[发明专利]带有涡轮发电机的燃气轮机

说明书

技术领域

本发明涉及一种带有涡轮发电机的燃气轮机，尤其是用于发电站设备。

背景技术

在发电站设备中为了产生电流通常使用发电机。发电机在欧洲必须以50Hz、在美国必须以60Hz工作，以便可将所获得的交变电流馈入到电能供应网中。为此所使用的交流发电机的最常用结构形式是三相同步发电机，属于这种三相同步发电机的是水力发电机、柴油发电机以及涡轮发电机。发电机的极数确定发电机转速。涡轮发电机的转速越低，所需的极数就越多。

涡轮发电机由蒸汽轮机或燃气轮机驱动。涡轮发电机通常构造成两极的并且以3000min^-1(50Hz，欧洲)或以3600min^-1(60Hz，美国)工作。在蒸汽轮机中，功率极限对于3000min^-1或3600min^-1在此大约处于可达1200MW的范围内，对于1500min^-1，在蒸汽轮机的特殊情况下在大型核发电站中功率极限通过四极涡轮发电机大约可达1800MW。目前，燃气轮机连同两极发电机使用，在3000min^-1或3600min^-1时提供大约可达350MW的功率。因为燃气轮机比蒸汽轮机具有更好的效率并且可直接使用气态或液态的燃料来驱动涡轮机，而不必事先产生蒸汽，所以应用领域更加广泛且效率更高。

作为涡轮发电机的驱动装置的燃气轮机，迄今其主要用作备用发电站，用于高峰负荷供电以及用作可移动的应急发电机组。在燃气轮机中，在确定的转速下可达到的功率通过转子尺寸的大小以及与此相联系的机械负荷(离心力)的大小来限制。在燃气轮机技术中在使用可承受高负荷材料、例如用单晶浇注的涡轮叶片的情况下在3000min^-1或3600min^-1的应用中达到机械负荷的极限。因此，为了满足功率要求在发电站中的大型燃气轮机中迄今使用多个带有两极发电机的涡轮机组。

图2中示意性地绘出了迄今所使用的两极发电机1和燃气轮机2的布置。燃气轮机2和发电机1分别被这样布置，使得涡轮机2和发电机1的纵向轴线3处于一条直线上。在这种布置中，发电机1尤其构造成涡轮发电机。在驱动装置即燃气轮机2与电流产生装置即发电机1之间安置有轴和联轴器6形式的连接段。涡轮机2将由其产生的转矩通过轴4输出。涡轮发电机的驱动装置也以轴5的形式存在并且通过联轴器6连接在涡轮机的驱动轴4上。这两个轴4、5沿着同一个轴线3延伸。通过并联布置多个涡轮机-发电机总成而形成一个总发电站7，其功率相应于涡轮发电机1的单机功率的总和。

燃气和蒸汽轮机设备已由现有技术公知。在DE 198 43 441A1中公开了具有多个燃气轮机和一个蒸汽轮机的组合发电站设备。每两个燃气轮机在此以一个驱动轴各驱动一个发电机，蒸汽轮机以自己的轴驱动一个自己的发电机，由此总共三个发电机工作。涡轮机的这种布置在连接方面是并联的。燃气轮机的发电机定位在串联布置的涡轮机之间。通过发电机产生的电流通过发电机引线输送给电网。

在DE 198 50 052A1中公开了一种发电机，该发电机带有一个燃气轮机和一个蒸汽轮机的双驱动装置。燃气轮机直接通过燃气轮机轴和联轴器耦合在发电机轴上。蒸汽轮机具有一个自己的驱动轴，该驱动轴通过传动装置耦合在发电机的驱动轴上。传动装置在此起到变频器的作用或从超同步转速到同步转速的转换器的作用。联轴器相应于同步联轴器，在发电机起动阶段期间可通过该同步联轴器使蒸汽轮机脱耦。在两极发电机中，由于汇流环或旋转励磁装置，励磁侧的轴形成功率传递的隘口并且限制CC(联合循环)单元的总功率。

在所述的现有技术中，燃气轮机发电站中的发电机或者通过多个燃气轮机或者通过一个燃气轮机和一个蒸汽轮机来驱动。在此可能的四极发电机不利地也通过多个涡轮机来驱动，因此造成高昂的制造成本和工作成本。使用传动装置也是不利的，除了涡轮机的损失功率之外，通过该传动装置由于摩擦而产生附加损失。

发明内容

因此，本发明的任务在于，提供一种功率提高的带有涡轮发电机的燃气轮机。在此情况下应尽可能不超过并联布置的传统燃气涡轮发电机的安装面积。

该任务通过根据本发明的带有涡轮发电机的燃气轮机来解决。有利的实施形式和进一步构型在下述技术方案中描述。