(57)【要約】  ガスタービン（２３）と、該ガスタービンで駆動される少なくとも第１負荷（７１）および第２負荷（７２）と、を備えるガスタービンシステムが記載される。前記ガスタービン（２３）は、ガスジェネレータ（２７）と、低圧タービン（５０）と、前記低圧タービン（５０）で駆動されるパワーシャフト（６５）と、を備える。前記パワーシャフトは、前記第１負荷に駆動可能に接続される第１シャフト端（６５Ｈ）と、前記第２負荷に駆動可能に接続される第２シャフト端（６５Ｃ）と、を有する。前記第１負荷および前記第２負荷は、前記ガスタービンの両側に配置され、前記パワーシャフト（６５）は、前記ガスタービン内を該ガスタービンの第１端から第２端まで軸線方向に延在する。【選択図】図３
2015524532.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービン（１、２３）と、該ガスタービン（１、２３）で駆動される少なくとも第１負荷（７１）および第２負荷（７２）と、を備えるガスタービンシステムであって、前記ガスタービン（１、２３）は、
ガスジェネレータ（２、２７）と、
低圧タービン（５０）と、
前記低圧タービン（５０）で駆動されるパワーシャフト（９、６５）と、を備え、前記パワーシャフト（９、６５）は、前記第１負荷（７１）に駆動可能に接続される第１シャフト端と、前記第２負荷（７２）に駆動可能に接続される第２シャフト端と、を有し、前記第１負荷（７１）および前記第２負荷（７２）は、前記ガスタービン（１、２３）の両側に配置され、前記パワーシャフト（９、６５）は、前記ガスタービン（１、２３）内を該ガスタービン（１、２３）の第１端（６５Ｃ）から第２端（６５Ｈ）まで延在する、ガスタービンシステム。
【請求項２】
前記ガスジェネレータ（２、２７）は、少なくとも１つの空気圧縮機と、燃焼器（７、４７）と、高圧タービン（５、４９）と、を備え、前記燃焼器（７、４７）は、前記少なくとも１つの空気圧縮機の圧縮空気、および燃料を流入させるように配置され、前記燃焼器（７、４７）から発生する燃焼ガスは、前記高圧タービン（５、４９）内で膨張し、前記パワーシャフト（９、６５）は、前記少なくとも１つの空気圧縮機、および前記高圧タービン（５、４９）と同軸に延在する、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記ガスタービン（１、２３）は、
低圧圧縮機と、
前記低圧圧縮機の下流に順次配置され、かつ前記低圧圧縮機で圧縮される空気を流入させる高圧圧縮機と、
前記高圧圧縮機の圧縮空気、および燃料を流入させるように配置される燃焼器（７、４７）と、
燃焼ガスを前記燃焼器（７、４７）から流入させる高圧タービン（５、４９）であって、該高圧タービン（５、４９）が、動力を前記高圧タービン（５、４９）内で部分的に膨張する前記燃焼ガスにより発生させるように配置され、前記高圧タービン（５、４９）が、前記低圧タービン（５０）と流体連通し、前記高圧タービン（５、４９）の前記燃焼ガスが、前記低圧タービン（５０）内で膨張する、前記高圧タービン（５、４９）と、
前記高圧タービン（５、４９）および前記高圧圧縮機を駆動可能に接続する第２シャフトと、を組み合わせて備え、順次配置され、
前記パワーシャフト（９、６５）および前記第２シャフトは、同軸に配置され、かつ前記パワーシャフト（９、６５）は、前記低圧タービン（５０）および前記低圧圧縮機を駆動可能に接続する、請求項１または請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
抽気構造を前記低圧圧縮機と前記高圧圧縮機との間に備える、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項５】
前記第１負荷（７１）および第２負荷（７２）のうちの少なくとも一方の負荷は第１圧縮機（７１）を含み、かつ前記第１圧縮機（７１）は垂直分割型のケーシングを備える、請求項１乃至４のうち一つ以上の請求項に記載のシステム。
【請求項６】
前記第１負荷（７１）および第２負荷（７２）のうちの他方の負荷は第２圧縮機（７２）を含む、請求項１乃至５のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項７】
前記第２圧縮機（７２）は、該当する垂直分割型のケーシングを備える、請求項１乃至６のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項８】
前記第２負荷（７２）は発電機（７３）を含む、請求項１乃至７のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項９】
前記第１圧縮機（７１）、および任意であるが、前記第２圧縮機（７２）は、液化天然ガスシステムにおける少なくとも１種類の冷凍ガスを処理するように配置され、かつ構成される、請求項１乃至８のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１０】
前記ガスジェネレータ（２、２７）に流入する空気流を冷却するように配置される空気冷却システム（８１）を備え、前記空気冷却システム（８１）は、圧縮機を備える冷凍回路（８３）を備えることにより、前記圧縮機で前記冷凍回路（８３）内を流れる冷媒を処理し、前記冷凍回路（８３）の前記圧縮機は、前記第１シャフト端および第２シャフト端のうちの一方のシャフト端に機械的に接続されて、前記ガスタービン（１、２３）で駆動される前記第１負荷（７１）および第２負荷（７２）のうちの一方の負荷を形成する、請求項１乃至９のうち一つ以上の請求項に記載のシステム。
【請求項１１】
前記第１シャフト端は、前記ガスタービン（１、２３）の低温端（２３Ｃ）に配置され、かつ前記第２シャフト端は、前記ガスタービン（１、２３）の高温端（２３Ｈ）に配置される、請求項１乃至１０のうち一つ以上の請求項に記載のシステム。
【請求項１２】
前記冷凍回路（８３）の前記圧縮機は、前記第１シャフト端に前記ガスタービン（１、２３）の前記低温端（２３Ｃ）で駆動可能に接続される、請求項１乃至１１のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１３】
前記発電機（７３）は、前記ガスタービン（１、２３）の付属機器を電気的に駆動するように配置され、かつ構成される、請求項１乃至１２のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１４】
前記発電機（７３）は、前記パワーシャフト（９、６５）の前記第１シャフト端に前記ガスタービン（１、２３）の前記低温端（２３Ｃ）で駆動可能に接続される、請求項１乃至１３のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１５】
前記ガスタービン（１、２３）は航空転用型ガスタービン（２３）である、請求項１乃至１４のうち一つ以上の請求項に記載のシステム。
【請求項１６】
負荷を備えるガスタービンシステムを運転する方法であって、
ガスジェネレータ（２、２７）と、低圧タービン（５０）と、前記ガスタービン（１、２３）の第１端（６５Ｃ）および第２端（６５Ｈ）にそれぞれすることができる第１シャフト端および第２シャフト端を有するパワーシャフト（９、６５）と、を設けるステップと、
第１負荷（７１）を前記第１シャフト端に、かつ第２負荷（７２）を前記第２シャフト端に駆動可能に接続するステップと、
動力を、前記低圧タービン（５０）で発生させるステップと、
前記動力の第１部分を、第１負荷接続部（６７Ｃ）を介して利用して、前記第１負荷（７１）を駆動し、かつ前記動力の第２部分を、第２負荷接続部（６７Ｈ）を介して利用して、前記第２負荷（７２）を駆動するステップと、
を含む、方法。
【請求項１７】
前記低圧タービン（５０）で発生させた前記動力の前記第１部分および第２部分のうちの少なくとも一方の部分を電力に変換するステップを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
空気を順次、第１低圧圧縮機で第１圧力値に、第２高圧圧縮機で、前記第１圧力値よりも大きい第２圧力値に圧縮するステップと、
前記第２圧力値に圧縮された前記空気を燃焼器（７、４７）に供給するステップと、
燃焼ガスを前記燃焼器（７、４７）内で発生させるステップと、
前記燃焼ガスを高圧タービン（５、４９）内で膨張させるステップと、
前記第２高圧圧縮機を前記高圧タービン（５、４９）で、前記パワーシャフト（９、６５）と同軸の第２シャフトを介して駆動するステップと、
前記高圧タービン（５、４９）から放出される前記燃焼ガスを前記低圧タービン（５０）内で膨張させるステップと、
前記第１低圧圧縮機を前記低圧タービン（５０）で、前記パワーシャフト（９、６５）を介して駆動するステップと、
前記パワーシャフト（９、６５）で取り出される動力の一部を前記第１負荷（７１）に、かつ前記動力の一部を前記第２負荷（７２）に供給するステップと、
を含む、請求項１６または請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記第１負荷（７１）および第２負荷（７２）のうちの少なくとも一方の負荷は、垂直分割型のケーシングを備える少なくとも１つの該当する圧縮機を含む、請求項１６乃至１８のうち一つ以上の請求項に記載の方法。
【請求項２０】
冷却システム（８１）の圧縮機を、前記パワーシャフト（９、６５）を介して駆動するステップを含み、前記冷却システム（８１）は、前記パワーシャフト（９、６５）の一端に駆動可能に接続される圧縮機を備え、前記冷却システム（８１）は、前記ガスタービン（１、２３）に供給される吸気流を冷却する、請求項１６乃至１９のうち一つ以上の請求項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
開示される種々実施形態は概して、ガスタービンに関する。更に詳細には、これらの実施形態は、ガスタービン、および前記ガスタービンで駆動される発電機または圧縮機のような負荷を備えるシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンは普通、非常に多種多様な作業機械を駆動する動力発生装置として使用される。更に詳細には、ガスタービンは普通、軸流圧縮機または遠心圧縮機のような大型のターボ機械を駆動するために使用される。通常、ガスタービンは、液化天然ガス（ＬＮＧ）、ＣＯ2回収の分野、およびガス産業の他の部分に適用される。ガスタービンは更に、発電機を駆動する動力発生装置として使用される。
【０００３】
図１は、現行技術によるガスタービンと、ガスタービンで駆動される圧縮機トレインと、を備えるシステムを示している。
【０００４】
ガスタービンは参照番号１で一括して図示され、かつガスジェネレータ２およびパワータービン３を備える。ガスジェネレータ２は、シャフト６を介して互いに機械的に接続される空気圧縮機４および高圧タービン５を含む。圧縮機４に吸引される空気を圧縮して、空気の圧力を高圧値とし、図７に模式的に示す燃焼器に供給する。燃料を圧縮空気と燃焼器７内で混合し、混合気を燃焼させて高温かつ高圧の燃焼ガス流を発生させる。
【０００５】
高温高圧燃焼ガスは高圧タービン５内で膨張して動力を発生し、この動力を利用して空気圧縮機４を、シャフト６を介して駆動する。膨張した燃焼ガスの一部を更に、パワータービン３に供給し、このパワータービン３では、これらの燃焼ガスが膨張して、パワーシャフト（動力伝達軸）９で取り出される更に別の動力を発生する。次に、排気燃焼ガスは、排気管１１を介して排気される。
【０００６】
高圧タービン５で発生する動力が、空気圧縮機４全体を駆動するために利用されるのに対し、パワータービン３で発生する動力は、パワーシャフト９で取り出されて、参照番号１３で一括して図示される負荷を駆動する。図示の例では、負荷１３は圧縮機トレインを含む。圧縮機トレインは、第１圧縮機１５および第２圧縮機１７により構成され、例えば液化天然ガスシステムの遠心圧縮機により構成される。図１の模式図では、２つの圧縮機１５および１７は、直列に配置され、かつ同一速度で駆動される。すなわち、動力は、ジョイント１９を備える負荷接続部１８を介して第１圧縮機１５に伝達され、第１圧縮機１５から第２ジョイント２１を介して第２圧縮機１７に伝達される。
【０００７】
この構造は幾つかの不具合を有する。詳細には、負荷接続部１８は、圧縮機１５および１７の両方の圧縮機を駆動するために必要な最大動力に対応しうる大きさに形成され、かつ最大動力に対応しうるように設計される必要がある。更に、これらの圧縮機が、所謂垂直分割型（ｖｅｒｔｉｃａｌ  ｓｐｌｉｔ  ｔｙｐｅ）である場合、すなわちこれらの圧縮機のケーシングが、垂直分割面に沿って接続される２つ以上の部品により形成される場合、第１圧縮機１５のケーシングを開放するためには、第２圧縮機１７を第１圧縮機１５から離れる方向に移動させる必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第８，０４９，３５３号明細書
【発明の概要】
【０００９】
１つの実施形態によれば、ガスタービンと、該ガスタービンで駆動される少なくとも第１負荷および第２負荷と、を備えるガスタービンシステムが提供される。前記ガスタービンは、ガスジェネレータと、低圧タービンと、前記低圧タービンで駆動されるパワーシャフトと、を備える。前記パワーシャフトは、前記第１負荷に駆動可能に接続される第１シャフト端と、前記第２負荷に駆動可能に接続される第２シャフト端と、を有する。前述の第１負荷および第２負荷は、前記ガスタービンの両側に配置され、前記パワーシャフトは、前記ガスタービン内を該ガスタービンの第１端から第２端まで軸線方向に延在する。
【００１０】
幾つかの実施形態では、前記ガスタービンは、航空転用型ガスタービンである。
【００１１】
前記第１シャフト端および前記第２シャフト端は普通、前記ガスタービンの所謂高温端および低温端に配置される。前記ガスタービンの前記高温端は、排気装置の端部である、すなわち前記低圧タービンの燃焼ガス出口側に位置する。前記ガスタービンの前記低温端は、吸気プレナムが配置される方の端部である。
【００１２】
「ｌｏｗ  ｐｒｅｓｓｕｒｅ  ｔｕｒｂｉｎｅ」という用語は、ガスジェネレータから発生する燃焼ガスが膨張して、パワーシャフトで取り出される動力を発生させることにより負荷を駆動するターボ機械の構成部分を指す。「ｌｏｗ  ｐｒｅｓｓｕｒｅ」という用語は普通、ターボ機械のこの構成部分を、燃焼室の直ぐ下流に配置される第１高圧タービンから区別するために使用され、この第１高圧タービンでは、高圧高温燃焼ガスが第１回の膨張作用を受けてガスジェネレータシャフトを回転させるようになり、これによって今度は、ガスタービン圧縮機を駆動する。
【００１３】
幾つかの実施形態によれば、前記ガスタービンは、低圧圧縮機と、前記低圧圧縮機の下流に配置され、かつ前記低圧圧縮機で圧縮される空気を流入させる高圧圧縮機と、前記第２高圧圧縮機の圧縮空気、およびガス燃料または液体燃料を流入させるように配置される燃焼器と、燃焼ガスを前記燃焼器から流入させる高圧タービンであって、該高圧タービンが、動力を前記高圧タービン内で部分的に膨張する前記燃焼ガスから発生させるように配置される、前記高圧タービンと、を組み合わせて備え、順次配置され、前記高圧タービンは、前記低圧タービンと流体連通する。前記高圧タービンの前記燃焼ガスは、前記低圧タービン内で膨張する。前記ガスタービンは更に、前記高圧タービンおよび前記高圧圧縮機を駆動可能に接続する第２シャフトを備える。前記パワーシャフトおよび前記第２シャフトは、同軸に配置され、かつ前記パワーシャフトは、前記低圧タービンおよび前記低圧圧縮機を駆動可能に接続する。
【００１４】
幾つかの実施形態では、抽気構造を前記低圧圧縮機と前記高圧圧縮機との間に設けることができる。
【００１５】
幾つかの実施形態では、前記第１負荷および第２負荷は、第１圧縮機および第２圧縮機をそれぞれ含む。前述の第１圧縮機および第２圧縮機のうちの少なくとも一方の圧縮機は、垂直分割型のケーシングを備えることができる、すなわちバレル型圧縮機とすることができる。幾つかの実施形態では、前記第１圧縮機および前記第２圧縮機は共に、該当する垂直分割型のケーシングを備える、すなわち各圧縮機はバレル型圧縮機である。
【００１６】
他の実施形態では、前記第１負荷または前記第２負荷のうちの一方の負荷が、垂直分割型のケーシングを備える圧縮機を含む、すなわちバレル型圧縮機であるのに対し、前記第１負荷および前記第２負荷のうちの他方の負荷は、異なる機械、例えば発電機を含む。
【００１７】
２つの負荷を、前記ガスタービンの貫通シャフトの両端に駆動可能に接続されるように配置することにより、垂直分割型圧縮機を、水平分割型圧縮機の代わりに用いることができる。これにより、システムの効率がより高くなる。
【００１８】
これらの圧縮機は、液化天然ガス（ＬＮＧ）システムにおける少なくとも１種類の冷凍ガスを処理するように配置し、かつ構成することができる。ＬＮＧシステムは普通、１つ以上の圧縮機トレインを備え、各圧縮機トレインは、１つ以上のガスタービンで駆動され、かつ１つ以上の圧縮機を備える。これらの圧縮機を使用して、１種類以上の異なる冷媒を圧縮し、これらの冷媒を利用して、天然ガスを冷却して液化することにより貯留し、かつ／または輸送する。従って、本明細書において開示される幾つかの実施形態は、ガスタービンと、前記ガスタービンで駆動され、かつ前記タービンの両端に、すなわち前記タービンの高温端および低温端に配置される少なくとも２つの圧縮機と、冷媒が流れる少なくとも１つの冷凍回路と、を備え、前記冷媒は、前述の圧縮機のうちの少なくとも一方の圧縮機で圧縮され、かつ少なくとも１つの熱交換器内を流れて天然ガスを冷却して液化する。
【００１９】
他の実施形態では、空気冷却システムが提供され、該空気冷却システムは、ガスジェネレータに流入する空気流を冷却するように構成され、かつ配置される。前記冷却システムは、圧縮機を備える冷凍回路を備え、該圧縮機は、前記冷凍回路内を流れる冷媒を処理する。前記冷凍回路の前記圧縮機は、ガスタービンの第１シャフト端および第２シャフト端のうちの一方のシャフト端に機械的に接続されて、前記ガスタービンで駆動される前述の第１負荷および第２負荷のうちの一方の負荷を形成する。幾つかの実施形態では、前記冷却システムは更に、熱交換器を備え、前記冷凍回路内を流れる前記冷媒は熱を、２次回路内を流れる２次流体との間で交換する。前記２次回路は流体／空気熱交換器を含み、前記ガスタービンに供給される燃焼空気は熱を、前記２次回路内を流れる前記２次流体との間で交換することにより冷却される。前記空気流から取り出される熱は、前記冷凍回路の蒸発器内を流れる前記冷媒に伝達される。
【００２０】
好適な実施形態では、前記冷凍回路の前記圧縮機は、前記第１シャフト端に前記ガスタービンの前記低温端で駆動可能に接続される。
【００２１】
異なる実施形態では、前記第１負荷および第２負荷のうちの少なくとも一方の負荷は発電機を含む。幾つかの実施形態では、前記発電機は、前記ガスタービンの付属機器を電気的に駆動するように配置され、かつ構成される。前記発電機は、前記パワーシャフトの前記第１シャフト端に前記ガスタービンの前記低温端で駆動可能に接続することができる。
【００２２】
別の態様によれば、本開示は、ガスタービンシステムを運転する方法に関する。
【００２３】
幾つかの実施形態によれば、ガスタービンシステムを運転する方法が提供され、該方法は、ガスジェネレータと、低圧タービンと、前記ガスタービンの第１端および第２端にそれぞれに近接配置することができる第１シャフト端および第２シャフト端を有するパワーシャフトと、を設けるステップと、第１負荷を前記第１シャフト端に、かつ第２負荷を前記第２シャフト端に駆動可能に接続するステップと、動力を、前記低圧タービンで発生させるステップと、前記低圧タービンで発生する前記動力の第１部分を、第１負荷接続部を介して利用して前記第１負荷を駆動し、かつ前記低圧タービンで発生する前記動力の第２部分を、第２負荷接続部を介して利用して前記第２負荷を駆動するステップとを含む。
【００２４】
本開示による方法の別の実施形態は、添付の図面を参照しながら従属請求項に説明され、かつ本明細書の以下の箇所に説明される。
【００２５】
上の要約説明では、本発明の種々実施形態の特徴を説明して、以下の詳細な説明が、一層深く理解され、かつ当分野における本発明の貢献度が、一層深く認識されるようにしている。勿論、以下に説明され、かつ添付の請求項に説明される本発明の他の特徴が存在する。この点に関して、本発明の幾つかの実施形態を詳細に説明する前に、本発明の種々実施形態は、これらの実施形態の応用形態が、構成の細部に限定されるものではなく、かつ以下の説明で説明される、またはこれらの図面に例示される構成要素の配置に限定されるものではないことを理解されたい。本発明は、他の実施形態とすることが可能であり、かつ種々の態様で実施かつ実行することができる。また、本明細書において用いられる表現および専門用語は、記述のために使用され、限定的に捉えてはならない。
【００２６】
従って、当分野の当業者であれば、本開示が根拠とする概念は、他の構造、方法、および／またはシステムを設計して、本発明の幾つかの目的を果たすための基礎として容易に利用することができることを理解できるであろう。従って、これらの請求項は、これらの請求項が、本発明の思想および範囲から逸脱しない限り、このような等価な構成を含むものとして捉えられることが重要である。
【００２７】
本発明について開示される実施形態、および本発明に付随する利点のうちの多くの利点に関する更に完全な理解は、これらの実施形態および利点が、以下の詳細な説明を、添付の図面に関連付けて考察しながら参照することにより一層深く理解されるようになるので容易に得られるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】現在技術によるシステムの模式図を図示している。
【図２】本開示によるシステムに有用なガスタービンの軸平面に沿った断面図を図示している。
【図３】本開示によるシステムの模式図を図示している。
【図４】本開示によるシステムの模式図を図示している。
【図５】本開示によるシステムの模式図を図示している。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
例示的な種々実施形態についての以下の詳細な説明は、添付の図面を参照して行われる。異なる図面における同じ参照番号は、同じ、または同様の構成要素を指している。更に、これらの図面は、必ずしも寸法通りには描かれていない。また、以下の詳細な説明は、本発明を限定するものではない。限定するのではなく、本発明の範囲は、添付の請求項により規定される。
【００３０】
本明細書を通じて、「ｏｎｅ  ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ」または「ａｎ  ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ」あるいは「ｓｏｍｅ  ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔｓ」と記載される場合、これは、１つの実施形態に関連して説明される特定の機能、構造、または特徴が、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。従って、本明細書全体の種々の箇所に現われる「ｉｎ  ｏｎｅ  ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ」または「ｉｎ  ａｎ  ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ」あるいは「ｉｎ  ｓｏｍｅ  ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔｓ」というフレーズは、必ずしも同じ実施形態を指しているわけではない。更に、特定の機能、構造、または特徴は、任意の適切な態様で、１つ以上の実施形態において組み合わせることができる。
【００３１】
図２は、本開示によるシステムに使用されるために適する航空転用型ガスタービン２３の長手方向断面を示している。ガスタービン２３は、吸引側静翼３３からなる静翼列を吸引側に備える低圧軸流圧縮機３１により構成されるガスジェネレータ部２７を備える。複数の低圧圧縮機段３５は、これらの吸引側静翼３３の下流に配置される。各低圧圧縮機段３５は、動翼からなる動翼列と、静翼からなる静翼列と、を備える。これらの動翼は、低圧圧縮機ロータ３７によって支持され、これらの静翼は、低圧軸流圧縮機３１の外側ケーシングによって支持される。
【００３２】
低圧軸流圧縮機３１は、低圧軸流圧縮機３１の下流に配置される高圧軸流圧縮機３９と流体連通する。高圧軸流圧縮機３９は複数の高圧圧縮機段４３を備える。各高圧圧縮機段４３は、動翼からなる動翼列と、静翼からなる静翼列と、を備える。これらの動翼は、高圧圧縮機ロータ４５によって支持される。これらの静翼は、高圧軸流圧縮機３９の外側ケーシングによって支持される。
【００３３】
高圧軸流圧縮機３９の出口は、燃焼器４７と流体連通する。圧縮空気は、高圧軸流圧縮機３９から流出して前記燃焼器４７に流入し、ガス燃料または液体燃料が圧縮空気と混合され、空気／燃料混合気に点火して、高温の圧縮燃焼ガスを生成する。
【００３４】
燃焼器４７の下流では、第１高圧タービン４９が燃焼器４７と流体連通するように配置される。高圧タービン４９は、吸引側静翼４８からなる静翼列と、この静翼列の後段の１つ以上の膨張段５１と、を含み、各膨張段５１は、静翼からなる静翼列と、動翼からなる動翼列と、を含む。これらの動翼は、高圧タービンロータ５３によって支持される。高圧タービンロータ５３および高圧圧縮機ロータ４５は、ガスジェネレータシャフト５５によって支持され、かつガスジェネレータシャフト５５との相対ねじりが拘束される。
【００３５】
燃焼器４７から流出して高圧タービン４９内を流れる燃焼ガスが膨張することにより動力が発生し、この動力で、ガスジェネレータシャフト５５を駆動し、動力を利用して、高圧軸流圧縮機３９を駆動する。
【００３６】
高圧タービン４９の出口は、低圧タービン５０の入口と流体連通する。高圧タービン４９内を流れる燃焼ガスは、部分的にのみ膨張し、これらのガスの膨張は、低圧タービン５０内で継続する。低圧タービン５０の入口は、静翼５９からなり、かつターボ機械のケーシングによって支持される静翼列を含み、この静翼列の後段に、複数の低圧膨張段６１が続いている。各低圧膨張段６１は、動翼からなる動翼列と、静翼からなる静翼列と、を含む。これらの動翼は、低圧タービンロータ６３によって支持され、これらの静翼は、ガスタービン２３のケーシングによって支持される。低圧タービンロータ６３は、パワーシャフト６５に回転可能に拘束され、かつパワーシャフト６５によって支持される。パワーシャフト６５は、ガスタービン内を延在し、かつガスジェネレータシャフト５５と同軸になっている。低圧圧縮機ロータ３７は、同じパワーシャフト６５によって支持され、かつ同じパワーシャフト６５に拘束される。
【００３７】
低圧タービン５０内で膨張する燃焼ガスは動力を発生し、この動力は、パワーシャフト６５で取り出され、かつこの動力の一部が利用されて低圧軸流圧縮機３１を駆動する。低圧軸流圧縮機３１を駆動するために必要な動力を超える動力は、負荷を駆動するために取り出すことができる。
【００３８】
図２から分かることであるが、パワーシャフト６５は、第１端６５Ｃから反対側の第２端６５Ｈまで延在している。パワーシャフト６５の第１端６５Ｃは、ガスタービン２３の所謂低温端または低温側２３Ｃに、すなわちガスタービン２３の低温空気吸引側に配置される。第２端６５Ｈは、ガスタービン２３の所謂高温端または高温側２３Ｈに、すなわち高温燃焼排気ガスが参照番号６７の位置で、高圧タービン４９内、および低圧タービン５０内で膨張した後に排気される方の側に配置される。
【００３９】
図２に示す種類のガスタービン２３は、図３に模式的に図示されているシステムに使用することができる。
【００４０】
ガスタービン２３の他に、システムは、第１負荷７１および第２負荷７２を備える。図３の例示的な実施形態では、第１負荷７１および第２負荷７２は共に遠心圧縮機であり、例えばＬＮＧ液化基地用の遠心圧縮機である。一方の、他方の、または両方の圧縮機７１および７２は、ケーシングが垂直方向に延在する平面に沿って開放されるように設計される構成の垂直分割型とすることができる。２つの圧縮機７１および７２が、ガスタービン２３の両側で接続されているので、これらの圧縮機の各圧縮機は、修理するか、または整備するために、他方の圧縮機を解体する、取り外す、または他方の圧縮機の位置をずらす必要を伴うことなく容易に開放することができる。
【００４１】
第１圧縮機７１は、ガスタービン２３の高温端または高温側６５Ｈに、例えばクラッチなどを含むことができるジョイントを備える負荷接続部６７Ｈを介して接続される。
【００４２】
第２圧縮機７２は、ガスタービン２３の低温端または低温側６５Ｃに、例えばジョイント、クラッチ、または両方を含む第２負荷接続部６７Ｃを介して接続される。
【００４３】
図３に示す例示的な実施形態では、両方の圧縮機７１および７２は、低圧タービン５０と同じ回転速度で、かつ同じ方向に駆動される。他の実施形態（図示せず）では、ギアボックスを負荷接続部６７Ｈと該当する圧縮機７１との間に、かつ／または負荷接続部６７Ｃと圧縮機７２との間に設けることができる。ギアボックスを用いて、回転方向を反転させる、かつ／またはタービン回転速度と、それぞれの圧縮機７１および／または７２の回転速度の比を変えることができる。
【００４４】
他の実施形態（図示せず）では、２つよりも多くの圧縮機を同じガスタービン２３で駆動する必要がある場合、１つ以上の更に別の圧縮機をガスタービン２３の一端または両端６５Ｈ、６５Ｃに配置することができる。
【００４５】
図４は、本開示によるシステムの第２の実施形態を示している。同じ参照番号は、図３に示すものと同じ構成要素、または等価な構成要素を指している。更に詳細には、図４の実施形態は、ガスジェネレータ２７および低圧タービン５０を備えるガスタービン２３を含む。
【００４６】
図４のガスタービン２３は、図２に示す種類と同じ種類とすることができる。ガスタービン２３の種々構成要素を再度説明することはしない。
【００４７】
図４の実施形態では、第１負荷７１および第２負荷７３は、ガスタービン２３の高温側または高温端６５Ｈに、低温側または低温端６５Ｃにそれぞれ、駆動可能に接続される。図４に示す実施形態では、第１負荷７１が、この場合も同じように圧縮機、例えば遠心圧縮機であるのに対し、第２負荷７３は発電機である。発電機７３は送電網７４に接続することができる。送電網７４は、ガスタービン２３に、かつ／またはガスタービン２３が設置される工場に接続される電力設備に給電する地域送電網とすることができる。図４の例示的な実施形態では、ギアボックス７６は、ガスタービン２３と発電機７３との間に配置されて、回転速度を上昇させる。この図に模式的に示すように、圧縮機７１はこの場合も同じように垂直分割型の圧縮機とすることができる。
【００４８】
図４の例示的な実施形態では、圧縮機７１が、ガスタービン２３の高温端に配置されるのに対し、発電機７３は、ガスタービン２３の低温端に配置される。他の実施形態では、２つの負荷７１、７３の位置を逆にして、圧縮機をガスタービンの低温端に配置し、かつ発電機をガスタービンの高温端に配置することができる。
【００４９】
図５は、別のシステムを模式的に図示しており、この別のシステムは、例えば図２に示すようなガスタービン２３と、第１負荷７１および第２負荷７２と、を含む。図５に示す例では、第１負荷７１は、この場合も同じように圧縮機、例えば遠心圧縮機であり、この圧縮機は、ガスタービン２３のパワーシャフト６５によって、ガスタービン２３の高温端または高温側６５Ｈに配置される負荷接続部６７Ｈを介して駆動される。
【００５０】
この実施形態では、第２負荷７２は、冷却システム８１の圧縮機を含み、この冷却システム８１は、ガスタービン２３に流入する燃焼空気を冷却するように設計され、かつ配置される。
【００５１】
図５に示す実施形態では、冷却システム８１は、上述した圧縮機７２、凝縮器８５、膨張器またはスロットルバルブ８６、および熱交換器８８の一部を構成する蒸発器８７を含む冷凍回路８３を備える。冷媒が冷凍回路８３内を流れ、圧縮機７２によって圧縮され、凝縮器８５内で凝縮され、熱が冷媒から凝縮器８５内で、例えば空気または水との熱交換によって取り出される。次に、冷凍され、かつ凝縮された冷媒は、膨張器８６で膨張し、蒸発器８７内を流れて、熱が２次回路８９内を流れる流体から取り出される。２次回路８９内を流れる流体は、例えば冷却水とすることができる。
【００５２】
２次回路８９はポンプ９１を含み、このポンプ９１は、冷却流体、例えば水が熱交換器９３内を流れるようにし、この熱交換器９３は、熱交換器８８内で、冷凍回路８３内を流れる冷媒と熱交換するように配置される。次に、熱交換器８８内で冷却された水は、吸気ダクト９７の入口に配置される第２熱交換器９５内を流れ、この吸気ダクト９７を介して、燃焼空気が圧縮機３１および３９に吸入される。このようにして、燃焼空気が水熱交換器９５に接触し、この水熱交換器９５は、空気を大気温度よりも低い温度に冷却して、ガスタービン２３の総合効率を上げる。有利な実施形態では、冷却システム８１は、燃焼空気が、ガスタービン２３の低温端に位置する吸気プレナムに流入するときに略一定の空気温度に維持されるように制御することができ、前記空気温度は、ガスタービン２３の総合効率を最大にするように設定される。
【００５３】
図５は従って、一体型冷却システムを示しており、この一体型冷却システムでは、冷凍回路の圧縮機は、ガスタービンによって直接駆動される。冷却用圧縮機を駆動する別体の電動モータはなくても済ませることができるので、システムをより簡単にすることができ、さほど面倒ではなくなり、かつ設置面積を小さくすることができる。
【００５４】
不図示の変形実施形態では、図５に示すシステムの負荷７１は、圧縮機ではなく、発電機とすることができる。
【００５５】
本明細書において記載される主題について開示されるこれらの実施形態が、これらの図面に図示され、かつ幾つかの例示的な実施形態に関連付けて具体的かつ詳細に上に全て説明されているが、当分野の当業者であれば、多くの変形、変更、および省略が、本明細書において説明される新規な教示、原理、および概念、および添付の請求項に記載される主題の利点から大きく逸脱しない限り可能であることを理解できるであろう。従って、開示される革新的内容の正しい範囲は、全てのこのような変形、変更、および省略を包含するように添付の請求項を最も広く解釈することによってのみ決定されるべきである。更に、いずれのプロセスステップまたは方法ステップの順序または順番も、別の実施形態に応じて変えることができる、または並べ直すことができる。
【符号の説明】
【００５６】
１  ガスタービン
２  ガスジェネレータ
３  パワータービン
４  空気圧縮機
５  高圧タービン
６  シャフト
７  燃焼器
９  パワーシャフト
１１  排気管
１３  負荷
１５  第１圧縮機
１７  第２圧縮機
１８  負荷接続部
１９  ジョイント
２１  第２ジョイント
２３  航空転用型ガスタービン
２３Ｃ  低温端、低温側
２３Ｈ  高温端、高温側
２７  ガスジェネレータ部、ガスジェネレータ
３１  低圧軸流圧縮機
３３、４８  吸引側静翼
３５  低圧圧縮機段
３７  低圧圧縮機ロータ
３９  高圧軸流圧縮機
４３  高圧圧縮機段
４５  高圧圧縮機ロータ
４７  燃焼器
４９  第１高圧タービン
５０  低圧タービン
５１  膨張段
５３  高圧タービンロータ
５５  ガスジェネレータシャフト
５９  静翼
６１  低圧膨張段
６３  低圧タービンロータ
６５  パワーシャフト
６５Ｃ  低温端、低温側、第１端
６５Ｈ  高温端、高温側、第２端
６７  位置
６７Ｃ  負荷接続部
６７Ｈ  第２負荷接続部
７１  第１負荷、第１圧縮機
７２  第２負荷、第２圧縮機
７３  第２負荷、発電機
７４  送電網
７６  ギアボックス
８１  冷却システム
８３  冷凍回路
８５  凝縮器
８６  膨張器、スロットルバルブ
８７  蒸発器
８８、９３  熱交換器
８９  ２次回路
９１  ポンプ
９５  第２熱交換器、水熱交換器
９７  吸気ダクト
【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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【国際調査報告】
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