技术领域
[0001] 本公开涉及燃气涡轮系统，特别用于机械驱动应用。本文公开的
实施例特别涉及用于陆上LNG设施的燃气涡轮系统，包括由燃气涡轮
发动机驱动的一个或多个
气体压缩机。
背景技术
[0002] 燃气涡轮在功率生成或工业设施中广泛地用作
原动机，以用于驱动发
电机或其他
旋转机器，诸如压缩机。在离岸安装中，通常使用由具有低于40MW的功率的航改式燃气涡轮驱动的压缩机，这是由于其紧凑的结构和减小的总体尺寸。具有低于40MW的功率的燃气涡轮的模块化是很一般的惯例。燃气涡轮和负载布置在公共
框架上，因此形成单个单元，其在运输至最终目的地之前在
建筑物和测试场或场所中测试。公共框架然后运输至最终目的地且安装在橇上。该类型的模块化布置特别有用，因为其允许在运送和安装至最终目的地之前完成旋转机器的组装和测试。
[0003] 大型燃气涡轮(超过40MW的航改式以及重载燃气涡轮两者)通常由于其大尺寸而未模块化。通常，燃气涡轮设施的各种构件从制造场所分别地运输至最终目的地。在目的地的最终场所准备底座，且独立机器然后安装在底座上。由于各种设施构件(诸如，燃气涡轮、发电机和启动器)的不同径向尺寸，底座有时设计成带有处于各种不同
水平的机器
支撑表面。旋转机器然后必须对准、机械地连接至彼此且调整。整个过程极其耗时。
[0004] US2015/0184591公开了一种用于功率生成的模块化重载
燃气涡轮发动机，其用于驱动发电机。
[0005] 还存在对大型、重载燃气涡轮发动机的领域(特别是用于某些类型的机械驱动应用)中的改进的需要。
发明内容
[0006] 公开了一种用于陆上LNG(即，用于
液化天然气的设施)设施的模块化燃气涡轮系统。该系统包括：
基板，其具有顶侧和底侧，且在其顶侧上支撑至少燃气涡轮发动机、接线至燃气涡轮发动机的控制和电气室、燃气涡轮发动机的附件的至少部分；
至少一个压缩机，其机械地联接至燃气涡轮发动机，且由所述燃气涡轮发动机驱动着旋转。
[0007] 该系统还包括从地平面延伸且具有顶表面的支撑结构，基板和该至少一个压缩机支撑在其上。
[0008] 模块可在组装、调试和测试场所处组装、调试和测试，且然后运送于最终目的地处，而不拆卸机械、电气和液压连接的主要部分，例如燃气涡轮发动机的控制和电气室之间的连接，使得在最终使用场所处启动系统较快且较容易，对于专业员工而言只有较少要求或无要求。
[0009] 如果需要，系统的一些构件可在运送之前拆卸，特别是在这对于物流目的而言变得必要或有利的情况下。例如，压缩机可与燃气涡轮发动机分开。可在燃气涡轮发动机和压缩机之间沿轴线提供
接口，其使压缩机与燃气涡轮发动机的断开和连接较容易。在一些实施例中，可提供可分离基板部分，压缩机安装在其上。可分离基板部分在组装、调试和测试时可与基板的其余部分组装。之后，可分离基板部分可与基板的其余部分分离且分别地运送。再组装将发生在最终使用场所处。
[0010] 本公开还涉及一种用于将燃气涡轮发动机和由燃气涡轮发动机驱动的至少一个压缩机安装在用于LNG设施的陆上支撑结构上的方法，包括以下步骤：在组装、调试和测试的场所处将至少燃气涡轮发动机、至少一个压缩机、燃气涡轮发动机的附件以及燃气涡轮发动机的控制和电气室在基板上组装；
将至少一个压缩机传动地连接至燃气涡轮发动机，从而形成燃气涡轮发动机和压缩机单元；
调试和测试燃气涡轮发动机和压缩机单元；
将带有燃气涡轮发动机、其附件以及控制和电气室的基板从组装、调试和测试的场所移动至安装和使用的场所，在那里提供在地平面上方延伸的支撑结构；
提升基板且将基板放置在支撑结构上。
[0011] 特征和实施例在下文公开且在形成本描述的整体部分的所附
权利要求中进一步阐述。以上简要描述阐述了本发明的各种实施例的特征，以便随后的详细描述可较好理解且以便对本领域的贡献可较好认识到。当然，存在将在后文描述且将在所附权利要求中阐述的本发明的其他特征。在此方面，在详细论述本发明的若干实施例之前，要理解的是，本发明的各种实施例不在其应用方面限于以下描述中阐述或图中示出的结构的细节和构件的布置。本发明能够有其他实施例且能够以各种方式实施和实现。而且，将理解的是，本文使用的措词和用语用于描述的目的且不应当认作限制。
[0012] 如此，本领域技术人员将了解到，本公开所基于的概念可容易地用作设计其他结构、方法和/或系统来实现本发明的若干目的的
基础。因此，重要的是，权利要求认作包括这样的等同结构，只要它们不脱离本发明的精神和范围。
附图说明
[0013] 本发明的公开的实施例的更完全的理解及许多其附带的优点将容易获得，因为其通过参照结合附图考虑时的以下详细描述变得更好理解，其中：图1示出了处于将系统放置在安装和使用的场所中的最终支撑结构上的过程的中间步骤的模块化燃气涡轮系统的侧视图；
图2示出了安装在最终支撑结构上的模块化燃气涡轮系统的侧视图；
图3(A)-3(D)示出了在安装和使用的场所中将模块化燃气涡轮系统从地平面转移至其最终
位置的各种步骤；
图4示出了本公开的模块化燃气涡轮系统的另外的实施例的类似于图2的侧视图。
具体实施方式
[0014] 示例性实施例的以下详细描述参照了附图。不同图中的相同参照标号标识相同或类似的元件。此外，图不一定按比例绘制。而且，以下详细描述不限制本发明。而是，本发明的范围由所附权利要求限定。
[0015] 贯穿
说明书对“一个实施例”或“实施例”或“一些实施例”的参照意思是，结合实施例描述的特定特征、结构或特点包括在公开的主题的至少一个实施例中。因此，贯穿说明书在各个地方出现的短语“在一个实施例中”或“在实施例中”或“在一些实施例中”不一定指相同的实施例。此外，特定特征、结构或特点可在一个或多个实施例中以任何适合的方式组合。
[0016] 根据本文公开的实施例，提供了模块化燃气涡轮系统1，其包括基板3，机器的若干工具和件安装在基板3上。基板3包括顶表面3T和底表面3B。基板3可包括纵向梁和横向梁的网格。在一些实施例中，基板3的结构可设计成US2015/0184591中公开的那样，其内容通过参照并入本文中。
[0017] 燃气涡轮发动机5可安装在基板3的顶表面3T上。燃气涡轮发动机5可包括压缩机区段7、
燃烧器区段9和涡轮区段11。燃气涡轮发动机5可包括重载燃气涡轮，或所谓的主机涡轮。燃气涡轮发动机可备选地为航改式燃气涡轮发动机。燃气涡轮发动机5可具有大约40MW到大约150MW之间的额定功率。可用在根据本公开的系统中的示例性燃气涡轮发动机5可为但不限于LM6000和LMS100航改式燃气涡轮，或MS6001、MS7001和MS9001重载燃气涡轮，它们全部可从美国的General Electric获得。
[0018] 燃气涡轮发动机5及其一些附件可容纳在燃气涡轮
外壳12中。
[0019] 压缩机区段7的入口与清洁空气管道13(其在空气过滤腔15和燃气涡轮发动机5之间延伸)
流体连通。在一些实施例中，空气过滤腔15安装在相同基板3上，其支撑燃气涡轮发动机5。在其他实施例中，空气过滤腔15可安装在单独的基板或橇上。然而，将空气过滤腔15连同燃气涡轮发动机5一起安装在基板3上可提供额外优点，如将从本文在下面描述的调试和安装燃气涡轮系统的方法变得明显的那样。
[0020] 燃气涡轮发动机5可进一步设有通
风出口管道17，来自燃气涡轮外壳12的排放冷却空气从其排出。参照标号18标明
通风风扇，且参照标号20标明通风入口管道，通风空气由通风风扇20从通风入口管道取得。
[0021] 在一些实施例中，燃气涡轮发动机5可设有排放烟囱，以用于在环境中排出排放燃烧气体。排放烟囱可连同燃气涡轮发动机5一起安装在相同基板3上。在其他实施例中，排放烟囱可安装在单独的橇上，其可支撑在基板3上，或优选地支撑在地平面上。流体地连接燃气涡轮发动机5和排放烟囱的排放管道可安装在基板3上。
[0022] 在附图中所示的实施例中，燃气涡轮发动机5包括输出功率轴19，其可机械地联接至负载。在本文公开的实施例中，负载包括一个或多个压缩机。在图1和图2中，负载包压缩机组21，其包括第一压缩机23和第二压缩机25。轴线28从燃气涡轮发动机5延伸至最末的压缩机25。
[0023] 在一些实施例中，额外的旋转构件或机器(例如，额外的压缩机)可沿轴线28布置。在附图中所示的示例性实施例中，辅助机构27布置在压缩机23和压缩机25之间。如果
蒸汽可用，辅助机构可包括蒸汽涡轮。如果沿轴线28布置的设备的各种件需要不同的旋转速度，则一个或多个
齿轮箱或其他速度操纵装置可沿轴线28
定位，使得设备的不同件可按不同速度旋转。如果存在，则蒸汽涡轮27也可用作启动器
马达。在其他实施例中，电机可沿轴线28设置，其可操作为启动器或辅助机构或启动器和辅助机构两者(如果需要如此)。
[0024] 在未示出的一些实施例中，电机和蒸汽涡轮两者可沿轴线28布置。
[0025] 电机可操作为辅助机构、发生器或辅助机构和发生器两者。在燃气涡轮发动机5未生成足够的机械功率来驱动负载21的情况下，操作为辅助机构的电机可将额外的机械功率提供至轴线28。额外的机械功率可通过转换来自电功率分配网(电机可连接到其上)的电功率生成，例如，通过可变
频率驱动器。
[0026] 操作为发生器的电机可将由燃气涡轮发动机5生成且超过驱动负载21所需的功率的机械功率的剩余转换成电功率，其可输送至电功率分配网，例如通过可变频率驱动器(如果需要)。
[0027] 电机可为可逆电机，其适合于选择性地操作为辅助机构或发电机。
[0028] 压缩机23或压缩机25或者优选压缩机23和压缩机25两者可设有相应压缩机入口和压缩机出口。在图1和图2的示意图中，参照23A和23B分别标明压缩机23的压缩机入口和压缩机出口。参照标号25A和25B分别标明压缩机25的压缩机入口和压缩机出口。如图1和图2中所示，压缩机入口23A、25A和压缩机出口23B、25B布置在相应压缩机壳的底侧上，使得一旦基板3布置在使用的最终位置，则入口和出口面向基板3的底表面3B，且因此朝向地平面。
[0029] 在一些实施例中，压缩机23和25是用于LNG设施的制冷剂压缩器，以处理在制冷循环中流通的一种或多种
致冷剂流体，以从天然气流移除热，天然气应当液化以用于运输目的。
[0030] 根据一些实施例，一个或两个压缩机23、25可为BCL系列、筒型离心压缩机。BCL压缩机包括带有水平轴线和前封闭凸缘的筒。压缩机
转子(包括压缩机的
叶轮)和压缩机的静止构件(即，形成扩散器和返回通道的隔板)可根据平行于压缩机的旋
转轴线(即，平行于筒的轴线)的取出运动而取出。
[0031] 在其他实施例中，一个或两个压缩机23、25可为MCL系列、水平分级离心压缩机。具体而言，MCL压缩机的壳包括两个壳部分，其可沿水平平面连接至彼此。压缩机的内部构件(即，隔板和转子)可通过提升上部壳部分而移除，而不需要移动下部壳部分。
[0032] 在还有另外的实施例中，所述压缩机23、25中的第一者可为MCL系列、水平分级离心压缩机，且另一个压缩机可为BCL系列离心压缩机。BCL系列压缩机可优选布置在轴线28的端部处，使得在不拆除筒的情况下，筒可打开且压缩机的内部构件可移动。
[0033] 如果压缩机组21包括仅一个压缩机，该后者可为水平分级压缩机或BCL压缩机。以此方式，使压缩机的维护较容易。事实上，在不从轴线28移除压缩机的情况下，压缩机组的所述压缩机中的任何一个的压缩机壳可打开，例如用于维护或修理目的。
[0034] 所述压缩机的入口和出口布置成以便朝向地平面面向下。这使压缩机的维护较容易。例如，在MCL压缩机的情况下，由于入口和出口两者布置在下部壳部分上，在不拆卸连接至压缩机入口和出口的管线的情况下，上部壳部分可移除。
[0035] 同时，由于压缩机的入口和出口向下定向，故在其操作期间获得对压缩机的容易接近。该方面便于维护和安全性两者，特别是在紧急情况下。
[0036] 燃气涡轮发动机5设有多个附件和辅助设备，其中有：涡轮外壳，通风回路和通风风扇，辅助机构马达，例如电辅助机构马达，启动器马达，
燃料橇，水雾消防橇，排放框架
通风系统，包括
润滑油冷却器的润滑油回路，油
泵，油
过滤器，
油雾消除器，密封气体面板橇，水清洗橇，干
燃料气体洗涤器橇，
变压器等。
[0037] 一些或所有所述附件可安装在基板3上。在图1和图2的示意图中，参照标号31标明安装在基板3上的燃气涡轮发动机5的一些附件。
[0038] 燃气涡轮发动机5和相关附件经由工具控制，工具位于可安装在基板3上的控制和电气室33中。在一些实施例中，控制和电气室33位于空气过滤腔15下方，以便减少安装在基板3上的器具和装置的总体足迹。额外附件可布置在空气过滤腔15上方，诸如润滑油冷却器36。
[0039] 根据优选实施例，上文描述的燃气涡轮系统1可意在用于陆上安装，且可安装在支撑结构41之上，支撑结构41设在燃气涡轮系统1的安装和使用场所处。支撑结构41可由
混凝土制成，且可延伸超过地平面GL达高度H。支撑结构41可包括竖直柱或立柱43，其支撑板层45。多个柱基47可从板层45的顶表面突出，且形成用于燃气涡轮系统1的基板3的搁置表面。
竖直定向的直的入口管道和出口管道在板层45下方延伸，一旦燃气涡轮系统1安装在支撑结构41上，则入口管道和出口管道流体地联接至压缩机23、25的入口和出口。在图2中，参照标号49A和49B分别标明用于压缩机23的入口管道和出口管道，而参照标号51A和51B分别标明用于压缩机25的入口管道和出口管道。
[0040] 在其他实施例中，支撑结构41可包括竖直延伸的立柱或柱43，且没有水平板层。
[0041] 截至目前描述的燃气涡轮系统1可在组装、调试和测试的场所处组装、调试和测试。各种器具、装置和工具(包括控制和电气室、燃气涡轮发动机、其附件和负载)可安装在相同基板3上。可完成所需的所有接线和流体连接，且系统可在负载条件下运行。
[0042] 一旦调试和测试完成，完全模块化的燃气涡轮系统1可运送至安装和使用的场所。在系统组装、调试和测试时进行的所有接线和连接可保持。
[0043] 将完整模块安装在支撑结构41之上可如图1、图2和图3(A)-3(D)中所示以及下文描述的那样进行。燃气涡轮系统1可例如借助于拖车55在地平面GL运输，且带到支撑结构41的侧上。例如，拖车55可构造和布置成沿平行于燃气涡轮发动机5的
旋转轴线且平行于轴线28的方向移动基板3和支撑在其上的相关器具、装置和工具。临时提升结构布置在支撑结构
41附近。临时提升结构可包括两排提升柱57，基板3借助于拖车55定位在其之间。
[0044] 基板3可设有
锚点3A，由提升柱57支撑的提升部件59可连接至其。提升部件59构造和控制成将基板3和支撑在其之上的相关机器提升至高度H1，大致对应于或略微大于基板3在安装于支撑结构41上时应当定位的最终高度。图3(A)和图3(B)示出提升运动F1。
[0045] 一旦基板3已经带到高度H1处，成组临时支撑框架61安装在基板3下方且在提升柱57之间。临时支撑框架61可包括多个立柱63和水平架空
底板65，如图3(C)中所示的那样。橇靴67提供成用于将基板3搁置在架空底板65之上。
[0046] 一旦基板3放置在架空底板65的顶表面上，如图1和图3(C)中所示，基板3可平行于燃气涡轮发动机5的旋转轴线转移，且根据箭头F2从架空底板65移动到支撑结构41上的最终位置中，如图2和图3(D)中所示的那样。然后使基板3搁置在柱基上且锚固至其且/或直接锚固至板层45，而橇靴67可移除。临时支撑框架61和提升柱57可拆卸和移除。
[0047] 一旦基板3安装在支撑结构41之上，压缩机入口23A、23B和出口25A、25B可流体地联接至竖直地延伸的直的入口管道49A、49B和出口管道51A、51B。支撑结构41的高度H选择成使得压缩机入口23A、23B和出口25A、25B与地平面GL之间的距离足以布置直的入口管道49A、49B和出口管道51A、51B，其轴向长度是相应内径尺寸的N倍，其中N优选至少为3，且在一些实施例中，N在3到15之间，优选在4到11之间。直的入口管道和出口管道的轴向尺寸允许在压缩机入口和出口处获得更均匀的气流轮廓，因此积极地影响压缩机效率，且还降低由于气流中的
旋涡而引起的流损耗。
[0048] 如果支撑结构41仅包括竖直延伸的立柱且没有水平板层，则基板3可使用不同的系统(例如，借助于提升
起重机)放置在支撑结构41之上。
[0049] 尽管在上面描述的实施例中，燃气涡轮系统1的所有工具安装在基板3上，使得系统形成单个模块，其可在调试和测试之后运送至安装和使用的最终场所，而不断开形成系统1的任何构件，但在其他实施例中，模块可分成两个或更多个子模块。这基于现有约束可为便利的或变得必要，例如，如果沿模块的路线，从组装、调试和测试的场所至最终安装和使用的场所，存在对模块的总体尺寸或重量的限制。在该情况下，燃气涡轮系统1的各种构件可以以便利方式分成预组装单元或子模块，即，以一种方式，以便减少再次断开和重新连接子模块所需要的工作。
[0050] 根据一些实施例，例如，空气过滤腔15可安装在单独的基板上，而燃气涡轮系统1的其余构件安装在一个单个基板3上。支撑空气过滤腔15的单独基板可安装在支撑结构41上，或单独的支撑结构上(如果需要如此)，单独的支撑结构可放置在地平面上(例如，在基板3的侧上)。
[0051] 根据其他实施例，压缩机组21或其部分可安装在辅助的可分离基板部分上，可分离基板部分可与其余基板3分离。
[0052] 图4在类似于图2的侧视图中示出了支撑结构41上的根据本公开的燃气涡轮系统1。相同参照标号指示如图2中所示的相同或等同构件、部分或元件，其在本文中不再次描述。在图4中，辅助基板部分示意性地在3C处示出。基板部分3C在组装、调试和测试期间可与基板3的其余部分组装。如果物流约束需要，带有支撑在其上的工具(特别是压缩机)的基板部分3C可在测试后与基板3的其余部分分离，使得两个子模块可分别地运送于最终目的地处。在那里，支撑压缩机组21的基板部分3C和基板3的其余部分可彼此分别地提升且转移到支撑结构41之上且组装到一起。
[0053] 备选地，在使用相同提升柱57和相同框架61以上文关于图1、图2和图3(A)-3(D)描述的相同方式提升整个基板3之前，基板部分3C可组装至基板3的其余部分。
[0054] 如果两个基板部分分别地提升到结构41上，则基板部分3C和基板的其余部分可使用相同提升柱57和框架61按顺序提升。在其他实施例中，在支撑结构41的相对侧上的单独的两组提升柱57和框架61可用于分别地提升两个基板部分。
[0055] 一侧上的控制和电气室以及另一侧上的燃气涡轮发动机5之间的接线和连接的大部分将保留，使得减少将系统已分成的预组装单元再组装所需的时间。
[0056] 如果燃气涡轮系统1将在其中操作的环境条件如此需要，则保护性外壳可提供成围绕安装在基板3上的一些或所有机器。例如，外壳71可布置成围绕压缩机组21。外壳71可包括保护性面板或类似结构，例如用于冬化系统，即，用于保护布置在外壳71内的机器免于苛刻的环境条件，诸如极低
温度，从而提供所谓的冬化保护结构。
[0057] 在图1至图3的实施例中，模拟化燃气涡轮系统1是单甲板系统，其中机器布置在基板3的顶表面3T上。在其他实施例中，可提供多甲板结构。例如，图4示出双甲板结构，其中在基板3上提供了立柱81和横梁83，其可支撑一个或多个架空行进起重机，示意性地在85处示出。架空行进起重机可用于将机器构件移动到基板3上。架空行进起重机和支撑它们的相关横梁形成燃气涡轮系统1的第二甲板，其布置在第一甲板上方，第一甲板由基板3和由此支撑的相关机器形成。两个甲板可在组装、调试和测试的场所处组装，且然后在系统1运送至最终目的地场所时拆卸，在那里，两个甲板再次组装。在其他实施例中，完整的多甲板系统可从组装、调试和测试的场所运送至最终目的地场所，而不拆卸和再组装两个甲板。
[0058] 如图4中所示的双甲板模块化系统完全独立，因为用于移动系统的各种机器构件和工具的设备由基板3支撑。在其他实施例中，架空行进起重机或其他提升和处理设备可位于容纳系统1的外部工棚或建筑中。在还有另外的实施例中，如果足够空间可用且如果环境条件如此允许，则起重机以及类似提升和处理设备可放置在围绕系统1的开放空间中。
[0059] 在未示出的另外的实施例中，可提供多甲板模块化系统，其中旋转机器放置在单独和叠置的甲板上。
[0060] 尽管本文描述的主题的公开的实施例已经在附图中示出且关于若干示例性实施例详尽且详细地在上文完全描述，但对于本领域普通技术人员而言将明显的是，可能进行许多
修改、改变和省略，而不本质上脱离本文阐述的新颖教导、原理和概念以及所附权利要求中叙述的主题的优点。因此，公开的创新的适当范围应当仅由所附权利要求的最宽解释确定，以便包含所有此类修改、改变和省略。此外，任何过程或方法步骤的顺序或次序可根据备选实施例而改变或重新排序。
