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Umschaltbare Turbomaschine
Die Erfindung betrifft eine umschaltbare Turbomaschine, welche bei Drehung in der einen Richtung als Pumpe und bei Drehung in der dazu entgegengesetzten Richtung als Turbine arbeitet und bei der ein zum Anfahren in Pumpendrehrichtung dienender Hilfsturbinenschaufelkranz mit dem Laufrad fest verbun- den ist.
Beim Anfahren einer umschaltbaren Pumpen-Turbine als Pumpe ergibt sich die Schwierigkeit, dass bei direktem Anfahren eine grosse Stromaufnahme erforderlich ist, was zu Störungen im elektrischen Sy- stem Anlass gibt. Um das Anfahrmoment zu verringern, kann vorgesehen werden, dass der Läufer sich zu- nächst in Luft dreht, indem das Wasser beispielsweise durch eingeführte Luft zurückgedrängt wird. Aber auch dann ist das direkte Anfahren noch schwierig, denn nachdem die Maschine die Betriebsdrehzahl er- reicht hat, ist die Luft abzulassen und der Maschine ist allmählich die grosse Wassermenge zuzuführen, was eine Schwierigkeit darstellt.
Es ist bekannt, eine Pumpenanlage mit Hilfe eines Hilfsturbinenlaufrades, welches mit dem Haupt- laufrad verbunden ist, anzufahren. Bei dieser Anlage sind die Zuführungen für das Wasser zum Hauptlaufrad und zum Hilfslaufrad vor dem Eintritt in die Laufräder nicht voneinander getrennt. Es sind in der Zu- führung für beide Laufräder getrennte Leit- bzw. Schliessvorrichtungen angeordnet, die aber bei Schliessstellung einen beträchtlichen Abstand vom Umfang der Laufräder haben. Das hat den Nachteil, dass bei Schliessstellung für das Hilfslaufrad eine beträchtliche Menge Wasser in das Hilfslaufrad gelangt, wodurch Ventilationsverluste entstehen und damit durch Reibungsverluste eine Verschlechterung des wlrxungsgrades eintritt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, beim Anfahren einer umkehrbaren Pumpenturbine in Pumpendrehrichtung ein Hilfsturbinenlaufrad zu verwenden, ohne dass der Wirkungsgrad der Anlage bei normalem Pumpen- und Turbinenbetrieb unzulässig verschlechtertwird. Ausserdem soll dabei der konstruktive Aufbau gegenüber bisher bekannten derartigen Anlagen vereinfacht werden.
Die Erfindung besteht darin, dass der Hilfsturbinenschaufelkranz an der zur Hauptwelle gelegenen Seite des Laufrades angeordnet ist und einen wesentlich kleineren Raddurchmesser als der Schaufelkranz des Hauptlaufrades aufweist und dass im Nabenkörper des Hauptlaufrades eine zentrische Durchtrittsöffnung für das den Hilfsturbinenschaufelkranz verlassende Wasser vorgesehen ist.
Man erreicht nämlich durch die Verkleinerung des Hilfslaufraddurchmessers, dass bei geschlossener Zuführung für das Hilfslaufrad die auftretenden unverbindlichen Ventilationsverluste beträchtlich vermindert werden. Überdies wird der konstruktive Aufbau dadurch vereinfacht, dass ein getrenntes Abflussrohr für das Wasser, welches die Hilfsturbine verlässt, nicht erforderlich ist ; denn es gelangt über die in der Nabe angebrachte zentrische Öffnung in das Zu- und Abflussrohr für das Hauptlaufrad.
Die Zuführung für das Wasser von der Oberwasserseite zum Hilfslaufrad kann am oberen Gehäuseteil angeordnet und vor seinem Eintritt in das Hilfslaufrad durch eine Wand von dem dem Hauptlaufrad zugeführten Wasser getrennt sein. Damit wird eine Verbesserung der Abdichtung bei den in diesen Zuführungen angeordneten Schliessvorrichtungen und damit eine weitere Herabsetzung der Reibungsverluste erreicht.
Das Hilfslaufrad ist so ausgelegt, dass mit seiner Hilfe das Hauptlaufrad angefahren und auf die Betriebsdrehzahl gebracht werden kann. Die Zuführung von Wasser zum Hilfslaufrad kann durch eine dicht am äusseren Umfang des Hilfslaufrades vorgesehene ringförmige Verschlussvorrichtung reguliert werden.
Es können aber auch eine Reihe von einzelnen Ventilen, die vom Gleit-, Schmetterlings-, Nadel- oder
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Rotationstyp sein können, in der Zuführung angeordnet sein.
Das Ausströmen des Wassers aus dem Hilfslaufrad kann durch einen kräftigen, konisch ausgebildeten
Verschlussteil reguliert werden, der in axialer Richtung verschiebbar ist. Der konische Verschlussteil kann durch einen in der Hauptwelle angebrachten Servomotor gesteuert sein.
Da die von der Pumpe aufgenommene Leistung vor dem Fördern von Wasser in die Rohrleitung be- trächtlich geringer als die volle Förderleistung ist, braucht der Hilfsläufer nur einen Teil der erforderli- chen vollenFörderleistung der Pumpe zu entwickeln. Das Hilfslaufrad kann deshalb beträchtlich kleiner als das Hauptlaufrad sein. Darüber hinaus kann, da das Hilfslaufrad nur als Turbinenlaufrad wirksam ist, der
Durchmesser desselben noch weiter verkleinert werden, so dass der erforderliche Durchmesser wesentlich kleiner als der des Hauptlaufrades ist.
Der Gegenstand der Erfindung ist nachstehend an Hand des in der Zeichnung schematisch dargestellten
Ausführungsbeispieles, welches einen teilweisen Längsschnitt durch eine Pumpen-Turbine darstellt, näher erläutert.
Das Spiralgehäuse 1 ist über einen zur Erhöhung der Geschwindigkeit dienenden grossen ringförmigen
Raum 2, der mit feststehenden Schaufeln versehen ist, mit der Verschlusseinrichtung 4 des Hauptlaufrades
6, welches wechselweise als Turbinenlaufrad oder als Pumplaufrad wirken kann, verbunden. Das Spiralgehäuse 1 führt des weiteren über einen kleinen zur Erhöhung der Geschwindigkeit dienenden ringförmigen Raum 3 und über zur Führung dienende Schaufeln 5 zu dem Hilfsturbinenlaufrad 7.
Das Hilfslaufrad 7 ist mit dem Hauptlaufrad 6 verbunden und arbeitet als Turbinenlaufrad zum Anfahren des Hauptlauf- rades 6 in Pumpendrehrichtung, oder es ist. wie in der Zeichnung dargestellt, in seiner Wirkung stillelegt, indem es von seinem zugehörigen ringförmigen Raum 3 mit Hilfe eines ringförmigen Verschlussteiles 15, welches am oberen Gehäuseteil 14 angeordnet ist und vom unterwasserseitigen Rohr 8 des Hauptlaufrades 6 durch einen konischen Verschlussteil 9 getrennt ist.
Bei stillgelegtem Hilfslaufrad kann das in ihm befindliche Wasser mittels Druckluft-die durch bekannte, nicht dargestellte Mittel eingeleitet werden kann-herausgedrängt werden.
In der Welle 10 des aus Hauptlaufradteil 6 und Hilfslaufradteil 7 bestehenden Laufrades ist eine hydraulisch wirkende Verstellvorrichtung angeordnet, die aus einem Zylinder 12 besteht, in welchem sich ein Kolben 13 bewegen kann, der mit dem konischen Verschlussteil 9 über eine Stange 11 verbunden ist.
Beim Aufbringen von Flüssigkeitsdruck unter den Kolben 13 wird erreicht, dass durch den Kolben der konische Verschlussteil 9 nach oben bewegt wird, wodurch die Auslassöffnung vom Hilfslaufrad 7 zum unterwasserseitigen Rohr 8 freigegeben wird.
In diesem Ausführungsbeispiel geschieht die Verstellung des ringförmigen Verschlussteiles 15 ebenfalls mit Hilfe einer hydraulisch wirkenden Verstellvorrichtung 16. Es versteht sich, dass der Verschlussteil 15 auch durch andere bekannte Mittel verstellt werden kann, beispielsweise mittels eines Getriebes. Die Verstellvorrichtung erlaubt den Verschlussteil 15 nach oben zu bewegen, wenn Wasser aus dem zur Erhöhung der Geschwindigkeit dienenden Raum 3 zum Hilfslaufrad 7 gelangen soll.
Ebenfalls können auch für die Verstellung des Verschlussteiles 9 andere bekannte Mittel dienen.
Die weiteren zum besseren Verständnis und der Vollständigkeit halber gezeigten Teile der PumpenTurbine sind herkömmlicher und damit bekannter Natur und erfordern deshalb im einzelnen keine weitere Beschreibung.
PATENTANSPRÜCHE ;
1. Umschaltbare Turbomaschine, welche bei Drehung in der einen Richtung als Pumpe und bei Drehung in der dazu entgegengesetzten Richtung als Turbine arbeitet und bei der ein zum Anfahren in Pumpendrehrichtung dienender Hilfsturbinenschaufelkranz mit dem Laufrad fest verbunden ist, dadurch ge- kennzeichnet, dass der Hilfsturbinenschaufelkranz ander zur Hauptwelle gelegenen Seite des Laufrades angeordnet ist und einen wesentlich kleineren Raddurchmesser als der Schaufelkranz des Hauptlaufrades aufweist und dass im Nabenkörper des Hauptlaufrades eine zentrische Durchtrittsöffnung für das den Hilfsturbinenschaufelkranz verlassende Wasser vorgesehen ist.