(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機セクション（１０５、６０５、１２１５）、タービンセクション（１１５、１２３０）、および、前記圧縮機セクション（１０５、６０５、１２１５）および前記タービンセクション（１１５、１２３０）に動作可能に連結されている燃焼器セクション（１１０）を含む第１のガスタービン（１０、１２、１４、１６、１８、２０、２２、２４、２６）と、
前記第１のガスタービン（１０、１２、１４、１６、１８、２０、２２、２４、２６）の前記圧縮機セクション（１０５、６０５、１２１５）および前記タービンセクション（１１５、１２３０）を通って延在する第１のローターシャフト（１２５、３１０、９１０）と、
前記第１のローターシャフト（１２５、３１０、９１０）に連結され、前記第１のガスタービン（１０、１２、１４、１６、１８、２０、２２、２４、２６）の前記タービンセクション（１１５、１２３０）によって駆動される、第１の発電機（１２０）と、
前記第１のガスタービン（１０、１２、１４、１６、１８、２０、２２、２４、２６）の前記圧縮機セクション（１０５、６０５、１２１５）および前記タービンセクション（１１５、１２３０）、ならびに、前記第１の発電機（１２０）の中で、前記第１のローターシャフト（１２５、３１０、９１０）を支持する複数の軸受（１４０）であって、前記軸受（１４０）の少なくとも１つは、モノタイプの低損失軸受（１４０）である、複数の軸受（１４０）と
を含む、パワートレインアーキテクチャー（１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００、８００、９００、１０００、１１００、１２００、１３００）であって、
前記第１のガスタービン（１０、１２、１４、１６、１８、２０、２２、２４、２６）の前記圧縮機セクション（１０５、６０５、１２１５）が、前記燃焼器セクション（１１０）の遠位にある前方段と、前記燃焼器セクション（１１０）の近位にある後方段と、それらの間に配設されている中間段とを含み、
前記第１のガスタービン（１０、１２、１４、１６、１８、２０、２２、２４、２６）の前記圧縮機セクション（１０５、６０５、１２１５）の前記前方段、前記後方段および前記中間段のそれぞれ、前記第１のガスタービン（１０、１２、１４、１６、１８、２０、２２、２４、２６）の前記タービンセクション（１１５、１２３０）、および前記第１の発電機（１２０）は、複数の回転コンポーネント（１３０、１３５、７１０、７１５、１２２０、１２２５、１２３５、１２４０）を含み、
前記圧縮機セクション（１０５、６０５、１２１５）の前記前方段、前記中間段および前記後方段、前記タービンセクション（１１５、１２３０）、ならびに前記第１の発電機（１２０）の中の前記回転コンポーネント（１３０、１３５、７１０、７１５、１２２０、１２２５、１２３５、１２４０）の少なくとも１つが、低密度材料を含み、
前記第１のガスタービン（１０、１２、１４、１６、１８、２０、２２、２４、２６）が、前記前方段を通って延在するスタブシャフト（６２０）をさらに含み、前記前方段の前記回転コンポーネント（７１０、１２２０）は、前記第１のローターシャフトの周りに配置されている前記中間段および後方段の前記回転コンポーネント（１３０、７１５、１２２５）よりも遅い回転速度で動作するように、前記スタブシャフト（６２０）の周りに配置されている、
パワートレインアーキテクチャー（１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００、８００、９００、１０００、１１００、１２００、１３００）。
【請求項２】
前記第１のローターシャフト（１２５、３１０、９１０）が、圧縮機ローターシャフト部およびタービンローターシャフト部を有するシングルシャフト配置を含む、請求項１記載のパワートレインアーキテクチャー（１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００、８００、９００、１０００、１１００、１２００、１３００）。
【請求項３】
前記第１のガスタービン（１０、１２、１４、１６、１８、２０、２２、２４、２６）が、リアエンド駆動ガスタービン（１２、１６、２２）を含む、請求項１記載のパワートレインアーキテクチャー（１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００、８００、９００、１０００、１１００、１２００、１３００）。
【請求項４】
前記第１のガスタービン（１０、１２、１４、１６、１８、２０、２２、２４、２６）が、前記第１のローターシャフト（１２５、３１０、９１０）に沿って前記タービンセクション（１１５、１２３０）に動作可能に連結されている再熱セクション（２０５）をさらに含み、前記再熱セクション（２０５）は、再熱燃焼器セクション（２１０）と、複数の回転コンポーネント（２２０）を備える再熱タービンセクション（２１５）とを有しており、
前記圧縮機セクション（１０５、６０５、１２１５）の前記前方段、前記中間段および前記後方段、前記タービンセクション（１１５、１２３０）、前記第１の発電機（１２０）、ならびに前記再熱タービンセクション（２１５）の中の前記回転コンポーネント（１３０、１３５、２２０、７１０、７１５、１２２０、１２２５、１２３５、１２４０）のうちの少なくとも１つが、前記低密度材料を含む、請求項１記載のパワートレインアーキテクチャー（１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００、８００、９００、１０００、１１００、１２００、１３００）。
【請求項５】
高圧セクション（４０２）および低圧セクション（４０６）を有する蒸気タービン（４０）と、前記第１のガスタービン（１０、１２、１４、１６、１８、２０、２２、２４、２６）および前記蒸気タービン（４０）に流体連結されている第１の熱交換器（５０）とをさらに含み、前記高圧セクション（４０２）および前記低圧セクション（４０６）のそれぞれが、複数の回転コンポーネントを含み、
前記第１のガスタービン（１０、１２、１４、１６、１８、２０、２２、２４、２６）の前記圧縮機セクション（１０５、６０５、１２１５）の前記前方段、前記中間段および前記後方段、前記第１のガスタービン（１０、１２、１４、１６、１８、２０、２２、２４、２６）の前記タービンセクション（１１５、１２３０）、前記第１の発電機（１２０）、前記蒸気タービン（４０）の前記高圧セクション（４０２）、ならびに前記蒸気タービン（４０）の前記低圧セクション（４０６）のうちの少なくとも１つの中の前記回転コンポーネント（１３０、１３５、７１０、７１５、１２２０、１２２５、１２３５、１２４０）の少なくとも１つが、前記低密度材料を含む、請求項１記載のパワートレインアーキテクチャー（１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００、８００、９００、１０００、１１００、１２００、１３００）。
【請求項６】
前記蒸気タービン（４０）が、前記高圧セクション（４０２）および前記低圧セクション（４０６）の中の蒸気タービンローターシャフト部を支持する複数の軸受（１４０）を含み、前記軸受（１４０）の少なくとも１つが、前記モノタイプの低損失軸受（１４０）である、請求項５記載のパワートレインアーキテクチャー（１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００、８００、９００、１０００、１１００、１２００、１３００）。
【請求項７】
前記第１のローターシャフト（１２５、３１０、９１０）に沿って、前記蒸気タービン（４０）の前記蒸気タービンローターシャフト部を前記第１のガスタービン（１０、１２、１４、１６、１８、２０、２２、２４、２６）に連結するためのロードカップリングエレメント（１０４）をさらに含む、請求項６記載のパワートレインアーキテクチャー（１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００、８００、９００、１０００、１１００、１２００、１３００）。
【請求項８】
前記蒸気タービン（４０）と前記第１のガスタービン（１０、１２、１４、１６、１８、２０、２２、２４、２６）との間で前記第１のローターシャフト（１２５、３１０、９１０）の上に位置付けされているクラッチ（１０８）をさらに含む、請求項５記載のパワートレインアーキテクチャー（１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００、８００、９００、１０００、１１００、１２００、１３００）。
【請求項９】
前記第１のガスタービン（１０、１２、１４、１６、１８、２０、２２、２４、２６）が、リアエンド駆動ガスタービン（１２、１６、２２）を含む、請求項５記載のパワートレインアーキテクチャー（１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００、８００、９００、１０００、１１００、１２００、１３００）。
【請求項１０】
前記第１のガスタービン（１０、１２、１４、１６、１８、２０、２２、２４、２６）が、前記第１のローターシャフト（１２５、３１０、９１０）に沿って前記タービンセクション（１１５、１２３０）に動作可能に連結されている再熱セクション（２０５）をさらに含み、前記再熱セクション（２０５）は、再熱燃焼器セクション（２１０）と、複数の回転コンポーネント（２２０）を備える再熱タービンセクション（２１５）とを有しており、
前記圧縮機セクション（１０５、６０５、１２１５）の前記前方段、前記中間段および前記後方段、前記タービンセクション（１１５、１２３０）、前記第１の発電機（１２０）、前記蒸気タービン（４０）の前記高圧セクション（４０２）、前記蒸気タービン（４０）の前記低圧セクション（４０６）、ならびに前記再熱タービンセクション（２１５）の中の前記回転コンポーネント（１３０、１３５、２２０、７１０、７１５、１２２０、１２２５、１２３５、１２４０）の少なくとも１つが、前記低密度材料を含む、請求項５記載のパワートレインアーキテクチャー（１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００、８００、９００、１０００、１１００、１２００、１３００）。
【請求項１１】
第２のローターシャフト（３１５）、第２の発電機（１２０）、および蒸気タービン軸受流体スキッド（１５０）をさらに含み、前記蒸気タービン（４０）は、前記第２のローターシャフト（３１５）の上で前記第２の発電機（１２０）に連結されており、前記蒸気タービン軸受流体スキッド（１５０）は、前記蒸気タービン（４０）に流体連結されている、請求項５記載のパワートレインアーキテクチャー（１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００、８００、９００、１０００、１１００、１２００、１３００）。
【請求項１２】
前記第１のガスタービン（１０、１２、１４、１６、１８、２０、２２、２４、２６）が、リアエンド駆動ガスタービン（１２、１６、２２）を含む、請求項１１記載のパワートレインアーキテクチャー（１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００、８００、９００、１０００、１１００、１２００、１３００）。
【請求項１３】
前記第１のガスタービン（１０、１２、１４、１６、１８、２０、２２、２４、２６）が、前記第１のローターシャフト（１２５、３１０、９１０）に沿って前記タービンセクション（１１５、１２３０）に動作可能に連結されている再熱セクション（２０５）をさらに含み、前記再熱セクション（２０５）は、再熱燃焼器セクション（２１０）と、複数の回転コンポーネント（２２０）を備える再熱タービンセクション（２１５）とを有しており、
前記圧縮機セクション（１０５、６０５、１２１５）の前記前方段、前記中間段および前記後方段、前記タービンセクション（１１５、１２３０）、前記第１の発電機（１２０）、前記蒸気タービン（４０）の前記高圧セクション（４０２）、前記蒸気タービン（４０）の前記低圧セクション（４０６）、前記第２の発電機（１２０）、ならびに前記再熱タービンセクション（２１５）の中の前記回転コンポーネント（１３０、１３５、２２０、７１０、７１５、１２２０、１２２５、１２３５、１２４０）の少なくとも１つが、前記低密度材料を含む、請求項１１記載のパワートレインアーキテクチャー（１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００、８００、９００、１０００、１１００、１２００、１３００）。
【請求項１４】
第３のローターシャフト、第３の発電機（１２０）、および第２のガスタービン（１０、１２、１４、１６、１８、２０、２２、２４、２６）をさらに含み、前記第２のガスタービン（１０、１２、１４、１６、１８、２０、２２、２４、２６）は、前記第３のローターシャフトの上で前記第３の発電機（１２０）に連結されている、請求項１１記載のパワートレインアーキテクチャー（１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００、８００、９００、１０００、１１００、１２００、１３００）。
【請求項１５】
前記第２のガスタービン（１０、１２、１４、１６、１８、２０、２２、２４、２６）および前記蒸気タービン（４０）に流体連結されている第２の熱交換器（５０）をさらに含
み、前記第１および第２のガスタービン（１０、１２、１４、１６、１８、２０、２２、２４、２６）それぞれが、別々のガスタービン軸受流体スキッド（１５０）に流体連結されている、請求項１４記載のパワートレインアーキテクチャー（１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００、８００、９００、１０００、１１００、１２００、１３００）。
【請求項１６】
第４のローターシャフト、第４の発電機（１２０）、および第３のガスタービン（１０、１２、１４、１６、１８、２０、２２、２４、２６）をさらに含み、前記第３のガスタービン（１０、１２、１４、１６、１８、２０、２２、２４、２６）は、前記第４のローターシャフトの上で前記第４の発電機（１２０）に連結されている、請求項１５記載のパワートレインアーキテクチャー（１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００、８００、９００、１０００、１１００、１２００、１３００）。
【請求項１７】
前記第３のガスタービン（１０、１２、１４、１６、１８、２０、２２、２４、２６）および前記蒸気タービン（４０）に流体連結されている第３の熱交換器（５０）をさらに含み、前記第３のガスタービン（１０、１２、１４、１６、１８、２０、２２、２４、２６）は、前記第１のガスタービン（１０、１２、１４、１６、１８、２０、２２、２４、２６）および前記第２のガスタービン（１０、１２、１４、１６、１８、２０、２２、２４、２６）に連結されているものから分離されている別のガスタービン軸受流体スキッド（１５０）に流体連結されている、請求項１６記載のパワートレインアーキテクチャー（１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００、８００、９００、１０００、１１００、１２００、１３００）。
【請求項１８】
前記第１のガスタービン（１０、１２、１４、１６、１８、２０、２２、２４、２６）が、パワータービンセクション（３０５、９０５）をさらに含み、前記第１のローターシャフト（１２５、３１０、９１０）が、前記圧縮機セクション（１０５、６０５、１２１５）および前記タービンセクション（１１５、１２３０）を通って延在する一方のローターシャフト（３１０、９１０）と、前記パワータービンセクション（３０５、９０５）および前記第１の発電機（１２０）を通って延在する別のローターシャフト（３１５、９１５）とを有するマルチシャフト配置を含み、前記ローターシャフトのそれぞれは、前記複数の軸受（１４０）によって支持されており、前記一方のローターシャフト（３１０、９１０）は、一定の回転速度で動作する前記別のローターシャフト（３１５、９１５）の回転速度とは異なる回転速度で動作するように構成されている、請求項１記載のパワートレインアーキテクチャー（１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００、８００、９００、１０００、１１００、１２００、１３００）。
【請求項１９】
前記パワータービンセクション（３０５、９０５）が、複数の回転コンポーネント（１３０、１３５、７１０、７１５、１２２０、１２２５、１２３５、１２４０）を含み、
前記圧縮機セクション（１０５、６０５、１２１５）の前記前方段、前記中間段および前記後方段、前記タービンセクション（１１５、１２３０）、前記第１の発電機（１２０）、ならびに前記パワータービンセクション（３０５、９０５）の中の前記回転コンポーネント（１３０、１３５、７１０、７１５、１２２０、１２２５、１２３５、１２４０）の少なくとも１つが、前記低密度材料を含む、請求項１８記載のパワートレインアーキテクチャー（１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００、８００、９００、１０００、１１００、１２００、１３００）。
【請求項２０】
前記第１のガスタービン（１０、１２、１４、１６、１８、２０、２２、２４、２６）が、前記一方のローターシャフト（３１０、９１０）に沿って前記タービンセクション（１１５、１２３０）に動作可能に連結されている再熱セクション（２０５）をさらに含み、前記再熱セクション（２０５）は、再熱燃焼器セクション（２１０）と、複数の回転コンポーネント（２２０）を有する再熱タービンセクション（２１５）とを有しており、
前記圧縮機セクション（１０５、６０５、１２１５）の前記前方段、前記中間段および前記後方段、前記タービンセクション（１１５、１２３０）、前記第１の発電機（１２０）、前記パワータービンセクション（３０５、９０５）、ならびに前記再熱タービンセクション（２１５）の中の前記回転コンポーネント（１３０、１３５、２２０、７１０、７１５、１００５、１２２０、１２２５、１２３５、１２４０）の少なくとも１つが、前記低密度材料を含む、請求項１９記載のパワートレインアーキテクチャー（１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００、８００、９００、１０００、１１００、１２００、１３００）。
【請求項２１】
前記複数の軸受（１４０）が、前記一方のローターシャフト（３１０、９１０）、前記別のローターシャフト（３１５、９１５）、および前記スタブシャフト（６２０）のそれぞれを支持しており、前記一方のローターシャフト（３１０、９１０）、前記別のローターシャフト（３１５、９１５）、および前記スタブシャフト（６２０）を支持する前記複数の軸受（１４０）の少なくとも１つが、前記モノタイプの低損失軸受である、請求項１８記載のパワートレインアーキテクチャー（１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００、８００、９００、１０００、１１００、１２００、１３００）。
【請求項２２】
前記複数の軸受（１４０）が、前記スタブシャフト（６２０）を支持するためのスタブシャフト軸受（１４０）を含み、前記スタブシャフト軸受（１４０）の少なくとも１つが、前記モノタイプの低損失軸受（１４０）を含む、請求項１記載のパワートレインアーキテクチャー（１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００、８００、９００、１０００、１１００、１２００、１３００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、パワートレインアーキテクチャーに関し、より具体的には、モノタイプの低損失軸受および低密度材料を備える発電プラントの中のパワートレインの一部として使用されるガスタービン、蒸気タービン、および発電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
１つのタイプ発電のプラントでは、ガスタービンが、発電機とともに使用され、全体的に、プラントのパワートレインを形成することが可能である。このプラントでは、回転ブレードおよび静翼の列を備える圧縮機が、空気を圧縮し、それを燃焼器へ方向付けし、燃焼器は、圧縮空気を燃料と混合させる。燃焼器では、圧縮空気および燃料が燃やされ、燃焼生成物（すなわち、高温の空気燃料混合物）を形成させ、燃焼生成物は、タービンの中のブレードを通して膨張させられる。結果として、ブレードは、タービンのシャフトまたはローターの周りにスピンまたは回転する。タービンローターをスピンまたは回転させることは、発電機を駆動し、発電機は、回転エネルギーを電気へ変換する。
【０００３】
発電プラントのそのようなパワートレインの中に配備される多くのガスタービンアーキテクチャーは、高粘度潤滑剤（すなわち、油）とともに滑り軸受を使用し、タービン、圧縮機、および発電機の回転コンポーネントを支持している。油軸受は、購入するのに比較的に安価であるが、それに付随する油スキッドに関連付けられるコスト（すなわち、ポンプ、貯蔵部、アキュムレーターなどのためのコスト）を有する。加えて、油軸受は、高いメンテナンス間隔コストを有し、パワートレインの中に過度の粘性損失を引き起こし、そして、それは、発電プラントの全体出力に悪影響を及ぼす可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第８２４２４０６号公報
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の１つの態様では、第１のガスタービンを有するパワートレインアーキテクチャーが開示されている。この態様では、第１のガスタービンは、圧縮機セクション、タービンセクション、および、圧縮機セクションおよびタービンセクションに動作可能に連結されている燃焼器セクションを含む。第１のローターシャフトは、第１のガスタービンの圧縮機セクションおよびタービンセクションを通って延在している。第１の発電機は、第１のローターシャフトに連結され、第１のガスタービンのタービンセクションによって駆動される。複数の軸受は、第１のガスタービンの圧縮機セクションおよびタービンセクション、ならびに、第１の発電機の中で、第１のローターシャフトを支持しており、軸受の少なくとも１つは、モノタイプの低損失軸受である。加えて、圧縮機セクション、タービンセクション、および発電機は、回転コンポーネントを含み、第１のガスタービンの圧縮機セクション、第１のガスタービンのタービンセクション、および第１の発電機のうちの１つの中の回転コンポーネントの少なくとも１つは、低密度材料を含む。
【０００６】
本発明の様々な実施形態の特徴および利点は、例として、本発明のこれらの実施形態の原理を図示する添付の図面と併せて、以下のより詳細な説明から明らかになることとなる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の実施形態による、フロントエンド駆動ガスタービン、発電機、軸受流体スキッドを含み、さらに、少なくとも１つのモノタイプの低損失軸受と、パワートレインで使用される、低密度材料から作製された少なくとも１つの回転コンポーネントとを含む、単純サイクルパワートレインアーキテクチャーの概略ダイアグラムである。
【図２】本発明の実施形態による、リアエンド駆動ガスタービン、発電機、軸受流体スキッドを含み、さらに、少なくとも１つのモノタイプの低損失軸受と、パワートレインで使用される、低密度材料から作製された少なくとも１つの回転コンポーネントとを含む、単純サイクルパワートレインアーキテクチャーの概略ダイアグラムである。
【図３】本発明の実施形態による、再熱セクションを有するフロントエンド駆動ガスタービン、発電機、軸受流体スキッドを含み、さらに、少なくとも１つのモノタイプの低損失軸受と、パワートレインで使用される、低密度材料から作製された少なくとも１つの回転コンポーネントとを含む、単純サイクルパワートレインアーキテクチャーの概略ダイアグラムである。
【図４】本発明の実施形態による、フロントエンド駆動ガスタービン、多段の蒸気タービン、発電機、熱交換器、軸受流体スキッドを含み、さらに、少なくとも１つのモノタイプの低損失軸受と、パワートレインで使用される、低密度材料から作製された少なくとも１つの回転コンポーネントとを含む、シングルシャフトの蒸気タービンおよび発電機（ＳＴＡＧ）のパワートレインアーキテクチャーの概略ダイアグラムである。
【図５】図４の代替的なアーキテクチャーの概略ダイアグラムであり、本発明の実施形態による、フロントエンド駆動ガスタービン、発電機、クラッチ、多段の蒸気タービン、熱交換器、軸受流体スキッドを含み、さらに、少なくとも１つのモノタイプの低損失軸受と、パワートレインで使用される、低密度材料から作製された少なくとも１つの回転コンポーネントとを含む、シングルシャフトの蒸気タービンおよび発電機（ＳＴＡＧ）のパワートレインアーキテクチャーを図示する図である。
【図６】本発明の実施形態による、リアエンド駆動ガスタービン、発電機、多段の蒸気タービン、熱交換器、軸受流体スキッドを含み、さらに、少なくとも１つのモノタイプの低損失軸受と、パワートレインで使用される、低密度材料から作製された少なくとも１つの回転コンポーネントとを含む、シングルシャフトの蒸気タービンおよび発電機（ＳＴＡＧ）のパワートレインアーキテクチャーの概略ダイアグラムである。
【図７】本発明の実施形態による、再熱セクションを備えるフロントエンド駆動ガスタービン、発電機、多段の蒸気タービン、熱交換器、軸受流体スキッドを含み、さらに、少なくとも１つのモノタイプの低損失軸受と、パワートレインで使用される、低密度材料から作製された少なくとも１つの回転コンポーネントとを含む、シングルシャフトの蒸気タービンおよび発電機（ＳＴＡＧ）のパワートレインアーキテクチャーの概略ダイアグラムである。
【図８】本発明の実施形態による、２つのフロントエンド駆動ガスタービン（それぞれが、それ自身の発電機、熱交換器、および軸受流体スキッドを備える）と、それ自身の発電機および軸受流体スキッドを備える１つの多段の蒸気タービンとを含み、さらに、少なくとも１つのモノタイプの低損失軸受と、パワートレインの任意の１つまたは複数で使用される、低密度材料から作製された少なくとも１つの回転コンポーネントとを含む、２−ｏｎ−１（２：１）コンバインドサイクルパワートレインアーキテクチャーの概略ダイアグラムである。
【図９】本発明の実施形態による、２つのリアエンド駆動ガスタービン（それぞれが、それ自身の発電機、熱交換器、および軸受流体スキッドを備える）と、それ自身の発電機および軸受流体スキッドを備える１つの多段の蒸気タービンとを含み、さらに、少なくとも１つのモノタイプの低損失軸受と、パワートレインの任意の１つまたは複数で使用される、低密度材料から作製された少なくとも１つの回転コンポーネントとを含む、２−ｏｎ−１（２：１）コンバインドサイクルパワートレインアーキテクチャーの概略ダイアグラムである。
【図１０】本発明の実施形態による、３つのリアエンド駆動ガスタービン（それぞれが、それ自身の発電機、熱交換器、および軸受流体スキッドを備える）と、それ自身の発電機および軸受流体スキッドを備える１つの多段の蒸気タービンとを含み、さらに、少なくとも１つのモノタイプの低損失軸受と、パワートレインの任意の１つまたは複数で使用される、低密度材料から作製された少なくとも１つの回転コンポーネントとを含む、３−ｏｎ−１（３：１）コンバインドサイクルパワートレインアーキテクチャーの概略ダイアグラムである。
【図１１】本発明の実施形態による、第１のシャフトの上で第１の発電機に連結され、第１の軸受流体スキッドを有するフロントエンド駆動ガスタービンと、第２のシャフトの上で第２の発電機に連結され、第２の軸受流体スキッドを有する多段の蒸気タービンとを含み、熱交換器をさらに含み、少なくとも１つのモノタイプの低損失軸受と、パワートレインの任意の１つまたは複数で使用される、低密度材料から作製された少なくとも１つの回転コンポーネントとを含む、マルチシャフトのコンバインドサイクルパワートレインアーキテクチャーの概略ダイアグラムである。
【図１２】本発明の実施形態による、第１のシャフトの上で第１の発電機に連結され、第１の軸受流体スキッドを有するリアエンド駆動ガスタービンと、第２のシャフトの上で第２の発電機に連結され、第２の軸受流体スキッドを有する多段の蒸気タービンとを含み、熱交換器をさらに含み、少なくとも１つのモノタイプの低損失軸受と、パワートレインの任意の１つまたは複数で使用される、低密度材料から作製された少なくとも１つの回転コンポーネントとを含む、マルチシャフトのコンバインドサイクルパワートレインアーキテクチャーの概略ダイアグラムである。
【図１３】本発明の実施形態による、第１のシャフトの上で第１の発電機に連結され、第１の軸受流体スキッドを有する、再熱セクションを備えるフロントエンド駆動ガスタービンと、第２のシャフトの上で第２の発電機に連結され、第２の軸受流体スキッドを有する多段の蒸気タービンとを含み、熱交換器をさらに含み、少なくとも１つのモノタイプの低損失軸受と、パワートレインの任意の１つまたは複数で使用される、低密度材料から作製された少なくとも１つの回転コンポーネントとを含む、マルチシャフトのコンバインドサイクルパワートレインアーキテクチャーの概略ダイアグラムである。
【図１４】本発明の実施形態による、リアエンド駆動パワータービンを含み、さらに、少なくとも１つのモノタイプの低損失軸受と、パワートレインで使用される、低密度材料から作製された少なくとも１つの回転コンポーネントとを含む、マルチシャフトのガスタービンアーキテクチャーの概略ダイアグラムである。
【図１５】本発明の実施形態による、リアエンド駆動パワータービンおよび再熱セクションを含み、さらに、少なくとも１つのモノタイプの低損失軸受と、パワートレインで使用される、低密度材料から作製された少なくとも１つの回転コンポーネントとを含む、マルチシャフトのガスタービンアーキテクチャーの概略ダイアグラムである。
【図１６】本発明の実施形態による、圧縮機の前方段の速度を低減させるためのスタブシャフトおよび速度低減メカニズムを含み、さらに、少なくとも１つのモノタイプの低損失軸受と、パワートレインで使用される、低密度材料から作製された少なくとも１つの回転コンポーネントとを含む、シングルシャフトのフロントエンド駆動ガスタービンアーキテクチャーの概略ダイアグラムである。
【図１７】本発明の実施形態による、圧縮機の前方段の速度を低減させるためのスタブシャフトおよび速度低減メカニズムを含み、さらに、少なくとも１つのモノタイプの低損失軸受と、パワートレインで使用される、低密度材料から作製された少なくとも１つの回転コンポーネントとを含む、再熱セクションを備えるシングルシャフトのフロントエンド駆動ガスタービンアーキテクチャーの概略ダイアグラムである。
【図１８】本発明の実施形態による、リアエンド駆動パワータービンを含み、さらに、圧縮機の前方段の速度を低減させるためのスタブシャフトおよび速度低減メカニズムと、少なくとも１つのモノタイプの低損失軸受と、パワートレインで使用される、低密度材料から作製された少なくとも１つの回転コンポーネントとを含む、マルチシャフトのリアエンド駆動ガスタービンアーキテクチャーの概略ダイアグラムである。
【図１９】本発明の実施形態による、低速スプールを介して低圧タービンセクションに連結されている低圧圧縮機セクションと、高速スプールを介して高圧タービンセクションに連結されている高圧圧縮機セクションとを含み、さらに、少なくとも１つのモノタイプの低損失軸受と、パワートレインで使用される、低密度材料から作製された少なくとも１つの回転コンポーネントとを含み、随意的にトルク変更メカニズムを含む、マルチシャフトのフロントエンド駆動ガスタービンアーキテクチャーの概略ダイアグラムである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
上述のように、発電プラントに配備される多くのガスタービンアーキテクチャーは、高粘度潤滑剤（すなわち、油）と関連する滑り軸受を使用し、タービン、圧縮機、および発電機の回転コンポーネントを支持する。油軸受は、高いメンテナンス間隔コストを有し、パワートレインの中に過度の粘性損失を引き起こし、そして、それは、発電プラントの全体出力に悪影響を及ぼす可能性がある。また、油軸受に付随する油スキッドに関連付けられるコストが存在する。
【０００９】
低損失軸受は、油軸受の使用に対する１つの代替例である。しかし、発電プラント（すなわち、５０メガワット（ＭＷ）以上の出力を有するプラント）のパワートレインの中で使用される特定のガスタービンアーキテクチャーは、低損失軸受の使用に関して困難な用途である。具体的には、ガスタービンサイズが増加するにつれて、支持する軸受パッド面積が、ローターシャフト直径の２乗にしたがって増加し、一方、パワートレインアーキテクチャーの重量は、ローターシャフト直径の３乗にしたがって増加する。したがって、低損失軸受を実装するために、軸受パッド面積の増加および重量の増加は、比例的に等しくなるべきである。したがって、パワートレインのために軽量材料または低密度材料を組み込むことが望ましく、それは、そのような比例性を推進することを助ける。
【００１０】
低損失軸受によって支持可能な重量を有するパワートレインアーキテクチャーを生成させることに加えて、より軽量の材料の使用は、また、より大きい空気フローを作り出す能力を推進することが可能である。ガスタービンの動作の間に回転ブレードにかかる遠心荷重は、所望の空気流量を作り出すために必要とされる、より長いブレード長さとともに増加するので、これまで、そのようなパワートレインの中により高い空気流量を発生させることは困難であった。たとえば、ガスタービンの中で使用される多段の軸流圧縮機の前方段の中の回転ブレードは、圧縮機の中間段および後方段の両方の中の回転ブレードよりも大きい。そのような構成は、より長くて重いブレードの回転によって誘発される大きい遠心引張力に起因して、軸流圧縮機の前方段の中のより長くて重い回転ブレードが、動作の間に高応力下にあることの影響をより受けやすくなるようにさせる。とりわけ、大きい遠心引張力は、ローターホイールの高い回転速度に起因して、前方段の中のブレードによって経験され、そして、それは、ブレードに応力を与える。特定の用途によって要求されるのに応じて、より高い空気流量を発生させ得る圧縮機を作り出すために、ブレードのサイズを増加させることがより望ましいので、軸流圧縮機の前方段の中の回転ブレードの上に生じ得る大きい取り付け応力は、問題のあるものとなる。
【００１１】
したがって、ガスタービン、蒸気タービン、または発電機に適用されるときに、低密度材料とともに使用される１つまたは複数の低損失軸受を組み込む、発電プラントのためのパワートレインアーキテクチャーを提供することが望ましいこととなる。そのようなアーキテクチャーは、より少ない粘性損失とともにより大きいパワー出力を提供し、それによって、発電プラントの全体効率を向上させることが可能である。
【００１２】
本発明の様々な実施形態は、発電プラントの一部として、モノタイプの低損失軸受および低密度材料を備えるガスタービンを有するパワートレインアーキテクチャーを提供することに関する。
【００１３】
本明細書で使用されているように、「パワートレインアーキテクチャー」は、可動部のアッセンブリを表しており、それは、発電機、圧縮機セクション、タービンセクション、再熱タービンセクション、パワータービンセクション、および蒸気タービンのうちの１つまたは複数の回転コンポーネントを含むことが可能であり、それは、パワーを作り出す際に集合的に互いに連通する。パワートレインアーキテクチャーは、発電プラントの中で使用される発電プラント機器全体のサブセットである。「パワートレインアーキテクチャー」および「パワートレイン」の語句は、相互交換可能に使用することが可能である。
【００１４】
本明細書で使用されているように、「モノタイプの低損失軸受」は、一次軸受アッセンブリであり、それは、磁束（たとえば、高磁束磁気軸受）を利用するか、或いは非常に低い粘度を有する単一の作動流体を有しており、それは、設置されるときに、ローラー軸受エレメントである付随する二次軸受を有している。「一次軸受アッセンブリ」は、ジャーナル軸受、スラスト軸受、または、スラスト軸受に隣接するジャーナル軸受とすることが可能である。現在のモノタイプの低損失軸受の中で使用される「超低粘度」流体の例は、水（すなわち、２０℃で１センチポアズ）よりも小さい粘度を有しており、また、それに限定されないが、空気（たとえば、高圧空気軸受）、ガス（たとえば、高圧ガス軸受）、および蒸気（たとえば、高圧蒸気軸受）を含むことが可能である。ガス軸受では、ガス状の流体は、不活性ガス、水素、二酸化炭素（ＣＯ2）、二酸化窒素（ＮＯ2）、または炭化水素（メタン、エタン、および、プロパンなどを含む）とすることが可能である。二次軸受またはバックアップ軸受として使用されるローラー軸受エレメントの例は、球形のローラー軸受、円錐形状のローラー軸受、テーパー付きのローラー軸受、およびセラミックローラー軸受を含む。
【００１５】
本明細書で使用されているように、「低密度材料」は、約０．２００ｌｂｍ／ｉｎ3よりも小さい密度を有する材料である。図に示されて本明細書で説明されている回転コンポーネント（たとえば、ブレード１３０および１３５）とともに使用するのに適切な低密度材料の例は、それに限定されないが、セラミックマトリックス複合材料（ＣＭＣ）、有機マトリックス複合材料（ＯＭＣ）、ポリマーガラス複合材料（ＰＧＣ）、金属マトリックス複合材料（ＭＭＣ）、炭素−炭素複合材料（ＣＣ）を含む、複合材料；ベリリウム；チタン（たとえば、Ｔｉ−６４、Ｔｉ−６２２２、および、Ｔｉ−６２４６など）；チタンおよびアルミニウム（たとえば、ＴｉＡｌ、ＴｉＡｌ2、ＴｉＡｌ3、および、Ｔｉ3Ａｌなど）を含む金属間化合物；鉄およびアルミニウム（たとえば、ＦｅＡｌなど）を含む金属間化合物；プラチナおよびアルミニウム（たとえば、ＰｔＡｌなど）を含む金属間化合物；コバルトおよびアルミニウム（たとえば、ＣｂＡｌなど）を含む金属間化合物；リチウムおよびアルミニウム（たとえば、ＬｉＡｌなど）を含む金属間化合物；ニッケルおよびアルミニウム（たとえば、ＮｉＡｌなど）を含む金属間化合物；およびニッケルフォームを含む。
【００１６】
特許請求の範囲を含む本出願の中での「低密度材料」の語句の使用は、本発明の様々な実施形態を単一の低密度材料の使用に限定するものとして解釈されるべきでなく、むしろ、同じまたは異なる低密度材料を含むコンポーネントを表すものとして解釈され得る。たとえば、第１の低密度材料は、アーキテクチャーの１つのセクションの中で使用することが可能であり、一方、第２の（異なる）低密度材料は、別のセクションの中で使用することが可能である。
【００１７】
図では、低密度材料の使用は、そのような低密度材料が使用され得るパワートレインのそれぞれのセクションの中で、点線によって表されている。発電機の回転コンポーネントの中での低密度材料の使用を表すために、クロスハッチング付きの陰影が使用されている。図は、パワートレインアーキテクチャーのセクションのほとんどまたはすべての中で使用されている低密度材料を図示している可能性があるが、低密度材料は、パワートレインの１つまたは複数のセクションに制限され得るということが理解されるべきである。
【００１８】
上記に説明されている低密度材料とは対照的に、「高密度材料」は、約０．２００ｌｂｍ／ｉｎ3よりも大きい密度を有する材料である。（本明細書で使用されているような）高密度材料の例は、それに限定されないが、ニッケル基超合金（たとえば、単結晶形態、等軸に凝固した形態、または、一方向に凝固した形態の合金など。その例は、ＩＮＣＯＮＥＬ（登録商標）６２５、ＩＮＣＯＮＥＬ（登録商標）７０６、およびＩＮＣＯＮＥＬ（登録商標）７１８を含む）；スチールベースの超合金（たとえば、鍛造されたＣｒＭｏＶおよびその派生物、ＧＴＤ−４５０、ＧＴＤ−４０３  Ｃｂ、およびＧＴＤ−４０３  Ｃｂ＋）；および、すべてのステンレス鋼派生物（たとえば、１７−４ＰＨ（登録商標）ステンレス鋼、および、ＡＩＳＩタイプ４１０ステンレス鋼など）を含む。
【００１９】
本明細書で説明されているようなモノタイプの低損失軸受および低密度材料を備えるパワートレインアーキテクチャーを有することの技術的効果は、これらのアーキテクチャーが、（ａ）そうでなければ動作させるには重すぎることとなる、パワートレインの中で低損失軸受を使用する能力を提供するということ、（ｂ）従来からパワートレインの中の油軸受に供給するために使用される油スキッドの再構成を可能にするということ、および、（ｃ）典型的に油ベースの軸受の使用を通してパワートレインの中へ導入される粘性損失を克服しながら、高い出力負荷を送達するということである。
【００２０】
低密度材料を含むガスタービンの中の回転ブレードを使用することによって、より大きい空気フローの量を送達することは、より高いガスタービンの出力に変換される。結果として、ブレードが低密度材料から作製されているときでも、ガスタービン製造業者は、回転ブレードのサイズを増加させ、より高い空気流量を発生させることが可能であり、一方、同時に、そのようなより長いブレードが、所定の入口アニュラス（ＡＮ2）制限値の中に維持され、ブレードにかかる過度の取り付け応力を未然に防ぐことを確実にする。ＡＮ2は、アニュラス面積Ａ（ｉｎ2）と回転ブレードの回転速度Ｎの２乗（ｒｐｍ2）の積であり、ガスタービンからのパワー出力定格を一般的に定量化するパラメーターとして使用されるということに留意されたい。
【００２１】
図１から図１３は、ガスタービン、蒸気タービン、および／または発電機を含む様々なパワートレインアーキテクチャーを図示しており、それは、複数の軸受場所を含むことが可能である。図１４から図１９は、様々なガスタービンアーキテクチャーを図示しており、それは、複数の軸受場所を含むことが可能である。低損失軸受１４０は、所望に応じて、発電アーキテクチャーのパワー出力にかかわらず、パワートレインの全体を通して任意の場所で使用することが可能である。５０ＭＷ以上の電気を生み出すパワートレインアーキテクチャーでは、より大きいコンポーネントサイズおよび高発電プラントに関連付けられる重量の増加が低密度材料の使用を必要とする可能性があるので、低損失軸受とともに低密度材料を使用することが妥当である可能性がある。５０ＭＷ未満の出力を生み出すパワートレインアーキテクチャー（すなわち、より小さいパワートレイン）では、改善された性能および／または動作は、回転コンポーネントの少なくともいくつかについて低密度材料を使用することによって実現され得るが、低損失軸受は、回転コンポーネントの中の低密度材料なしで使用することが可能であるということが考えられる。
【００２２】
低損失軸受がパワートレインアーキテクチャーの特定のセクションを支持するために使用されるそれらのケースでは、パワートレインのそのセクションの特定の回転コンポーネントの中で低密度材料を使用することが可能である。たとえば、低損失軸受が圧縮機セクションを支持している場合には、低密度材料は、（点線によって示されているように）圧縮機セクションの中の回転ブレードの段の１つまたは複数の中で使用することが可能である。同様に、低損失軸受が発電機を支持している場合には、低密度材料は、（クロスハッチングによって示されているように）発電機の回転コンポーネントの中で使用することが可能である。
【００２３】
「回転コンポーネント」の用語は、ブレード（エーロフォイルとも称される）、カバープレート、スペーサー、シール、シュラウド、熱シールドなどのような、圧縮機セクション、タービンセクション、再熱タービンセクション、パワータービンセクション、蒸気タービン、および発電機の可動部の１つまたは複数、ならびに、これらの可動部または他の可動部の任意の組み合わせを含むことを意図している。本明細書での便宜上のために、圧縮機およびタービンの回転ブレードは、低密度材料から作製されているとして参照されることとなることが最も多い。しかし、回転ブレードに加えて、または、回転ブレードの代わりに、低密度材料の他のコンポーネントを使用することが可能であるということが理解されるべきである。
【００２４】
図示されているパワートレインアーキテクチャーに関連して以下に続く説明は、商業用または産業用発電プラントの中で使用するためのものであるが、本発明の様々な実施形態は、単に、そのような用途に限定されるということを意味していない。その代わりに、モノタイプの低損失軸受および低密度材料の回転コンポーネントを使用するという概念は、すべてのタイプの燃焼タービンまたはロータリーエンジンに適用可能であり、それは、それに限定されないが、多段の軸流圧縮機構成体などのようなスタンドアロン型の圧縮機、航空機エンジン、および、船舶パワードライブなどを含む。
【００２５】
ここで図を参照すると、図１は、ガスタービン１０および発電機１２０を備えるシングルシャフトの単純サイクルパワートレインアーキテクチャー１００の概略ダイアグラムである。本発明の実施形態によれば、少なくとも１つのモノタイプの低損失軸受、および、低密度材料から作製された少なくとも１つの回転コンポーネントが、ガスタービンのパワートレインとともに使用されている。図１に示されているように、ガスタービン１０は、圧縮機セクション１０５、燃焼器セクション１１０、およびタービンセクション１１５を含む。ガスタービン１０は、発電機１２０とともにフロントエンド配置になっており、発電機が、圧縮機セクション１０５の近位に位置付けされるようになっている。ガスタービン１０のための他のアーキテクチャーを使用することが可能であり、その多くが、図１６、図１７、および図１９を含む、以下の図に図示されている。
【００２６】
図１および図２〜図１９は、圧縮機セクション１０５、燃焼器セクション１１０、およびタービンセクション１１５の接続および構成のすべてを図示してはいない。しかし、これらの接続および構成は、従来の技術にしたがって作製することが可能である。たとえば、圧縮機セクション１０５は、入口部空気を圧縮機に提供する空気取り入れ口ラインを含むことが可能である。第１の導管は、圧縮機セクション１０５を燃焼器セクション１１０に接続させることが可能であり、また、圧縮機セクション１０５によって圧縮される空気を燃焼器セクション１１０の中へ方向付けすることが可能である。燃焼器セクション１１０は、公知の様式で燃料ガス供給部から提供される燃料とともに、圧縮空気の供給を燃焼させ、作動流体を作り出す。
【００２７】
第２の導管は、燃焼器セクション１１０から離れるように作動流体を導き、それをタービンセクション１１５へ方向付けすることが可能であり、タービンセクション１１５において、作動流体は、タービンセクション１１５を駆動するために使用される。とりわけ、作動流体は、タービンセクション１１５の中で膨張し、タービン１１５の回転ブレード１３５がローターシャフト１２５の周りに回転することを引き起こす。ブレード１３５の回転は、ローターシャフト１２５が回転することを引き起こす。このように、回転するローターシャフト１２５に関連付けられる機械的エネルギーは、圧縮機セクション１０５の回転ブレード１３０を駆動し、ローターシャフト１２５の周りに回転させるために使用することが可能である。圧縮機セクション１０５の回転ブレード１３０の回転は、燃焼のために圧縮空気を燃焼器セクション１１０に供給することを引き起こす。そして、ローターシャフト１２５の回転は、発電機１２０のコイルが電力を発生させ、電気を作り出すことを引き起こす。
【００２８】
共通の回転可能なシャフトは、ローターシャフト１２５と称され、それは、圧縮機セクション１０５、タービンセクション１１５、および発電機１２０を単一のラインに沿って連結し、タービンセクション１１５が圧縮機セクション１０５および発電機１２０を駆動するようになっている。図１に示されているように、ローターシャフト１２５は、タービンセクション１１５、圧縮機セクション１０５、および発電機１２０を通って延在している。このシングルシャフト配置では、ローターシャフト１２５は、従来の技術にしたがって連結されている圧縮機ローターシャフト部、タービンローターシャフト部、および発電機ローターシャフト部を有することが可能である。
【００２９】
カップリングコンポーネントは、軸受１４０と協働して動作するように、ローターシャフト１２５のタービンローターシャフト部、圧縮機ローターシャフト部、および発電機ローターシャフト部を連結させることが可能である。カップリングコンポーネントの数、および、ローターシャフト１２５に沿うそれらの場所は、ガスタービンアーキテクチャーがその中で動作する発電プラントの設計および用途によって変化することが可能である。図の中のいくつかの場合において、シャフトを通る垂直方向のラインが、ローターシャフト１２５のセグメント同士の間のジョイントを表すために使用されている可能性がある。
【００３０】
１つの代表的なロードカップリングエレメント１０４が、例として、図１（ガスタービン１０と発電機１２０との間）に図示されている。代替的に、図５（蒸気タービン４０と発電機１２０との間）に示されているように、ロードカップリングエレメントとして、クラッチ１０８を使用することが可能である。このように、カップリング部材に連結されているそれぞれのローターシャフト部は、それぞれの軸受１４０によって回転可能である。
【００３１】
圧縮機セクション１０５は、ローターシャフト１２５に沿って軸線方向に配設されている複数のブレード１３０の段を含むことが可能である。たとえば、圧縮機セクション１０５は、ブレード１３０の前方段、ブレード１３０の中間段、および、ブレード１３０の後方段を含むことが可能である。本明細書で使用されているように、ブレード１３０の前方段は、空気フロー（または、ガスフロー）が入口ガイドベーンを介して圧縮機に進入する部分において、ローターシャフト１２５に沿って、圧縮機セクション１０５のフロントエンドまたは前方端部に位置している。ブレードの中間段および後方段は、ローターシャフト１２５に沿って前方段の下流に配設されているブレードであり、そこで、空気フロー（または、ガスフロー）は、上昇した圧力へさらに圧縮される。したがって、圧縮機セクション１０５の中のブレード１３０の長さは、前方段から中間段へ、そして後方段へ減少している。
【００３２】
圧縮機セクション１０５の中の段のそれぞれは、回転ブレード１３０を含むことが可能であり、回転ブレード１３０は、ローターシャフト１２５の周囲部の周りに円周方向の配列で配置されており、回転可能なシャフトから半径方向外向きに延在する動翼列を画定している。動翼列は、前方段、中間段、および後方段の中に位置している場所において、ローターシャフト１２５に沿って軸線方向に配設されている。加えて、段のそれぞれは、前方段、中間段、および後方段の中のローターシャフト１２５に向かって半径方向内向きに延在する、対応する数の静翼の環状の列（図示せず）を含むことが可能である。一実施形態では、静翼の環状の列は、ローターシャフト１２５を取り囲む圧縮機のケーシング（図示せず）の上に配設させることが可能である。
【００３３】
段のそれぞれにおいて、静翼の環状の列は、その回転の軸線に平行なローターシャフト１２５の軸線方向に沿って、交互パターンで、動翼列とともに配置されている。静翼の列および動翼の列のグループ分けは、圧縮機１０５の個別の「段」を画定している。このように、それぞれの段の中の動翼は、仕事を加え、フローを転向させるように、キャンバーを付けられて（ｃａｍｂｅｒｅｄ）おり、一方、それぞれの段の中の静翼は、次の段の動翼のためにそれを準備するのに最も適した方向にフローを転向させるように、キャンバーを付けられている。一実施形態では、圧縮機セクション１０５は、多段の軸流圧縮機とすることが可能である。
【００３４】
また、タービンセクション１１５は、ローターシャフト１２５に沿って軸線方向に配設されているブレード１３５の段を含むことが可能である。たとえば、タービンセクション１１５は、ブレード１３５の前方段、ブレード１３５の中間段、および、ブレード１３５の後方段を含むことが可能である。ブレード１３５の前方段は、高温の圧縮された駆動ガス（作動流体としても知られる）が膨張のために燃焼器セクション１１０からタービンセクション１１５に進入する部分において、ローターシャフト１２５に沿って、タービンセクション１１５のフロントエンドまたは前方端部に位置している。ブレードの中間段および後方段は、ローターシャフト１２５に沿って前方段の下流に配設されているブレードであり、そこで、作動流体は、さらに膨張させられる。したがって、タービンセクション１１５の中のブレード１３５の長さは、前方段から中間段へ、そして後方段へ増加している。
【００３５】
タービンセクション１１５の中の段のそれぞれは、回転ブレード１３５を含むことが可能であり、回転ブレード１３５は、ローターシャフト１２５の周囲部の周りに円周方向の配列で配置されており、回転可能なシャフトから半径方向外向きに延在する動翼列を画定している。圧縮機セクション１０５に関する段と同様に、タービンセクション１１５の動翼列は、前方段、中間段、および後方段の中に位置している場所において、ローターシャフト１２５に沿って軸線方向に配設されている。加えて、段のそれぞれは、前方段、中間段、および後方段の中のローターシャフト１２５に向かって半径方向内向きに延在する、静翼の環状の列を含むことが可能である。一実施形態では、静翼の環状の列は、ローターシャフト１２５を取り囲むタービンのケーシング（図示せず）の上に配設させることが可能である。
【００３６】
段のそれぞれにおいて、静翼の環状の列は、その回転の軸線に平行なローターシャフト１２５の軸線方向に沿って、交互パターンで、動翼列とともに配置されている。静翼の列および動翼の列のグループ分けは、タービンセクション１１５の個別の「段」を画定している。このように、それぞれの段の中の動翼は、仕事を加え、フローを転向させるように、キャンバーを付けられており、一方、それぞれの段の中の静翼は、次の段の動翼のためにそれを準備するのに最も適した方向にフローを転向させるように、キャンバーを付けられている。
【００３７】
本明細書で説明されているように、圧縮機セクション１０５およびタービンセクション１１５のうちの１つの回転コンポーネント（たとえば、ブレード１３０および１３５）の少なくとも１つは、低密度材料から形成させることが可能である。当業者は、低密度材料を含む回転ブレード１３０および１３５の数および設置が、ガスタービンアーキテクチャーがその中で動作する発電プラントの設計および用途によって変化することが可能であるということを認識することとなる。たとえば、特定のセクション（すなわち、圧縮機セクション１０５またはタービンセクション１１５）の回転ブレード１３０および１３５のいくつかまたはすべてが、低密度材料を含むことが可能である。１つまたは複数の列または段の中の回転ブレード１３０および１３５が低密度材料から形成されているような場合には、他の列または段の中の回転ブレード１３０および１３５は、高密度材料から形成させることが可能である。
【００３８】
図１に戻って参照すると、軸受１４０は、パワートレインに沿ってローターシャフト１２５を支持している。たとえば、１対の軸受１４０が、ローターシャフト１２５のタービンローターシャフト部、圧縮機ローターシャフト部、および発電機ローターシャフト部をそれぞれ支持することが可能である。一実施形態では、それぞれの対の軸受１４０が、タービンローターシャフト部、圧縮機ローターシャフト部、および発電機ローターシャフト部を、ローターシャフト１２５のそれらのそれぞれの両側の端部において支持することが可能である。しかし、当業者は、１対の軸受１４０は、タービンローターシャフト部、圧縮機ローターシャフト部、および発電機ローターシャフト部を他の適切なポイントで支持することが可能であるということを認識することとなる。そのうえ、当業者は、ローターシャフト１２５のタービンローターシャフト部、圧縮機ローターシャフト部、および発電機ローターシャフト部のそれぞれは、１対の軸受１４０によって支持することに限定されないということを認識することとなる。圧縮機セクション１０５とタービンセクション１１５との間に（すなわち、燃焼器１１０の下方に）示されている軸受１４０は、いくつかの構成では、随意的であることが可能である。本明細書で説明されている様々な実施形態では、軸受１４０の少なくとも１つは、モノタイプの低損失軸受を含むことが可能である。
【００３９】
軸受１４０は、軸受流体スキッド１５０によって供給される流体を含み、軸受流体スキッド１５０は、図１に図示されている。軸受流体スキッド１５０は、「Ａ」（空気）、「Ｇ」（ガス）、「Ｆ」（磁束）、「Ｓ」（蒸気）、および「Ｏ」（油）の文字でマークが付けられているが、これらの流体の１つまたは組み合わせが、パワートレインの中の複数の軸受１４０に供給するために使用され得るということが理解されるべきである。本発明では、超低粘度流体を備える少なくとも１つの軸受を有するアーキテクチャーが好適である。これらのアーキテクチャーでは、軸受１４０は、上記に説明されているように、低損失タイプのもの−すなわち、空気、ガス、磁束、または蒸気などのような、超低粘度流体を含む軸受である。
【００４０】
軸受流体スキッド１５０は、貯蔵部、ポンプ、アキュムレーター、弁、ケーブル、制御ボックス、および、配管などのような、軸受流体スキッドに関して標準的な機器を含むことが可能である。軸受流体スキッド１５０から１つまたは複数の軸受１４０へ流体を送達するために必要な配管は、軸受流体スキッド１５０から軸受１４０のそれぞれへ、矢印によって図に表されている。いくつかの場合では、軸受流体スキッド１５０が２つ以上の異なるタイプの流体（たとえば、油、および、上記に説明されている低粘度流体のうちの１つまたは複数）を提供することが可能である可能性がある。代替的に、２つ以上の異なる軸受タイプが使用される場合には、それぞれの流体タイプのための軸受スキッド１５０を用いることが可能である。
【００４１】
当業者は、軸受１４０のために使用されるモノタイプの低損失軸受の選択が、パワートレインアーキテクチャーがその中で動作する発電プラントの設計および用途によって変化することが可能であるということを認識することとなる。たとえば、軸受１４０のいくつかまたはすべては、モノタイプの低損失軸受であることが可能である。ローターシャフト部がモノタイプの低損失軸受によって支持されているそれらのセクションにおいて、それぞれのセクションの中に低密度材料を組み込み、それらの重量がより容易に支持されて回転させられるセクションを生成させることが好適である可能性がある。
【００４２】
加えて、当業者は、明確化のために、図１に示されているパワートレインアーキテクチャー、および、それに続く図２〜図１９に図示されているものは、本発明の様々な実施形態の理解を提供するそれらのコンポーネントを示しているだけであるということを認識することとなる。当業者は、これらの図に示されているもの以外に、追加的なコンポーネントが存在しているということを認識することとなる。たとえば、ガスタービンおよび発電機の構成体は、ガス燃料回路、ガス燃料スキッド、液体燃料回路、液体燃料スキッド、フロー制御弁、冷却システムなどのような、二次的なコンポーネントを含むことが可能である。
【００４３】
複数の軸受を含む、本明細書で図示されているものなどのようなパワートレインアーキテクチャーでは、周辺補機（ＢｏＰ）粘性損失が、モノタイプの低損失軸受が従来の粘性流体軸受の代わりに使われているそれぞれの場所において低減されている。したがって、説明されているように複数の（すべてでないとしても）粘性流体軸受を低損失軸受と交換することは、粘性損失を著しく低減させ、それによって、運転のベース負荷および運転の部分負荷において、パワートレインの効率を増加させる。
【００４４】
パワートレインアーキテクチャーの効率およびパワー出力は、より大きい半径方向の長さの回転コンポーネントを使用してさらに改善させることが可能である。より大きい長さの回転コンポーネントを作り出すことに関するこれまでの挑戦は、それらの重量が、それらを低損失軸受と相いれないものにするということであった。しかし、回転コンポーネントの１つまたは複数に対して低密度材料を使用することは、エーロフォイル引張力およびローターホイール直径の対応する増加なしに、所望の（より長い）長さのコンポーネントの製作を可能にする。結果として、ガスタービンを駆動するための駆動流体を作り出す際に、より大きい体積の空気を用いることが可能であり、低密度回転コンポーネントがその中に位置付けされているパワートレインセクションを支持するために、低損失軸受を使用することが可能である。
【００４５】
以下は、図２〜図１３に図示されているパワートレインアーキテクチャーの簡単な説明である。特定のガスタービンアーキテクチャーが、図１４〜図１９に図示されており、それは、図１〜図１３に示されているパワートレインアーキテクチャーの中で用いることが可能である。これらの図のすべては、発電プラントの中に実装され得るパワートレインの異なるタイプを図示している。それぞれのアーキテクチャーは、図１の構成とは異なる様式で動作することが可能であるが、それらは、図２〜図１９の実施形態が少なくとも１つの低密度回転コンポーネント（たとえば、圧縮機１０５およびタービン１１５のそれぞれの回転ブレード１３０および１３５）を有することが可能であるという点で類似している。同様に、これらの実施形態は、軸受１４０のために、少なくとも１つのモノタイプの低損失軸受を使用することが可能である。上述のように、回転コンポーネント１３０および１３５のいくつかまたはすべては、低密度材料のものとすることが可能である。圧縮機またはタービンセクションの中のブレードを特に参照すると、低密度材料の回転コンポーネントは、高密度材料の回転コンポーネントを備える段によって組み入れることが可能である。同様に、軸受１４０のいくつかまたはすべては、モノタイプの低損失軸受とすることが可能である。このように、低損失軸受タイプの軸受は、油軸受などのような他のタイプの軸受に組み入れることが可能である。
【００４６】
さらに、発電プラントのパワートレインの中の低密度回転コンポーネントおよびモノタイプの低損失軸受の使用は、図１〜図１９に図示されている例に限定されるということを意味していない。その代わりに、これらの例は、単に、可能性のあるアーキテクチャーのいくつかの例証であり、その中では、低密度回転コンポーネントおよびモノタイプの低損失軸受の使用が、発電プラントのパワートレインの中に実装され得る。当業者は、本明細書で図示されている例の可能性のある構成の多くの置換が存在するということを認識することとなる。様々な実施形態の範囲および内容は、それらの可能性のある置換だけでなく、ガスタービンを使用する発電プラントの中に実装され得る他の可能性のあるパワートレイン構成もカバーするということを意味している。
【００４７】
加えて、それらのそれぞれの発電機配置を備える様々なアーキテクチャーに関して以下に続く説明は、所望の周波数出力で動作するように、様々な速度（毎分回転数またはＲＰＭで測定される）で駆動され得る発電機に関するものである。タービンセクションは、６０Ｈｚで動作するように３６００ＲＰＭで発電機を直接的に駆動するということは必要ないが、そのような速度および出力は、多くの用途に対して望まれる可能性がある。たとえば、（図１９に示されているような）マルチシャフト配置および／またはトルク変更メカニズムは、所望の発電機出力を実現するために用いることが可能である。本発明の様々な実施形態は、任意の特定のタイプの発電機に限定されるということを意味しておらず、したがって、それは、多種多様な発電機に適用可能であり、それは、６０Ｈｚで動作するために３６００ＲＰＭの速度で回転する２極発電機、６０Ｈｚで動作するために１８００ＲＰＭの速度で回転する４極発電機、５０Ｈｚで動作するために３０００ＲＰＭの速度で回転する２極発電機、および、５０Ｈｚで動作するために１５００ＲＰＭの速度で回転する４極発電機を含むが、それに限定されない。他の速度および周波数出力が、５０ＭＷ未満のパワー出力を生み出すパワートレインアーキテクチャーに望まれ、適当である可能性がある。
【００４８】
図２は、リアエンド駆動ガスタービン１２、発電機１２０、および軸受流体スキッド１５０を含む単純サイクルパワートレインアーキテクチャー２００を図示している。アーキテクチャー２００では、ガスタービン１２は、発電機１２０がロードカップリング１０４を介してガスタービンのタービンセクション１１５に連結されるように配置されており、したがって、「リアエンド駆動」ガスタービン１２を生成させている。
【００４９】
図１に示されているアーキテクチャー１００と同様に、パワートレインアーキテクチャー２００は、少なくとも１つのモノタイプの低損失軸受１４０を含み、少なくとも１つのモノタイプの低損失軸受１４０は、軸受流体スキッド１５０に流体連通している。少なくとも１つの軸受１４０では、流体は、低損失潤滑剤である。本発明の実施形態によれば、少なくとも１つの回転コンポーネント（たとえば、圧縮機ブレード１３０またはタービンブレード１３５など）は、低密度材料から作製されている。アーキテクチャー２００の個別のコンポーネントは、アーキテクチャー１００の中のものと同じであるので、図１の先の議論が参照され、それぞれのエレメントの議論は、ここでは繰り返されない。
【００５０】
図３は、再熱セクション２０５を備えるフロントエンド駆動ガスタービン１４を有するパワートレインアーキテクチャー３００の概略ダイアグラムである。図３に示されているように、再熱セクション２０５は、第１の燃焼器セクション１１０および第１のタービンセクション１１５の下流に、第２の燃焼器セクション２１０および第２のタービンセクション２１５を含み、それらは、それぞれ、再熱燃焼器および再熱タービンとも称される。パワートレインアーキテクチャー３００は、少なくとも１つのモノタイプの低損失軸受１４０を含み、少なくとも１つのモノタイプの低損失軸受１４０は、（上記に説明されているように）軸受流体スキッド１５０に流体連通している。
【００５１】
この実施形態では、タービンセクション１１５およびタービンセクション２１５の両方は、回転コンポーネント（たとえば、それぞれ、ブレード１３５、２２０など）を有することが可能であり、回転コンポーネントは、低密度材料を含む少なくとも１つの回転コンポーネントを含む。一実施形態では、タービン段の１つ、いくつか、またはすべての中の回転ブレード１３５および／または２２０のすべてまたはいくつかが、低密度材料を含むことが可能である。別の実施形態では、圧縮機セクション１０５の中の回転コンポーネント１３０は、低密度材料を含むことが可能である。別の実施形態では、圧縮機セクション１０５およびタービンセクション１１５のうちの少なくとも１つが、低密度材料の回転コンポーネント１３０、１３５を含むことが可能であり、一方、再熱タービンセクション２１５の回転コンポーネント２２０は、異なるタイプの材料（たとえば、高密度材料）のものとすることが可能である。所望であれば、圧縮機セクション１０５、タービンセクション１１５、および再熱タービン２１５のそれぞれが、低密度材料の回転コンポーネント１３０、１３５、２２０の１つまたは複数の段を含むことが可能である。発電機１２０の中の回転コンポーネントを含む、他の回転コンポーネントは、本明細書で説明されている回転ブレード１３０、１３５、２２０に加えて、または、その代わりに、使用することが可能である。
【００５２】
図４は、フロントエンド駆動ガスタービン１０、多段の蒸気タービン４０、発電機１２０、および軸受流体スキッド１５０を含む、シングルシャフトの蒸気タービンおよび発電機（ＳＴＡＧ）のパワートレインアーキテクチャー４００の概略ダイアグラムである。第１のロードカップリング１０４は、ガスタービン１０と発電機１２０との間に位置決めされている。蒸気タービン４０は、高圧（ＨＰ）セクション４０２、中圧（ＩＰ）セクション４０４、および低圧（ＬＰ）セクション４０６を含む。代替的に、蒸気タービン４０は、高圧セクション４０２および低圧（または、より低圧）セクション４０６を含むことが可能である。したがって、本開示は、蒸気タービン４０の特定の配置に限定されない。第２のロードカップリング１０６は、蒸気タービン４０を発電機１２０に接続させ、それによって、統合されたシャフト１２５を完成させる。モノタイプの低損失軸受１４０は、パワートレインのセクションのいずれかまたはすべてを支持するために使用することが可能であり、モノタイプの低損失軸受１４０は、軸受流体スキッド１５０に流体接続されている。
【００５３】
また、図４に追加的に示されているのは、熱回収蒸気発生器（または、「ＨＲＳＧ」）５０などのような熱交換器である。ＨＲＳＧ５０は、水（Ｗ）を蒸気に変換させ、蒸気は、点線によって示されているように、蒸気タービン４０の高圧セクション４０２に供給される。蒸気の流路は、蒸気が高圧セクション４０２から中圧セクション４０４へ、そして低圧セクション４０６へ順々に移送されるのにしたがって、点線の矢印によって示されている（または、２段蒸気タービンのケースでは、高圧セクションから低圧セクションへ）。ガスタービン１０のタービンセクション１１５からの排気ガス（「ＥＧ」）の一部分からのエネルギーは、ＨＲＳＧの中の蒸気を作り出すために使用される。
【００５４】
低密度材料は、ガスタービン１０の圧縮機セクション１０５、ガスタービン１０のタービンセクション１１５、蒸気タービン４０の高圧セクション４０２、蒸気タービン４０の中圧セクション４０４、蒸気タービン４０の低圧セクション４０６、および発電機１２０のうちの少なくとも１つの回転コンポーネントのために使用することが可能である。（たとえば、ブレード１３０、１３５の中の）低密度材料の使用は、１つもしくは複数の段、または、回転させられるコンポーネントの重量を低減させ、したがって、パワートレインアーキテクチャー４００の対応するセクションについての低損失軸受１４０の使用を促進させる。
【００５５】
図５は、パワートレインアーキテクチャー５００を図示しており、パワートレインアーキテクチャー５００は、図４に示されているパワートレインアーキテクチャー４００の変形例である。図５では、シングルシャフトの蒸気タービンおよび発電機（ＳＴＡＧ）には、フロントエンド駆動ガスタービン１０、発電機１２０、クラッチ１０８、多段の蒸気タービン４０、熱交換器５０、および軸受流体スキッド１５０が設けられている。このアーキテクチャー５００では、発電機１２０は、ロードカップリング１０４を介して、ガスタービン１０のフロントエンド（すなわち、圧縮機セクション１０５）に連結されており、また、クラッチ１０８を介して、蒸気タービン４０にさらに連結されている。熱交換器５０から供給される蒸気は、蒸気タービン４０の高圧セクション４０２に方向付けさせられ、蒸気は、それに続いて、（点線の矢印によって示されているように）中圧セクション４０４（存在する場合）および低圧セクション４０６を通して通される。
【００５６】
低密度材料は、ガスタービン１０の圧縮機セクション１０５（たとえば、ブレード１３０の中）、ガスタービン１０のタービンセクション１１５（たとえば、ブレード１３５の中）、蒸気タービン４０の高圧セクション４０２、蒸気タービン４０の中圧セクション４０４、蒸気タービン４０の低圧セクション４０６、および発電機１２０のうちの少なくとも１つの回転コンポーネントのために使用することが可能である。モノタイプの低損失軸受１４０は、低密度材料から作製された回転コンポーネントを含む、パワートレインアーキテクチャー５００のそれらのセクションを支持するために使用することが可能である。モノタイプの低損失軸受１４０は、先に説明されているように、軸受流体スキッド１５０に流体接続されている。
【００５７】
図６は、パワートレインアーキテクチャー６００を図示しており、パワートレインアーキテクチャー６００は、図４に示されているパワートレインアーキテクチャー４００の別の代替的な配置である。図６では、シングルシャフトの蒸気タービンおよび発電機（ＳＴＡＧ）には、リアエンド駆動ガスタービン１２、発電機１２０、多段の蒸気タービン４０、熱交換器５０、および軸受流体スキッド１５０が設けられている。このアーキテクチャー６００では、発電機１２０は、第１のロードカップリング１０４を介して、ガスタービン１２のリアエンド（すなわち、タービンセクション１１５）に連結されており、また、第２のロードカップリング１０６を介して、蒸気タービン４０にさらに連結されている。熱交換器５０から供給される蒸気は、蒸気タービン４０の高圧セクション４０２に方向付けさせられ、蒸気は、それに続いて、（点線の矢印によって示されているように）中圧セクション４０４（存在する場合）および低圧セクション４０６を通して通される。
【００５８】
低密度材料は、ガスタービン１２の圧縮機セクション１０５（たとえば、ブレード１３０の中）、ガスタービン１２のタービンセクション１１５（たとえば、ブレード１３５の中）、蒸気タービン４０の高圧セクション４０２、蒸気タービン４０の中圧セクション４０４、蒸気タービン４０の低圧セクション４０６、および発電機１２０のうちの少なくとも１つの回転コンポーネントのために使用することが可能である。モノタイプの低損失軸受１４０は、低密度材料から作製された回転コンポーネントを含む、パワートレインアーキテクチャー６００のそれらのセクションを支持するために使用することが可能である。モノタイプの低損失軸受１４０は、先に説明されているように、軸受流体スキッド１５０に流体接続されている。
【００５９】
図７は、パワートレインアーキテクチャー７００を図示しており、パワートレインアーキテクチャー７００は、図４に示されているパワートレインアーキテクチャーのさらなる別の代替的な配置である。図７では、シングルシャフトの蒸気タービンおよび発電機（ＳＴＡＧ）には、再熱セクション２０５を備えるフロントエンド駆動ガスタービン１４、発電機１２０、多段の蒸気タービン４０、熱交換器５０、および軸受流体スキッド１５０が設けられている。この配置では、発電機１２０は、第１のロードカップリング１０４を介して、ガスタービン１４のフロントエンド（すなわち、圧縮機セクション１０５）に連結されており、また、第２のロードカップリング１０６を介して、蒸気タービン４０にさらに連結されている。熱交換器５０から供給される蒸気は、蒸気タービン４０の高圧セクション４０２に方向付けさせられ、蒸気は、それに続いて、（点線の矢印によって示されているように）中圧セクション４０４（存在する場合）および低圧セクション４０６を通される。
【００６０】
低密度材料は、ガスタービン１４の圧縮機セクション１０５（たとえば、ブレード１３０の中）、ガスタービン１４のタービンセクション１１５（たとえば、ブレード１３５の中）、ガスタービン１４の再熱タービンセクション２１５（たとえば、ブレード２２０の中）、蒸気タービン４０の高圧セクション４０２、蒸気タービン４０の中圧セクション４０４、蒸気タービン４０の低圧セクション４０６、および発電機１２０のうちの少なくとも１つの回転コンポーネントのために使用することが可能である。モノタイプの低損失軸受１４０は、低密度材料から作製された回転コンポーネントを含む、パワートレインアーキテクチャー７００のそれらのセクションを支持するために使用することが可能である。モノタイプの低損失軸受１４０は、先に説明されているように、軸受流体スキッド１５０に流体接続されている。
【００６１】
図８は、２−ｏｎ−１（２：１）コンバインドサイクルパワートレインアーキテクチャー８００の概略ダイアグラムであり、２−ｏｎ−１（２：１）コンバインドサイクルパワートレインアーキテクチャー８００は、２つのフロントエンド駆動ガスタービン１０（それぞれが、それ自身の発電機１２０、熱交換器５０、および軸受流体スキッド１５０を備える）と、それ自身の発電機１２０および軸受流体スキッド１５０を備える１つの多段の蒸気タービン４０とを含む。示されているように、ガスタービン１０は、そのような構成は必要ではないが、互いに平行に配向させることが可能である。
【００６２】
このアーキテクチャー８００では、それぞれのガスタービン１０は、それ自身のシャフト１２５の上で動作し、第１のロードカップリング１０４を介して発電機１２０に連結されている。１つのまたは両方のガスタービン１０において、低密度材料は、圧縮機セクション１０５の中（たとえば、ブレード１３０の中）もしくはタービンセクション１１５の中（たとえば、ブレード１３５の中）の、または、他の領域の中（たとえば、クロスハッチングによって示されているように、発電機１２０の中）の回転コンポーネントとして使用することが可能である。発電機１２０およびガスタービン１０の様々なセクションを支持する軸受１４０は、本明細書で説明されているように、モノタイプの低損失軸受とすることが可能である。軸受１４０は、軸受流体スキッド１５０に流体接続されている。
【００６３】
それぞれのガスタービン１０のタービンセクション１１５からの排気生成物は、それぞれの熱交換器５０（たとえば、ＨＲＳＧ）に方向付けされ、熱交換器５０は、蒸気タービン４０の高圧セクション４０２のための蒸気を作り出す。蒸気は、それに続いて、（点線の矢印によって示されているように）蒸気タービン４０の中圧セクション４０４（存在する場合）および低圧セクション４０６を通される。蒸気タービン４０は、シャフト１２６を介して、対応する発電機１２０に連結されている。ロードカップリング１０６は、蒸気タービン４０と発電機１２０との間に含まれ得る。
【００６４】
低密度材料は、蒸気タービン４０の高圧セクション４０２、蒸気タービン４０の中圧セクション４０４、蒸気タービン４０の低圧セクション４０６の中で、または、他の領域（たとえば、蒸気タービン４０に関連付けられている発電機１２０の中）で、回転コンポーネントとして使用することが可能である。発電機１２０および蒸気タービン４０の様々なセクションを支持する軸受１４０は、本明細書で説明されているように、モノタイプの低損失軸受とすることが可能である。軸受１４０は、蒸気タービン４０に関連付けられる軸受流体スキッド１５０に流体接続されている。
【００６５】
図９は、２−ｏｎ−１（２：１）コンバインドサイクルパワートレインアーキテクチャー９００の概略ダイアグラムであり、２−ｏｎ−１（２：１）コンバインドサイクルパワートレインアーキテクチャー９００は、２つのリアエンド駆動ガスタービン１２（それぞれが、それ自身の発電機１２０、熱交換器５０、および軸受流体スキッド１５０を備える）と、それ自身の発電機１２０および軸受流体スキッド１５０を備える１つの多段の蒸気タービン４０とを含む。示されているように、ガスタービン１２は、そのような構成は必要ではないが、互いに平行に配向させることが可能である。
【００６６】
このアーキテクチャー９００では、それぞれのガスタービン１２は、それ自身のシャフト１２５の上で動作し、第１のロードカップリング１０４を介して発電機１２０に連結されている。１つのまたは両方のガスタービン１２において、低密度材料は、圧縮機セクション１０５の中（たとえば、ブレード１３０の中）もしくはタービンセクション１１５の中（たとえば、ブレード１３５の中）の、または、他の領域の中（たとえば、クロスハッチングによって示されているように、発電機１２０の中）の回転コンポーネントとして使用することが可能である。発電機１２０およびガスタービン１０の様々なセクションを支持する軸受１４０は、本明細書で説明されているように、モノタイプの低損失軸受とすることが可能である。軸受１４０は、軸受流体スキッド１５０に流体接続されている。
【００６７】
それぞれのガスタービン１２のタービンセクション１１５からの排気生成物は、それぞれの熱交換器５０（たとえば、ＨＲＳＧ）に方向付けされ、熱交換器５０は、蒸気タービン４０の高圧セクション４０２のための蒸気を作り出す。蒸気は、それに続いて、（点線の矢印によって示されているように）蒸気タービン４０の中圧セクション４０４（存在する場合）および低圧セクション４０６を通される。蒸気タービン４０は、シャフト１２６を介して、対応する発電機１２０に連結されている。ロードカップリング１０６は、蒸気タービン４０と発電機１２０との間に含まれ得る。
【００６８】
低密度材料は、蒸気タービン４０の高圧セクション４０２、蒸気タービン４０の中圧セクション４０４、蒸気タービン４０の低圧セクション４０６の中で、または、他の領域（たとえば、蒸気タービン４０に関連付けられている発電機１２０の中）で、回転コンポーネントとして使用することが可能である。発電機１２０および蒸気タービン４０の様々なセクションを支持する軸受１４０は、本明細書で説明されているように、モノタイプの低損失軸受とすることが可能である。軸受１４０は、蒸気タービン４０に関連付けられる軸受流体スキッド１５０に流体接続されている。
【００６９】
図１０は、３−ｏｎ−１（３：１）コンバインドサイクルパワートレインアーキテクチャー１０００の簡単化された概略ダイアグラムであり、３−ｏｎ−１（３：１）コンバインドサイクルパワートレインアーキテクチャー１０００は、３つのリアエンド駆動ガスタービン１２（それぞれが、それ自身の発電機１２０、熱交換器５０、および軸受流体スキッド１５０を備える）と、それ自身の発電機１２０および軸受流体スキッド１５０を備える多段の蒸気タービン４０とを含む。上記に議論されているように、低密度材料は、少なくとも１つのガスタービン１２の圧縮機セクション１０５、少なくとも１つのガスタービン１２のタービンセクション１１５、少なくとも１つのガスタービン１２の発電機セクション１２０、蒸気タービン４０の高圧セクション４０２、蒸気タービン４０の中圧セクション４０４（存在するとき）、蒸気タービン４０の低圧セクション４０６、および、蒸気タービン４０に関連付けられている発電機１２０のうちの少なくとも１つの回転コンポーネントの中で使用することが可能である。有利には、本明細書で提供される理由のために、それらの回転コンポーネントのいくつかまたはすべての中に低密度材料を含むパワートレインアーキテクチャー１０００のそれらのセクションは、（先の図に図示されているような）モノタイプの低損失軸受１４０によって支持されている。
【００７０】
図１１は、フロントエンド駆動ガスタービン１０を含むマルチシャフトのコンバインドサイクルパワートレインアーキテクチャー１１００の概略ダイアグラムであり、フロントエンド駆動ガスタービン１０は、第１のシャフト１２５の上で、第１の発電機１２０に連結されており、第１の軸受流体スキッド１５０を有している。第１のロードカップリング１０４は、ガスタービン１０を発電機１２０に接続させるために使用することが可能である。パワートレインアーキテクチャー１１００は、多段の蒸気タービン４０をさらに含み、第２のシャフト１２６の上で、第２の発電機１２０に連結されており、第２の軸受流体スキッド１５０を有している。第２のロードカップリング１０６は、蒸気タービン４０をその対応する発電機１２０に接続させるために使用することが可能である。熱交換器５０は、先に議論されているように、ガスタービン１０および蒸気タービン４０の両方に流体接続されている。このアーキテクチャー１１００では、熱交換器５０からの蒸気は、蒸気タービン４０の高圧セクション４０２に提供され、それに続いて、蒸気タービン４０の中圧セクション４０４（存在する場合）、および、蒸気タービン４０の低圧セクション４０６を通される。
【００７１】
繰り返しになるが、ガスタービン１０の圧縮機セクション１０５、ガスタービン１０のタービンセクション１１５、ガスタービン１０に関連付けられている発電機１２０、蒸気タービン４０の高圧セクション４０２、蒸気タービン４０の中圧セクション４０４、蒸気タービン４０の低圧セクション４０６、および／または、蒸気タービン４０に関連付けられている発電機１２０の中の回転コンポーネントは、低密度材料から作り出すことが可能である。低密度材料は、たとえば、圧縮機セクション１０５の中のブレード１３０、または、タービンセクション１１５の中のブレード１３５を作り出すために使用することが可能である。
【００７２】
低密度材料は、パワートレインアーキテクチャー１１００の所与のセクションの中の回転コンポーネントのいくつかまたはすべてについて使用することが可能である。低密度材料から作製された回転コンポーネントを有するそれらのセクションは、低損失軸受１４０によって支持することが可能であり、低損失軸受１４０は、それぞれの軸受流体スキッド１５０に流体連結されている。高密度材料のコンポーネントを含むパワートレインアーキテクチャー１１００のセクションは、伝統的な粘性流体（たとえば、油）軸受によって支持することが可能である。本発明の様々な実施形態は、議論されているパワートレインアーキテクチャーにかかわらず、モノタイプの低損失軸受１４０の任意の特定の数または配置に限定されない。
【００７３】
図１２は、マルチシャフトのコンバインドサイクルパワートレインアーキテクチャー１２００の概略ダイアグラムであり、マルチシャフトのコンバインドサイクルパワートレインアーキテクチャー１２００は、図１１に示されているアーキテクチャー１１００の変形例である。図１２では、アーキテクチャー１２００は、リアエンド駆動ガスタービン１２を含み、リアエンド駆動ガスタービン１２は、第１のシャフト１２５の上で、第１の発電機１２０に連結されており、第１の軸受流体スキッド１５０を有している。第１のロードカップリング１０４は、ガスタービン１２を発電機１２０に接続させるために使用することが可能である。
【００７４】
パワートレインアーキテクチャー１２００は、多段の蒸気タービン４０をさらに含み、第２のシャフト１２６の上で、第２の発電機１２０に連結されており、第２の軸受流体スキッド１５０を有している。第２のロードカップリング１０６は、蒸気タービン４０をその対応する発電機１２０に接続させるために使用することが可能である。熱交換器５０は、先に議論されているように、ガスタービン１２および蒸気タービン４０の両方に流体接続されている。このアーキテクチャー１２００では、熱交換器５０からの蒸気は、蒸気タービン４０の高圧セクション４０２に提供され、それに続いて、蒸気タービン４０の中圧セクション４０４（存在する場合）、および、蒸気タービン４０の低圧セクション４０６を通される。
【００７５】
すでに述べたように、ガスタービン１２の圧縮機セクション１０５、ガスタービン１２のタービンセクション１１５、ガスタービン１２に関連付けられている発電機１２０、蒸気タービン４０の高圧セクション４０２、蒸気タービン４０の中圧セクション４０４、蒸気タービン４０の低圧セクション４０６、および／または、蒸気タービン４０に関連付けられている発電機１２０の中の回転コンポーネントは、低密度材料から作り出すことが可能である。低密度材料は、たとえば、圧縮機セクション１０５の中のブレード１３０、または、タービンセクション１１５の中のブレード１３５を作り出すために使用することが可能である。低密度材料は、パワートレインアーキテクチャー１２００の所与のセクションの中の回転コンポーネントのいくつかまたはすべてについて使用することが可能である。低密度材料から作製された回転コンポーネントを有するそれらのセクションは、モノタイプの低損失軸受１４０によって支持することが可能であり、モノタイプの低損失軸受１４０は、それぞれの軸受流体スキッド１５０に流体連結されている。
【００７６】
図１３は、マルチシャフトのコンバインドサイクルパワートレインアーキテクチャー１３００の概略ダイアグラムであり、マルチシャフトのコンバインドサイクルパワートレインアーキテクチャー１３００は、図１１に示されているアーキテクチャー１１００の変形例である。図１３では、アーキテクチャー１３００は、再熱セクション２０５を備えるフロントエンド駆動ガスタービン１４を含み、フロントエンド駆動ガスタービン１４は、第１のシャフト１２５の上で、第１の発電機１２０に連結されており、第１の軸受流体スキッド１５０を有している。第１のロードカップリング１０４は、ガスタービン１４を発電機１２０に接続させるために使用することが可能である。
【００７７】
パワートレインアーキテクチャー１３００は、多段の蒸気タービン４０をさらに含み、第２のシャフト１２６の上で、第２の発電機１２０に連結されており、第２の軸受流体スキッド１５０を有している。第２のロードカップリング１０６は、蒸気タービン４０をその対応する発電機１２０に接続させるために使用することが可能である。熱交換器５０は、先に議論されているように、ガスタービン１４および蒸気タービン４０の両方に流体接続されている。このアーキテクチャー１３００では、熱交換器５０からの蒸気は、蒸気タービン４０の高圧セクション４０２に提供され、それに続いて、蒸気タービン４０の中圧セクション４０４（存在する場合）、および、蒸気タービン４０の低圧セクション４０６を通される。
【００７８】
ガスタービン１４の圧縮機セクション１０５、ガスタービン１４のタービンセクション１１５、ガスタービン１４の再熱タービンセクション２１５、ガスタービン１４に関連付けられている発電機１２０、蒸気タービン４０の高圧セクション４０２、蒸気タービン４０の中圧セクション４０４、蒸気タービン４０の低圧セクション４０６、および／または、蒸気タービン４０に関連付けられている発電機１２０の中の回転コンポーネントは、低密度材料から作り出すことが可能である。低密度材料は、たとえば、圧縮機セクション１０５の中のブレード１３０、タービンセクション１１５の中のブレード１３５、または、再熱タービンセクション２１５の中のブレード２２０を作り出すために使用することが可能である。低密度材料は、パワートレインアーキテクチャー１１００の所与のセクションの中の回転コンポーネントのいくつかまたはすべてについて使用することが可能である。低密度材料から作製された回転コンポーネントを有するそれらのセクションは、モノタイプの低損失軸受１４０によって支持することが可能であり、モノタイプの低損失軸受１４０は、それぞれの軸受流体スキッド１５０に流体連結されている。
【００７９】
図１４から図１９は、図１から図１３に図示されているパワートレインアーキテクチャーの中へ組み込まれ得る様々なガスタービンアーキテクチャーを図示している。便宜上のために、発電機１２０、軸受流体スキッド１５０、熱交換器５０、および蒸気タービン４０（適用可能である場合）は、図のセットから省略されている。
【００８０】
図１４は、リアエンド駆動ガスタービン１６を含むマルチシャフトのガスタービンアーキテクチャー１４００の概略ダイアグラムであり、リアエンド駆動ガスタービン１６は、第１のシャフト３１０の上に、圧縮機セクション１０５、燃焼器セクション１１０、およびタービンセクション１１５を有している。ガスタービン１６は、第２のシャフト３１５の上にパワータービンセクション３０５をさらに含み、パワータービンセクション３０５は、タービンセクション１１５の下流にある。図１４のガスタービン１６は、図２のパワートレインアーキテクチャー２００、図６のパワートレインアーキテクチャー６００、図９のパワートレインアーキテクチャー９００、図１０のパワートレインアーキテクチャー１０００、および、図１２のパワートレインアーキテクチャー１２００の中のガスタービン１２の代わりに使うことが可能である。
【００８１】
この実施形態では、リアエンド駆動配置が提供されており、リアエンド駆動配置では、（図２のガスタービン１２に示されているような）シングルシャフトが、マルチシャフト配置で交換されている。とりわけ、第１のシングルローターシャフト３１０は、圧縮機セクション１０５およびタービンセクション１１５を通って延在しており、一方、第２のシングルローターシャフト３１５は、シャフト３１０から分離されており、パワータービンセクション３０５から発電機１２０（示されていないが、「発電機へ」のレジェンドによって示されている）へ延在している。
【００８２】
動作時に、第１のローターシャフト３１０は、入力シャフトとしての役割を果たし、一方、第２のローターシャフト３１５は、出力シャフトとしての役割を果たすことが可能である。一実施形態では、ローターシャフト３１５の出力速度は、一定の速度（たとえば、３６００ＲＰＭ）でスピンし、発電機（１２０）が一定の周波数（たとえば、６０Ｈｚ）で動作することを確実にするが、一方、ローターシャフト３１０の入力速度は、ローターシャフト３１５のもの（たとえば、３６００ＲＰＭよりも大きいことが可能である）とは異なることが可能である。
【００８３】
軸受１４０は、ローターシャフト３１０およびローターシャフト３１５の上の様々なガスタービンセクションを支持することが可能である。一実施形態では、軸受１４０の少なくとも１つは、本明細書で説明されているように、モノタイプの低損失軸受を含むことが可能である。軸受１４０は、たとえば、図２に示されているように、軸受流体スキッド１５０に流体連通している。
【００８４】
一実施形態では、パワータービン３０５は、低密度材料から作製されている少なくとも１つの回転コンポーネント４０５（たとえば、ブレード）を有することが可能である。図１４は、圧縮機セクション１０５の回転ブレード１３０、タービンセクション１１５の回転ブレード１３５、および、パワータービンセクション３０５の回転ブレード４０５が、低密度ブレードの１つまたは複数の段を含むことが可能であるということを示している。これは、１つの可能性のある実装形態であり、アーキテクチャー１４００の範囲を限定するということを意味していない。上述のように、低密度材料を含む、パワートレインの中で使用される少なくとも１つの回転ブレードが存在している限り、他の材料から作製されたブレード（たとえば、高密度ブレード）と低密度ブレードの任意の組み合わせが存在することが可能である。代替的にまたは加えて、ブレード１３０、１３５、４０５以外の回転コンポーネントを、低密度材料から作製することが可能であり、したがって、本開示は、ブレードだけが低密度材料から作製されている構成体に限定されない。好ましくは、低密度回転コンポーネント１０５、１３５、および／または４０５は、モノタイプの低損失軸受である軸受１４０によって支持されているガスタービン１４００のセクションの中で使用されている。
【００８５】
図１５は、パワータービンセクション３０５および再熱セクション２０５を備えるガスタービン１８を有するマルチシャフトのリアエンド駆動ガスタービンアーキテクチャー１５００の概略ダイアグラムである。本発明の実施形態によれば、ガスタービンアーキテクチャー１５００は、少なくとも１つのモノタイプの低損失軸受１４０と、ガスタービンのパワートレインで使用される、低密度材料から作製された少なくとも１つの回転コンポーネントとをさらに含む。図１４と同様に、図１５のガスタービン１８は、図２のパワートレインアーキテクチャー２００、図６のパワートレインアーキテクチャー６００、図９のパワートレインアーキテクチャー９００、図１０のパワートレインアーキテクチャー１０００、および、図１２のパワートレインアーキテクチャー１２００の中のガスタービン１２の代わりに使うことが可能である。
【００８６】
ガスタービンアーキテクチャー１５００は、ガスタービン１８が再熱燃焼器２１０および再熱タービン２１５を有する再熱セクション２０５を含むということ以外は、図１４に図示されているものと同様である。再熱セクション２０５は、ガスタービン１８の入力駆動シャフト３１０に追加されている。図１５は、圧縮機セクション１０５の回転コンポーネント（たとえば、ブレード）１３０、タービンセクション１１５の回転コンポーネント（たとえば、ブレード）１３５、再熱タービンセクション２１５の回転コンポーネント（たとえば、ブレード）２２０、および、パワータービンセクション３０５の回転コンポーネント（たとえば、ブレード）４０５が低密度材料を含むということを示している。これは、１つの可能性のある実装形態であり、アーキテクチャー１５００の範囲を限定するということを意味していない。上述のように、低密度材料を含む、パワートレインの中で使用される少なくとも１つの回転コンポーネントが存在している限り、他の材料を含むコンポーネント（たとえば、高密度材料）と低密度コンポーネントの任意の組み合わせが存在することが可能である。より良い効率のために、モノタイプの低損失軸受１４０によって支持されているアーキテクチャー１５００のセクションは、低密度材料から作製された回転コンポーネントを含み、回転コンポーネントの少なくともいくつかは、低密度材料から作製されている。
【００８７】
図１６は、ガスタービン２０を有するフロントエンド駆動ガスタービンアーキテクチャー１６００の概略ダイアグラムであり、そのアーキテクチャーは、圧縮機６０５の前方段６１０の回転速度を低減させるためにスタブシャフト６２０を含む。本発明の実施形態によれば、ガスタービン２０は、ガスタービンのパワートレインで使用される、少なくとも１つのモノタイプの低損失軸受１４０をさらに含む。図１６のガスタービン２０は、図１のパワートレインアーキテクチャー１００、図４のパワートレインアーキテクチャー４００、図５のパワートレインアーキテクチャー５００、図８のパワートレインアーキテクチャー８００、および、図１１のパワートレインアーキテクチャー１１００を含む、フロントエンド駆動ガスタービンを有するそれらのパワートレインアーキテクチャーの中のガスタービン１０の代わりに使うことが可能である。
【００８８】
この実施形態では、圧縮機セクション６０５は、２つの段６１０および６１５とともに図示されており、段６１０は、圧縮機６０５の前方段を表しており、段６１５は、圧縮機６０５の中間段および後方段を表している。これは、単に１つの構成であり、当業者は、圧縮機６０５がより多くの段とともに図示され得るということを認識することとなる。いずれにしても、段６１０に関連付けられる回転ブレードは、スタブシャフト６２０に連結されており、一方、段６１５の回転ブレードおよびタービンセクション１１５は、ローターシャフト１２５に沿って連結されている。一実施形態では、スタブシャフト６２０は、ローターシャフト１２５に半径方向外向きにあり、ローターシャフト１２５を円周方向に取り囲むことが可能である。一実施形態では、回転コンポーネント（たとえば、ブレード７１０、ブレード７１５、およびブレード１３５）の少なくとも１つは、低密度材料から作製されている。
【００８９】
軸受１４０は、圧縮機セクション６０５、タービンセクション１１５、および発電機１２０（図示せず）の周りに位置付けされ、スタブシャフト６２０およびローターシャフト１２５の上の様々なセクションを支持している。この構成の中の軸受のすべて、いくつか、または少なくとも１つは、本明細書で説明されているように、モノタイプの低損失軸受とすることが可能であり、そのような低損失軸受１４０は、低密度材料から作製された回転コンポーネントを有するアーキテクチャー１６００のそれらのセクションを支持するのにとりわけ良く適している。
【００９０】
動作時に、ローターシャフト１２５は、タービンセクション１１５が発電機１２０を駆動することを可能にする（たとえば、図１に示されている）。スタブシャフト６２０は、ローターシャフト１２５よりも遅い動作速度で回転することが可能であり、それは、前方段６１０のブレード７１０が段６１５（それは、ローターシャフト１２５に連結されている）の中間段および後方段の中のブレード７１５よりも遅い回転速度で回転することを引き起こす。別の実施形態では、スタブシャフト６２０は、段６１５のブレード７１５とは異なる方向に、段６１０のブレード７１０を回転させるために使用することが可能である。段６１５の回転ブレード７１５よりも遅い回転速度で、および／または、段６１５の回転ブレード７１５とは異なる方向に、段６１０のブレード７１０を回転させることは、スタブシャフト６２０がブレードの前方段の回転速度を（たとえば、おおよそ３０００ＲＰＭまで）落とすことを可能にすることができ、一方、ローターシャフト１２５は、タービンセクション１１５の回転ブレード１３５の回転速度、ひいては、発電機１２０の速度を維持し、一定の速度（たとえば、３６００ＲＰＭ）で動作させることが可能である。
【００９１】
段６１５の中のブレード７１５の中間段および後方段との関連で、段６１０の中のブレード７１０の前方段の回転速度を落とすことは、前方段の中でのより大きいブレードの使用を促進させる。そのより大きいサイズの結果として、圧縮機６０５を通る空気フロー（または、ガスフロー）は、従来の圧縮機を超えて増加され、それは、より多くの空気フローがガスタービンパワートレイン１６００を通って流れることとなるということを意味している。ガスタービンパワートレイン１６００を通るより多くの空気フローは、パワートレインアーキテクチャーから、より多くの出力を結果として生じさせる。
【００９２】
さらに、前方段の動翼が、低減された速度で動作することが可能であるので、これらの段の中に典型的に生じる取り付け応力を緩和させることが可能である。結果として、圧縮機製造業者が、前方段の中に高密度材料のブレードを使用し続けることを望む場合には、前方段６１０のより遅い回転速度は、前方段の動翼が、より大きいサイズで作製され、依然として、所定のＡＮ2制限値内にあるままであるということを可能にする。「ＭＵＬＴＩ−ＳＴＡＧＥ  ＡＸＩＡＬ  ＣＯＭＰＲＥＳＳＯＲ  ＡＲＲＡＮＧＥＭＥＮＴ」という表題の代理人整理番号２５７２６９−１（ＧＥＥＮ−０４５８）の米国特許出願第 号が、本願と同時に出願され、参照により本明細書に組み込まれており、それは、圧縮機の前方段においてより遅い回転速度を得るためにスタブシャフトを使用することについて、さらなる詳細を提供している。
【００９３】
図１７は、再熱セクション２０５を備えるフロントエンド駆動ガスタービン２４を有するガスタービンアーキテクチャー１７００の概略ダイアグラムである。本発明の実施形態によれば、アーキテクチャー１７００は、圧縮機６０５の前方段の速度を低減させるためのスタブシャフト６２０と、少なくとも１つのモノタイプの低損失軸受１４０と、低密度材料から作製された少なくとも１つの回転コンポーネントとをさらに含む。この実施形態では、再熱セクション２０５が、図１６に図示されている構成に追加され得る。このように、圧縮機６０５のそれぞれ段６１０および６１５の中の回転ブレード７１０および７１５、タービン１１５の回転ブレード１３５、および、再熱タービン２１５の回転ブレード２２０は、低密度材料から作製されているブレードを含むことが可能である。
【００９４】
繰り返しになるが、これは、１つの可能性のある実装形態であり、アーキテクチャー１７００の範囲を限定するということを意味していない。たとえば、低密度材料から作製された少なくとも１つの回転コンポーネントが存在する限り、パワートレインの中の他のタイプの材料のブレード（たとえば、高密度ブレード）と組み合わせて、任意の数の低密度ブレードが存在することが可能である。代替的に、または加えて、ブレード以外の回転コンポーネントは、１つまたは複数のセクションの中で、低密度材料から作製することが可能である。図１７のガスタービン２４は、図３のパワートレインアーキテクチャー３００、図７のパワートレインアーキテクチャー７００、および、図１３のパワートレインアーキテクチャー１３００を含む、再熱セクション２０５を備えるガスタービンを有するそれらのパワートレインアーキテクチャーの中のガスタービン１４の代わりに使うことが可能である。
【００９５】
図１８は、本発明の実施形態によるリアエンド駆動ガスタービン２２を有するガスタービンアーキテクチャー１８００の概略ダイアグラムであり、そのアーキテクチャーは、本発明の実施形態によれば、圧縮機６０５の前方段の速度を低減させるためのスタブシャフト６２０と、パワータービン９０５と、モノタイプの低損失軸受である少なくとも１つの軸受１４０とを含む。この実施形態では、マルチシャフト配置が、スタブシャフト６２０とともに動作するように追加されている。図１８に示されているように、第１のシングルローターシャフト９１０は、圧縮機セクション６０５およびタービンセクション１１５を通って延在しており、一方、ローターシャフト９１０およびスタブシャフト６２０から分離されている第２のシングルローターシャフト９１５は、パワータービンセクション９０５から（図２に示されているような）発電機１２０へ延在している。軸受１４０は、ローターシャフト９１０、ローターシャフト９１５、およびスタブシャフト６２０を支持することが可能である。一実施形態では、軸受１４０の少なくとも１つが、モノタイプの低損失軸受を含むことが可能である。
【００９６】
動作時に、ローターシャフト９１０およびスタブシャフト６２０は、入力シャフトとしての役割を果たすことが可能であり、一方、ローターシャフト９１５は、発電機１２０を駆動する出力シャフトとしての役割を果たすことが可能である。一実施形態では、ローターシャフト９１０およびスタブシャフト６２０の入力速度は、ローターシャフト９１５が動作する速度（たとえば、それは、３６００ＲＰＭ未満である）とは異なるが、ローターシャフト９１５の出力速度は、一定の速度（たとえば、３６００ＲＰＭ）であり、発電機が一定の周波数（たとえば、６０Ｈｚ）で動作することを確実にする。
【００９７】
図１８は、圧縮機セクション６１０、６１５の回転ブレード７１０および７１５、タービンセクション１１５の回転ブレード１３５、および、パワータービンセクション９０５の回転ブレード１００５が、低密度材料から作製することが可能であるということを示している。これは、１つの可能性のある実装形態であり、アーキテクチャー１８００の範囲を限定するということを意味していない。繰り返しになるが、低密度材料を含む、パワートレインの中で使用される少なくとも１つの回転コンポーネントが存在する限り、異なる組成物（たとえば、高密度材料）から作製された回転コンポーネント（たとえば、ブレード）とともに使用される低密度回転コンポーネント（たとえば、ブレード）の任意の組み合わせが存在することが可能である。少なくとも一実施形態では、低密度材料が、モノタイプの低損失軸受１４０によって支持されているガスタービンアーキテクチャー１８００のセクションの中の回転コンポーネントの中で使用されている。
【００９８】
図１９は、低速スプール１２０５および高速スプール１２１０を備えるマルチシャフトガスタービン２６を有するガスタービンアーキテクチャー１９００の概略ダイアグラムである。本発明の実施形態によれば、ガスタービン２６は、ガスタービンのパワートレインで使用される少なくとも１つのモノタイプの低損失軸受１４０をさらに含む。図１９のガスタービン２６は、図１のパワートレインアーキテクチャー１００、図４のパワートレインアーキテクチャー４００、図５のパワートレインアーキテクチャー５００、図８のパワートレインアーキテクチャー８００、および、図１１のパワートレインアーキテクチャー１１００を含む、フロントエンド駆動ガスタービンを有するそれらのパワートレインアーキテクチャーの中のガスタービン１０の代わりに使うことが可能である。
【００９９】
この実施形態では、圧縮機１２１５は、低圧圧縮機６１０および高圧圧縮機６１５を含み、それらは、空気によって低圧圧縮機６１０から分離されている。加えて、ガスタービンアーキテクチャー１９００は、低圧タービン１２５０および高圧タービン１２４５を含むタービン１２３０を含み、高圧タービン１２４５は、空気によって低圧タービン１２５０から分離されている。低速スプール１２０５は、低圧圧縮機６１０を含むことが可能であり、低圧圧縮機６１０は、低圧タービン１２５０によって駆動される。高速スプール１２１０は、高圧圧縮機６１５を含むことが可能であり、高圧圧縮機６１５は、高圧タービン１２４５によって駆動される。このアーキテクチャー１９００では、低速スプール１２０５は、所望の周波数（たとえば、６０Ｈｚ）で動作するように、所望の回転速度（たとえば、３６００ＲＰＭ）で発電機１２０を駆動することが可能であり、一方、高速スプール１２１０は、低速スプールの回転速度よりも大きい（たとえば、３６００ＲＰＭよりも大きい）回転速度で動作することが可能であり、デュアルスプール配置を形成する。
【０１００】
随意的に、ギヤボックス、トルク−コンバーター、または、ギヤセットなどのような、トルク変更メカニズム１２０８は、ガスタービン２６と発電機（示されてはいないが、「発電機へ」によって示されている）との間で低速スプール１２０５に沿って位置決めさせることが可能である。トルク変更メカニズム１２０８が含まれるときには、トルク変更メカニズム１２０８は、出力補正を提供し、低速スプール１２０５が、３６００ＲＰＭよりも大きい回転速度で動作し、より低い３６００ＲＰＭの回転速度で発電機を駆動させ、依然として、６０Ｈｚの動作出力を実現することが可能であるようになっている。図１９では、パワートレイン１９００を支持する軸受１４０の少なくとも１つは、モノタイプの低損失軸受とすることが可能である。軸受１４０は、たとえば、図１に示されているように、軸受流体スキッド１５０に流体連通している。
【０１０１】
図１９は、圧縮機セクション６１０、６１５の回転ブレード１２２０および１２２５、ならびに、タービンセクション１２４５、１２５０の回転ブレード１２３５、１２４０が、低密度材料から作製することが可能であるということを示している。これは、１つの可能性のある実装形態であり、アーキテクチャー１９００の範囲を限定するということを意味していない。繰り返しになるが、低密度材料を含む、パワートレインの中で使用される少なくとも１つの回転コンポーネントが存在する限り、異なる組成物（たとえば、高密度材料）から作製された回転コンポーネント（たとえば、ブレード）とともに使用される低密度回転コンポーネント（たとえば、ブレード）の任意の組み合わせが存在することが可能である。少なくとも一実施形態では、低密度材料が、モノタイプの低損失軸受１４０によって支持されているガスタービンアーキテクチャー１９００のセクションの中の回転コンポーネントの中で使用されている。
【０１０２】
本明細書で説明されているように、本発明の実施形態は、発電プラントの中のパワートレインの一部としてモノタイプの低損失軸受および低密度材料を使用することが可能なガスタービンアーキテクチャーを備える様々なパワートレインアーキテクチャーを説明している。モノタイプの低損失軸受および低密度材料を備えるこれらのガスタービンアーキテクチャーは、油軸受および高密度材料を使用する他のパワートレインと比較して、高い空気流量を送達することが可能である。加えて、このより高い空気流量の送達は、典型的に油ベースの軸受の使用を通してパワートレインの中へ導入される粘性損失を低減させながら起こる。モノタイプの低損失軸受の使用から生じる油のない環境は、油軸受に関連するコンポーネントが除去され得るので、メンテナンスコストの低減に変換される。
【０１０３】
本明細書で使用されている専門用語は、特定の実施形態だけを説明する目的のためのものであり、本開示を限定しているということを意図していない。本明細書で使用されているように、単数形の「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」、および「その（ｔｈｅ）」は、文脈が明確にそうでないことを示していなければ、複数形も同様に含むことを意図している。「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、および「有する（ｈａｖｉｎｇ）」の用語は、本明細書で使用されているときには、述べられている特徴、整数、ステップ、動作、エレメント、および／またはコンポーネントの存在を特定しているが、１つまたは複数の他の特徴、整数、ステップ、動作、エレメント、コンポーネント、および／または、それらのグループの存在または付加を除外していないということがさらに理解されることとなる。「フロント」および「後ろ」の用語は、限定となることを意図しておらず、適当な場合には、相互交換可能であることを意図しているということがさらに理解されることとなる。
【０１０４】
本開示は、その好適な実施形態に関連して示されて説明されてきたが、変形例および修正例が当業者に考え付くことになるということが認識されることとなる。したがって、添付の特許請求の範囲は、本開示の真の精神の中に入るようなすべてのそのような修正例および変化例をカバーすることを意図しているということが理解されるべきである。
【符号の説明】
【０１０５】
１０  フロントエンド駆動ガスタービン
１２  リアエンド駆動ガスタービン
１４  フロントエンド駆動ガスタービン
１６  リアエンド駆動ガスタービン
１８  ガスタービン
２０  ガスタービン
２２  リアエンド駆動ガスガスタービン
２４  フロントエンド駆動ガスガスタービン
２６  ガスタービン
４０  蒸気タービン
５０  ＨＲＳＧ、熱交換器
１００  単純サイクルパワートレインアーキテクチャー、発電アーキテクチャー
１０４  ロードカップリングエレメント
１０５  圧縮機セクション
１０６  第２のロードカップリング
１０８  クラッチ
１１０  燃焼器セクション
１１５  タービンセクション
１２０  発電機
１２５  ローターシャフト、第１のシャフト
１２６  第２のシャフト
１３０  回転コンポーネント、回転ブレード、圧縮機ブレード
１３５  回転ブレード、タービンブレード
１４０  軸受
１５０  軸受流体スキッド
２００  単純サイクルパワートレインアーキテクチャー
２０５  再熱セクション
２１０  再熱燃焼器、第２の燃焼器セクション
２１５  再熱タービンセクション、第２のタービンセクション
２２０  回転コンポーネント、回転ブレード
３００  パワートレインアーキテクチャー
３０５  パワータービンセクション
３１０  第１のローターシャフト
３１５  第２のローターシャフト
４００  パワートレインアーキテクチャー
４０２  高圧セクション
４０４  中圧セクション
４０５  回転コンポーネント
４０６  低圧セクション
５００  パワートレインアーキテクチャー
６００  パワートレインアーキテクチャー
６０５  圧縮機セクション
６１０  前方段、低圧圧縮機
６１５  段、高圧圧縮機
６２０  スタブシャフト
７００  パワートレインアーキテクチャー
７１０  回転ブレード
７１５  回転ブレード
８００  コンバインドサイクルパワートレインアーキテクチャー
９００  コンバインドサイクルパワートレインアーキテクチャー
９０５  パワータービンセクション
９１０  第１のシングルローターシャフト
９１５  第２のシングルローターシャフト
１０００  コンバインドサイクルパワートレインアーキテクチャー
１００５  回転ブレード
１１００  コンバインドサイクルパワートレインアーキテクチャー
１２００  コンバインドサイクルパワートレインアーキテクチャー
１２０５  低速スプール
１２０８  トルク変更メカニズム
１２１０  高速スプール
１２１５  圧縮機
１２２０  回転ブレード
１２２５  回転ブレード
１２３０  タービン
１２３５  回転ブレード
１２４０  回転ブレード
１２４５  高圧タービン
１２５０  低圧タービン
１３００  コンバインドサイクルパワートレインアーキテクチャー
１４００  ガスタービンアーキテクチャー
１５００  ガスタービンアーキテクチャー
１６００  ガスタービンアーキテクチャー
１７００  ガスタービンアーキテクチャー
１８００  ガスタービンアーキテクチャー
１９００  ガスタービンアーキテクチャー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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