LNG)的負載裝置的示例包括但不限于栗、水力制動器、螺桿壓縮機、齒輪栗等。
[0050]在本文中描述的各種實施例不意圖被限制于任何特定類型的負載壓縮機。相反，本發明的各種實施例適合用于與可由燃氣渦輪驅動的任何類型的負載壓縮機一起使用。適合用于與本文中描述的各種實施例一起使用的燃氣渦輪驅動的負載壓縮機的示例包括但不限于:軸向壓縮機、離心壓縮機、正排量壓縮機、往復式壓縮機、天然氣壓縮機、水平分級壓縮機、豎直分級壓縮機、整體齒輪式壓縮機、雙流壓縮機等。此外，本領域技術人員將要理解的是，在本文中描述的各種實施例還適合用于與不由燃氣渦輪驅動的單機壓縮機一起使用。
[0051]現在參考附圖，圖1是具有燃氣渦輪10和負載壓縮機160的單軸、簡單循環燃氣渦輪驅動的機械驅動架構100的示意圖。根據本發明的實施例，至少一個低損耗軸承和由低密度材料制造的至少一個旋轉葉片與驅動系一起使用。在一個實施例中，至少一個低損耗軸承包括低損耗潤滑劑。
[0052]簡單來說，如圖1所示，燃氣渦輪10包括壓縮機區段105、燃燒器區段110和渦輪區段115。燃氣渦輪10與負載壓縮機160處于前端布置中，使得負載壓縮機160定位成最接近壓縮機區段105。可使用用于燃氣渦輪10的其他架構，諸如在圖7、8和9中例示的那止匕
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[0053]公共可旋轉軸(稱為轉子軸125)沿單個線聯接壓縮機區段105、渦輪區段115、和負載壓縮機160，使得渦輪區段115驅動燃氣渦輪壓縮機區段105和負載壓縮機160。如圖1所示，轉子軸125延伸穿過渦輪區段115、壓縮機區段105和負載壓縮機160。在該單軸布置中，轉子軸125可具有依照常規技術聯接的燃氣渦輪壓縮機轉子軸部分、渦輪轉子軸部分、和負載壓縮機轉子軸部分。
[0054]聯接構件可聯接轉子軸125的渦輪轉子軸部分、燃氣渦輪壓縮機轉子軸部分、和負載壓縮機轉子軸部分，以與軸承140協作地操作。聯接構件的數量和它們沿轉子軸125的位置的可根據機械驅動架構的設計和應用而變化。
[0055]作為示例，一個代表性的負載聯接元件104在圖1中例示出(在燃氣渦輪10與發電機120之間)。備選地，離合器(未示出)或齒輪箱(170，如圖4所示)可用作負載聯接元件。以此方式，聯接至聯接部件的相應轉子部分可能夠通過相應的軸承140相對于其旋轉。
[0056]壓縮機區段105可包括沿轉子軸125在軸向方向上配置的葉片130的多個級。例如，壓縮機區段105可包括葉片130的前方級、葉片130的中級、和葉片130的后級。如在本文中所使用的，葉片130的前方級在如下部分處沿轉子軸125位于壓縮機區段105的前端或前方端處，在該部分處，空氣流(或氣體流)經由進口引導導葉進入壓縮機區段(即，在燃燒器區段110的遠側)。葉片的中級和后級為沿轉子軸125配置在前方級的下游的葉片，在此，空氣流(或氣體流)被進一步壓縮至增大的壓力(即，最接近燃燒器區段110)。因此，壓縮機區段105中的葉片130的長度從前方級至中級至后級減小。
[0057]壓縮機區段105中的各級可包括圍繞轉子軸125的周圍以周向陣列布置的旋轉葉片130，以限定從可旋轉軸徑向向外延伸的移動葉片排。移動葉片排在前方級、中級和后級中的位置沿轉子軸125軸向地配置。此外，各級可包括在前方級、中級和后級中徑向向內朝轉子軸125延伸的固定導葉(未示出)的環形排。在一個實施例中，固定導葉的環形排可配置在包圍轉子軸125的壓縮機的殼體(未示出)上。
[0058]在各級中，固定導葉的環形排可與移動葉片排沿轉子軸125的與其旋轉軸線平行的軸向方向以交替樣式布置。固定導葉排和移動葉片排的組合限定壓縮機105的單獨的“級”。以此方式，各級中的移動葉片彎曲以做功且以使流轉向，同時各級中的固定導葉彎曲以使流沿最適于使其準備用于下一級的移動葉片的方向轉向。在一個實施例中，壓縮機區段105可為多級軸向壓縮機。
[0059]渦輪區段115還可包括沿轉子軸125在軸向方向上配置的葉片135的級。例如，渦輪區段115可包括葉片135的前方級、葉片135的中級和葉片135的后級。葉片135的前方級在如下部分處沿轉子125位于渦輪區段115的前端或前方端，在該部分處，熱壓縮動力氣體(還已知為工作流體)從燃燒器110進入渦輪以用于膨脹。葉片的中級和后級為沿轉子軸125配置在前方級下游的葉片，在此，工作流體進一步膨脹。因此，壓縮機區段115中的葉片135的長度從前方級至中級至后級增加。
[0060]渦輪區段115中的各級可包括圍繞轉子軸125的周圍以周向陣列布置的旋轉葉片135，以限定從可旋轉軸徑向向外延伸的移動葉片排。類似于壓縮機區段105的級，渦輪區段115的移動葉片排在位于前方級和中級以及后級中的位置沿轉子軸125軸向地配置。此夕卜，各級可包括在前方級、中級和后級中徑向向內朝轉子軸125延伸的固定導葉的環形排。在一個實施例中，固定導葉的環形排可配置在包圍轉子軸125的渦輪的殼體(未示出)上。
[0061]在各級中，固定導葉的環形排可與移動葉片排沿轉子軸125的與其旋轉軸線平行的軸向方向以交替樣式布置。固定導葉排和移動葉片排的組合限定渦輪區段105的單獨的“級”。以此方式，各級中的移動葉片彎曲以做功且使流轉向，同時各級中的固定導葉彎曲以使流沿最適于使其準備用于下一級的移動葉片的方向轉向。
[0062]負載壓縮機160還可包括沿轉子軸125在軸向方向上配置的葉片165的級。例如，負載壓縮機160可包括葉片165的前方級、葉片165的中級、和葉片165的后級。葉片165的前方級沿轉子軸125位于負載壓縮機160的前端或前方端處。葉片的中級和后級為沿轉子軸125配置在前方級的下游的葉片，在此工作流體進一步膨脹。
[0063]負載壓縮機160中的各級可包括旋轉葉片165，旋轉葉片165圍繞轉子軸125的周圍以軸向陣列布置，以限定從可旋轉軸徑向向外延伸的移動葉片排。類似于壓縮機區段105和渦輪區段115的級，負載壓縮機160的移動葉片排在位于前方級和中級以及后級中的位置沿轉子軸125軸向地配置。此外，各級可包括在前方級、中級和后級中徑向向內朝轉子軸125延伸的固定導葉的環形排。在一個實施例中，固定導葉的環形排可配置在包圍轉子軸125的渦輪的殼體(未示出)上。
[0064]在各級中，固定導葉的環形排可與移動葉片排沿轉子軸125的與其旋轉軸線平行的軸向方向以備選樣式布置。以此方式，各級中的移動葉片彎曲以做功且使流轉向，同時各級中的固定導葉彎曲以使流沿最適于使其準備用于下一級的移動葉片的方向轉向。
[0065]如在本文中所描述的，壓縮機區段105、渦輪區段115、和負載壓縮機160之一中的旋轉構件中的至少一個(例如，葉片130、135和165)可由低密度材料形成。本領域技術人員將理解的是，包括低密度材料的旋轉葉片130、135和165的數量和位置可根據其中機械驅動架構操作的設計和應用而變化。例如，特定區段(例如，壓縮機區段105、渦輪區段115、或負載壓縮機160)的旋轉葉片130、135和165中的一些或全部可包括低密度材料。在一個或更多個排或級中的旋轉葉片130、135和165由低密度材料形成的情況下，因而其他排或級中的旋轉葉片130、135和165可由高密度材料形成。僅作為示例，在一個實施例中，壓縮機區段的前方級、渦輪區段的后級、和/或負載壓縮機的前方級中的葉片可由低密度材料制造，因為這些葉片具有更長的長度。
[0066]再次參考圖1，軸承140沿驅動系支撐轉子軸125。例如，軸承140對可支撐轉子軸125的燃氣渦輪的渦輪轉子軸部分、壓縮機轉子軸部分、負載壓縮機轉子軸部分中的各個。在一個實施例中，各軸承140對可在轉子軸125的它們的相應相反端部處支撐燃氣渦輪的渦輪轉子軸部分、壓縮機轉子軸部分、和負載壓縮機轉子軸部分。然而，本領域技術人員將理解的是，軸承140對可在其他合適的點處支撐燃氣渦輪的渦輪轉子軸部分、壓縮機轉子軸部分、和負載壓縮機轉子軸部分。
[0067]此外，本領域技術人員將理解的是，轉子軸125的燃氣渦輪的渦輪轉子軸部分、壓縮機轉子軸部分、和負載壓縮機轉子軸部分中的各個不限于由軸承140對支撐。在壓縮機區段105與渦輪區段115之間(S卩，在燃燒器110下方)示出的軸承140可為可選的；8口，在一些構造中，燃氣渦輪可在沒有中間軸承的情況下容易地由支撐壓縮機區段105和渦輪區段115的軸承支撐。
[0068]在本文中描述的各種實施例中，軸承140中的至少一個可被描述為具有低損耗潤滑劑的低損耗軸承(即，“低損耗潤滑劑軸承”)。在一個實施例中，所有的軸承140都是低損耗潤滑劑軸承。在這種構造中，使用具有單個流體的軸承流體滑道150(即，低損耗潤滑劑)。包括低損耗潤滑劑的軸承使用比常規、高粘性油軸承顯著更小體積的流體，從而準許軸承流體滑道150中的儲存器、栗、和其他附件尺寸降低，以用于更小的流體體積。當與常規油軸承相比時，此種布置簡化軸承流體滑道150且降低啟動和維護成本。
[0069]此外，單一類型或混合類型低損耗軸承(如本文中所描述的)包括滾子軸承元件以作為(多個)初級軸承單元的備用。這些備用軸承增大連接動力系的區段的轉子軸125的長度，從而增大轉子軸125的制造成本。因此，相對于此種低損耗軸承提供的降低的粘性損耗所給予的輸出和效率利益，重視單一類型和混合類型低損耗軸承(當與低損耗潤滑劑軸承結合地使用時)的在位成本(incumbent cost)。
[0070]因此，在一個實施例中，軸承140中的另一個可為具有非常低粘性的流體的單一類型低損耗軸承。在其他實施例中，軸承140中的另一個可為混合類型軸承，其包括被供應磁通的第一初級軸承單元和被供應有非常低粘性的流體的第二初級軸承單元。在一些實施例中，期望使用與低損耗潤滑劑軸承一起且可選地與具有非常低粘性的流體的單一類型和/或混合類型軸承一起使用常規高粘性油軸承。因此，在一些布置中，可使用軸承類型的組合，其中一個或更多個軸承包括非常低粘性的流體，而至少一個軸承包括低損耗潤滑劑。在此種組合中，具有非常低粘性的流體的軸承140可為單一類型或混合類型軸承。
[0071]軸承140包括由軸承流體滑道150供應的流體，其在圖1中示出。軸承流體滑道150標記有“LLL” (代表低損耗潤滑劑)、“A” (代表空氣)、“G” (代表氣體)、“F” (代表磁通)、“s” (代表蒸汽)、和“0” (代表高粘性或常規的油)，盡管應當理解，這些流體中的一個或組合可用于供應驅動系中的多個軸承140。在本文中構想的架構中，如上所述，軸承140為低損耗類型，即，包括低損耗潤滑劑或非常低粘性流體(諸如空氣、氣體、磁通、或蒸汽)中的任一種的軸承。在本發明中，使用具有帶低損耗潤滑劑的至少一個軸承的架構。
[0072]軸承流體滑道150可包括用于軸承流體滑道的設備標準(諸如儲存器、栗、蓄壓器、閥、線纜、控制柜、管道等)。在圖中通過從軸承流體滑道150到各軸承140的箭頭來代表需要將(多個)流體從軸承流體滑道150輸送至一個或更多個軸承140的管道。在一些情況中，軸承流體滑道150可能提供兩個或更多個不同類型的流體(諸如上述的油、和低損耗潤滑劑或非常低粘性流體中的一種或更多種)。備選地，如果使用兩個或更多個不同的軸承類型，則可使用用于各流體類型的軸承滑道150。
[0073]本領域技術人員將理解的是，用于軸承140的低損耗軸承的選擇可根據其中機械驅動架構操作的設計和應用而改變。例如，軸承140中的一些或全部可包括單獨的或與常規油軸承組合的低損耗潤滑劑軸承。備選地或此外，具有一種或更多種非常低粘性流體的單一類型或混合類型低損耗軸承可與低損耗潤滑劑軸承結合地使用。在轉子軸由具有低損耗潤滑劑或非常低粘性流體的低損耗軸承支撐的那些區段中，優選地在相應區段中包括低密度材料以形成重量更容易支