轮机体系的示意图，前端驱动燃气 满轮机体系包括中间轴和减速机构W减小燃气满轮机中的压缩机的前级的速度，再加热部 段，至少一个单型低损耗轴承，W及由低密度材料制造的至少一个旋转部件；W及
[0032] 图9是根据本发明的实施例的多轴、前端驱动燃气满轮机体系的示意图，多轴、前 端驱动燃气满轮机体系包括经由低速卷轴禪联到低压满轮机部段的低压压缩机部段和经 由高速卷轴禪联到高压满轮机部段的高压压缩机部段，并且还包括与动力系一起使用的至 少一个单型低损耗轴承和由低密度材料制造的至少一个旋转部件。
【具体实施方式】
[0033] 如上所述，许多机械驱动体系使用结合高粘度润滑剂（即，油）的滑动轴承来支撑 燃气满轮机和与其连接的负荷压缩机的旋转部件。油轴承具有高维护间隔成本并且导致驱 动系中的过度粘性损失，运又会不利地影响燃气满轮机驱动的负荷压缩机的操作。也存在 与伴随油轴承的油擦关联的成本。
[0034] 低损耗轴承是油轴承的使用的一种替代。然而，某些燃气满轮机驱动的机械驱动 体系对于低损耗轴承的使用来说难W应用。具体地，当燃气满轮机尺寸增加时，支撑轴承垫 面积作为转子轴直径的平方增加，而机械驱动体系的重量作为转子轴直径的立方增加。因 此，为了实现低损耗轴承，轴承垫面积的增加和重量的增加应当均衡地相等。因此，期望包 含用于机械驱动体系的轻质或低密度材料，其有助于促进期望的均衡性。
[0035] 除了产生具有低损耗轴承可支撑的重量的机械驱动体系W外，更轻质材料的使用 也可W促进产生更大空气流的能力。迄今为止，在运样的驱动系中生成更高空气流流量是 困难的，原因是在燃气满轮机的操作期间作用于旋转叶片的离屯、负荷随着产生期望空气流 流量所需的更长叶片长度而增加。例如，在燃气满轮机中使用的多级轴流式压缩机的前级 中的旋转叶片大于压缩机的中级和后级中的旋转叶片。运样的配置使轴流式压缩机的前级 中的更长、更重旋转叶片在操作期间由于更长和更重叶片的旋转所引起的大离屯、牵引更容 易雙到局应力。
[0036] 特别地，前级中的叶片由于转子轮的高旋转速度而受到大离屯、牵引，运又使叶片 受到应力。当更期望增加叶片的尺寸W便产生可W生成某些应用需要的更高空气流流量的 燃气满轮机的压缩机时，会在轴流式压缩机的前级中的旋转叶片上产生的大的附连应力成 为问题。类似的考虑也适用于负荷压缩机。
[0037] 因此，期望提供一种机械驱动体系，其包含在燃气满轮机或负荷压缩机中应用的、 与低密度材料结合使用的一个或多个低损耗轴承。运样的体系提供更少的粘性损失，由此 增加机械驱动体系的总体效率。
[0038]本发明的各实施例设及提供具有单型低损耗轴承和低密度材料的燃气满轮机驱 动的机械驱动体系。当在本文中使用时，短语"机械驱动体系"指的是移动部件的组件，其 包括共同地彼此联系W压缩流体的压缩机部段、满轮机部段、再加热满轮机部段、动力满轮 机部段和负荷压缩机部段中的一个或更多个的旋转部件。短语"机械驱动体系"、"机械驱动 系"和"燃气满轮机驱动的机械驱动体系"可W可互换地使用。短语"燃气满轮机体系"指 的是包括压缩机部段、燃烧器部段和满轮机部段并且可W可选地包括再加热燃烧器部段、 再加热满轮机部段和动力满轮机部段的系统。燃气满轮机体系是本文中所述的机械驱动体 系的子集。
[0039] 如在本文中使用的，"单型低损耗轴承"是主轴承组件，其具有单个的工作流体，该 工作流体具有很低粘度，并且当安装时，该主轴承组件可W具有作为滚柱轴承元件的伴随 副轴承。"主轴承组件"可W是轴颈轴承、推力轴承或邻近推力轴承的轴颈轴承。在本单型低 损耗轴承中使用的"很低粘度"流体的示例具有小于水的粘度（即，在20°C下为1厘泊），并 且可W包括但不限于：空气（例如，在高压空气轴承中），气体（例如，在高压气体轴承中）， 磁通量（例如，在高通量磁轴承中），和蒸汽（例如，在高压蒸汽轴承中）。在气体轴承中， 气态流体可W是惰性气体（例如，氮气），二氧化氮（N02)，二氧化碳（C〇2)，或控（包括甲烧、 乙烧、丙烷等）。用作副或后备轴承的滚柱轴承元件的示例包括球形滚柱轴承、圆锥滚柱轴 承、锥形滚柱轴承和陶瓷滚柱轴承。 W40] 如在本文中使用的，"低密度材料"是具有小于大约0.200Am/in3的密度的材料。 适合用于图中所示和本文中所述的旋转部件（例如，叶片130、135)的低密度材料的例子包 括但不限于：复合材料，其包括陶瓷基复合材料（CMCs)、有机基复合材料（OMCs)、聚合物玻 璃复合材料（PGCs)、金属基复合材料（MMCs)和碳-碳复合材料（CCCs);被；铁（如Ti-64、 Ti-6222和Ti-6246);包括铁和侣的金属间化合物（如TiAl、TiAlz、TiAls和Ti3AI);包括 铁和侣的金属间化合物（如化Al);包括销和侣的金属间化合物（如PtAl);包括钻和侣的 金属间化合物（如CbAl);包括裡和侣的金属间化合物（如LiAl);包括儀和侣的金属间化 合物（如NiAl);W及泡沫儀。
[0041] 在包括权利要求的本申请中使用短语"低密度材料"不应当被理解为将本发明的 各实施例限制到单一低密度材料的使用，而是可W被理解为指的是包括相同或不同低密度 材料的成分。例如，第一低密度材料可W在体系的一个部段中使用，而第二（不同）低密度 材料可W在另一部段中使用。在图中，低密度材料的使用由可W使用运样的低密度材料的 驱动系的相应部段中的虚线表示。尽管图可能示出在机械驱动体系或燃气满轮机体系的多 数或所有部段中使用低密度材料，但是应当理解低密度材料可W被限制到仅仅由低损耗轴 承支撑的那些部段。
[0042] 相比于上述的低密度材料，"高密度材料"是具有大于大约0.200Am/in3的密 度的材料。（在本文中使用的）高密度材料的示例包括但不限于：儀基超合金（如呈单 晶、等轴或定向结晶形式的合金，其示例包括INCONEL?625、、INCONEL⑥706 和INCONEL?718 );钢基超合金（如锻造CrMoV及其衍生物，GTD-450、GTD-403Cb和 GTD-403Cb+) ;W及所有不诱钢衍生物（如17-4PH⑩不诱钢、AISI型410不诱钢等）。
[0043] 如本文中描述的使机械驱动体系具有单型低损耗轴承和低密度材料的技术效果 在于运些体系：(a)提供在驱动系中使用低损耗轴承的能力，否则驱动系将太重W致于不 能操作；化）允许常规地用于供给驱动系中的油轴承的油擦的重新配置；W及（C)输送高输 出负荷，同时最小化典型地通过油基轴承的使用引入驱动系中的粘性损失。
[0044] 通过使用包括低密度材料的燃气满轮机中的旋转叶片输送更大量的空气流转化 为燃气满轮机的更高输出。因此，燃气满轮机制造商可W增加旋转叶片的尺寸W生成更 高的空气流流量，同时保证运样的更长叶片符合规定的入口圆环（AN2)极限W避免叶片上 的过度附连应力，即使当叶片由低密度材料制造时。应当注意AN2是旋转叶片的圆环面积 A(in2)和旋转速度N平方（rpm2)的乘积，并且用作一般地量化来自燃气满轮机的额定功率 输出的参数。
[0045] 图1至4示出包括燃气满轮机的各种机械驱动体系，该机械驱动体系可W包括多 个轴承位置。图5至9示出各种燃气满轮机体系，该燃气满轮机体系可W包括多个轴承位 置。低损耗轴承140可W根据需要在驱动系中的任何位置使用，不管机械驱动体系的负荷 输出。可能可取的是与低损耗轴承结合使用低密度材料，原因是更大的部件尺寸和与更高 负荷输出关联的重量增加可能需要使用低密度材料。在一些实施例中，可W预料可W在旋 转部件中没有低密度材料的情况下使用低损耗轴承，但是通过针对旋转部件中的至少一些 使用低密度材料可W获得改善的性能和/或操作。
[0046] 在使用低损耗轴承来支撑机械驱动体系的特定部段的那些情况下，可W在驱动系 的该部段的特定旋转部件中使用低密度材料。例如，如果低损耗轴承正在支撑满轮机部段， 则低密度材料可W在满轮机部段内的旋转叶片的一个或更多个级中使用（如虚线所示）。 类似地，如果低损耗轴承正在支撑负荷压缩机，则低密度材料可W在负荷压缩机的旋转部 件中使用（也由虚线指示）。
[0047] 术语"旋转部件"旨在包括压缩机部段、满轮机部段、再加热满轮机部段、动力满轮 机部段和负荷压缩机的移动部件中的一个或更多个，如叶片（也称为翼型）、盖板、间隔件、 密封件、护罩、隔热件W及运些和其它移动部件的任何组合。在本文中为了方便起见，压缩 机、满轮机和负荷压缩机的旋转叶片将通常说成由低密度材料制造。然而，应当理解低密度 材料的其它部件可W作为旋转叶片的附加或替代被使用。尽管接下来关于示出的驱动系体 系的描述用于商业或工业机械驱动体系，但是本发明的各种实施例不意味着仅仅被限制到 运样的应用。而是，使用单型低损耗轴承和低密度材料的旋转部件的概念可应用于使用可 压缩流体来驱动具有可压缩或几乎不可压缩流体的负荷装置的所有类型的燃烧式满轮机 或旋转式满轮机。使用可压缩流体的负荷装置的示例包括但不限于独立压缩机（如多级轴 流式压缩机装置）、飞机发动机、船用动力驱动等。使用几乎不可压缩流体（例如，水、LNG) 的负荷装置的示例包括但不限于累、水力制动器、螺杆压缩机、齿轮累等。
[0048] 本文中描述的各种实施例不意味着被限制到任何特定类型的负荷压缩机。而是， 本发明的各种实施例适合用于可W由燃气满轮机驱动的任何类型的负荷压缩机。适合用于 本文中描述的各种实施例的燃气满轮机驱动的负荷压缩机的示例包括但不限于：轴流式压 缩机，离屯、式压缩机，正排量压缩机，往复式压缩机，天然气压缩机，水平剖分压缩机，竖直 剖分压缩机，整体齿轮压缩机，双流压缩机等。此外，本领域的技术人员将领会本文中描述 的各种实施例也适合用于不由燃气满轮机驱动的独立压缩机。
[0049] 现在参考图，图I是具有燃气满轮机10和负荷压缩机160的单轴、简单循环燃气 满轮机驱动的机械驱动体系100。根据本发明的实施例，至少一个单型低损耗轴承和由低密 度材料制造的至少一个旋转部件用于驱动系。如图1中所示，燃气满轮机10包括压缩机部 段105、燃烧器部段110和满轮机部段115。燃气满轮机10是具有负荷压缩机160的前端 驱动装置，使得负荷压缩机160邻近压缩机部段105定位。可W使用燃气满轮机10的其它 体系，如图7、8和9中所示的体系。
[0050] 图1和图2-9没有示出压缩机部段105、燃烧器部段110、W及满轮机部段115的 所有连接和配置。然而，可W根据常规技术进行运些连接和配置。例如，压缩机部段105可 W包括将入口空气提供给压缩机的进气管线。第一管路可W将压缩机部段105连接到燃烧 器部段110并且可W将由压缩机部段105压缩的空气引导到燃烧器部段110中。燃烧器部