接続解除され、前記負荷が、前記電力グリッドから導出された電力によって駆動される前記電気モータ／発生器によって動力を供給される、請求項８から１０のいずれか１項に記載の方法。

【請求項12】

前記駆動システムが、プログラムされた電子コントローラを備え、当該電子コントローラによってプログラムを実行することにより、前記第１の接続解除装置及び前記第２の接続解除装置の接続解除又は接続が行われる、請求項８から１１のいずれか１項に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、最大動力発生モードが必要とされるときに効率を高めることができる機械駆動用途で使用されるガスタービンシステムの改善に関する。具体的には、排他的ではないが、本開示は、負荷、例えば、液化天然ガス施設における冷媒流体用の圧縮機、パイプライン輸送においてガスを圧縮するための圧縮機、ポンプ、又は任意の他の回転機械を駆動するためのハイブリッドガスタービンシステムに関する。

【0002】

本開示は、ガスタービンシステムを動作させるための方法の改善に更に関する。

【背景技術】

【0003】

液化天然ガス（Liquefied Natural Gas、ＬＮＧ）は、液化プロセスから生じ、液化プロセスでは、カスケード配置の１つ以上の冷凍サイクルを使用して、天然ガスが液体になるまで冷却される。天然ガスは、しばしば、特にパイプライン輸送ができないときに、貯蔵又は輸送の目的で液化される。

【0004】

天然ガスの冷却は、閉じた又は開いた冷凍サイクルを使用して行われる。冷媒は、１台又は複数台の圧縮機で処理、凝縮、及び膨張される。膨張して冷えた冷媒は、熱交換器内を流れている天然ガスから熱を除去するために使用される。

【0005】

可能な場合、又は経済的に適当である場合、一般に、ガスを輸送するためにパイプライン輸送が使用される。パイプライン内のガスを加圧状態に維持するために、１台以上の圧縮機がパイプラインに沿って配置される。

【0006】

ＬＮＧの冷媒圧縮機、パイプライン用途の圧縮機、又は石油及びガス産業における用途の他の回転装置は、しばしば、ガスタービンによって駆動される。ガスタービンの動力可用性は、周囲条件、すなわち、気温並びに他の特定の因子に依存する。タービンの動力可用性は、周囲温度に反比例する。これは、一日の又は季節による温度の変動のため、動力可用性を変化させる。

【0007】

電気機械又はより具体的には電気モータ／発生器が、１つ以上の圧縮機又はポンプなどの負荷を駆動するために、ガスタービンと組み合わせて関連付けられる、いわゆるハイブリッドガスタービンが市場で入手可能である。電気モータ／発生器は、当初は、負荷への機械力を補うために、タービンの動力可用性が減少したときの負荷シャフト上の全体的な機械力を一定に保つために、及び／又は負荷を駆動するために使用される総機械力を増加させるために使用されていた。電気モータ／発生器のこの機能は、ヘルパーデューティと称される。別の電気モータ、又は代替的に、空気圧モータ／発生器はまた、通常、ガスタービンをゼロから定格速度まで加速するためのスタータモータとしても使用される。

【0008】

代わりに、余剰の機械力がタービンによって発生したときに、例えば、周囲温度が設計温度よりも低下し、その結果、タービンの動力可用性が増加した場合、又は圧縮機によって必要とされる機械的負荷が低下した場合、ガスタービンによって発生した余剰の機械力は、電気ヘルパーモータ／発生器を発生器として使用して電力に変換される。

【0009】

今日では、必要な場合に、例えば、電力グリッドの消費ピークの場合に動力を供給することが可能なシステムに対する要求が増加している。

【0010】

この目的のために、トレイン構成システムとも呼ばれる上述のシステム構成が採用される。より具体的には、このシステムは、通常、前述のように、ガスタービンと、圧縮機、ポンプ、又は同様のものなどの負荷と、シャフトを通して負荷に接続された電気モータ／発生器と、ガスタービンと負荷の間に介在される自己同期クラッチと、を備える。また、電気モータ／発生器が電力グリッドに接続される。したがって、電気モータ／発生器は、負荷を駆動する（又は駆動に寄与する）ように電力グリッドから電力を吸収するモータとして、又は余剰の電力を電力グリッドに供給する発生器として動作することができる。

【0011】

ハイブリッドガスタービンシステムは、４つのモード、すなわち、ヘルパーモード、発生器モード、最大電気モード、及び最大ガスタービンモード（全電力発生モードとも称される）で動作することができる。

【0012】

ヘルパーモードでは、ガスタービン及び電気モータ／発生器の両方が負荷に供給する。この場合、クラッチが接続され、電気モータ／発生器は、電力グリッドからエネルギーを吸収するモータとして動作し、更に、ガスタービンが負荷にエネルギーを供給する。したがって、負荷が受容する動力は、ガスタービンによって発生した動力と電気モータ／発生器によって発生した動力の合計である。

【0013】

発生器モードでは、クラッチが接続され、ガスタービンがエネルギーを負荷に供給し、電気モータ／発生器が発生器として動作し、したがって、生じ得る余剰のエネルギーを電力グリッドに送給する。かかる動作モードでは、ガスタービンによって発生した動力は、実際には、負荷への送給と、電力グリッドへのエネルギーの導入と、に分けられる。

【0014】

最大電気モードでは、クラッチが接続解除され、すなわち、クラッチが開かれ、よって、ガスタービンが、更にはシャットダウンされ得、したがって、全く機能しない場合があり、一方で、電気モータ／発生器が負荷を駆動し、したがって、電力グリッドからエネルギーを吸収し、よって、電気モータ／発生器がモータとして動作する。この構成では、クラッチは、トレインシステムをゼロエミッション動作に変換するために使用される。

【0015】

最後に、最大動力発生モード、すなわち、第４の動作モードでは、クラッチが接続され、圧縮機又はポンプなどの負荷が、最低動作速度に保たれるので、最小トルクを吸収し、電気モータ／発生器が発生器として動作し、ガスタービンが動力を発生する。この動作モードは、通常、電力グリッドによって要求される動力吸収ピークが存在するたびに動作され、したがって、タービンによって発生した動力は、電気エネルギーに変換されて、電力グリッドに注入されなければならない。

【0016】

動力の需要が高い場合は、最大エネルギーを供給することが必要である。したがって、電気機械によって発生する動力を増加させることが必要である。この状況において、電力グリッドの抵抗トルクが増加されると想定すれば、高エネルギーの需要のため、ガスタービンは、必然的に全電力－低速モードで動作する。これは、１分当たりのガスタービンの回転数が非常に低いことを意味し、特に、以下の式が成り立つことを意味する。

【0017】

【数1】

式中、

【0018】

【数2】

は、電気モータによって吸収された動力であり、ｃは、抵抗トルクであり、ｎは、電気モータ／発生器の回転数である。

【0019】

しかしながら、圧縮機又はポンプなどの負荷は、発生器として動作している間、ガスタービンから動力を吸収し、これは、電気モータ／発生器によって吸収される動力の低減を生じさせる。

【0020】

特に、例えば、圧縮機（更にはポンプ又は同様のものなどの任意の機械的負荷）は、主に安定性／動作性のために、回転数ｎの閾値よりも低く回転させることができないと考えられる。そのため、発生した動力の一部が必然的に失われる。

【0021】

負荷の正しい動作のために必要とされる最低動作速度の課題は、一般に、２つの主な態様に起因する。第１の態様は、流体力学的性質を有するが、他方は、回転力学的性質を有する。第１の態様に関しては、圧縮機の場合のサージ若しくはチョッキング、又はポンプの場合のキャビテーションと考えることができる。回転力学的問題に関して、一般に、特定の回転閾値の下には、圧縮機タービンシャフトの臨界速度が存在し得、これは、シャフトを実質的に振動させ、様々な動作上の問題、更にはシャフト破断を生じさせる。

【0022】

換言すれば、上で説明した構成による、先行技術によるハイブリッドガスタービンシステムは、圧縮機／ポンプが、常に回転モードにあり、吸収される動力（損失とみなされる）が、ガスタービンによって発生した動力の約数パーセントポイントの大きさ（約７～１２％）であるので、最大動力発生モード中に動力損失を有する。

【0023】

したがって、本分野では、必要な場合に負荷に伝送される動力を最大にすることができる、改善されたハイブリッドガスタービンシステムが歓迎される。より具体的には、最大動力発生モードが必要とされる場合に効率を高める、ハイブリッドガスタービンを備えるトレインシステムが歓迎される。

【発明の概要】

【0024】

一態様では、本明細書に開示される主題は、ポンプ、圧縮機、又は同様のものなどの負荷を駆動するための駆動システムを対象とする。駆動システムは、動力を発生させるためのガスタービンと、電力グリッドに接続可能な可変周波数駆動電気モータ（variable frequency drive、ＶＦＤ電気モータ）などの電気モータ／発生器と、を備える。電気モータ／発生器は、電力グリッドから動力を吸収するモータとして、及び電力グリッドに動力を注入する発生器として動作することができる。

【0025】

駆動システムはまた、ガスタービンを接続解除するための、ガスタービンとＶＦＤ電気モータとの間に接続された第１の自己同期クラッチ又はオーバーランニングクラッチと、負荷を接続解除するための、負荷とＶＦＤ電気モータとの間に接続された第２の自己同期クラッチ又はオーバーランニングクラッチと、を備える。

【0026】

別の態様では、本明細書に開示される主題は、第１及び第２の自己同期クラッチが、操作者によって手動で、又はアクチュエータによって自動的に動作される駆動システムに関する。

【0027】

別の態様では、負荷を駆動するための駆動システムを動作させるための方法であって、第１の接続解除装置を閉じるステップと、第２の接続解除装置を開くステップと、電気モータ／発生器を発生器として動作させるステップと、を含み、よって、駆動システムを最大ガスタービンモードとして動作させ、負荷が、接続解除され、ガスタービンによって発生した動力を電力グリッドに伝達することができる、方法が本明細書に開示される。

【図面の簡単な説明】

【0028】

本発明の開示の実施形態とそれに付随する利点の多くについての完全な理解は、添付図面に関連して考えながら以下の発明を実施するための形態を参照することによって、より容易に得られるであろう。

【図1】本開示による、駆動システム配置のスキームを例示する。

【図2】本開示による、駆動システムを動作させるための方法のフローチャートを例示する。

【発明を実施するための形態】

【0029】

時には、電力グリッドにストレスを生じさせる消費ピークが存在する。追加のエネルギーを供給するために、機械的負荷を駆動するために使用されるガスタービンが、ポンプ又は圧縮機として使用される。ガスタービンによって生成された機械的エネルギーは、電気モータ／発生器装置によって電気エネルギーに変換される。ガスタービンから電力式グリッドへのエネルギー伝達効率を最適にするために、接続解除装置の提供とともに、新しいレイアウトが使用される。このようにして、負荷を機械的に排除して、負荷をガスタービンから係合解除し、よって、後者の全てのエネルギーを、モータ／発生器装置によって電力グリッドに注入することができる。

【0030】

より具体的には、一態様によれば、本主題は、ガスタービン及び電気モータ／発生器を備える機械駆動用途で使用される、ハイブリッドガスタービン駆動システムを対象とする。本駆動システムは、任意の動作又は必要性において柔軟であるように、通常モード、すなわち、ヘルパーモード、発生器モード、全電気モード、及び最大動力発生モードとして動作することができる。本システムのレイアウトは、システムが最大動力発生モードで動作するときに、ガスタービンが駆動するように適合される負荷を動力発生回路から排除して、ガスタービンによって発生した動力の一部を負荷が吸収することを防止し、したがって、必要な場合に、負荷に伝送される動力を最大にすることができるものである。

【0031】

負荷の排除は、必要性に応じて選択的に開閉することができる接続解除装置によって達成される。この解決方法は、最大動力発生モードのガスタービンとともに動作して、機械的に駆動される機器（負荷）を接続解除することを可能にする。このようにして、ガスタービンの全ての動力が電力に入る。これは、機械的に駆動される機器（ポンプ又は遠心圧縮機など）が常に接続されたままになることを防止し、したがって、最大動力発生モードが必要とされるときに、後者が動力を吸収することも防止する。

【0032】

電力の高い需要が必要とされるときに、接続解除装置（負荷に接続される）が開き、よって、ガスタービン及び電気モータ／発生器は、最大動力を発生して電力グリッドに伝達し、エネルギーを供給して、要求されたエネルギーのピークに対処することができる。

【0033】

以下、図面を参照すると、図１は、本明細書に開示される主題の一実施形態を例示する。具体的には、ガスタービン２と、第１の接続解除装置３と、電気モータ／発生器４と、第２の接続解除装置５と、負荷６と、を備える、機械的駆動システム１が例示される。

【0034】

ガスタービン２は、例えば、ヘビーデューティ又は航空転用ガスタービンであり、ガス発生器２１と、動力タービン又は低圧タービン２２と、を備える。ガス発生器２１はまた、ガス発生器圧縮機２１１と、高圧タービン２１２と、を備える。ガス発生器圧縮機２１１は、環境からの空気を圧縮し、この空気が燃焼器２１３に送達される。燃焼器２１３では、燃料が空気流に加えられ、燃料／空気混合気が形成されて、点火される。燃焼器内で発生した燃焼ガスは、高圧タービン２１２に送達され、その中で部分的に膨張して、機械力を発生する。高圧タービン２１２によって発生した機械力は、ガス発生器圧縮機２１３を駆動するために使用される。部分的に膨張した燃焼ガスは、動力タービン２２を通って流れて、そこで更に膨張して、追加的な機械力を発生する。動力タービン２２は、通常、動力タービンシャフト（図示せず）上に動力タービンロータ（図示せず）を備える。

【0035】

ガスタービン２、又はより具体的には、動力タービン２２は、結合シャフト２３を通して第１の接続解除装置３に接続され、これが次に電気モータ／発生器４に接続される。

【0036】

電気モータ／発生器４は、可変周波数駆動電気モータ（ＶＦＤ電気モータとしても知られている）である。この種類の電気モータ／発生器４は、排気物の削減、顕著な柔軟性及び動作信頼性、並びにメンテナンスコストの削減を達成することを可能にする技術に基づいている。

【0037】

ＶＦＤ電気モータ４は、動力を電力グリッドＮに注入し、したがって、発生器のように動作させること、又は電力グリッドＮによって供給され、よって、モータとして動作させること、のいずれかを行うことができるような方式で、電力グリッドＮに接続される。ＶＦＤ電気モータ４の使用は、最終圧力が、前述のように、例えば、圧縮機又はポンプであり得る負荷の速度に依存するので、例えば、パイプラインなどで、プロセスを満たすために、その回転数を変化させることを必要とする、機械的負荷の速度に従うことができるので好都合である。

【0038】

電力グリッドＮは、太陽又は風力エネルギー発生器プラントのような、再生可能動力生成プラントに接続することができる。

【0039】

いくつかの実施形態では、発生器又は電気モータのいずれかとして動作することができる他のタイプの電気モータ／発生器を設置することもできる。

【0040】

図１を更に参照すると、第２の接続解除装置５は、駆動システム１に接続されたＶＦＤ電気モータ４と負荷６との間に介在され、かつ下でより良好に説明するように、特定の動作構成のために、負荷６からシステム１の電力発生部分全体を結合解除するように動作される。

【0041】

第１の接続解除装置３は、ＶＦＤ電気モータ４を通してガスタービン２から負荷６に伝送されるトルクを可逆的に接続解除することができる。代わりに、第２の接続解除装置５は、負荷６からＶＦＤ電気モータ４を可逆的に接続解除するように動作される。

【0042】

一実施形態として、第１の接続解除装置３は、動力タービンシャフト２３とＶＦＤ電気モータ４との間に配置される。接続解除装置３は、２つの動作モード、すなわち、ガスタービン２からの動力（トルク）が電気モータ／発生器４に伝送される接続動作モードと、ガスタービン２がＶＦＤ電気モータ４から接続解除される接続解除動作モードと、を有する。

【0043】

同様に、前述のようにＶＦＤ電気モータ４と負荷６との間に配置される第２の接続解除装置５は、２つの動作モード、すなわち、ＶＦＤ電気モータ４からの動力（トルク）が負荷６に伝送される接続動作モードと、ガスタービン２及びＶＦＤ電気モータ４からの動力（トルク）を伝送することができない接続解除動作モードと、を有する。

【0044】

第１の接続解除装置３及び／又は第２接続解除装置５は、操作者によって手動で動作させることができ、又はアクチュエータ又は自己同期クラッチによって自動的に動作させることができる。図１の実施形態では、第１の接続解除装置３及び／又は第２接続解除装置５は、自己同期クラッチである。

【0045】

また、一般に、クラッチは、自己同期クラッチ又はオーバーランニングタイプであり、ロックイン及びロックアウト装置として知られている装置を備えており、この装置は、作動させたときに、クラッチを係合位置又は係合解除位置に固定する機能を有する。

【0046】

第２の接続解除装置５を特に参照すると、これは、課題となっている技術分野で主に使用されるという事実のため、通常、自己同期クラッチである。この特定の種類のクラッチについては、電気モータ／発生器４、すなわち、ＶＦＤ電気モータと、負荷６との間の係合解除は、２つの動作モードによって実現され得る。予め、クラッチの２つの部品間の係合は、フッキング接続機構によって接続することができる、適切に成形された歯付きギアによって実現されると考えらなければならない。したがって、自己同期クラッチを係合解除する前に、機械的部品間の安全な接続解除を実行しなければならない。第１の係合解除モードは、典型的には一方のクラッチの部品を他方に対して半回転／１回転だけ逆回転させて、上述した機械的部品の機械的係合解除を確実にするために、ＶＦＤ電気モータ４が動作されるものと規定する。この逆回転の機能は、この特定の機能のための電気的機械に通電することによって得ることができる。

【0047】

代替として、負荷６は、負荷６の駆動シャフト６２を逆回転させて、第２の接続解除装置５を係合解除するように動作可能なターニングギア装置６１を備えることができる。

【0048】

また、第１の接続解除装置３及び／又は第２接続解除装置５は、操作者によって自動的に、又は一定の条件下でガスタービン２を電気モータ／発生器４及び負荷６から接続解除／に接続するようにプログラムされた電子コントローラによって動作させることができる。他の実施形態では、上述したように、第１の接続解除装置３及び／又は第２接続解除装置５を制御するためのアクチュエータは、操作者によって手動で動作させることができる。

【0049】

電気作動クラッチに代わるものとして、液圧クラッチを設置することができるが、機械的損失が存在し得る。

【0050】

他の実施形態では、接続解除装置３及び５は、液圧トルクコンバータを備えることができる。また、他の実施形態では、接続解除装置３及び５は、オーバーランニングクラッチ又は磁気タイプのものとすることができる。

【0051】

負荷６又はガスタービン２のような機械的に駆動される部品を機械的に切断することができる、他の接続解除装置を適用することができる。

【0052】

本実施形態の負荷６はポンプであるが、上述のように、圧縮機のような異なる負荷を適用することができる。

【0053】

駆動システム１は、以下のように動作する。

【0054】

上述したように、駆動システム１は、異なるモードに従って動作することができ、特に、下でより良好に説明されるように、４つのモード、すなわち、ヘルパーモード、発生器モード、最大電気モード、及び最大電力発生モードが利用可能である。

【0055】

特に、図１の参照を続け、かつ図２も参照すると、機械駆動用途で使用される駆動システム１のいくつかの構成又は動作ステップを想定することができる方法２００が例示されている。

【0056】

より具体的には、機械的駆動システム１をヘルパーモード２０１で動作するときに、第１の接続解除装置３が閉じられ、第２の接続解除装置５が閉じられ、ＶＦＤ電気モータ４がモータとして動作することが分かる（ステップ２０２を参照されたい）。したがって、この場合、負荷６は、ガスタービン２並びに電気的電力グリッドＮの両方からエネルギーを受容する。

【0057】

機械的駆動システム１が発生器モード２３で動作するときに、駆動システム１の構成は、第１の接続解除装置３が閉じられ、第２の接続解除装置５が閉じられ、電気モータ／発生器が発生器として動作する（ステップ２０４を参照されたい）。この構成では、ガスタービン２によって発生した動力の一部が負荷６に送達され、一部が電力グリッドＮに送達される。

【0058】

最大電気モードでは、図２の動作方法２００のステップ２０５を参照すると、第１の接続解除装置３が開かれ、第２の接続解除装置５が閉じられ、ＶＦＤ電気モータ４がモータとして動作する。この場合、通常通り、ガスタービン２は、機械的駆動システム１から接続解除され、負荷６は、電力式グリッドＮから得られた動力によって、ＶＦＤ電気モータ４によって給電される（ステップ２０６を参照されたい）。

【0059】

最後に、機械的駆動システム１が最大電力発生モード（最大ガスタービンモード）で動作するときには、第１の接続解除装置３が閉じられ、第２の接続解除装置５が開かれ、ＶＦＤ電気モータ４が発生器として動作する（ステップ２０８）。

【0060】

この構成は、電力グリッドＮが最大動力を必要とするとき、例えば、エネルギーのピークが必要とされるときに使用される。この場合、第２の接続解除装置５が接続解除されるか、又は開かれ、第１の接続解除装置３が閉じられるか、又は接続され、ガスタービン２は、最大動力をＶＦＤ電気モータ４に伝達して、それを発生器として動作させて、ガスタービン２によって生成された動力を電力グリッドＮに伝達することができる。駆動システム１の負荷６への接続による損失は全く生じず、この損失は、実際には、（接続解除された）第２の接続解除装置５によって排除される。

【0061】

この構成では、実際には、第２の接続解除装置５が開いているので、負荷、すなわち、ポンプ６は、ＶＦＤ電気モータ４から機械的に分離される。

【0062】

理解することができるように、それぞれ参照番号３及び５によって示される２つの接続解除装置又はクラッチは、負荷６の選択／接続において最大の柔軟性を提供する。実際には、機械的駆動機能が必要とされる場合は、クラッチ上のロックアウト装置が通電されるので、駆動シャフトが回転するときに、駆動シャフトが係合しない代わりに、自己同期クラッチタイプが係合する。この特定の状態は、一般に、機械的駆動負荷６又は機器（ポンプ、圧縮機、．．．）によるいかなる機械的損失も伴うことなく、純粋な発生モードでガスタービン２が動作することを可能にする。

【0063】

完全な電気モードでポンプ６を動作させるために、同じ概念が、第１の接続解除装置３に適用可能である。

【0064】

前述のように、第２の接続解除装置５を係合解除するために、ガスタービン２の速度がゼロであるときに、いかなるアクチュエータも伴わない係合解除を確実にするために、電気機械、すなわち、ＶＦＤ電気モータ４が、約半回転又は１～２回転逆回転するように通電される。代替として、他の実施形態では、第２の接続解除装置５の係合解除を達成するために、ターニングギア装置６１は、逆回転で動作する。

【0065】

本発明は、様々な特定の実施形態に関して説明されてきたが、当業者には、特許請求の範囲の趣旨及び範囲を逸脱することなく多くの修正、変更、及び省略が可能であることが、当業者には明らかであろう。加えて、本明細書で別段の指定がない限り、いずれのプロセス又は方法ステップの順序又は配列も、代替的な実施形態に従って変更又は再配列され得る。

【0066】

本開示の実施形態に対して詳細な参照がなされており、これらの１つ以上の例は、図面に例示されている。各例は、本開示を限定するものではなく、本開示の説明として提供するものである。実際には、本開示の範囲又は趣旨から逸脱しない限り、本開示に様々な修正及び変形を加えることができるということが、当業者には明らかであろう。本明細書全体を通して「ある実施形態」又は「一実施形態」又は「いくつかの実施形態」への言及は、一実施形態に関して説明される特定の特徴、構造、又は特性が、開示される主題の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。したがって、本明細書全体を通して様々な個所における「ある実施形態では」又は「一実施形態では」又は「いくつかの実施形態では」という句が現れると、それは、必ずしも同じ実施形態を指しているものではない。また、特定の特徴、構造、又は特性は、１つ以上の実施形態において、任意の好適な様式において組み合わされ得る。

【0067】

様々な実施形態の要素を提示する際、冠詞「ある（a）」、「ある（an）」、「その（the）」、及び「当該（said）」は、要素のうちの１つ以上があることを意味することを意図している。「備える（comprising）」、「含む（including）」、及び「有する（having）」という用語は、非排他的であることが意図され、列記された要素以外の追加の要素が存在し得ることを意味するものである。

【図1】

【図2】