電機23作為輔助器起作用。電動機/發(fā)電機23可同樣在其它情形中在電動機模式中運轉(zhuǎn)，例如以便節(jié)省燃料并改為使用電能。當(dāng)可從配電網(wǎng)G獲得的電能的成本小于該燃料的成本時，例如在夜間，這會是有用的。
[0062]反之亦然，例如在電網(wǎng)損失的情況下，即在無法從配電網(wǎng)G獲得電力時，可將電動機/發(fā)電機23切換至發(fā)電機模式。在該情況下，電動機/發(fā)電機23將提供電能以便向該系統(tǒng)和與其相關(guān)聯(lián)的任何其它設(shè)施或輔助單元供電。
[0063]在一些實施例中，同樣如果可從燃氣渦輪機獲得的動力超過驅(qū)動該負載所需要的動力并且例如電能的成本高于該燃料的成本，例如在峰值負荷時間期間，則可將電動機/發(fā)電機23設(shè)定成在發(fā)電機模式中運轉(zhuǎn)，使得借助于化石燃料(液體或氣體)產(chǎn)生電能并銷售所產(chǎn)生的電能變得在經(jīng)濟方面是有利的。在一些情況下，可將電動機/發(fā)電機23切換成還用于校正動力因數(shù)的發(fā)電機模式。
[0064]可設(shè)置電子燃氣渦輪機控制器31，用于控制處于多種不同的運轉(zhuǎn)模式中的系統(tǒng)
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[0065]若干因素可改變該系統(tǒng)I的運轉(zhuǎn)狀況，從而可從燃氣渦輪機3獲得過剩的動力或者需要用于驅(qū)動該負載21的輔助動力。例如，如果該負載21包括一個或多個壓縮機，則經(jīng)過這些壓縮機的氣體流會波動，由此在驅(qū)動該負載所需要的動力中激起波動。
[0066]環(huán)境狀況、特別是環(huán)境溫度可改變?nèi)細鉁u輪機3的運轉(zhuǎn)狀況。增大環(huán)境溫度減少了可在動力渦輪機7的動力渦輪機軸17上獲得的動力。反之亦然，環(huán)境溫度的降低致使燃氣渦輪機3的輸出利用率增大。
[0067]當(dāng)電動機/發(fā)電機在發(fā)電機模式中運轉(zhuǎn)時，變頻驅(qū)動器25使電動機/發(fā)電機23能夠以與配電網(wǎng)G的頻率不同步的頻率旋轉(zhuǎn)。由發(fā)電機23產(chǎn)生的電力將隨后由變頻驅(qū)動器25進行調(diào)節(jié)，使得遞送至配電網(wǎng)G的電力將與電網(wǎng)頻率相同。當(dāng)電動機/發(fā)電機23在電動機模式中運轉(zhuǎn)時，變頻驅(qū)動器25使電動機以與燃氣發(fā)生器轉(zhuǎn)子R的旋轉(zhuǎn)速度對應(yīng)的所需速度旋轉(zhuǎn)，所述速度不受到配電網(wǎng)G的電頻率的影響。燃氣發(fā)生器的旋轉(zhuǎn)速度由此變得不受到電網(wǎng)頻率的影響。
[0068]為了更好地理解迄今為止描述的該系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)，現(xiàn)在將描述運轉(zhuǎn)狀況的不同示例。
[0069]通?；谟韶撦d控制器30提供的信號控制該系統(tǒng)。該負載控制器30產(chǎn)生控制信號，該控制信號被向燃氣渦輪機控制器31遞送。在一些實施例中，負載控制器30提供速度信號、即與要求負載21在其下旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)速度對應(yīng)的信號。該速度信號可用動力渦輪機軸17的額定速度的百分比表示。從穩(wěn)態(tài)狀況開始，在動力渦輪機7以例如其額定速度的95%運行的情況下，如果需要經(jīng)過壓縮機21A、21B的較高流量，則負載控制器30將向渦輪機控制器31遞送需要加速該動力渦輪機軸17的信號，例如使其以動力渦輪機7的額定旋轉(zhuǎn)速度的100%旋轉(zhuǎn)。燃氣渦輪機控制器31將增大燃料流量，直到已經(jīng)達到了所要求的旋轉(zhuǎn)速度。附加的燃料流量產(chǎn)生更多的動力，該更多的動力用于在壓縮機21中處理較高的流體流量。
[0070]雖然所要求的旋轉(zhuǎn)速度處于可由燃氣渦輪機(其可例如在額定旋轉(zhuǎn)速度的50%至105%之間運轉(zhuǎn))獲得的范圍內(nèi)，但在一些運轉(zhuǎn)狀況中，可在動力渦輪機軸17處獲得的動力可能不足以獲得所需的旋轉(zhuǎn)速度。例如，如果環(huán)境溫度高于設(shè)計溫度值，則渦輪機將不能獲得最大設(shè)計動力。
[0071]當(dāng)排氣溫度、即動力渦輪機輸出端處的溫度達到最大溫度設(shè)定點時，實現(xiàn)可在動力渦輪機軸17上獲得的最大動力。在一些實施例中，燃氣渦輪機控制器31可與排氣溫度傳感器32配合。如果達到最大排氣溫度并且尚未達到所要求的旋轉(zhuǎn)速度(例如在當(dāng)前示例中的額定速度的100% )時，燃氣渦輪機控制器31確定可從燃氣渦輪機3獲得的動力不足以以由負載控制器30需要的旋轉(zhuǎn)速度來驅(qū)動負載。電動機/發(fā)電機23必須被切換在電動機模式中并且提供補充動力以驅(qū)動該負載。這可自動地執(zhí)行、即在燃氣渦輪機控制器31的單獨控制下執(zhí)行。在其它實施例中，燃氣渦輪機控制器31可觸發(fā)使電動機/發(fā)電機23起動的要求，并且操作者將使電動機/發(fā)電機23能夠作為輔助器起作用。
[0072]一旦電動機/發(fā)電機23已經(jīng)起動，它會將電力轉(zhuǎn)換成可在燃氣發(fā)生器轉(zhuǎn)子5R的軸6上獲得的機械動力。燃氣發(fā)生器轉(zhuǎn)子軸6上的阻力矩將由此降低并且燃氣發(fā)生器轉(zhuǎn)子5R的速度增大。速度傳感器33可向燃氣渦輪機控制器31提供速度信號。當(dāng)燃氣發(fā)生器轉(zhuǎn)子5R的速度增大時，燃氣渦輪機控制器31將對可移動的噴嘴導(dǎo)葉15起作用，從而降低氣體正在流過的截面積，由此增大高壓渦輪機11的輸出端處的壓力并因此增大動力渦輪機7的入口處的壓力。越過高壓渦輪機的焓降降低，同時越過動力渦輪機7的焓降增大，則可在動力渦輪機軸17上獲得更多的機械動力?？稍趧恿u輪機7的入口處獲得的增大的焓加速了動力渦輪機軸17和負載21，直到達到并維持住所需要的旋轉(zhuǎn)速度。
[0073]在輔助器模式中運轉(zhuǎn)的電動機/發(fā)電機23因此提供了附加的機械動力以驅(qū)動燃氣發(fā)生器壓縮機9，使得可從燃燒氣體獲得更多的動力，并且來自燃燒氣體的更多動力可從高壓渦輪機11向動力渦輪機7傳遞并且可用于驅(qū)動該負載21。
[0074]無法達到設(shè)定負載速度的其它情況可由低燃料利用率所導(dǎo)致。在該情況下，電動機/發(fā)電機23再次在輔助器模式中運轉(zhuǎn)以向高壓渦輪機軸6提供補充機械動力，由此增大了可越過動力渦輪機7獲得的焓降。來自燃燒氣體的動力從高壓渦輪機向動力渦輪機傳遞，并且可用于驅(qū)動該負載。
[0075]無論何時電動機/發(fā)電機23在電動機模式中運轉(zhuǎn)以便向燃氣渦輪機供給機械動力，燃氣發(fā)生器轉(zhuǎn)子5R上的阻力矩的降低均將來自高壓渦輪機11的可用焓降轉(zhuǎn)入動力渦輪機7。
[0076]如上所述，在一些狀況中，當(dāng)僅利用可從燃氣渦輪機獲得的動力不能達到所要求的旋轉(zhuǎn)速度時，即當(dāng)燃料遞送達到最大值而未達到動力渦輪機的所要求的旋轉(zhuǎn)速度時，可觸發(fā)輔助器模式。然而，在一些情況下，可控制該系統(tǒng)1，使驅(qū)動該負載21所需的動力的一部分由在輔助器模式中運轉(zhuǎn)的電動機/發(fā)電機遞送，從而限制燃料流量，以便即使在燃氣渦輪機能夠提供足夠大的動力以由其自身驅(qū)動負載的情況下，也節(jié)省燃料。這可例如每個電能單元的成本低于等效燃料量的成本時、例如在夜間進行。在經(jīng)濟方面有利的是，在混合模式下驅(qū)動該負載21，該混合模式將來自在輔助器模式中運行的電動機/發(fā)電機23的電力與由燃氣渦輪機產(chǎn)生的機械動力相結(jié)合，在傳遞到該處的燃料量降低的情況下，渦輪機在小于其最大動力比下運轉(zhuǎn)。運轉(zhuǎn)該系統(tǒng)的模式與上面的描述相同，但在設(shè)施(stack)處的燃燒氣體溫度達到最大設(shè)定點值之前，電動機/發(fā)電機會以輔助器模式(電動機模式)投入運轉(zhuǎn)。
[0077]當(dāng)驅(qū)動系統(tǒng)I包括電動機23時，這組可移動的噴嘴導(dǎo)葉15允許避免燃氣渦輪機3的危險的超速。特別地，如果高壓渦輪機11的旋轉(zhuǎn)速度接近最大運轉(zhuǎn)速度并且動力渦輪機7需要附加的動力，則電動機23的介入帶來超過該機器的物理限制的風(fēng)險，從而在燃氣渦輪機上造成損害。
[0078]為了避免高壓渦輪機11的超速，可能的是，使可移動的噴嘴導(dǎo)葉15移動，以便調(diào)節(jié)向動力渦輪機7傳遞的動力。在閉合可移動的噴嘴導(dǎo)葉15的情況下，將動力從高壓渦輪機11向動力渦輪機7傳遞。以此方式，由電動機23向驅(qū)動系統(tǒng)I供給的動力并不使高壓渦輪機11的軸超載，而是它被向動力渦輪機7傳遞。如果可從燃氣渦輪機獲得的動力超過驅(qū)動該負載21所需的動力，則電動機/發(fā)電機23可被切換至發(fā)電機模式并且被驅(qū)動旋轉(zhuǎn)，從而將來自燃氣渦輪機的可用機械動力的一部分被利用以產(chǎn)生電力。是否將電動機/發(fā)電機切換成發(fā)電機模式以將來自燃氣禍輪機的可用機械動力的一部分轉(zhuǎn)換成電力或者是否僅通過減少燃料流量來減少輸出渦輪機動力取決于例如將燃料用于產(chǎn)生電力的實際經(jīng)濟便利性或者取決于配電網(wǎng)是否是可用的。應(yīng)該對下列影響作出進一步的考慮，該影響是負載降低對于燃氣渦輪機效率的影響以及負載降低對于燃燒氣體的化學(xué)組分的可能的負面影響。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所知，實際上，低于設(shè)計點運轉(zhuǎn)該燃氣渦輪機可能導(dǎo)致有害排放物增多。
[0079]為了改善燃氣渦輪機的運轉(zhuǎn)和/或為了在負載要求的動力減少的情況下產(chǎn)生有用的電力和/或為了在電網(wǎng)損失的情況下向工廠提供電力，電動機/發(fā)電機23可在發(fā)電機模式中運轉(zhuǎn)以產(chǎn)生電力。
[0080]假定將電動機/發(fā)電機23連接至配電網(wǎng)G并且假定該動力渦輪機在小于額定最大動力下運轉(zhuǎn)，燃燒氣體的溫度將低于最大溫度設(shè)定點。該情形表明該渦輪機可產(chǎn)生比驅(qū)動該負載21實際需要的動力更多的動力。電動機/發(fā)電機23被切換到發(fā)電機模式中并開始運轉(zhuǎn)。燃氣發(fā)生器轉(zhuǎn)子5R的軸6上的阻力矩增大并且燃氣發(fā)生器轉(zhuǎn)子5R的旋轉(zhuǎn)速度降低。經(jīng)由旋轉(zhuǎn)速度傳感器33檢測該速度降低。燃氣渦輪機控制器31對可移動的噴嘴導(dǎo)葉15起作用以便通過打開噴嘴導(dǎo)葉15來抵消該速度降。這導(dǎo)致燃燒氣體在高壓渦輪機11中執(zhí)行較高的焓降。在部分膨脹的燃燒氣體中將由此可獲得較少的動力來驅(qū)動該動力渦輪機7o S卩，提供了可獲得的總焓降的不同分布，從而將來自動力渦輪機7的可用焓降的一部分轉(zhuǎn)入該高壓渦輪機11，由此克服燃氣發(fā)生器轉(zhuǎn)子5R的軸6上的增大的阻力矩。
[0081]因此，動力渦輪機7的旋轉(zhuǎn)速度和輸出軸17的旋轉(zhuǎn)速度將降低。旋轉(zhuǎn)速度降低由負載控制器30例如經(jīng)由速度傳感器34檢測。打開燃料閥36以增大燃料流量，由此抵消動力渦輪機旋轉(zhuǎn)速度的降低，從而維持所需的負載旋轉(zhuǎn)速度或使所述負載旋轉(zhuǎn)速度恢復(fù)所需數(shù)值。該過程被反復(fù)迭代進行，由此在每一步增大由電動機/發(fā)電機23產(chǎn)生的動力并通過增大燃料流量來補償動力渦輪機速度的降低。該過程可被反復(fù)進行，直到達到最大排氣溫度，或者達到電動機/發(fā)電機23的最大容量為止，以先達到的為準(zhǔn)。該系統(tǒng)將隨后被維持處于該運轉(zhuǎn)狀況中，使燃氣渦輪機3在較高的整體動力