具有混合型低損耗軸承和低密度材料的動力系架構(gòu)的制作方法
【專利說明】
[0001] 巧關(guān)申請的香叉引用
[0002] 本專利申請?jiān)O(shè)及W下共同轉(zhuǎn)讓的專利申請：序列號為61/927822、名稱為"具 有單型低損耗軸承和低密度材料的發(fā)電架構(gòu)（POWERGE肥RATIONAROHTECTURES mHMONO-TY陽LOW-LOSSBEARINGSANDLOW-DENS口YMATERIAL巧"、代理人檔案 號為261508-1 (GEEN-481)的美國專利申請；序列號為14/460606、名稱為"具有單 型低損耗軸承和低密度材料的機(jī)械驅(qū)動架構(gòu)（MECHANICALDRIVEAROHTECTURES mHMONO-TY陽LOW-LOSSBEARINGSANDLOW-DENSITYMATERIAL巧"、代理人檔案 號為271508-1 (GEEN-0539)的美國專利申請；序列號為14/460620、名稱為"具有混 合型低損耗軸承和低密度材料的機(jī)械驅(qū)動架構(gòu)（MECHANICALDRIVEAROHTECTURES WITHHYBRID-TYPELOW-LOSSBEARINGSANDLOW-DENSITYMATERIAL巧"、代理人檔 案號為271509-1 (GEEN-0540)的美國專利申請；序列號為14/460560、名稱為"多級 軸流式壓縮機(jī)裝置（MULTI-STAGEAXIALCOMPRESSORARRANGEMENT)"、代理人檔案號 為257269-1 (GEEN-0458)的美國專利申請；序列號為14/460410、名稱為"具有低損耗 潤滑軸承和低密度材料的動力系架構(gòu)（POWERTRAINAROHTECTURESWITHLOW-LOSS LUBRICANTBEARINGSANDLOW-DENSITYMATERIAL巧"、代理人檔案號為 276988 的美國專 利申請；W及序列號為14/460418、名稱為"具有低損耗潤滑軸承和低密度材料的機(jī)械驅(qū) 動架構(gòu)（MECHANICALDRIVEARCHITECTURESWITHLOW-LOSSLUBRICANTBEARINGSAND LOW-DENSITYMATERIAL巧"、代理人檔案號為276989的美國專利申請。上面所述的每個專 利申請與本申請同時被提交并且通過引用合并于本文中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本發(fā)明總體上設(shè)及動力系架構(gòu)（powertrainarchitec化res)，并且更特別 地，設(shè)及用作具有混合型低損耗軸承化ybrid-typelow-lossbearings)和低密度材料 (low-densitymaterials)的發(fā)電機(jī)組中的動力系的一部分的燃?xì)鉂M輪機(jī)、蒸汽滿輪機(jī)和 發(fā)電機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0004] 在一種類型的發(fā)電機(jī)組中，燃?xì)鉂M輪機(jī)可W與發(fā)電機(jī)結(jié)合使用W大體上形成機(jī)組 的動力系。在該發(fā)電機(jī)組中，具有旋轉(zhuǎn)葉片和靜止輪葉的排的壓縮機(jī)壓縮空氣并且將它引 導(dǎo)到燃燒器，所述燃燒器混合壓縮空氣和燃料。在燃燒器中，壓縮空氣和燃料燃燒W形成燃 燒產(chǎn)物（即，熱空氣-燃料混合物），所述燃燒產(chǎn)物通過滿輪機(jī)中的葉片膨脹。因此，葉片圍 繞滿輪機(jī)的軸或轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動或旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)動或旋轉(zhuǎn)的滿輪機(jī)轉(zhuǎn)子驅(qū)動發(fā)電機(jī)，所述發(fā)電機(jī)將旋 轉(zhuǎn)能量轉(zhuǎn)換成電力。
[0005] 部署在發(fā)電機(jī)組的運(yùn)樣的動力系中的許多燃?xì)鉂M輪機(jī)架構(gòu)使用結(jié)合高粘度潤 滑劑（即，油）的滑動軸承來支撐滿輪機(jī)、壓縮機(jī)和發(fā)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)部件。油軸承（oil bearings)售價比較便宜，但是具有與它們的伴隨油橋（skids)關(guān)聯(lián)的成本（即，用于累、儲 存器、膽藏裝置等）。另外，油軸承具有高維護(hù)周期成本并且會導(dǎo)致動力系中的過度粘性損 失（excessiveviscouslosses),運(yùn)又會不利地影響發(fā)電機(jī)組的總輸出。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]在本發(fā)明的一方面，公開了一種包括第一燃?xì)鉂M輪機(jī)、第一轉(zhuǎn)子軸、第一發(fā)電機(jī)和 多個軸承的動力系架構(gòu)。在該方面，所述第一燃?xì)鉂M輪機(jī)包括壓縮機(jī)部段、滿輪機(jī)部段W及 可操作地禪聯(lián)到所述壓縮機(jī)部段和所述滿輪機(jī)部段的燃燒器部段。所述第一轉(zhuǎn)子軸延伸通 過所述第一燃?xì)鉂M輪機(jī)的所述壓縮機(jī)部段和所述滿輪機(jī)部段。所述第一發(fā)電機(jī)禪聯(lián)到所述 第一轉(zhuǎn)子軸并由所述第一燃?xì)鉂M輪機(jī)的所述滿輪機(jī)部段驅(qū)動。所述多個軸承在所述第一燃 氣滿輪機(jī)的所述壓縮機(jī)部段和所述滿輪機(jī)部段和所述第一發(fā)電機(jī)內(nèi)支撐所述第一轉(zhuǎn)子軸， 其中所述軸承中的至少一個是混合型低損耗軸承。另外，所述第一燃?xì)鉂M輪機(jī)的所述壓縮 機(jī)部段、所述第一燃?xì)鉂M輪機(jī)的所述滿輪機(jī)部段和所述第一發(fā)電機(jī)包括旋轉(zhuǎn)部件，所述壓 縮機(jī)部段、所述滿輪機(jī)部段和所述第一發(fā)電機(jī)中的一個中的旋轉(zhuǎn)部件中的至少一個包括低 密度材料。
[0007] 其中，所述第一轉(zhuǎn)子軸包括具有壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子軸部分和滿輪機(jī)轉(zhuǎn)子軸部分的單軸裝 置。
[0008] 其中，所述第一燃?xì)鉂M輪機(jī)包括后端驅(qū)動燃?xì)鉂M輪機(jī)。
[0009] 其中，所述第一燃?xì)鉂M輪機(jī)還包括沿著所述第一轉(zhuǎn)子軸可操作地禪聯(lián)到所述滿輪 機(jī)部段的再加熱部段，所述再加熱部段具有再加熱燃燒器部段和帶有多個旋轉(zhuǎn)部件的再加 熱滿輪機(jī)部段；并且其中所述壓縮機(jī)部段、所述滿輪機(jī)部段、所述第一發(fā)電機(jī)和所述再加熱 滿輪機(jī)部段中的旋轉(zhuǎn)部件中的至少一個包括低密度材料。
[0010] 所述的動力系架構(gòu)還包括具有高壓部段和低壓部段的蒸汽滿輪機(jī)；W及流體地禪 聯(lián)到所述第一燃?xì)鉂M輪機(jī)和所述蒸汽滿輪機(jī)的第一熱交換器；其中所述高壓部段和所述低 壓部段的每一個包括多個旋轉(zhuǎn)部件；并且其中所述壓縮機(jī)部段、所述滿輪機(jī)部段、所述第一 發(fā)電機(jī)、所述高壓部段和所述蒸汽滿輪機(jī)的所述低壓部段中的至少一個中的旋轉(zhuǎn)部件中的 至少一個包括低密度材料。
[0011] 其中，所述蒸汽滿輪機(jī)包括多個軸承W在所述高壓部段和所述低壓部段內(nèi)支撐蒸 汽滿輪機(jī)轉(zhuǎn)子軸部分，其中所述軸承中的至少一個是混合型低損耗軸承。
[0012] 所述的動力系架構(gòu)還包括負(fù)荷禪聯(lián)元件，所述負(fù)荷禪聯(lián)元件用于沿著所述第一轉(zhuǎn) 子軸將所述蒸汽滿輪機(jī)的蒸汽滿輪機(jī)轉(zhuǎn)子軸部分禪聯(lián)到所述第一燃?xì)鉂M輪機(jī)。
[0013]所述的動力系架構(gòu)還包括在所述第一轉(zhuǎn)子軸上位于所述蒸汽滿輪機(jī)和所述第一 燃?xì)鉂M輪機(jī)之間的離合器。
[0014] 其中，所述第一燃?xì)鉂M輪機(jī)包括后端驅(qū)動燃?xì)鉂M輪機(jī)。
[0015] 其中，所述第一燃?xì)鉂M輪機(jī)還包括沿著所述第一轉(zhuǎn)子軸可操作地禪聯(lián)到所述滿輪 機(jī)部段的再加熱部段，所述再加熱部段具有再加熱燃燒器部段和具有多個旋轉(zhuǎn)部件的再加 熱滿輪機(jī)部段；并且其中所述壓縮機(jī)部段、所述滿輪機(jī)部段、所述第一發(fā)電機(jī)、所述蒸汽滿 輪機(jī)的所述高壓部段、所述蒸汽滿輪機(jī)的所述低壓部段和所述再加熱滿輪機(jī)部段中的旋轉(zhuǎn) 部件中的至少一個包括低密度材料。
[0016]所述的動力系架構(gòu)還包括第二轉(zhuǎn)子軸、第二發(fā)電機(jī)和蒸汽滿輪機(jī)軸承流體橋；其 中所述蒸汽滿輪機(jī)在所述第二轉(zhuǎn)子軸上禪聯(lián)到所述第二發(fā)電機(jī)并且所述蒸汽滿輪機(jī)軸承 流體橋流體地禪聯(lián)到所述蒸汽滿輪機(jī)。
[0017] 其中，所述第一燃?xì)鉂M輪機(jī)包括后端驅(qū)動燃?xì)鉂M輪機(jī)。
[0018] 其中，所述第一燃?xì)鉂M輪機(jī)還包括沿著所述第一轉(zhuǎn)子軸可操作地禪聯(lián)到所述滿輪 機(jī)部段的再加熱部段，所述再加熱部段具有再加熱燃燒器部段和具有多個旋轉(zhuǎn)部件的再加 熱滿輪機(jī)部段；并且其中所述壓縮機(jī)部段、所述滿輪機(jī)部段、所述第一發(fā)電機(jī)、所述蒸汽滿 輪機(jī)的所述高壓部段、所述蒸汽滿輪機(jī)的所述低壓部段、所述第二發(fā)電機(jī)和所述再加熱滿 輪機(jī)部段中的旋轉(zhuǎn)部件中的至少一個包括低密度材料。
[0019] 所述的動力系架構(gòu)還包括第=轉(zhuǎn)子軸、第=發(fā)電機(jī)和第二燃?xì)鉂M輪機(jī)；其中所述 第二燃?xì)鉂M輪機(jī)在所述第=轉(zhuǎn)子軸上禪聯(lián)到所述第=發(fā)電機(jī)。
[0020] 所述的動力系架構(gòu)還包括流體地禪聯(lián)到所述第二燃?xì)鉂M輪機(jī)和所述蒸汽滿輪機(jī) 的第二熱交換器，并且其中所述第一燃?xì)鉂M輪機(jī)和所述第二燃?xì)鉂M輪機(jī)的每一個流體地禪 聯(lián)到獨(dú)立的燃?xì)鉂M輪機(jī)軸承流體橋。
[0021] 所述的動力系架構(gòu)還包括第四轉(zhuǎn)子軸、第四發(fā)電機(jī)和第=燃?xì)鉂M輪機(jī)；其中所述 第=燃?xì)鉂M輪機(jī)在所述第四轉(zhuǎn)子軸上禪聯(lián)到所述第四發(fā)電機(jī)。
[0022] 所述的動力系架構(gòu)還包括流體地禪聯(lián)到所述第=燃?xì)鉂M輪機(jī)和所述蒸汽滿輪機(jī) 的第=熱交換器；并且其中所述第=燃?xì)鉂M輪機(jī)流體地禪聯(lián)到另一燃?xì)鉂M輪機(jī)軸承流體 橋，所述另一燃?xì)鉂M輪機(jī)軸承流體橋獨(dú)立于禪聯(lián)到所述第一燃?xì)鉂M輪機(jī)和所述第二燃?xì)鉂M 輪機(jī)的軸承流體橋。
[0023] 其中，所述第一燃?xì)鉂M輪機(jī)還包括動力滿輪機(jī)部段；其中所述第一轉(zhuǎn)子軸包括多 軸裝置，所述多軸裝置具有延伸通過所述壓縮機(jī)部段和所述滿輪機(jī)部段的一個轉(zhuǎn)子軸和延 伸通過所述動力滿輪機(jī)部段和所述第一發(fā)動機(jī)的另一轉(zhuǎn)子軸，所述轉(zhuǎn)子軸的每一個由所述 多個軸承支撐；并且其中所述一個轉(zhuǎn)子軸配置成W不同于所述另一轉(zhuǎn)子軸的旋轉(zhuǎn)速度的旋 轉(zhuǎn)速度操作，所述另一轉(zhuǎn)子軸W恒定旋轉(zhuǎn)速度操作。
[0024] 其中，所述動力滿輪機(jī)部段包括多個旋轉(zhuǎn)部件；其中所述壓縮機(jī)部段、所述滿輪 機(jī)部段、所述第一發(fā)電機(jī)和所述動力滿輪機(jī)部段中的旋轉(zhuǎn)部件中的至少一個包括低密度材 料。
[00巧]其中，所述第一燃?xì)鉂M輪機(jī)還包括沿著所述一個轉(zhuǎn)子軸可操作地禪聯(lián)到所述滿輪 機(jī)部段的再加熱部段，所述再加熱部段具有再加熱燃燒器部段和具有多個旋轉(zhuǎn)部件的再加 熱滿輪機(jī)部段；并且其中所述壓縮機(jī)部段、所述滿輪機(jī)部段、所述第一發(fā)電機(jī)、所述動力滿 輪機(jī)部段和所述再加熱滿輪機(jī)部段中的旋轉(zhuǎn)部件中的至少一個包括低密度材料。
[00%] 其中，所述第一燃?xì)鉂M輪機(jī)的所述壓縮機(jī)部段包括遠(yuǎn)離所述燃燒器部段的前級、 鄰近所述燃燒器部段的后級和布置在其間的中級；其中，所述前級、所述中級和所述后級的 每一個具有多個旋轉(zhuǎn)部件；其中所述壓縮機(jī)部段的所述前級、所述壓縮機(jī)部段的所述中級、 和所述壓縮機(jī)部段的所述后級、所述滿輪機(jī)部段、所述第一發(fā)電機(jī)和所述動力滿輪機(jī)中的 旋轉(zhuǎn)部件中的至少一個包括低密度材料；并且其中所述第一燃?xì)鉂M輪機(jī)還包括延伸通過所 述前級的中間軸，所述前級的旋轉(zhuǎn)部件圍繞所述中間軸布置從而W比圍繞所述轉(zhuǎn)子軸布置 的所述中級和所述后級的旋轉(zhuǎn)部件慢的旋轉(zhuǎn)速度操作。
[0027] 其中，所述多個軸承包括中間軸軸承W支撐所述中間軸，并且所述中間軸軸承中 的至少一個包括混合型低損耗軸承。
[0028] 其中，所述第一燃?xì)鉂M輪機(jī)的所述壓縮機(jī)部段包括遠(yuǎn)離所述燃燒器部段的前級， 鄰近所述燃燒器部段的后級，和布置在其間的中級；其中，所述前級、所述中級和所述后級 的每一個具有多個旋轉(zhuǎn)部件；其中所述壓縮機(jī)部段的所述前級、所述壓縮機(jī)部段的所述中 級、所述壓縮機(jī)部段的所述后級、所述滿輪機(jī)部段和所述第一發(fā)電機(jī)中的旋轉(zhuǎn)部件中的至 少一個包括低密度材料；并且其中所述第一燃?xì)鉂M輪機(jī)還包括延伸通過所述前級的中間 軸，所述前級的旋轉(zhuǎn)部件圍繞所述中間軸布置從而W比圍繞所述轉(zhuǎn)子軸布置的所述中級和 所述后級的旋轉(zhuǎn)部件慢的旋轉(zhuǎn)速度操作。
[0029] 其中，所述多個軸承包括支撐所述中間軸的中間軸軸承，并且所述中間軸軸承中 的至少一個包括混合型低損耗軸承。
[0030] 其中，所述第一燃?xì)鉂M輪機(jī)包括沿著所述第一轉(zhuǎn)子軸可操作地禪聯(lián)到所述滿輪機(jī) 部段的再加熱部段，所述再加熱部段具有再加熱燃燒器部段和具有多個旋轉(zhuǎn)部件的再加熱 滿輪機(jī)部段；并且其中所述壓縮機(jī)部段的所述前級、所述壓縮機(jī)部段的所述中級、所述壓縮 機(jī)部段的所述后級、所述滿輪機(jī)部段、所述第一發(fā)電機(jī)和所述再加熱滿輪機(jī)部段中的旋轉(zhuǎn) 部件中的至少一個包括低密度材料。
[0031] 其中，所述第一燃?xì)鉂M輪機(jī)的所述壓縮機(jī)部段包括均具有多個旋轉(zhuǎn)部件的低壓壓 縮機(jī)部段和高壓壓縮機(jī)部段；其中所述第一燃?xì)鉂M輪機(jī)的所述滿輪機(jī)部段包括均具有多個 旋轉(zhuǎn)部件的低壓滿輪機(jī)部段和高壓滿輪機(jī)部段；其中所述第一轉(zhuǎn)子軸包括具有低速卷軸和 高速卷軸的雙卷軸軸裝置；并且其中所述高壓滿輪機(jī)部段經(jīng)由所述高速卷軸驅(qū)動所述高壓 壓縮機(jī)部段，并且所述低壓滿輪機(jī)部段經(jīng)由所述低速卷軸驅(qū)動所述低壓壓縮機(jī)部段和所述 第一發(fā)電機(jī)。
[0032] 其中，所述低速卷軸和所述高速卷軸由所述多個軸承支撐，其中所述軸承中的至 少一個包括混合型低損耗軸承。
[0033] 其中，所述低壓壓縮機(jī)部段、所述高壓壓縮機(jī)部段、所述低壓滿輪機(jī)部段、所述高 壓滿輪機(jī)部段和所述第一發(fā)電機(jī)中的至少一個中的旋轉(zhuǎn)部件中的一些包括低密度材料。
【附圖說明】
[0034] 從結(jié)合附圖進(jìn)行的W下更詳細(xì)描述將顯而易見本發(fā)明的各實(shí)施例的特征和優(yōu)點(diǎn)， 附圖通過例子示出本發(fā)明的運(yùn)些實(shí)施例的原理。
[0035]圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的簡單循環(huán)動力系架構(gòu)的示意圖，所述簡單循環(huán)動力 系架構(gòu)包括前端驅(qū)動燃?xì)鉂M輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、軸承流體橋，并且還包括與動力系一起使用的至 少一個混合型低損耗軸承和由低密度材料制造的至少一個旋轉(zhuǎn)部件；
[0036] 圖2是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的簡單循環(huán)動力系架構(gòu)的示意圖，所述簡單循環(huán)動力 系架構(gòu)包括后端驅(qū)動燃?xì)鉂M輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、軸承流體橋，并且還包括與動力系一起使用的至 少一個混合型低損耗軸承和由低密度材料制造的至少一個旋轉(zhuǎn)部件；
[0037]圖3是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的簡單循環(huán)動力系架構(gòu)的示意圖，所述簡單循環(huán)動力 系架構(gòu)包括具有再加熱部段的前端驅(qū)動燃?xì)鉂M輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、軸承流體橋，并且還包括與動 力系一起使用的至少一個混合型低損耗軸承和由低密度材料制造的至少一個旋轉(zhuǎn)部件； [003引圖4是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的單軸蒸汽滿輪機(jī)和發(fā)電機(jī)（STAG)動力系架構(gòu)的示 意圖，所述動力系架構(gòu)包括前端驅(qū)動燃?xì)鉂M輪機(jī)、多級蒸汽滿輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、熱交換器、軸承 流體橋，并且還包括與動力系一起使用的至少一個混合型低損耗軸承和由低密度材料制造 的至少一個旋轉(zhuǎn)部件.
[0039]圖5是圖4的替代架構(gòu)的示意圖，示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的單軸蒸汽滿輪機(jī)和 發(fā)電機(jī)（STAG)動力系架構(gòu)，所述動力系架構(gòu)包括前端驅(qū)動燃?xì)鉂M輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、離合器、多 級蒸汽滿輪機(jī)、熱交換器、軸承流體橋，并且還包括與動力系一起使用的至少一個混合型低 損耗軸承和由低密度材料制造的至少一個旋轉(zhuǎn)部件；
[0