BG67418B1 - Water storage power plant with controlled suction pressure - Google Patents

Water storage power plant with controlled suction pressure Download PDF

Info

Publication number
BG67418B1
BG67418B1 BG113168A BG11316820A BG67418B1 BG 67418 B1 BG67418 B1 BG 67418B1 BG 113168 A BG113168 A BG 113168A BG 11316820 A BG11316820 A BG 11316820A BG 67418 B1 BG67418 B1 BG 67418B1
Authority
BG
Bulgaria
Prior art keywords
motor
generator
pump
water
suction
Prior art date
Application number
BG113168A
Other languages
Bulgarian (bg)
Other versions
BG113168A (en
Inventor
Георги Стоилов
Димов Стоилов Георги
Димо Стоилов
Георгиев Стоилов Димо
Original Assignee
Технически Университет - София
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Технически Университет - София filed Critical Технически Университет - София
Publication of BG113168A publication Critical patent/BG113168A/en
Publication of BG67418B1 publication Critical patent/BG67418B1/en

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03BMACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B13/00Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates
    • F03B13/06Stations or aggregates of water-storage type, e.g. comprising a turbine and a pump
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03BMACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B11/00Parts or details not provided for in, or of interest apart from, the preceding groups, e.g. wear-protection couplings, between turbine and generator
    • F03B11/002Injecting air or other fluid
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03BMACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B15/00Controlling
    • F03B15/005Starting, also of pump-turbines
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03BMACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B3/00Machines or engines of reaction type; Parts or details peculiar thereto
    • F03B3/10Machines or engines of reaction type; Parts or details peculiar thereto characterised by having means for functioning alternatively as pumps or turbines
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03BMACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B3/00Machines or engines of reaction type; Parts or details peculiar thereto
    • F03B3/10Machines or engines of reaction type; Parts or details peculiar thereto characterised by having means for functioning alternatively as pumps or turbines
    • F03B3/106Machines or engines of reaction type; Parts or details peculiar thereto characterised by having means for functioning alternatively as pumps or turbines the turbine wheel and the pumps wheel being mounted in adjacent positions on the same shaft in a single casing
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/20Hydro energy
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/16Mechanical energy storage, e.g. flywheels or pressurised fluids

Abstract

The water storage power plant with controlled pressure finds application in modern power systems and is used as a source of balancing/regulating power and ancillary services. The water storage power plant with controlled pressure consists of at least one three-machine unit comprising a water turbine (5), a generator/motor (6) and a single-stage or multi-stage pump (7). The three machines are connected by a horizontal or vertical shaft. The power plant also comprises three sleeves as branches of a pressure pipeline (4) connected to a groundwater and water tower (3) in an upper reservoir (1). The sleeve (14) is in turn connected via a shut-off valve (13d) to an injector-suction (ejector) (15), which is arranged in a suction inlet (16) and whose regulating needle (18) is connected to the control device (17). Ribs (19) are arranged along the outer surface of the outlet of the injector-sucker (15). The suction inlet (16) is connected to a downstream reservoir (2) by means of a control valve (13f), an inlet pipeline (9) and a water tower (11). The suction inlet (16) is connected to the inlet of the impeller of the pump (7), which on the one side is connected to one of the sleeves of the pressure pipeline (4) via a regulating valve (13c) and on the other side connected to the generator/motor (6) via a coupling (12c), wherein the generator/motor (6) is connected to the turbine (5) via a connector (12a), and the turbine (5) is connected on one side to one of the sleeves of the pressure pipeline (4) via a regulating valve (13a) and on the other side to the lower tank (2) via a regulating valve (13a) and a discharge pipeline (8) ending in a water tower (10). In the power plant, according to the invention, the switching on and off of the generator/motor (6) and the pump (7) is ensured without disturbing effects on the parts of the power plant itself and of the power system, and an effective real-time regulation of the load of the generator/motor (6) is achieved.

Description

(54) ВОДОЗАПАСЯВАЩА ЕЛЕКТРОСТАНЦИЯ C УПРАВЛЯЕМ СМУКАТЕЛЕН НАПОР(54) WATER STORAGE POWER PLANT C CONTROLLED SUCTION EFFORT

Област на техникатаField of technique

Водозапасяващата електростанция с управляем смукателен напор намира приложение в съвременните електроенергийни системи и се използва, като източник на балансираща/регулираща енергия и спомагателни услуги.The water storage power plant with controllable suction head is used in modern power systems and is used as a source of balancing/regulating energy and auxiliary services.

Предшестващо състояние на техникатаPrior art

Помпите се усъвършенстват от откриването им през средните векове насам. Правени са предложения за усъвършенстване на конструкциите и функционирането им. Едни разкриват методи и апарати за подобряване на ефективността и сигурността, например [I.3] - [I.7], други представят устройства за облекчаване на пусковия процес [I.8], трети - за регулиране мощността на помпата [I.9], [I.10] и пр.Pumps have been perfected since their discovery in the Middle Ages. Proposals have been made to improve the structures and their functioning. Some disclose methods and devices for improving efficiency and security, for example [I.3] - [I.7], others present devices for easing the start-up process [I.8], others for regulating pump power [I.9] ], [I.10], etc.

Широкото разпространение на пресекваеми генератори от възобновяеми първоизточници в съвременните и бъдещи EEC увеличава изискванията за отзивчивост (податливост на управление) и надеждност към ВЕСПЕЗ. Като отговор тримашинните агрегати се усъвършенстват чрез два подхода: i) тъй нареченото „хидравлично късо съединение“ (едновременна работа на турбината и помпата) и ii) агрегати с изменяема скорост на въртене [II.3], [II.4], [I.11].The wide spread of interruptible generators from renewable primary sources in modern and future EEC increases the requirements for responsiveness (controllability) and reliability to VESPEZ. As a response, three-engine units are being improved by two approaches: i) so-called "hydraulic short-circuiting" (simultaneous operation of turbine and pump) and ii) variable-speed units [II.3], [II.4], [I .11].

Водните електростанции с помпено енергийно запасяване (ВЕСПЕЗ) са най-евтиния и универсален източник на балансираща/регулираща електроенергия и всички видове спомагателни услуги в съвременните електроенергийни системи (EEC) [II. 1], [II.2].Hydroelectric power plants with pumped energy storage (PESP) are the cheapest and universal source of balancing/regulating electricity and all kinds of auxiliary services in modern electric power systems (EEC) [II. 1], [II.2].

При електропроизводствен режим запасената в горния водоем водна енергия движи турбината, която върти електромагнитен генератор, за да произвежда и вкарва в мрежата толкова електроенергия, колкото е зададена от диспечера на EEC.In power generation mode, the water energy stored in the upper reservoir drives a turbine that spins an electromagnetic generator to produce and feed into the grid as much electricity as set by the EEC controller.

При електропотребителски режим генераторът работи като мотор, който използва електроенергия от мрежата, за да върти помпата, която издига водата от долния в горния водоем.In power user mode, the generator works as a motor that uses electricity from the grid to turn the pump that raises the water from the lower to the upper reservoir.

В една ВЕСПЕЗ може да има няколко агрегата от различно съчетани машини. Известните агрегати се типизират в два основни вида, въпреки наличието на изключения [I.1], [I.2], [II.3].In one VESPEZ there can be several aggregates of differently combined machines. Known aggregates are typified into two main types, despite the presence of exceptions [I.1], [I.2], [II.3].

Първият вид съставлява агрегат от две машини: обратим генератор/мотор и обратима турбина/помпа, а вторият вид - агрегат от три машини: турбина, генератор/мотор и помпа.The first type is an assembly of two machines: a reversible generator/motor and a reversible turbine/pump, and the second type is an assembly of three machines: a turbine, a generator/motor and a pump.

При двата вида агрегати пускането на турбината и генератора е бързо и не предизвиква смущения в EEC, а след синхронизиране вкарваната в мрежата мощност се регулира с голяма скорост в широк работен диапазон.In both types of units, turbine and generator start-up is fast and does not cause disturbances in the EEC, and after synchronizing, the power fed into the grid is regulated at high speed over a wide operating range.

За разлика от пускането на турбината и генератора, всяко развъртане на мотора и помпата предизвиква ударни натоварвания на агрегата и на EEC, водещи до чести повреди. За избягване на претоварвания се прилагат специални средства: развъртащ мотор или развъртаща турбина, пусков трансформатор или пусков превключвател, честотен преобразувател и пр. Освен това за намаляване на пусковото натоварване водата от работното колело на помпата трябва да е изпразнена, за което е необходима инсталация със сгъстен въздух.Unlike running the turbine and generator, each revving of the motor and pump causes shock loads to the unit and EEC, leading to frequent failures. To avoid overloads, special means are applied: a spinning motor or spinning turbine, starting transformer or starting switch, frequency converter, etc. In addition, to reduce the starting load, the water from the pump impeller must be emptied, for which an installation with compressed air.

Непосредствено след включване на мотора към мрежата, нагнетеният въздух се освобождава от помпата и се отварят клапите на напорния тръбопровод и изпускателя. За няколко секунди моторът се натоварва рязко до пълната мощност, определена от дебита и напора на помпата. Този товар е практически нерегулируем през цялото време на работа на помпата. С други думи моторът не е отзивчив към измененията на честотата и другите условия в електрическата мрежа, например претоварвания или случайни смущения.Immediately after connecting the motor to the mains, the compressed air is released from the pump and the valves of the pressure pipeline and the discharger are opened. In a few seconds, the motor is suddenly loaded to full power, determined by the flow rate and pump head. This load is practically unadjustable throughout the pump's operating time. In other words, the motor is not responsive to changes in frequency and other conditions in the power grid, such as overloads or random disturbances.

При известните тримашинни агрегати напорният тръбопровод от горния водоем се разклонява на два ръкава непосредствено преди агрегата. Единият ръкав спуска водата до турбината, а по другия ръкав помпата изкачва обратно водата от долния към горния водоем. По време на работа в режим на хидравлично късо съединение част от изпомпената вода протича през турбината, което е съществен недостатък.In the known three-machine units, the pressure pipeline from the upper reservoir branches into two arms immediately before the unit. One sleeve lowers the water to the turbine, and along the other sleeve the pump takes the water back up from the lower to the upper reservoir. During operation in hydraulic short-circuit mode, part of the pumped water flows through the turbine, which is a significant drawback.

Техническа същност на изобретениетоTechnical essence of the invention

Задачата на изобретението е да се предложи водозапасяваща електростанция, при която се облекчава пускането и се повишава ефективността, сигурността и отзивчивостта на тримашинните хидроагрегати в помпен режим, без да се влошават показателите в турбинен режим.The task of the invention is to propose a water-storage power plant, in which the start-up is facilitated and the efficiency, security and responsiveness of three-machine hydro units in pump mode are increased, without worsening the indicators in turbine mode.

Задачата се решава с водозапасяваща електростанция с управляем смукателен напор, състояща се от поне един агрегат от три машини, включващи водна турбина 5, генератор/мотор 6 и едностъпална или многостъпална помпа 7. Трите машини са свързани чрез хоризонтален или вертикален вал. Водозапасяващата електростанция съдържа още три ръкава, като разклонения на напорен тръбопровод 4, свързан с водовземна и водовливна кула 3 в горен водоем 1. Ръкав 14 е свързан от своя страна чрез спирателен клапан 13d с впръсквач-смукач (ежектор) 15, разположен в смукател 16, чиято регулираща игла 18 е свързана с управляващо-устройство 17. По външната повърхност на изхода на впръсквача-смукач 15 са разположени пластинчати ребра 19.The task is solved with a water storage power plant with controllable suction head, consisting of at least one unit of three machines, including a water turbine 5, a generator/motor 6 and a single-stage or multi-stage pump 7. The three machines are connected by a horizontal or vertical shaft. The water storage power plant contains three more sleeves, as branches of a pressure pipeline 4 connected to a water intake and water intake tower 3 in an upper reservoir 1. Sleeve 14 is connected in turn through a shut-off valve 13d to an injector-suction (ejector) 15 located in a suction 16 , whose regulating needle 18 is connected to a control device 17. Plate ribs 19 are located on the outer surface of the injector-suction outlet 15.

Смукателят 16 е свързан с долен водоем 2 посредством регулиращ клапан 13е, смукателен тръбопровод 9 и водовземна кула 11. Смукателят 16 е свързан към входа на работното колело на помпата 7, която от една страна е свързана с единия от ръкавите на напорния тръбопровод 4 чрез регулиращ клапан 13с, а от друга страна е свързана с генератора/мотор 6 посредством съединител 12в, като генераторът/моторът 6 е свързан с турбина 5 чрез съединител 12а, а турбината 5 от една страна е свързана с единия от ръкавите на напорния тръбопровод 4 чрез регулиращ клапан 13а и от друга страна с долния водоем 2 посредством регулиращ клапан 13в и изпускателен тръбопровод 8, завършващ във водовливна кула 10.The sucker 16 is connected to the lower reservoir 2 by means of a regulating valve 13e, a suction pipeline 9 and a water intake tower 11. The sucker 16 is connected to the inlet of the impeller of the pump 7, which on the one hand is connected to one of the sleeves of the pressure pipeline 4 through a regulating valve 13c, and on the other hand is connected to the generator/motor 6 by means of a coupling 12c, the generator/motor 6 being connected to the turbine 5 via a coupling 12a, and the turbine 5 on the one hand being connected to one of the sleeves of the pressure pipeline 4 by means of a regulating valve 13a and on the other hand with the lower reservoir 2 by means of a regulating valve 13c and a discharge pipe 8 ending in a water tower 10.

Впръсквачът-смукач 15 може да бъде осъществен като тороид 20 с отвори 21 в горната му част, поставен във вътрешността на смукателя 16, към който е закрепен обърнат конус 22, в горната част на външната повърхност, на който са закрепени пластинчати ребра 19а.The suction injector 15 can be made as a toroid 20 with holes 21 in its upper part, placed inside the suction cup 16, to which is attached an inverted cone 22, on the upper part of the outer surface, to which plate fins 19a are attached.

Впръсквачът-смукач 15 може да бъде осъществен и като опасан около смукателя 16 външен тороид 23, към който са закрепени коляно-тръбни впръсквач-смукачи 24а, 24b и 24с, разположени във вътрешността на смукателя 16.The injector-sucker 15 can also be realized as an external toroid 23 wrapped around the sucker 16, to which elbow-tube injector-suckers 24a, 24b and 24c, located inside the sucker 16, are attached.

Изобретението допълва известната хидравлична схема на тримашинните агрегати, при които в края на напорния тръбопровод от горния водоем, разклоняващ се на два ръкава, е предвидено трето разклонение с още един ръкав. Разкриваният трети ръкав представлява тръбопровод, клапан и един или набор от впръсквачи-смукачи (ежектори), който се монтира в смукателя на помпата между работното колело и спирателната клапа на смукателния тръбопровод.The invention complements the well-known hydraulic scheme of the three-machine units, where at the end of the pressure pipeline from the upper reservoir branching into two arms, a third branch with another arm is provided. The disclosed third sleeve is a conduit, a valve, and one or a set of injectors (ejectors) that is installed in the pump suction between the impeller and the shut-off valve of the suction line.

Едната функция на впръсквач-смукача е да впръсква вода от напорния тръбопровод и едновременно да изсмуква вода от долния водоем. Другата му функция е да изменя налягането и скоростта на водата пред работното колело на помпата, а третата - да придаде въртеливост на потока пред работното колело.One function of the injector-suction pump is to inject water from the discharge pipe and simultaneously suck water from the lower reservoir. Its other function is to vary the pressure and velocity of the water in front of the pump impeller, and the third is to impart vorticity to the flow in front of the impeller.

Изобретението създава възможност за пускане на помпата без прекомерно натоварване на частите на агрегата и без смущаващо въздействие върху EEC, както и за регулиране на товара на мотора според икономическите и технически условия на пазара на електроенергия.The invention makes it possible to start the pump without excessive load on the parts of the unit and without a disturbing effect on the EEC, as well as to regulate the motor load according to the economic and technical conditions of the electricity market.

Разкриваните подобрения заменят спомагателните инсталации и апарати при известните станции, използвани за пускане на генератора/мотора и помпата, както и за регулиране на тяхната мощност. Освен това енергийните загуби при работа на тримашинен агрегат с трети ръкав са по-малки от загубите при известното „хидравлично късо съединение“.The disclosed improvements replace the auxiliary installations and apparatus at known stations used to run the generator/motor and pump and to regulate their output. In addition, the energy losses in the operation of a three-machine unit with a third sleeve are smaller than the losses in the well-known "hydraulic short circuit".

Предимствата на описаната водозапасяваща електростанция са:The advantages of the described water storage power plant are:

• пускане и спиране на помпата без ударни натоварвания на частите на машините и без смущения в EEC, като резултат от практически еднакво налягане на водата на входа и на изхода на работното колело на помпата;• starting and stopping the pump without shock loads on the machine parts and without disturbances in the EEC, as a result of practically equal water pressure at the inlet and outlet of the pump impeller;

• развъртане и включване на генератора/мотора и помпата без спомагателни пускови устройства, прилагани в известните ВЕСПЕЗ (пусков мотор или пускова турбина, честотен преобразувател, пусков трансформатор или превключвател на напрежението, инсталация за изтласкване на водата от помпата чрез сгъстен въздух и пр.);• cranking and starting the generator/motor and the pump without auxiliary starting devices applied in the known VESPEZ (starting motor or starting turbine, frequency converter, starting transformer or voltage switch, installation for pushing the water out of the pump by compressed air, etc.) ;

• регулиране товара на генератора/мотора в реално време според нуждите на електроенергийната система от балансираща/регулираща енергия и спомагателни услуги, в зависимост от икономическите и технически условия в пазара на електроенергия.• regulating the load of the generator/motor in real time according to the needs of the power system of balancing/regulating energy and auxiliary services, depending on the economic and technical conditions in the power market.

Пояснения на приложените фигуриExplanations of the attached figures

За по-добро онагледяване фигурите показват само основните части на станцията, които са достатъчни за изясняване на предлаганите подобрения, без да се илюстрират сградните части, лагерните опори и останалите съставляващи.For better illustration, the figures show only the main parts of the station, which are sufficient to explain the proposed improvements, without illustrating the building parts, bearing supports and other components.

Фигура 1 показва основните части на разкриваната станция, чрез символи и контури, проектирани върху въображаема вертикална равнина, преминаваща по оста на трите машини: турбина, генератор/мотор и помпа.Figure 1 shows the main parts of the revealed station, by symbols and contours projected on an imaginary vertical plane passing through the axis of the three machines: turbine, generator/motor and pump.

Фигура 2 показва осъществяване на помпената част от същата станция чрез друг тип впръсквачсмукач.Figure 2 shows an implementation of the pumping part of the same station by another type of injector suction.

Фигура 3 представя осъществяване на помпената част от същата станция чрез трети тип впръсквачсмукач.Figure 3 represents implementation of the pumping part of the same station by means of a third type of injector suction.

Примери за изпълнение на изобретениетоExamples of implementation of the invention

Подобно на известните технически решения, разкриваната чрез фигура 1 станция се състои от горен 1 и долен 2 водоеми, водовземна и водовливна кула 3 в горния водоем 1, напорен тръбопровод 4, турбинаSimilar to the known technical solutions, the station disclosed by figure 1 consists of upper 1 and lower 2 reservoirs, water intake and water intake tower 3 in the upper reservoir 1, pressure pipeline 4, turbine

5, генератор/мотор 6, помпа 7, изпускателен тръбопровод 8 на турбината 5, смукателен тръбопровод 9 на помпата 7, водовливна кула 10 и водовземна кула 11 от долния водоем 2. Съединител 12а съединява вала на турбината 5 към вала на генератора/мотора 6, а съединител 12b съединява вала на помпата към вала на генератора/мотора 6. Клапани 13а и 13b отделят турбината съответно от напорния и изпускателен тръбопровод, а клапани 13с и 13е отделят помпата 7 съответно от напорния тръбопровод 4 и смукателния тръбопровод 9.5, generator/motor 6, pump 7, discharge pipe 8 of turbine 5, suction pipe 9 of pump 7, water inlet tower 10 and water intake tower 11 from lower reservoir 2. Coupling 12a connects turbine shaft 5 to generator/motor shaft 6 , and coupling 12b connects the pump shaft to the generator/motor shaft 6. Valves 13a and 13b separate the turbine from the pressure and discharge pipelines, respectively, and valves 13c and 13e separate the pump 7 from the pressure pipeline 4 and the suction pipeline 9, respectively.

Новата съществена част, която характеризира разкриваната станция, е трети ръкав 14 на напорния тръбопровод 4, който води водата с високото налягане от горен водоем 1 или от изхода на помпата 7, през спирателния клапан 13d и през впръсквача-смукач (ежектора) 15 към входа на работното колело на помпата 7.The new essential part that characterizes the exposed station is a third sleeve 14 of the pressure pipeline 4, which leads the high-pressure water from the upper reservoir 1 or from the outlet of the pump 7, through the shut-off valve 13d and through the injector-suction (ejector) 15 to the inlet on the pump impeller 7.

Оперирането на впръсквач-смукача 15 се управлява от устройство 17, което въздейства на регулиращата игла 18, както и върху спирателните клапани 13c, 13d и 13е. На илюстрираната реализация регулиращата игла 18 служи едновременно и като затварящ клапан на впръсквач -смукача 15.The operation of the injector-injector 15 is controlled by a device 17 which acts on the adjusting needle 18 as well as on the shut-off valves 13c, 13d and 13e. In the illustrated implementation, the adjusting needle 18 serves simultaneously as a shut-off valve of the injector-injector 15.

По външната повърхност на изхода на впръсквач-смукача 15 са разположени пластинчати ребра 19, които имат еволвентна форма, подобна на формата на лопатките на работното колело. Оптималният брой на ребрата е равен на броя на лопатките на работното колело. Тези пластинчати ребра 19 изменят надлъжната посока на водния поток и го завъртат така, че към момента на достигане до челните ръбове на лопатките, водните частици да се движат успоредно на лопатъчните повърхности. Така се намаляват завихрянията и кавитациите върху смукателната част на работното колело.On the outer surface of the outlet of the injector-suction nozzle 15, plate ribs 19 are located, which have an involute shape similar to the shape of the vanes of the impeller. The optimal number of ribs is equal to the number of blades of the impeller. These lamellar ribs 19 change the longitudinal direction of the water flow and turn it so that at the moment of reaching the front edges of the vanes, the water particles move parallel to the vane surfaces. This reduces vortices and cavitations on the suction part of the impeller.

Управляващото устройство 17 е част от непоказана автоматизирана подсистема за управляване на станцията, която съчетава изискванията на автоматичната система за регулирането на честотата и обменните мощности в EEC с ограничителните условия на водоемите или техническите възможности на машините.The control device 17 is part of an automated station control subsystem, not shown, which combines the requirements of the automatic system for regulating the frequency and exchange powers in the EEC with the restrictive conditions of the reservoirs or the technical capabilities of the machines.

Разкритите подобрения по хидравличната схема осъществяват следните нови начини на действие на станцията.The revealed improvements to the hydraulic scheme implement the following new modes of operation of the station.

Развъртането на генератора/мотора 6 и съединената към него помпа 7 от покой до синхронни обороти става леко и бързо чрез развъртане на съединената към генератора/мотора 6 турбина 5 при затворения клапан 13е към смукателния тръбопровод от долния водоем и отворените напорни клапани 13d към смукателя и 13с към нагнетателя на помпата, както и отворения впръсквач-смукач 15, защото тогава водният напор на изхода и смукателния напор на входа на работното колело на помпата 7 са еднакви и не се изкачва вода през помпата 7, което води до почти нулев товар на генератора/мотора 6.The rotation of the generator/motor 6 and the pump 7 connected to it from rest to synchronous revolutions is easy and fast by rotating the turbine 5 connected to the generator/motor 6 with the closed valve 13e to the suction line from the lower reservoir and the open pressure valves 13d to the suction and 13c to the pump supercharger, as well as the open injector-suction 15, because then the water pressure at the outlet and the suction pressure at the inlet of the impeller of the pump 7 are the same, and no water rises through the pump 7, which leads to an almost zero load on the generator /motor 6.

След достигане на синхронни обороти и включване на генератора/мотора 6 към мрежата, турбината 5 се отсъединява чрез съединителя 12а и се спира. В работа на празен ход остават съединените генератор/мотор 6 и помпа 7. Оттам насетне дебитът на изпомпваната вода и съответстващия товар на генератора/мотора 6 могат да се регулират чрез управляващото устройство 17. Например, координирано притваряне на впръсквача-смукача 15 и отваряне на клапана 13е води до увеличаване на натоварването на помпата 7 и генератора/мотора 6, защото се намалява впръскваната вода с високо налягане и се увеличава засмукваната вода от долния водоем 2, чрез което се намалява налягането на водата пред работното колело на помпата 7 и се увеличава дебита на издигнатата в горния водоем 1 вода. Обратният процес на разтоварване на помпата 7 и генератора/мотора 6 става чрез координирано отваряне на впръсквачасмукача 15 и притваряне на клапана 13е.After reaching synchronous revolutions and connecting the generator/motor 6 to the grid, the turbine 5 is disconnected via the clutch 12a and stopped. The connected generator/motor 6 and pump 7 remain in idle operation. From there, the flow rate of the pumped water and the corresponding load on the generator/motor 6 can be adjusted by the control device 17. For example, coordinated closing of the injector-suction 15 and opening of the valve 13e leads to an increase in the load on the pump 7 and the generator/motor 6 because the injection water with high pressure is reduced and the suction water from the lower reservoir 2 is increased, thereby reducing the water pressure in front of the impeller of the pump 7 and increasing the flow rate of the water raised in the upper reservoir 1. The reverse process of unloading the pump 7 and the generator/motor 6 takes place by coordinated opening of the injection nozzle 15 and closing of the valve 13e.

При пълно отваряне на впръсквача-смукача 15 и затваряне на клапана 13е се възвръща работата на празен ход. Тогава може да се изключи генераторът/моторът 6 и да се затвори помпата 7 или да се развърти турбината 5 и да се съедини с въртящия се генератор/мотор 6, за да се премине към производствен режим, при който се отсъединява помпата 7 чрез съединителя 12b.When the injector-suction nozzle 15 is fully opened and the valve 13e is closed, idle operation is restored. The generator/motor 6 can then be switched off and the pump 7 closed or the turbine 5 can be rotated and connected to the rotating generator/motor 6 to switch to a production mode where the pump 7 is disconnected via the coupling 12b .

При пълно затваряне на впръсквача-смукача 15 (и/или спирателния клапан 13 d) и при пълно отваряне на клапана 13е към смукателния тръбопровод 9, помпата 7 изкачва вода с максимален дебит от долния водоем 2 към горния водоем 1, а генераторът/моторът 6 консумира максимална мощност от мрежата, както обикновена помпа с неуправлявано засмукване.When the injector-suction nozzle 15 (and/or the shut-off valve 13 d) is fully closed and when the valve 13e is fully opened to the suction pipeline 9, the pump 7 raises water with a maximum flow rate from the lower reservoir 2 to the upper reservoir 1, and the generator/motor 6 consumes maximum power from the mains, like a regular pump with uncontrolled suction.

При други начини на осъществяване на станцията могат да се използват разновидни впръсквач смукачи. Тяхната конструкция се избира в зависимост от големината на смукателя на помпата, диапазона на напора и дебита, както и други хидравлични показатели.In other ways of implementing the station, a variety of injector suckers can be used. Their design is selected depending on the size of the pump suction, the range of pressure and flow rate, as well as other hydraulic parameters.

Например на фигура 2 е илюстриран впръсквачът-смукачът (ежектор) 15, при който третият ръкав 14 на напорния тръбопровод 4 завършва във вътрешен на смукателя 16 тороид 20.For example, figure 2 illustrates the injector-sucker (ejector) 15, in which the third sleeve 14 of the pressure pipe 4 ends in an internal toroid 20 of the sucker 16.

Притокът на вода от напорния тръбопровод 4 се регулира чрез клапана 13d. От отворите 21 по горната повърхност на тороида 20 водата с високо налягане се ускорява между вътрешната повърхност на смукателя 16 и външната повърхност на обърнат конус 22, в горната част на която са закрепени пластинчати ребра 19а за завъртане на водния поток. Средният кръг на тороида 20 служи, като проток на засмукваната от долния водоем 2 вода. Светлият отвор на протока се регулира или затваря чрез регулиращата игла 18а на управляващото устройство 17, което управлява притока на вода от долния водоем 2, като част от управляващата станцията подсистема.The flow of water from the pressure pipe 4 is regulated by the valve 13d. From the holes 21 on the upper surface of the toroid 20, the high-pressure water is accelerated between the inner surface of the suction cup 16 and the outer surface of an inverted cone 22, in the upper part of which plate fins 19a are fixed to rotate the water flow. The middle circle of the toroid 20 serves as a channel for the water sucked from the lower reservoir 2. The clear opening of the channel is adjusted or closed by the adjusting needle 18a of the control device 17, which controls the flow of water from the lower reservoir 2, as part of the control station subsystem.

При реализация на станцията с голям диаметър на смукателя 16 и големи дебити на помпата 7, може да се използват няколко впръсквач-смукачи, паралелно разположени в смукателя. Например фигура 3 илюстрира смукателя 16, около който е опасан външен тороид 23, водещ водата с високо налягане към прости коляно-тръбни впръсквач-смукачи 24а, 24b и 24с, дебитът през които се регулира едновременно чрез клапана 13 d. Впръсквач-смукачите 24а, 24b и 24с са наклонени по посоката на завъртане на работното колело за да придават необходимата завъртяност на движението на водата, преди нейното засмукване от лопатките.When implementing the station with a large diameter of the suction 16 and large flow rates of the pump 7, several injector-suckers, located in parallel in the suction, can be used. For example, figure 3 illustrates the sucker 16, around which an outer toroid 23 is wrapped, leading the water at high pressure to simple elbow-pipe injector-suckers 24a, 24b and 24c, the flow through which is simultaneously regulated by the valve 13d. The nozzle-suckers 24a, 24b and 24c are inclined in the direction of rotation of the impeller to give the necessary rotation to the movement of the water before it is sucked in by the vanes.

Claims (1)

Водозапасяваща електростанция с управляем смукателен напор, състояща се от горен водоем (1) и долен водоем (2) със съответни водовливни и водовземни кули (3), (10) и (11) и от поне един агрегат от три машини, включващи водна турбина (5), генератор/мотор (6) и едностъпална или многостъпална помпа (7), сглобени към хоризонтален или вертикален вал, с изпускателен тръбопровод (8) на турбината (5) и смукателен тръбопровод (9) на помпата (7), характеризираща се с това, че напорният тръбопровод (4), свързан с водовземната и водовливната кула (3) на горния водоем (1), е разклонен с още един ръкав (14), който е свързан от своя страна чрез спирателен-клапан (13d) с впръсквач-смукач (15), разположен в смукател (16), чиято регулираща игла (18) е свързана с управляващо устройство (17), като по външната повърхност на изхода на впръсквача-смукача (15) са разположени пластинчати ребра (19), при което смукателят (16) е свързан от една страна с долния водоем (2), посредством регулиращ клапан (13е), смукателния тръбопровод (9) и водовземната кула (11), а от друга страна към входа на работното колело на помпата (7), която от своя страна е свързана с единия от ръкавите на напорния тръбопровод (4) чрез регулиращ клапан (13с) и с генератора/мотора (6) посредством съединител (12в), като генераторът/моторът (6) е свързан с турбината (5) чрез съединител (12а), а турбината (5) от една страна е свързана с другия от ръкавите на напорния тръбопровод (4) чрез регулиращ клапан (13а) и от друга страна с долния водоем (2) посредством регулиращ клапан (13в) и изпускателния тръбопровод (8), завършващ във водовливната кула (10)Water storage power plant with controllable suction pressure, consisting of an upper reservoir (1) and a lower reservoir (2) with respective water intake and water intake towers (3), (10) and (11) and at least one unit of three machines including a water turbine (5), generator / motor (6) and single-stage or multistage pump (7), assembled to a horizontal or vertical shaft, with turbine exhaust pipe (8) (5) and pump suction line (9) of the pump (7), characterized in that the pressure pipe (4) connected to the water intake and water tower (3) of the upper reservoir (1) is branched by another sleeve (14), which is connected in turn by a shut-off valve (13d) with a suction injector (15) located in a suction cup (16), the adjusting needle (18) of which is connected to a control device (17), with plate ribs (19) arranged on the outer surface of the suction injector outlet (15) , the suction cup (16) being connected on one side to the lower reservoir (2) by means of a control valve (13e), a suction cup the pipeline (9) and the water intake tower (11), and on the other hand to the inlet of the impeller of the pump (7), which in turn is connected to one of the sleeves of the pressure pipe (4) by a regulating valve (13c) and with the generator / motor (6) by means of a coupling (12c), the generator / motor (6) being connected to the turbine (5) by means of a coupling (12a) and the turbine (5) on one side connected to the other of the pressure pipe sleeves (4) by means of a control valve (13a) and on the other hand with the lower reservoir (2) by means of a control valve (13c) and the exhaust pipe (8) ending in the water tower (10)
BG113168A 2017-12-11 2020-06-19 Water storage power plant with controlled suction pressure BG67418B1 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/BG2017/000031 WO2019113654A1 (en) 2017-12-11 2017-12-11 Water storage electric power plant with controlable suction head

Publications (2)

Publication Number Publication Date
BG113168A BG113168A (en) 2020-10-15
BG67418B1 true BG67418B1 (en) 2022-02-28

Family

ID=66818728

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
BG113168A BG67418B1 (en) 2017-12-11 2020-06-19 Water storage power plant with controlled suction pressure

Country Status (2)

Country Link
BG (1) BG67418B1 (en)
WO (1) WO2019113654A1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102022201063A1 (en) * 2022-02-01 2023-08-03 Schluchseewerk Aktiengesellschaft Starting equipment, machine set and method for starting a machine set

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH399371A (en) * 1962-07-20 1965-09-15 Escher Wyss Ag Device with launch turbine for starting up a storage pump or pump turbine
CH577632A5 (en) * 1974-07-09 1976-07-15 Charmilles Sa Ateliers
US4991397A (en) * 1988-07-12 1991-02-12 Varsa Istvan S Hydraulic turbine with virtual head drop and method for its manufacture
DE102011105685A1 (en) * 2011-06-22 2012-12-27 Voith Patent Gmbh Pump turbine plant

Also Published As

Publication number Publication date
BG113168A (en) 2020-10-15
WO2019113654A1 (en) 2019-06-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106499005B (en) A kind of water supply pump station feedback control system
US20100270801A1 (en) Electricity storage and recovery system
JP2013541659A (en) ENERGY EXTRACTION DEVICE HAVING GENERATOR AND METHOD OF OPERATING ENERGY EXTRACTION DEVICE HAVING GENERATOR
BG67418B1 (en) Water storage power plant with controlled suction pressure
US20200232441A1 (en) Method for Starting a Hydroelectric Turbine
CN104405457B (en) A kind of energy gradient utilization system of back pressure turbine heat supply
CN111350628B (en) Method for preventing axial flow type turbine pump effect from lifting by using guide vane closing rule
WO2013053257A1 (en) Wind energy collection device and wind power generation system thereof
CN104500293A (en) Brushless multi-working-condition direct-current electrically-driven pump
CN201297863Y (en) Energy-saving device for circulating water system of thermal power plant
CN204238990U (en) A kind of energy gradient utilization system of back pressure turbine heat supply
CN206942815U (en) Steam Turbine attachment structure
JP7129916B2 (en) Turbogenerator for generating electrical energy, associated operating and installation methods
CN107560451B (en) Energy-saving vacuum device
CN204609957U (en) A kind of Air-cooler Unit Feed Pump drive unit
CN110663153B (en) Hydroelectric power plant for regulating the frequency of an electrical network and method for operating same
Stoilov et al. Water Storage Electric Power Plant with Controllable Suction Head
CN110621872B (en) Hydroelectric power plant and method for operating a hydroelectric power plant
CN218844472U (en) Oil pressure power generation system
CN105179145A (en) Vertical-axis tidal current energy hydraulic turbine set with seaworthiness adjusting device
Isbăşoiu et al. Using standard pumps as turbines
US20120039725A1 (en) Method, system and apparatus for powering a compressor via a dam
CN104775984B (en) A kind of electro-hydraulic electricity generation system of electro-hydraulic generator and wind-force
RU2608918C2 (en) Method for power plant control and supply, and power plant
CN219176581U (en) Water and electricity hybrid power intelligent pump