Verfahren und Vorrichtung zur Regelung der Turbinenleistung bei Wasserkraftanlagen mit Zufuhrleitungen.
<B>M</B> Bei den Wasserturbinen gebräuchlicher Bauart wird<B>je</B> nach der Belastung der Wasserdurchfluss durch das Laufrad und so mit die Turbinenleistung mittelst eines Leit- apparates bei ungefähr gleichbleibendem<B>Ge-</B> fälle geregelt, Die Regelung erfolgt hierbei <B>je</B> nach dem Leistungsbedarf durch Drosseln der Querschnitte vor<B>'</B> dem Laufrad in der Weise, dass die normale Drehzahl bezw. Spannung oder Frequenz in keinem Fall in bestimmten Grenzen nach auf- oder abwärts überschritten wird.
Die Folge davon ist, dass sich bei Kraft anlagen mit längeren Zuleitungskanälen und grösseren Crefällsstufen bei Abwesenheit von. genügend fassenden Stalubeeken oder wem) letztere bereits gefüllt sind, unmittelbar vor dem Krafthaus die Notwendigkeit ergibt, bei plötzlich auftretenden und länger anhaltenden Entlastungen der Turbinen für den Ablauf der in Strörnung befindlichen Wassermengen durch eine entsprechend ausgebildete Leer- schussleitung Sorge zu tragen,
welche im stande sein inuss, die den überschüssigen Wassermengen inne wohnende Energie un schädlich zu vernichten.
Erfindungsgemass besteht das vorliegende Verfahren zur Regelung der Turbinenleistung bei Wasserkraftanlagen mit Zufuhrleitungen darin, dass die Regelung bei ÄnderLing der Belastung durch Änderung des auf die Tur binenlaufräder wirksamen Gefälles erfolgt.
Zweckmässigerweise wird mittelst einem durch Belastungenderung beeinflussten Regel organ die jeweils unausgenützt abzuführende Wassermenge einem an die Zufuhrleitung angeschlossenen Euergievernichter zugeführt, wodurch sich das auf das Turbinenlaufracl wirksame Gefälle ändert.
Bei Wasserkraftanlagen<B>-</B> mit mehreren Zufuhrleitungen zu den Turbinen kann durch Zwischenverbindung der letzteren und.durch Anordnung eines gemeinsamen Regelorganes und Energievernichters eine zentrale Regelung der TLirbillellICiStLItig bewerkstelligt werden.
Weist die nach vorliegendem Verfahren geregelte Wasserkraftanlage eine Stauanlage auf, so kann die bei Überschreiten eines Höchstwasserspiegels überflutende Wasser- Menge benützt werden, (im züi ihrer Ab- fährung selbsttätig eine Offnung des Energie vernichters herbeizuführen, unabhängig von der auf Belastungsänderung erfolgenden Ände rung des Durchflusses durch den Energie vernichter.
Die Vorrichtung zur Ausführung des er findungsgemässen Verfahrens weist zweck- mässigerweise Mittel auf, welche von einem bei Belastungsänderung betätigten Regelorgan beeinflusst werden, um einen veränderbaren Abfluss der jeweils ungenützten Wassermenge nach einem Energievernichter und dadurch eine Änderung des auf die Turbinenlaufräder wirksamen Gefälles zu bewirken.
Zweckmässigerweise besitzt dieVorrichtung ein gegen Druck im Zuführungsrohrinnern entlastetes, zwischen der Wässerzuführung züi den Turbinen und dem Energievernichter angeordnetes Steuerorgan, welches durch das Regelorgan, bei Belastungsänderungen derart bewegt wird, dass es beim Öffnen des Wasser- durchtrittes zu den Turbinen den Wasser- dUrChtritt zum Energievernichter schliesst und umgekehrt,
Vorrichtungen zur Ausführung des er- lindungsgemässen Verfahrens sind auf bei liegender Zeichnung beispielsweise dargestellt, Vii welcher F4-.<B>1</B> eine Turbinenanlage mit Regelungs- Vorrichtung schematisch dar"tellt: Fig. 2 zeigt schematisch eine Regelungs einrichtung<B>für</B> mehrere Turbinen durch ein zentrales Regelorgan; Fig. <B>3</B> ist eine Einzelheit der Turbine;
Fig. 4 zeigt im Schnitt ein abgeändertes Au#iführungsbeispiel der Vorrichtung; Fig. <B>5</B> zeigt schematisch die Anordnung der Vorrichtung nach Fig. 4 für eine Mittel- druckgrosskraftanlage; Fig. <B>6</B> zeigt eine abgeänderte Ausführungs form einer Reguliervorrichtung für Wasser kraftanlagen Mit Stauanlagen.
In Fig. <B>1</B> ist mit H das Roh- bezw. Normalgefälle, mit Iliz das Nutzgefälle be zeichnet, mit<B>1</B> die Turbinenzuleitung, mit 2 die Abzweigleitung, mit<B>3</B> die Leersihuf,)- leitung mit dein Steuerorgan 5 und dem Mit letzterem zusammengebautem Energievernich ter 4 am Ende der Leitung<B>3.</B> Das Turbinen gehäuse<B>6</B> ist in üblicher Weise mit dem & atigrohr <B>7</B> versehen.<B>8</B> ist die Antriebsvor richtung<B>für</B> das Steuerorgan<B>5</B> des Energie vernichters am Ende der Leitung<B>3,</B> weiches bei Belastungswechsel in Tätigkeit tritt.
Die gesamte Wassermenge in der Zuleitung<B>1</B> ist Mit Q, die durch die Turbine gehende Teilwasserineuge mit Qi und die durch<B>Ab-</B> zweig- und Leerleitung fliessende Wasser menge Mit<B>Q2</B> bezeichnet.
Wird der Durch- fluss durch den Energievernichter teilweise durch das Steuerorgan freigegeben, so wird nur ein Teilbetrag des Gefälles wirksam und ist er voll geöffnet, so wird in den Turbinen nur jener Teil des Gefälles ausgenützt, der für die entsprechend der Wasserführung einge stellten Turbinenöffnungen eben zur Über windung der Turbinenleerlaufarbeit hinreicht.
In Fig. 2 ist die gemeinsame Regelung von vier Turbinen durch paarweise Zusammen führung der Leitungen<B>1</B> bezw. 2 veran schaulicht. Das gemeinsame Steuerorgan ist dabei zentral zwischen den Turbinenzuleitungen nach dem Energievernichter hinabgeführt. Die Anordnung könnte auch eine andere sein, wie beispielsweise Fig. 4 und<B>5</B> zeigen.
Die Regulierung aller Turbinen gemein- sain bei Belastungswechsel erfolgt immer durch Betätigung des zentralen Steuerorganes. Ausserdem können aber noch die Turbinen mit verstellbaren Leitschaufeln versehen sein, um bei Änderung der Wasserführung, trotz des veränderlichen senkrechten Wasserdurch- tritts,
durch die Winkelinderung der Leit- radsehaufeln stets ein stossfreies Arbeiten der auf die Laufräder einwirkenden Wassermengen zu gewt ährleisten. Für die Dimensionierung der Gesaintdurchflussquerschnitte von Turbinen und Energievernichter kann die Angabe als Richtlinie dienen,
dass das erzielbare Leer- laufgefälle in den Turbinen ungefähr '/3 des normalen Gefälles betragen soll; die durch den Energievernichter abzuführende (4esanit- wassermenge beträgt also rund l,/,i Voll- wassermenge, während durch die Turbinen als Leerlaufwassermenge abzuführen ist. Die Strömungsgeschwindigkeiteii im Energiever nichter können hoch. angenommen werden.
In Fig. <B>3</B> ist die Art der Verstellung der RegulieiTinge des Leitapparates einer Turbine bei Änderung der Wasserführung veranschau licht. Hierbei ist mit<B>9</B> das Laufrad, mit<B>10</B> und<B>11</B> sind die verstellbaren Leitschaufeln, init 12 und<B>13</B> die Regulierringe und mit 14 iöt die Regulierwelle bezeichnet.
Durch die verstellbaren in entsprechender Anzahl vorge- seheilen Leitscbaufeln <B>10</B> und<B>11</B> wird das Wasser in achsialer Richtung dem Laufrad stosstrei zugeführü bezw. von demselben ab geführt.
Bei der Ausführungsforin nach Fig. 4, bei welcher die Turbinenanlage durch das Steuerorgan bei Belastungswechsel direkt und zentral gesteuert wird, ist mit<B>16</B> die Wasser zuführung zu den Turbinen, mit<B>17</B> das als drückentlasteter Kolbenschieber ausgebildete Steuerorgan, mit<B>18</B> ein Ringraum in dem das Steuerorgan aufnehmenden Gehäuse<B>19</B> bezeichnet, von welchem aus die Leitung 20 durch die Drosselklappe 21 abschliessbar, beziehungsweise entsprechend der natürlichen Wasserführung regulierbar, zum Energiever nichter führt.
Mit 22 ist ein Ringrauni im Gehäuse<B>19</B> bezeichnet, von dem die Turbinen leitung<B>23</B> abgezweigt ist, welche die Tur binen il, V', <B>13,</B> t' speist. Mit 24 ist eine Regulierwalze bezeichnet, welche den Steuer- kolbenschieber <B>17,</B> dessen Gewicht durch die Wirkung einer Feder<B>25</B> ausgeglichen wird, bei zunehmender Belastung anhebt und dabei den Ringrauin <B>18</B> schliesst, beziehungsweise den Ringrauin 22 öffnet.
Die Betätigung des <B>H</B> ebelgestänges <B>26</B> wird in. der üblichen Weise durch einen Öldruckregler in Abhängigkeit von der Drehzahl oder, wie in der Zeichnung dargestellt, durch einen eigenen kleinen Steuer motor<B>297</B> eingeleitet, welcher bei Über- oder Unterschreiten einer Normalspannung für Gleichstromanlagen, oder einer Normalfre quenz für Drehstromanlagen zum Rechts- oder Linkslauf gebracht wird# Da die Ringräume<B>18</B> und 22 gleiche Höhe besitzen, wird mit dem Schliessen des Ringraumes<B>18</B> ein gleich grosses öffnen des Ringraumes 22 bewirkt,
so dass bei nicht speicherfähigen Anlagen bei jeder Stellung des Kolbenschiebers<B>17</B> die Wasserführung ohne Rückstau erhalten bleibt. Für die Grösse der bewirkten Gefälleänderung sind die Durch- flussquerschnitte durch Energievernichter und Turbinen massgebend, welche nach vorstehend angeführten Angaben gewählt, beziehungs weise versuchsmässig ermittelt werden.
Bei der vorbeschriebenen Anlage kann eine der Turbinen, die Regulierturbine,<B>für</B> Teilbeaufschlagung bei sich ändernder Wasser führung automatisch oder von Hand einstell bar sein und ferner kann die Einrichtung geschaffen sein, dass die übrigen Turbinen, die Grundbelastungsturbinen, <B>je</B> nach Wasser führung Lind jeweils eine um die andere durch vollständiges Öffnen, bezw. Schliessen eines Absperrschiebers voll ein- oder ausgeschaltet werden.
Diese Ein- und Ausschaltung kann bei spielsweise von der Turbine t' aus in der Weise ei-folgen, dass bei Überschreitung einer oberen oder unteren Grenze der Beaufschla- gung dieser Turbine. (z.
B. maximal 4/5, mini mal<B>'/5</B> Beaufschlagung) die Turbinen il, tl, t4 usw. eine um die andere und nach deinMass des augfnblicklichen Belastungs- oder Ent lastungsbedarfs in bezw. ausser Aktion treten.
Bei Wasserkraftanlagen mit Speicherfähig keit kann einem nutzlosen Absinken des Gefälles, bezw. Oberwasserspiegels durch ent sprechendes Schliessen des Drosselorgans 21 und durch gleichzeitiges Schliessen der Tur binen<B>l',</B> t' usw. vorgebeugt werden, welcher Vorgang nur in längeren Zeiträumen und mit kleinsten Leistungen vorzunehmen ist., #vobei die Steuerung von Hand oder vom Ober wasserspiegel aus an der' Entuahmestelle automatisch erfolgen kann. Die Regelung der Turbinen bei Belastungsänderungen mit Hilfe des Kolbenschiebers<B>17</B> hat auch hier jeweilen Änderungen des Gefälles<B>für</B> die arbeitenden Turbinen zur Folge.
Für ein all fälliges Auftreten von Stössen infolge Ver sagens der Regulierung kann eine Sicherheits abzweigung<B>28</B> mit Sicherheitsabsperrschieber ,in der Zuleitung<B>16</B> vorgesehen sein, welcher Absperrschieber etwa abhängig vom Druck (1,enlacht ist und zum Beispiel elektrisch ge steuert werden kann.
Bei der Mitteldruckkraftanlage nach Fig. <B>5</B> sind ein' Regulierturbine t' (Turbine mit Regulierteilen) und drei Grundbelastungs- turbinen t2, t' und J4 "Turbinen ohne Regulier teile) vorgesehen.
Die Wasserzuführung er folgt durch die vier Rohre 22,<B>23,</B> 214 und <B>25,</B> die in das Rohr<B>16</B> münden, welches mit dem Steuergehäuse<B>19,</B> das ein Steuerorgan ent hält, wie bei Betrachtung voll Fig. 4 be schrieben, ferner mit der Sicherheitsabzweigung <B><U>'28,</U></B> sowie mit der zum Energievernichter führenden Abzweigung 20 verbunden ist.
Der Zustrom des Wassers zum Rohr 20 stellt unter dem Einfluss des ginanntep Steuer organes und all das Rohr<B>29</B> sind die Tur binenrohre<B>30, 31,</B> 3 )2 und <B>33</B> angesehlossen, voll denen das erste zur Regulierturbine t', die andern zu den Grundbelastungsturbinen t!', 1;', t4 führen. Die gesamte Anlage steht bei Belastungswechsel unter der Einwirkung dieses einen erwähnten Steuerorgancs.
Die Einrichtung nach Fig. <B>6</B> gehört einem Wasserkraftwerk all, da# gleichfalls mit einer Vorrichtung zurRegelung der Turbinenleistung durch Änderung des Gefälles ausgestattet ist, und das voll einer Stauanlage her gespeist wird. Hier dient der Energievernichter gleich zeitig zur Abführung jener Wassermengen, welche ohne diese besondere Einrichtung des Energievernichters die Stauanlage überfluten würden.
Mit 35 ist der Oberwassergraben bezeich net, aus welchem durch die Ausnehmung <B>36</B> Wasser bei Überschreitung des Höchstwasser spiegels in die Kammer<B>37</B> übertreten kam), von welcher eine Leitung<B>38</B> abgezweigt ist, die zu der genannten besonderen Einrichtui)g des Energievernichters führt. Diese besitzt einen Zylinder<B>39,</B><U>in</U> den ein unter dein Einfluss der Feder 40 stehender Kolben 41 eingesetzt ist.
Auf der Anschlussseite, der Leitung<B>38</B> all den Zylinder<B>39</B> ist an diesen eine durch ein Ventil 42 absperrbare Abfluss- leitung 43 angeschlossen. Die Kolbenstange 44 ist all einem zweiarinigen Hebel 45 angelenkt, welcher bei 46 drehbar gelagert ist, an seinem einen Ende das Gegengewicht 47 trägt und ani andern. mit einer Gelenkstange 48 ver bunden ist, die all einen Steuerschieber 49 des Energievernichters angelenkt ist.
Letzterer führt sieh in dein Zylinder<B>50,</B> welcher mit einem Kranz voll Ausnehmungen <B>51</B> versehen ist, die in den Ringraum<B>52</B> des Energiever nichters münden, dessen Gehäuse<B>53</B> mittelst des Stutzens 54 all die Leitung<B>55</B> ange- ächlossen ist, welch letztere voll der vom Oberwassergraben<B>35</B> zu dein Kraftwerk, beziehungsweise zu den Turbinen führenden Leitung<B>56</B> abgezweigt ist.
Auf das Gehäuse<B>503</B> ist ein Regulierring<B>57</B> aufgesetzt, welcher mit einer Reihe voll Aus- nehntungen <B>58</B> versehen ist, die mit Ans- nehmungen <B>59</B> im Gehäuse<B>53</B> zusammen arbeiten, durch welche mehr oder weniger Wasser aus dein Ringraum<B>52</B> austreten kann,<B>je</B> nachdem die Öffnungen 58 im Regulierring<B>57</B> bei Belastungswechsel der Turbinen mit den Offnungen <B>59</B> des Gehäuses <B>53</B> mehr oder weniger zusammenfallen.
Durch die Öffnungen<B>51</B> des Energieverniehters wird jene Wassermenge, welche ohne diese be sondere Einrichtung die Stauanlage überfluten würde, zum Austritt beispielsweise in den Unterwassergraben gebracht.
Die Wirkungsweise der Einrichtung nach Fig. <B>6</B> ist folgende: Ohne Hochstau im Oberwassergraben ar beitet nur der äuCkre Regulierring<B>57</B> unter dem Einfluss einer beispielsweise voll der Drehzahl der Turbinen abhängigen Steuer bewegung.
Übersteigt die dem Oberwasser graben<B>305</B> zugeführte Wassertnenge jene voll den Turbinen und dein Energievernichter abgeführte, was bei einer Änderung der Wasserführung, aber auch zum Beispiel bei Versagen eines Reglers oder der von illin zu veranlassenden eben genannten Steuer bewegung der Fall ist, so steigt das Wasger im Oberwassergraben und flutet dann in die Kammer<B>37</B> über, um durch die Rohrleitung <B>38</B> in den Zylinder<B>39</B> zu gelangen.
'[Triter dem statischen Druck der Wassersäule in der Leitung 38 wird der Xolben 41 hei,- nach entgegen dem Widerstand 'der Feder 40 nach unten bewegt und dadurch inittelst der Teile 44, 45, 48<B>der</B> Steuerschieber 49 des Euergievernichters angehoben, so dass die iltissti#;
5möfftiuiigen <B>51</B> nach innen zu ganz freigelegt werden und nun eine der Leitung<B>55</B> zufliessende Wassermenge, entsprechend der vordcrn oben übergefluteten Wassermenge2 alis dein Energievernichter austritt.
Bei Auf- hüren des Wasserzuflusses zur Leitung<B>38</B> führt die Feder 40 den Kolben 41 und den Steuerschieber 49 in die Ausgangslage zurück, die restierende Wassersäule fliesst während dessen durch Ventil 42 und Abflussleitung 43 ab. D er Kolben 41 könnte auch zur Ver stellung des Leitrades mindestens einer Tur bine herangezogen sein.
<B>.</B> Durch das an Hand der Zeichnung ge schilderte Verfahren wird mit der bisherigen Forderung gleichbleibender bester Wirkungs grade für jede Turbine und jede Turbinen belastung gebrochen, da diese Forderung<B>für</B> alle Regulierfälle, bei welchen da-. vorhandene Wasser nicht voll zum nutzbaren Durchfluss gelangt, unrichtig ist.
Es ist vielmehr, wie dies betriebsmässig feststellt, in allen Fällen bei einem Weellgel der Belastung der Wir kungsgrad der Turbinen gleichgültig, sobald Wasser über den Leerschuss oder durch den Energievernichter ungenützt zum Abflura kommt, da ein Bestreben zur Erreichting 'bester Wirkungsgrade nur bei voller Aus- nützung der vorhandenen Wassermenge (Zeiten der Wasserklemme) dominierende Bedeutung hat.
Der Wechsel in den zu strömenden Wassermengen ist kein sekund- lieb warriehmbarer, sondern er vollzieht sieh, im Gegensatz zu dem der Stromerzeugung entsprechenden viel regeren Belastungswechsel der Kraftanlage, innerhalb Stunden und Tagen. Deshalb darf zum Beispiel bei länger an dauerndem Wasserüberschuss angestrebt wer den, die Regelung der Turbinen bei Be lastungswechsel ohne die Betätigung von Drehschaufeln, Ringschützen und dergleichen bei Reaktionsturbinen, ohne die Betätigung von Nadeln, Zungen und dergleichen bei AktionsturbInen, lediglich durch Änderung des auf die Turbinen wirksamen Gefälles vorzunehmen.
Dadurch wird erreicht, dass all die Stelle der vielen Türbinenregler einer Kraftanlage nun ein einziger allen Turbinen gemeinsamer Regler treten kann, wodurch Kostenerspar nisse in der Turbinenlieferung bis zu 50"/o gewährleistet sind.
Ferner fallen durch das kontinuierliche Fliessen der gesamten vor handenen Wassermengen in den Zuleitungs rohren zu den Turbinen und zum Energie vernichter sämtliche Stösse in den Rohr leitungen bei plötzlichem Belastungswechsel weg, wodurch dieselben wesentlich schwächer und bei erhöhtem Sicherheitsgrad billiger gebaut werden können. BeiKraftwerken mit nicht speicherfähigen Stauanlagen wird die gesamte bisher erforderliche Leerschussleitung überflüssig, wodurch in den Baukosten eine weitere erhebliche Ersparnis eintritt.
Dadurch., dass die Regulierwiderstände für das zentrale Steuerorgan sehr klein sind und die Betäti gung des Steuerorganes Kusserst rasch erfolgen kann, ergeben sich weitere Ersparnissie <B>durch</B> Wahl kleiner Reglertypen auch<B>für</B> grosse und grösste Werkleistungen und durch Weg fall der Schwungräder beziehungsweise der zusätzlichen Schwungmassen.
Method and device for regulating turbine output in hydropower plants with feed lines.
<B> M </B> In the case of water turbines of the usual design, the water flow through the impeller and thus with the turbine output is <B> depending </B> depending on the load, using a control device with an approximately constant <B> Ge - </ B> cases regulated, the regulation takes place here <B> depending </B> according to the power requirement by throttling the cross-sections in front of <B> '</B> the impeller in such a way that the normal speed resp. Voltage or frequency is in no case exceeded within certain limits upwards or downwards.
The consequence of this is that in the case of power plants with longer supply channels and larger crefalls stages in the absence of. Stalubeeken with sufficient capacity or whoever) the latter are already filled, immediately in front of the power house it becomes necessary to ensure that the flow of water in the flow is drained through an appropriately designed empty-circuit pipe in the event of sudden and prolonged relief of the turbines,
which must be able to harmlessly destroy the energy contained in the excess amounts of water.
According to the invention, the present method for regulating the turbine output in hydropower plants with supply lines consists in regulating when the load changes by changing the gradient effective on the turbine wheels.
Appropriately, the unused amount of water to be discharged is fed to an energy destroyer connected to the feed line by means of a control organ influenced by the change in load, whereby the gradient effective on the turbine runner changes.
In the case of hydropower plants with multiple supply lines to the turbines, central control of the turbines can be achieved by interconnecting the latter and arranging a common control element and energy destroyer.
If the hydropower plant regulated according to the present procedure has a dam, the amount of water that floods when a maximum water level is exceeded can be used (in order to automatically open the energy destroyer, regardless of the change in flow due to the change in load by the energy destroyer.
The device for carrying out the method according to the invention expediently has means which are influenced by a control element actuated when the load changes, in order to effect a variable outflow of the unused amount of water after an energy destroyer and thereby a change in the gradient effective on the turbine runners.
The device expediently has a control element, which is relieved against pressure in the inside of the supply pipe and is arranged between the water supply to the turbines and the energy destroyer, which is moved by the control element when the load changes in such a way that when the water passage to the turbines is opened, the water flows to the energy destroyer closes and vice versa,
Devices for carrying out the method according to the invention are shown, for example, in the accompanying drawing, Vii which F4-1 schematically depicts a turbine system with a control device: FIG. 2 schematically shows a control device > for </B> several turbines through a central control element; Fig. <B> 3 </B> is a detail of the turbine;
Fig. 4 shows in section a modified embodiment of the device; FIG. 5 shows schematically the arrangement of the device according to FIG. 4 for a medium-pressure large power plant; Fig. 6 shows a modified embodiment of a regulating device for hydropower plants with dams.
In Fig. 1, H is the raw or Normal gradient, with Iliz denotes the useful gradient, with <B> 1 </B> the turbine feed line, with 2 the branch line, with <B> 3 </B> the Leersihuf,) line with your control unit 5 and the latter assembled with the latter Energy dissipator 4 at the end of the line <B> 3. </B> The turbine housing <B> 6 </B> is provided with the & atig tube <B> 7 </B> in the usual way. <B> 8 < / B> is the drive device <B> for </B> the control element <B> 5 </B> of the energy dissipator at the end of the line <B> 3, </B> which comes into action when the load changes.
The total amount of water in the supply line <B> 1 </B> is with Q, the partial water eye going through the turbine with Qi and the amount of water flowing through the <B> branch </B> branch and empty pipe with <B> Q2 </B> designated.
If the flow through the energy dissipator is partially released by the control unit, only part of the gradient is effective and if it is fully open, only that part of the gradient is used in the turbines that is set for the turbine openings set according to the water flow sufficient to overcome the turbine idling work.
In Fig. 2, the joint control of four turbines by pairing together the lines <B> 1 </B> respectively. 2 illustrates. The common control element is centrally led down between the turbine feed lines after the energy destroyer. The arrangement could also be different, as shown, for example, in FIGS. 4 and 5.
The regulation of all turbines in common when the load changes is always done by actuating the central control unit. In addition, however, the turbines can be provided with adjustable guide vanes, so that when the water flow changes, despite the variable vertical water passage,
by reducing the angle of the guide wheel blades, always ensuring that the water volumes acting on the impellers work smoothly. For the dimensioning of the total flow cross-sections of turbines and energy dissipators, the specification can serve as a guideline,
that the achievable idle gradient in the turbines should be approximately 1/3 of the normal gradient; the amount of water to be discharged by the energy dissipator is therefore around 1.1 full water, while the turbines have to discharge as idle water. The flow velocity in the energy dissipator can be assumed to be high.
In Fig. 3, the type of adjustment of the regulators of the nozzle of a turbine when changing the water flow is illustrated. Here, <B> 9 </B> is the impeller, <B> 10 </B> and <B> 11 </B> are the adjustable guide vanes, init 12 and <B> 13 </B> are the regulating rings and with 14 iöt denotes the regulating shaft.
Due to the adjustable guide vanes <B> 10 </B> and <B> 11 </B>, which are provided in a corresponding number, the water is fed or smoothly fed to the impeller in the axial direction. led by the same.
In the embodiment according to FIG. 4, in which the turbine system is controlled directly and centrally by the control element when the load changes, the water supply to the turbines is indicated with <B> 16 </B>, with <B> 17 </B> that Control member designed as a pressure-relieved piston slide, with <B> 18 </B> an annular space in the housing <B> 19 </B> accommodating the control member, from which the line 20 can be closed by the throttle valve 21, or according to the natural water flow adjustable, leads to energy dissipation.
A ring ring in the housing <B> 19 </B> is designated by 22, from which the turbine line <B> 23 </B> branches off, which the turbines il, V ', <B> 13, </ B > t 'dine. A regulating roller is designated by 24, which lifts the control piston valve <B> 17 </B>, the weight of which is balanced by the action of a spring <B> 25 </B>, with increasing load and thereby raises the ring roughness 18 </B> closes or the ring roughness 22 opens.
The actuation of the <B> H </B> lever linkage <B> 26 </B> is carried out in the usual way by an oil pressure regulator depending on the speed or, as shown in the drawing, by its own small control motor <B > 297 </B> initiated, which is brought to clockwise or counterclockwise rotation when a normal voltage for direct current systems or a normal frequency for three-phase systems is exceeded # Since the annular spaces <B> 18 </B> and 22 have the same height, when the annular space <B> 18 </B> closes, the annular space 22 opens to the same size,
so that in systems that cannot be stored, the water flow is maintained without backflow in any position of the spool valve <B> 17 </B>. The flow cross-sections through energy dissipators and turbines are decisive for the magnitude of the change in gradient that is caused; these are selected according to the information given above, or determined by experiment.
In the above-described system, one of the turbines, the regulating turbine, can be automatically or manually adjustable for partial admission when the water supply changes, and the device can also be created so that the remaining turbines, the base-load turbines, B> each </B> after water management and one after the other by fully opening, respectively. Closing a gate valve can be fully switched on or off.
This switching on and off can for example follow from the turbine t 'in such a way that when an upper or lower limit is exceeded, this turbine is acted upon. (e.g.
B. maximum 4/5, mini times <B> '/ 5 </B> exposure) the turbines il, tl, t4, etc. one to the other and according to your measure of the current load or relief requirement in resp. step out of action.
In hydropower plants with storage capacity, a useless drop in the slope, respectively. The upper water level can be prevented by appropriately closing the throttle element 21 and by simultaneously closing the turbines <B> l ', </B> t' etc., which process is only to be carried out over long periods of time and with the smallest possible outputs., #By the control can be done manually or automatically from the upper water level at the 'Entuahmstelle. The regulation of the turbines in the event of load changes with the aid of the piston valve <B> 17 </B> also results in respective changes in the gradient <B> for </B> the working turbines.
A safety junction <B> 28 </B> with a safety gate valve can be provided in the supply line <B> 16 </B> for any possible impacts due to failure of the regulation, which gate valve is approximately dependent on the pressure (1, is laughable and can be controlled electrically, for example.
In the medium-pressure power plant according to FIG. 5, a 'regulating turbine t' (turbine with regulating parts) and three base-load turbines t2, t 'and J4 "turbines without regulating parts) are provided.
The water is supplied through the four pipes 22, 23, 214 and 25, which open into the pipe 16, which is connected to the control housing > 19, </B> which contains a control element, as described in full when viewing Fig. 4, also with the safety branch <B><U>'28,</U> </B> and with the one leading to the energy destroyer Junction 20 is connected.
The inflow of water to the pipe 20 is under the influence of the ginanntep control organ and all the pipe <B> 29 </B> are the turbine pipes <B> 30, 31, </B> 3) 2 and <B> 33 </B> attached, full of which the first lead to the regulating turbine t ', the others to the base load turbines t!', 1; ', t4. When the load changes, the entire system is subject to the action of this one mentioned control organ.
The device according to FIG. 6 belongs to a hydroelectric power station, since it is also equipped with a device for regulating the turbine output by changing the gradient, and which is fully fed from a dam. Here the energy destroyer serves at the same time to remove the amount of water that would flood the dam without this special device of the energy destroyer.
35 denotes the upper water ditch, from which water came through the recess <B> 36 </B> into the chamber <B> 37 </B> when the maximum water level was exceeded), from which a line <B> 38 </B> is branched off, which leads to the aforementioned special Einrichtui) g of the energy destroyer. This has a cylinder 39, in which a piston 41 under the influence of the spring 40 is inserted.
On the connection side, the line 38 to all of the cylinders 39, an outflow line 43 that can be shut off by a valve 42 is connected to the cylinder. The piston rod 44 is articulated to all a two-ring lever 45 which is rotatably mounted at 46, carries the counterweight 47 at one end and ani others. ver with a toggle rod 48 is connected, which is hinged to all a control slide 49 of the energy destroyer.
The latter leads you into your cylinder <B> 50 </B> which is provided with a ring full of recesses <B> 51 </B> which open into the annular space <B> 52 </B> of the energy absorber Housing <B> 53 </B> all the line <B> 55 </B> is connected by means of the connector 54, the latter full of that from the upper water ditch <B> 35 </B> to your power plant or to the Turbine leading line <B> 56 </B> is branched off.
A regulating ring <B> 57 </B> is placed on the housing <B> 503 </B>, which is provided with a series of full extensions <B> 58 </B>, which with assumptions <B > 59 </B> in the housing <B> 53 </B> work together, through which more or less water can escape from your annulus <B> 52 </B>, <B> depending </B> depending on the openings 58 in the regulating ring <B> 57 </B> more or less coincide with the openings <B> 59 </B> of the housing <B> 53 </B> when the load changes on the turbines.
Through the openings <B> 51 </B> of the energy dissipator, the amount of water that would flood the dam without this special device is brought to exit into the underwater ditch, for example.
The mode of operation of the device according to FIG. 6 is as follows: Without a build-up in the headwater ditch, only the outer regulating ring 57 works under the influence of a control movement that is, for example, fully dependent on the speed of the turbine.
If the amount of water supplied to the upper water ditch <B> 305 </B> exceeds that which is fully discharged from the turbines and your energy destroyer, this occurs when the water flow changes, but also, for example, when a controller fails or the control movement of the aforementioned to be initiated by illin If this is the case, the Wasger rises in the upper water ditch and then overflows into the chamber <B> 37 </B> in order to get through the pipeline <B> 38 </B> into the cylinder <B> 39 </B> .
The piston 41 is moved downwards against the resistance of the spring 40 and thereby the control slide 49 in the means of the parts 44, 45, 48 in response to the static pressure of the water column in the line 38 of your energy destroyer so that the iltissti #;
5mafftiuiigen <B> 51 </B> to be completely exposed inwards and now an amount of water flowing into the line <B> 55 </B>, corresponding to the amount of water flooded above, until your energy destroyer emerges.
When the flow of water to the line 38 is stopped, the spring 40 returns the piston 41 and the control slide 49 to the starting position, while the remaining water column flows away through valve 42 and drain line 43. D he piston 41 could also be used to adjust the stator at least one turbine.
<B>. </B> The method described on the basis of the drawing breaks the previous requirement of consistently high efficiency for every turbine and every turbine load, since this requirement is <B> for </B> all regulation cases which there-. existing water does not fully reach the usable flow rate is incorrect.
Rather, as this operationally ascertains, in all cases with a weak gel of the load, the efficiency of the turbines is immaterial as soon as water comes unused to the drainage via the empty shot or through the energy destroyer, since an effort to achieve the best efficiency is only at full stop - Use of the available amount of water (times of water tightness) is of dominant importance.
The change in the amount of water to be flown cannot be warmed up by a second, but rather takes place within hours and days, in contrast to the much brisk load change of the power plant corresponding to the generation of electricity. For this reason, if there is a long-term excess of water, for example, the aim is to regulate the turbines when the load changes without actuating rotating blades, ring gates and the like in reaction turbines, without actuating needles, tongues and the like in action turbines, simply by changing the Make turbines effective gradient.
It is thereby achieved that all the place of the many door bins controllers of a power plant can now be used by a single controller common to all turbines, whereby cost savings in turbine delivery of up to 50% are guaranteed.
Furthermore, due to the continuous flow of the entire amount of water present in the supply pipes to the turbines and to the energy destroyer, all shocks in the pipelines in the event of a sudden change in load are eliminated, which means that they can be built much weaker and cheaper with an increased level of safety. In the case of power plants with dams that cannot be stored, the entire empty pipe that was previously required becomes superfluous, which results in further considerable savings in construction costs.
The fact that the regulating resistances for the central control element are very small and the actuation of the control element Kusserst can take place quickly results in further savings through the choice of smaller controller types, also for large and large Greatest work and by eliminating the flywheels or the additional flywheels.