CN101016904A

CN101016904A - 成套设备

Info

Publication number: CN101016904A
Application number: CN200710008208.8A
Authority: CN
Inventors: 宫城雅一; 笹田哲男; 竹原勋; 村田英太郎
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2006-02-07
Filing date: 2007-01-25
Publication date: 2007-08-15
Also published as: US20070200351A1; JP2007211597A; EP2014879A1

Abstract

本发明提供不需要减速器或增速器等变速器并提高了成套设备整体效率的成套设备。本发明的成套设备，其特征在于，具备：以比电源频率高的频率转动的涡轮机(1)；直接连结在该涡轮机上并以与所述涡轮机相同的转数转动的发电机(2)；以及与负荷装置(6)直接连结并以比所述发电机(2)所输出的电源频率高的频率的电(13)进行工作的电动机(5)，采用的结构为，以与所述电动机(5)相同的转数驱动所述负荷装置(6)。

Description

成套设备

技术领域

本发明涉及用发电设备所发的电驱动负荷装置的成套设备。

背景技术

作为通过由涡轮机驱动的发电机所发的电使电动机工作并利用该电动机的动力驱动负荷装置的技术，有例如特开2000-104698号公报所记载的技术。

在所述的特开2000-104698号公报的现有技术中，由于在燃气轮机和发电机之间设置减速器并在电动机和气体压缩机之间使用增速器，因此，因由减速器、增速器等的变速器发生的损失使得成套设备的效率降低。

发明内容

本发明是鉴于上述课题而完成的，其目的在于提供不需要变速器并提高了成套设备整体效率的成套设备。

为了达到上述目的，本发明的成套设备的特征在于，具备：以比电源频率高的频率转动的涡轮机；直接连结在该涡轮机上并以与所述涡轮机相同的转数转动的发电机；以及与负荷装置直接连结并以比所述发电机所输出的电源频率高的频率的电力工作的电动机，采用的结构为，以与所述电动机相同的转数驱动所述负荷装置。

根据本发明，带来能够提供不需要减速器或增速器等变速器并提高了成套设备整体效率的成套设备的效果。

附图说明

图1是本发明的一个实施例的成套设备的整体结构图。

图2是本发明的其他实施例的成套设备的整体结构图。

图3是本发明的其他实施例的成套设备的整体结构图。

图4是本发明的其他实施例的成套设备的整体结构图。

图5是本发明的其他实施例的成套设备的整体结构图。

图6是本发明的其他实施例的成套设备的整体结构图。

图7是本发明的其他实施例的成套设备的整体结构图。

图8是一般的成套设备的整体结构图。

图中：

1、20-燃气轮机，2、22-发电机，3-燃气轮机-发电机转轴，4、8-直接联轴器，5、25-电动机，6、27-气体压缩机，7-电动机-气体压缩机转轴，9、30-燃气轮机轴承，10-发电机轴承，11-气体压缩机轴承，12-电动机轴承，13-XHz的电，14-变频器，15、37-电力机器，16-燃气轮机磁悬浮轴承，17-发电机磁悬浮轴承，18-气体压缩机磁悬浮轴承，19-电动机磁悬浮轴承，21-减速器，23-燃气轮机转轴，24-发电机转轴，26-增速器，28-电动机转轴，29-气体压缩机转轴，31-减速器轴承，32-发电机轴承，33-电动机轴承，34-增速器轴承，35-气体压缩机轴承，36-电源频率为(50Hz或60Hz)的电，38-YHz的电，39-小径转子发电机，40-小径转子电动机，100-发电一侧设备，200-负荷一侧设备。

具体实施方式

在说明本发明的实施例之前，首先用图8对一般的成套设备进行说明。另外，在下面的说明中，作为发电设备，虽然对使用了燃气轮机的例子进行说明，但也可应用于使用了汽轮机的发电设备上。还有，作为通过电动机驱动的负荷，虽然例举气体压缩机进行说明，但也可应用于泵等的负荷装置上。

图示的成套设备，大体上由发电一侧设备100和负荷一侧设备200构成。发电一侧设备100主要具备发电设备即燃气轮机20和由该燃气轮机所驱动的发电机22，由燃气轮机20所产生的动力借助于减速器21从燃气轮机转轴23传递到发电机转轴24上。在减速器21上调节传递到发电机22的转速使得发电机22上所发生的电变成电源频率为50Hz或60Hz。另外，燃气轮机20、减速器21、发电机22的各自的转轴借助于轴承30、31、32支撑。

还有，负荷一侧设备200由利用发电机22供给的电源频率的电36驱动的电动机25和以该电动机25作为动力源的气体压缩机27构成。电动机25中所产生的动力借助于增速器26从电动机转轴28传递到气体压缩机转轴29上。另外，电动机25、增速器26、气体压缩机27的各自的转轴借助于轴承33、34、35支撑。

在如上所述那样地构成的成套设备中，作为负荷装置使用气体压缩机27，将气体压缩到较高的压力。而且，在同一成套设备内具有燃气轮机发电设备，并通过发电机22发出驱动电动机25的电。在成套设备中的发电用燃气轮机上，一般来讲，使用较为中小型的燃气轮机。虽然大型燃气轮机设计成适合电源频率50Hz或60Hz，但在中小型燃气轮机上，为了优化热效率通常以60Hz以上的高转数工作。

另一方面，发电机22在双极式发电机的情况下，以电源频率50Hz或60Hz转动，而在四极式发电机等极数增加的情况下，变成更小的转数。因此，在中小型的燃气轮机发电设备的情况下，在燃气轮机20和发电机22之间设置减速器21，并使燃气轮机转轴23的转数符合发电机转轴24的转数。

这里，燃气轮机发电设备的减速器21，由大小不同的齿轮的组合构成，因此，其发电效率因齿轮的啮合损失或涡流损失而降低。还有，由于齿轮由减速器轴承31支撑，因此，发生轴承损失且发电效率降低。再有，由于有必要在齿轮或轴承上供给大量的润滑油，存在使得储藏罐、泵、过滤器、冷却器等的润滑油关联设备的容量增大，各种阀门的数量和配管长度也增大的问题。

由燃气轮机发电设备所发电的电源频率为50Hz或60Hz的电36，传递到设置于同一成套设备内的电动机25上，并使电动机25工作。随电动机25的工作，气体压缩机27被驱动而进行必要的工作。电动机25的转数一般为电源频率的50Hz或60Hz。另一方面，气体压缩机27，由于转数较大时效率高，因此，通常以大于60Hz的转数驱动。因此，在电动机25和气体压缩机27之间设置增速器26，用增速器26增速以使从电动机转轴28传递而来的转数变为气体压缩机转轴29所期望的转数。

增速器26也与所述的减速器21相同地，由于是大小不同的齿轮的组合，因此，其发电效率因齿轮的啮合损失或涡流损失而降低。还有，由于齿轮由增速器轴承34支撑，因此，发生轴承损失且发电效率降低。再有，由于有必要在齿轮或轴承上供给大量的润滑油，存在使得储藏罐、泵、过滤器、冷却器等的润滑油关联设备的容量增大，各种阀门的数量和配管长度也增大的问题。

下面根据附图详细地说明本发明的实施方式。图1是表示本发明的一个实施例的成套设备的整体结构的图。

图示的本实施例，与图8的结构相同地大体上由发电一侧设备100和负荷一侧设备200构成。发电一侧设备100主要具备发电设备即燃气轮机1和由该燃气轮机所驱动的发电机2。还有，燃气轮机1、发电机2的各自的转轴借助于轴承9、10可转动地支撑。而且，在本实施例中，燃气轮机转轴和发电机转轴通过直接联轴器4连接，且作为燃气轮机-发电机转轴3机械地构成为一体。

还有，负荷一侧设备200由利用从发电机2供给的电源频率的电13驱动的电动机5和以该电动机5作为动力源的气体压缩机6构成，电动机5、气体压缩机6的各自的转轴借助于轴承11、12可转动地被支撑。而且，在负荷一侧设备200中，电动机转轴和气体压缩机转轴通过直接联轴器8连接，且作为电动机-气体压缩机转轴7构成为一体。

在如上所述那样构成的本实施例中，与图8的结构相同地通过用燃气轮机1驱动发电机2发电，通过所发电的电13使电动机5工作并使气体压缩机6驱动。

这里，本实施例不同于图8的结构之处在于，发电一侧设备100和负荷一侧设备200各自不具备变速器。即，燃气轮机1和发电机2的转轴不借助减速器而直接连结，且电动机5和气体压缩机6的转轴也不借助增速器而直接连结。由于燃气轮机1的转数是比60Hz大的转数(称之为XHz)，发电机2的转数也是相同的XHz。因此，通过发电机2所发的电的频率也变成XHz(在双极式发电机的情况下)。

XHz的电13传输到同一成套设备内的电动机5上使电动机5工作。电动机5成为用XHz的电13工作的方式，电动机转数为XHz。虽然通过电动机5使气体压缩机6驱动并进行所需工作，但由于图1的电动机5与图8的例子不同，是比通常的电源频率50Hz或60Hz大的转数XHz，因此，无需借助增速器就能与气体压缩机6直接连结。

根据上述的本实施例，能够在不降低燃气轮机1、发电机2、电动机5、气体压缩机6等各个设备的效率的情况下消除减速器、增速器。还有，虽然在减速器、增速器上发生齿轮的啮合损失、涡流损失等损失，但由于在本实施例中不存在减速器、增速器，因此，不发生所述损失。再有，通过消减减速器、增速器，不再需要必需供给到这些上的润滑油。由此，不仅能够缩小储藏罐、泵、过滤器、冷却器等的润滑油关联设备的容量，而且能够降低泵等的辅助机器的动力。其结果，带来能够提高成套设备的效率的效果。

还有，伴随由消减减速器、增速器所带来的润滑油关联设备的减少，各种阀门的数量和配管的长度也减少，而且能够降低成本。并且，通过减速器、增速器的消除及润滑油设备的容量缩小化，能够减少成套设备整体的设置面积。

另外，虽然在燃气轮机-发电机转轴3和电动机-气体压缩机转轴7的转数(XHz)上有多种选择方法，但由于在燃气轮机1、气体压缩机6上存在随其输出使效率最大的最优转数，因此，选择在成套设备整体上使效率最大的转数。

图2表示了本发明的其他实施例。在本实施例中，做成在图1的基础上设置了变频器14的结构，该变频器14可改变从发电机2供给到电动机5上的电13的频率。

这里，在本实施例中，由于燃气轮机1的转数是比60Hz大的转数(称之为XHz)，发电机2的转数也是相同的XHz，因此，通过发电机2所发的电的频率也变成XHz(在双极式发电机的情况下)。另一方面，气体压缩机6由于直接连结在电动机5上，因此，以与电动机5相同的转数工作。从而气体压缩机6其负荷随转数变化。因此，在本实施例中，通过变频器14调节XHz的电13的频率，并作为YHz的电38向电动机5供给。由此，能够使电动机5、气体压缩机6的转数可变，并能够调节负荷。其结果，在本实施例中可进行气体压缩机6的部分负荷运转。

图3是本发明的另外的实施例。虽然现有技术的发电机以电源频率50Hz或60Hz转动，但本实施例的发电机以60Hz以上的高转数(XHz)转动。这里，在本实施例中，在使发电机的转子直径与现有60Hz用的发电机转子的直径相同时，在发电机转子上作用(X/60)²倍的离心荷载，且使强度可靠性降低。于是，在本实施例中为了解决对强度信赖性的课题，使用使发电机的转子直径比现有技术更小的小直径转子发电机以降低离心荷载。还有，由于若减小转子直径则发电输出功率也变小，因此，串联连接多个小径转子发电机39，以确保必要的输出功率。

另一方面，若加大转数则电动机其转子的离心荷载也变大且强度可靠性降低。因此，对电动机也使用转子直径较小的小径转子电动机40，并通过连接多台确保必要的动力。

图4是本发明的其他实施例。在本实施例中，发电一侧设备100的燃气轮机1和小径转子发电机39的结构与图3相同。另一方面，负荷一侧设备200的气体压缩机6和小径转子电动机40使用转子直径较小的设备，并设置有多组(n个轴)气体压缩机6和小径转子电动机40机组。在本实施例中，由于减小了气体压缩机6和小径转子电动机40的转子直径，使得转子离心荷载较小且可靠度较高。还有，通过改变所运转的气体压缩机6和小径转子电动机40机组的机组数，能够进行负荷调节。

图5是本发明的其他实施例。本实施例的成套设备具备多个燃气轮机-发电机的发电设备(100a～100n)，具备多个电动机-气体压缩机的负荷设备(200a～200n)。发电设备的各个轴及负荷设备的各个轴根据成套设备所需的工作量，只使所需的部分工作。驱动气体压缩机6所剩余的电，通过变频器14将频率转换为通常的电源频率50Hz或60Hz后，使成套设备内的各种电力机器15工作。

图6是本发明的其他实施例。在本实施例中，成套设备内的全部电力机器使用设计成用XHz的电力工作的设备。通常情况下，一般的电力机器做成以50Hz或60Hz的电源频率工作。因此，在本发明的成套设备内使用电器设备时，作为方法之一，如图2所示那样设置变频器以变换频率。该情况下，发生由变频器引起的损失，而且发生变频器设置成本。或者，作为另外一种方法，也有不使用以成套设备内的发电设备发电的电而从外部系统供给得到电的方法。但是，为了供给成套设备上所使用的电，尽管设有发电设备也不使用该发电设备的电，这既不合理又不经济。

于是，在本实施例中，成套设备内的全部电力机器37设计成用XHz的电力工作。这样，由于不必设置变频器，因此，不存在由变频器引起的损失，并能够提高成套设备整体的效率。还有，由于不必与外部系统联合，因此，单凭该成套设备就能独立运用。

图7是本发明的其他实施例。本实施例是将图1的燃气轮机1、发电机2、电动机5、气体压缩机6的各个轴承16、17、18、19全部做成磁悬浮轴承的成套设备。这里，磁悬浮轴承是指通过电磁吸引力或反作用力使转子悬浮并支撑的轴承。

现有的燃气轮机1、发电机2、电动机5、气体压缩机6的各个轴承，一般来讲，虽然以用油润滑了的滑动轴承支撑，但通过做成磁悬浮轴承，完全不要润滑油。因此，进一步促进由消除减速器、增速器所带来的润滑油的削减，并能够做成免加油的成套设备。

由此，不必设置储藏罐、泵、过滤器、冷却器等的润滑油关联设备，使得各种阀门的数量和配管长度也减小。因此，能够降低成本并使得泵等的辅机驱动力减小且也提高成套设备的效率。还有，能够大幅度地减少成套设备整体的设置面积。

Claims

1.一种成套设备，其特征在于，具备：

以比电源频率高的频率转动的涡轮机；直接连结在该涡轮机上并以与所述涡轮机相同的转数转动的发电机；以及与负荷装置直接连结并以比所述发电机所输出的电源频率高的频率的电工作的电动机，采用的结构为，以与所述电动机相同的转数驱动所述负荷装置。

2.一种成套设备，由发电一侧设备和负荷一侧设备构成，其特征在于，

所述发电一侧设备具备以比电源频率高的频率转动的涡轮机，和直接连结在该涡轮机上并以与所述涡轮机相同的转数转动的发电机，

所述负荷一侧设备具备与负荷装置直接连结的电动机，

采用的结构为，以比所述发电机所输出的电源频率高的频率的电使所述电动机工作，以与所述电动机相同的转数驱动连结在该电动机上的负荷装置。

3.一种成套设备，其特征在于，具备：

以比电源频率高的频率转动的涡轮机；直接连结在该涡轮机上并以与所述涡轮机相同的转数转动的发电机；变换由该发电机所发的电的频率的变频器；以及与负荷装置直接连结并以由所述变频器调节了频率的电工作的电动机，采用的结构为，以与所述电动机相同的转数驱动所述负荷装置。

4.一种成套设备，其特征在于，具备：

以比电源频率高的频率转动的涡轮机；直接连结在该涡轮机上并以与所述涡轮机相同的转数转动的多个发电机；以及与负荷装置直接连结并以比所述多个发电机所输出的电源频率高的频率的电工作的多个电动机，采用的结构为，以与所述多个电动机相同的转数驱动所述负荷装置。

5.根据权利要求1所述的成套设备，其特征在于，

所述电动机以比60Hz大的频率驱动负荷装置。

6.根据权利要求1所述的成套设备，其特征在于，

采用的结构为，以比电源频率高的频率的电使成套设备具备的电力机器工作。

7.根据权利要求1所述的成套设备，其特征在于，

由磁悬浮轴承构成了各个转动机器的轴承。