Speicheraggregat mit auf der gleichen Welle angeordneter Pumpe und Turbine. Die Erfindung betrifft ein Speicher aggregat mit auf der gleichen Welle angeord neter Pumpe und Turbine, bei dem die in einem mindestens im wesentlichen gemein samen Gehäuse angeordneten, mit ihren Druckseiten einander zugekehrten Pumpen- und Turbinenlaufräder in getrennten Ar beitsräumen angeordnet sind, und beidem die Sang- bezw. Druckseiten von Turbine und Pumpe durch Spaltdichtungen abgedichtet sind, und bezweckt, ein Eindringen von Spaltflüssigkeit aus dem im Betrieb befind lichen Teil in das Laufrad des leerlaufenden Teils zu verhindern.
Sie besteht in einem für Turbine und Pumpe gemeinsamen, zum Teil durch die druckseitigen Spaltdichtungen begrenzten Raum, in den diese Spaltdichtun gen von Turbine und Pumpe münden. Vor teilhafterweise wird der gemeinsame Raum ausser durch diese Spaltdichtungen, durch die Laufräder der Pumpe und Turbine, oder durch Gehäusewandungen begrenzt.
Auf der Zeichnung sind Ausführungsbei spiele der Erfindung schematisch dargestellt. Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch die Pumpe und die Turbine eines Speicheraggre gates mit Ableitung der Spaltflüssigkeit durch die Welle, Fig. 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel mit. Ableitung der Spaltflüssigkeit nach aussen.
Nach Fig. 1 und ? sind auf der Welle 1 das Laufrad 2 der Pumpe und .das Laufrad 3 der Turbine befestigt und zwischen den äu ssern Deckeln 4 und 5 angeordnet. Das Lauf rad 2 der Pumpe saugt aus dem Saugrohr 6 und, fördert, durch das Leitrad 7 in das Druckgehäuse 8 und in die nicht eingezeich nete gemeinsame Druckleitung.
Das Druck- gehäuse 8 der Pumpe und -das Druckgehäuse 9 der Turbine sind über ein nicht weiter dargestelltes Abschlussorgan an die Druck leitung angeschlossen, das wahlweise den Durchfluss vom Druckgehäuse 8 zur Druck leitung oder von derselben, zum Druck gehäuse 9 je unter Absperrung des andern Druckgehäuses öffnet. Aus dem Druck gehäuse 9 gelangt das Betriebsmittel der Turbine unter dem Einfluss des einstell baren Leitrades 10 in das Laufrad 3 der Turbine, von wo es durch die Saugleitung 11 abfliesst.
Nach Fig. 1 weist der feststehende Ring teil 12 einen doppelkammförmigen Quer schnitt auf, und greift in die kammförmigen Querschnitte aufweisenden Teile 13 und 14 des Pumpenlaufrades 2 respektive des Tur binenlaufrades 3, unter Bildung einer laby rinthartigen Spaltdichtung 15 respektive 16 der Pumpe respektive der Turbine ein. Die Spaltdichtungen 15 und 16 münden in einen gemeinsamen Raum 17, der mit in der Lauf radwelle 1 angeordneten Austrittskanälen 18, 19 verbunden ist.
Die Spaltdichtungen 15 und 16, die den äussern Umfang des gemein samen Raumes 17 bilden, sind gegenseitig durch ein aus den Drosselstellen 20 bestellen des Leitungssystem und mit der Spaltdich tung 21 respektive 22 auf der Saugseite der Pumpe respektive Turbine durch mit Dros selstellen 23 respektive 24 versehene Lei tungssysteme 25, 26 bezw. 27, 28 verbunden.
Beim Pumpenbetrieb tritt das Spaltwasser zwischen Laufrad 2 und Leitrad 7 hindurch hinter das Laufrad 2 und gelangt einerseits zur druckseitigen Spaltdichtung 15, die es unter Druckabfall durchfliesst, um in den Raum 17 auszutreten und durch die Kanäle 18 und 19 auf eine nicht weiter dargestellte Weise nach aussen abgeführt zu werden. Der Druck im Raum 17 entspricht zum Beispiel dem atmosphärischen Druck, so dass, wie wei ter unten beschrieben ist, ein Eindringen von Spaltflüssigkeit in das Turbinenlaufrad 3 durch die Spaltdichtung 16 nicht möglich ist und anderseits fliesst es durch die saug- seitige Spaltdichtung 21 unmittelbar in den Saugraum der Pumpe.
Ein Teil dieses Was sers fliesst durch die Drosselstellen 23 in den Ringkanal 25.
Beim Pumpenbetrieb bildet die Turbine den leerlaufenden Teil, die zur Verringerung der Leistungsverluste durch Druckluft oder auf andere Weise entleert wird, so dass das Turbinenlaufrad 3 in Luft umläuft. Durch die Drosselstellen 20, die auf dem ganzen Umfang des Ringes 12 verteilt sind, tritt ein Teil der Spaltflüssigkeit aus der Pumpen- apaltdichtung 15 in die Turbinenspaltdich tung 16 aus.
Der Gesamtquerschnitt der Bohrungen 20 ist so bemessen, dass sie unter dem verminderten Druck noch soviel Spalt flüssigkeit durchlassen, als zur einwand freien Kühlung und Schmierung der Spalt dichtung 16 erforderlich ist, dass jedoch der Druck nicht mehr so gross ist, dass Wasser in den Raum zwischen Laufrad 3 und Leitrad 10 fliessen kann. Mittelst der Leitung 28, dem Ringkanal 27 und den ringsherum ver teilten Drosselstellen 24 wird -der Turbinen- spaltdiehtung 22 ebenfalls Kühlwasser aus der Pumpenspaltdichtung 15 zugeführt.
Auch auf der Saugseite der Pumpe tritt aus der Spaltdichtung 21 unter vermindertem Pum pendruck Kühlwasser durch die über den ganzen Umfang verteilten Drosselstellen 23 aus und gelangt durch den Ringkanal 25, die Leitung 26 zur Turbinenspaltdichtung 16, wobei das Ganze derart ausgebildet ist, dass in der Leitung 26 ein solcher Druck herrscht, dass das Wasser durch die Dichta .g 16 fliessen kann, jedoch nicht in den Raum zwischen Laufrad 3 und Leitrad 10.
Danüt- auch die Kühlflüssigkeit vollständig na,-,h aussen abgeleitet wird, ist im Turbinenlazf- rad 3 unterhalb der Spaltdichtung 22 der Ring 29 vorgesehen, der die nach unten aus tretende Kühlflüssigkeit in den Raum 30 herausschleudert, aus dem sie durch das Rohr 31 abfliesst.
Beim Turbinenbetrieb gelangt die durch die Spaltdichtung 16 austretende Spaltflüs sigkeit ebenfalls in den Raum 17 und dur"li die Kanäle 18 und 19 nach aussen und ausser dem gelangt die Spaltflüssigkeit durch die Dichtung 22 einesteils in das Saugrohr 11 der Turbine und andernteils durch die Dros selstellen 24 in den Ringkanal 27. Der Raum 30 ist beim Turbinenbetrieb durch das Ab sperrorgan 32 geschlossen. Zur Kühlung der Spaltdichtungen des leerlaufenden Pumpen laufrades 2 dienen dieselben Leitungssysteme 20, 26, 25, 23 und 24, 27, 28. Das Lauf rad 2 der Pumpe hat oberhalb der Dichtung 1 ebenfalls einen Schleuderring 33, der das Kühlwasser in den Raum 34 hinausschleu dert, aus dem es durch die Rohrleitung 35 ab fliesst, die beim Pumpenbetrieb durch das Absperrorgan 36 abgeschlossen ist.
Die die Spaltdichtungen verbindenden Leitungssysteme 23, 25, 26 und 24, 27, 28 weisen je eine mittelst des Regelorganes 37 respektive 38 regelbare Verbindungsleitung 39 mit einem nicht eingezeichneten Druck wassergefäss auf, damit, wenn zum Beispiel der mit der Welle 1 gekuppelte, nicht dar gestellte Stromerzeuger als Phasenschieber benutzt wird, und die Laufräder 2 und 3 in der Luft leer mitlaufen, durch Öffnen der Regelorgane 37 und 38 aus dem Druckgefäss über die Leitung 39 den Spaltdichtungen 15, 16, 21 und 22 Kühlwasser zugeführt werden kann, dessen Druck und Menge in Abhängig keit von der erforderlichen Kühlwirkung ge regelt wird.
Nach Fig. 2 mündet die Spaltdichtung 40 resp. 41 der Pumpe respektive der Turbine in den gemeinsamen Raum 42, der mit dem Abflussrohr 43 versehen ist. Das Laufrand 2 der Pumpe ist mit dem Laufrad 3 der Tur bine durch ein einen Teil der druckseitigen Spaltdichtungen 40, und 41 der Pumpe und der Turbine bildendes Zwischenstück 44 derart verbunden, dass sowohl bei der Pumpe die druckseitige Spaltdichtung 40 denselben Radius wie die saugseitige Spaltdichtung 21, als auch bei der Turbine die druckseitige Spaltdichtung 41 den Radius der saugseiti- gen Spaltdichtung 22 aufweist.
Zwischen den Spaltdichtungen 40 und 41, die den innern Umfang des gemeinsamen Raumes 42 bilden, befindet sich das konzentrisch zur Welle 1 angeordnete, am Zwischenstück 44 befestigte Schleuderrad 45, das zu beiden Seiten mit Schaufeln 46 versehen ist. Zur Kühlung der Spaltdichtungen des leerlaufenden Teils sind das Leitungssystem 25, 26, 27 mit den Dros selstellen 23 und 24 und das Leitungssystem 48, 28, 49 mit den Drosselstellen 47 und 50 vorgesehen. Die beiden Leitungssysteme sind unter sich verbunden und können mittelst des Regelorganes 38 und der Leitung 39 an ein nicht eingezeichnetes Druckwassergefäss angeschlossen werden.
Ist die Turbine im Betrieb, so tritt das Spaltwasesr zwischen dem Laufrad 3 und dem Leitrad 10 aus und gelangt hinter das Laufrad 3, von wo ein Teil -des Wassers un ter Druckabfall die Dichtung 41 der Turbine vollständig durchläuft. Die auf das Sehleu- derra:d 45 auftreffende Spaltflüssigkeit wird in den Raum 42 hinausgeschleudert. und fliesst durch das Abflussrohr 43, ohne dass sie durch die Spaltdichtung 40 in das Laufrad 2 der leerlaufenden Pumpe gelangen kann.
Ein anderer Teil des Spaltwassers fliesst zum Teil durch die Spaltdichtung 22 auf der Saugseite der Turbine in die Saugleitung 11 und zum Teil durch. die Drosselstelle 24 in den Ringkanal .27. Das aus den Drosselstel len 50 und 24 in die Ringkammern 49 und 27 austretende Spaltwasser dient wiederum zur Kühlung der Spaltdichtungen 21, 40 der leerlaufenden Pumpe.
Beim Pumpenbetrieb .wird das die Spalt dicUtung 40 der Pumpe vollständig durch fliessende Spaltwasser vom Schleuderrad er fasst und von der Spaltdichtung 41 der Tur bine ferngehalten und die Spaltdichtungen 22 und 41 der leerlaufenden Turbine werden mit .Spaltwasser aus der Pumpe in analoger Weise gekühlt, wie es beim Turbinenbetrieb für die Dichtungen 21 und 40 beschrieben wurde. Beim Leerlaufen beider Teile wird die gühlwasserzufuhr zu den Spaltdichtun gen 21, 22, 40, und 41 mittelst des Organs 39 geregelt.
Da bekanntlich der Druck der Spalt flüssigkeit am Eintritt der Spaltdichtung mit dem Verlegen .derselben nach der Welle zu abnimmt, ergibt sich dadurch, :dass die druckseitige Spaltdichtung mindestens an nähernd den. Radius wie die saugseitige Spaltdichtung aufweist, der Vorteil. dass die Länge der druckseitigen Spaltdichtung klei ner gehalten -,verden kann und dass die der druckseitigen Spaltdichtung zur Kühlung entnommene Spaltflüssigkeit etwa denselben Druck wie die der Saugseite entnommene Kühlflüssigkeit aufweist, so dass das Lei- tungssystem für die Kühlwasserführung ver einfacht wird.
Ausserdem ergibt sich da durch, dass sich die hydraulischen Drücke zu beiden Seiten des Laufrades der Pumpe und zu beiden Seiten des Laufrades der Turbine mindestens zum Teil aufheben und sowohl Pumpe als auch Turbine in sich mindestens teilweise entlastet sind, dass beim Übergang vom Pumpenbetrieb zum Turbinenbetrieb oder umgekehrt ein starker Druckwechsel in der Welle, bezw. im Spur- oder Drucklager nicht auftritt. Es kann der Radius der Dich tungen 21, 40 der Pumpe von dem Radius der Dichtungen 22, 41 verschieden sein. An Stelle eines mit Schaufeln versehenen Schleu derrades kann eine glatte Scheibe vorgesehen sein.
Es kann der gemeinsame Raum durch ein absperrbares Abflussrohr mit dem Pumpen- und mit dem Turbinensaugrohr verbunden sein, wobei jeweils das zudem Saugrohr der im Betrieb befindlichen Maschine führende Rohr geöffnet, das andere geschlossen ist und der Druck im gemeinsamen Raum somit dem Saugdruok von Pumpe oder Turbine ent spricht.
Storage unit with pump and turbine arranged on the same shaft. The invention relates to a storage unit with on the same shaft angeord designated pump and turbine, in which the arranged in an at least substantially common housing, with their pressure sides facing pump and turbine impellers are arranged in separate work rooms, and both the Sang - resp. The pressure sides of the turbine and pump are sealed by gap seals, and the purpose is to prevent the penetration of gap liquid from the part in operation into the impeller of the idling part.
It consists of a space that is common to the turbine and pump and is partially limited by the pressure-side gap seals into which these gap seals open from the turbine and pump. Before geous enough, the common space is limited except by these gap seals, by the impellers of the pump and turbine, or by housing walls.
In the drawing, Ausführungsbei games of the invention are shown schematically. Fig. 1 shows a section through the pump and the turbine of a Speicheraggre gate with drainage of the gap liquid through the shaft, Fig. 2 with a further embodiment. Drainage of the fission fluid to the outside.
According to Fig. 1 and? the impeller 2 of the pump and .das impeller 3 of the turbine are attached to the shaft 1 and arranged between the outer covers 4 and 5. The impeller 2 of the pump sucks out of the suction pipe 6 and, promotes, through the stator 7 in the pressure housing 8 and in the not marked designated common pressure line.
The pressure housing 8 of the pump and the pressure housing 9 of the turbine are connected to the pressure line via a closing element (not shown), which optionally controls the flow from the pressure housing 8 to the pressure line or from the same to the pressure housing 9, depending on the shutoff of the other Pressure housing opens. From the pressure housing 9, the operating fluid of the turbine arrives under the influence of the adjustable stator 10 in the impeller 3 of the turbine, from where it flows through the suction line 11.
According to Fig. 1, the fixed ring part 12 has a double-comb-shaped cross-section, and engages in the comb-shaped cross-sections having parts 13 and 14 of the pump impeller 2 and the turbine impeller 3, forming a labyrinth-like gap seal 15 and 16 of the pump and the turbine, respectively one. The gap seals 15 and 16 open into a common space 17, which is connected to outlet channels 18, 19 arranged in the running wheel shaft 1.
The gap seals 15 and 16, which form the outer circumference of the common space 17, are mutually arranged by one of the throttle points 20 of the line system and with the gap seal device 21 and 22 on the suction side of the pump or turbine through with throttles 23 and 24, respectively provided Lei processing systems 25, 26 respectively. 27, 28 connected.
During pump operation, the gap water passes between the impeller 2 and the stator 7 behind the impeller 2 and on the one hand reaches the pressure-side gap seal 15, which it flows through under a pressure drop to exit into the space 17 and through the channels 18 and 19 in a manner not shown to be discharged outside. The pressure in space 17 corresponds, for example, to atmospheric pressure, so that, as will be described further below, penetration of gap liquid into the turbine runner 3 through the gap seal 16 is not possible and, on the other hand, it flows directly into the suction-side gap seal 21 the suction chamber of the pump.
Part of this water flows through the throttle points 23 into the annular channel 25.
During pump operation, the turbine forms the idling part, which is emptied by compressed air or in some other way to reduce the power losses, so that the turbine impeller 3 rotates in air. Through the throttling points 20, which are distributed over the entire circumference of the ring 12, part of the gap fluid emerges from the pump gap seal 15 into the turbine gap seal 16.
The overall cross-section of the bores 20 is dimensioned so that they let through as much gap liquid under the reduced pressure as is necessary for proper cooling and lubrication of the gap seal 16, but that the pressure is no longer so great that water enters the room between impeller 3 and stator 10 can flow. Cooling water from the pump gap seal 15 is likewise supplied to the turbine gap seal 22 in the middle of the line 28, the annular channel 27 and the throttle points 24 distributed around it.
On the suction side of the pump, cooling water exits from the gap seal 21 under reduced pump pressure through the throttle points 23 distributed over the entire circumference and passes through the annular channel 25, the line 26 to the turbine gap seal 16, the whole being designed in such a way that in the Line 26 is at such a pressure that the water can flow through the Dichta .g 16, but not into the space between the impeller 3 and stator 10.
Then the cooling liquid is completely drained off outside, the ring 29 is provided in the turbine wheel 3 below the gap seal 22, which hurls the cooling liquid emerging downwards into the space 30, from which it passes through the pipe 31 drains.
When the turbine is in operation, the Spaltflüs fluid exiting through the gap seal 16 also enters the space 17 and through the channels 18 and 19 to the outside, and the gap fluid passes through the seal 22 partly into the suction pipe 11 of the turbine and partly through the throttle 24 into the annular channel 27. When the turbine is in operation, the space 30 is closed by the shut-off element 32. The same line systems 20, 26, 25, 23 and 24, 27, 28 are used to cool the gap seals of the idling pump impeller 2 The pump also has a slinger 33 above the seal 1, which removes the cooling water into the space 34, from which it flows through the pipe 35, which is closed by the shut-off element 36 during pump operation.
The line systems 23, 25, 26 and 24, 27, 28 connecting the gap seals each have a connecting line 39 which can be regulated by means of the regulating element 37 or 38 and a pressure water tank (not shown) so that, for example, when the one coupled to the shaft 1 is not shown Asked power generator is used as a phase shifter, and the impellers 2 and 3 run empty in the air, by opening the control elements 37 and 38 from the pressure vessel via the line 39 to the gap seals 15, 16, 21 and 22 cooling water can be supplied, the pressure and Quantity is regulated depending on the required cooling effect.
According to Fig. 2, the gap seal 40 opens, respectively. 41 of the pump or the turbine in the common space 42, which is provided with the discharge pipe 43. The running edge 2 of the pump is connected to the impeller 3 of the turbine by an intermediate piece 44 forming part of the pressure-side gap seals 40 and 41 of the pump and the turbine in such a way that both the pressure-side gap seal 40 of the pump has the same radius as the suction-side gap seal 21, as well as in the turbine the pressure-side gap seal 41 has the radius of the suction-side gap seal 22.
Between the gap seals 40 and 41, which form the inner circumference of the common space 42, there is the centric to the shaft 1, attached to the intermediate piece 44 centrifugal wheel 45, which is provided with blades 46 on both sides. To cool the gap seals of the idling part, the line system 25, 26, 27 with the throttle points 23 and 24 and the line system 48, 28, 49 with the throttle points 47 and 50 are provided. The two line systems are interconnected and can be connected to a pressurized water vessel (not shown) by means of the control element 38 and the line 39.
When the turbine is in operation, the gap water exits between the impeller 3 and the stator 10 and passes behind the impeller 3, from where part of the water under the pressure drop passes completely through the seal 41 of the turbine. The cracking liquid hitting the sea ludder 45 is thrown out into space 42. and flows through the drain pipe 43 without being able to get through the gap seal 40 into the impeller 2 of the idling pump.
Another part of the gap water flows partly through the gap seal 22 on the suction side of the turbine into the suction line 11 and partly through it. the throttle point 24 in the annular channel .27. The gap water emerging from the Drosselstel len 50 and 24 in the annular chambers 49 and 27 is in turn used to cool the gap seals 21, 40 of the idling pump.
During pump operation, the gap seal 40 of the pump is completely captured by flowing gap water from the centrifugal wheel and kept away from the gap seal 41 of the turbine and the gap seals 22 and 41 of the idling turbine are cooled with gap water from the pump in an analogous manner as it was described for the seals 21 and 40 during turbine operation. When both parts run empty, the supply of water to the gap seals 21, 22, 40, and 41 is regulated by means of the organ 39.
Since, as is well known, the pressure of the gap liquid at the inlet of the gap seal decreases with the laying of the same after the shaft, this results in: that the pressure-side gap seal at least approximates the. Radius like the suction-side gap seal, the advantage. that the length of the pressure-side gap seal can be kept smaller - and that the gap liquid removed from the pressure-side gap seal for cooling has approximately the same pressure as the cooling liquid removed from the suction side, so that the line system for the cooling water is simplified.
In addition, the hydraulic pressures on both sides of the impeller of the pump and on both sides of the impeller of the turbine cancel each other out at least in part and both the pump and the turbine are at least partially relieved of the fact that the transition from pump operation to turbine operation or vice versa a strong pressure change in the wave, respectively. does not occur in the track or thrust bearing. The radius of the lines 21, 40 of the pump can be different from the radius of the seals 22, 41. Instead of a vaned Schleu derrades a smooth disc can be provided.
The common space can be connected to the pump and turbine suction pipe by a lockable drain pipe, with the pipe leading to the suction pipe of the machine in operation being open, the other being closed and the pressure in the common space thus corresponding to the suction pressure of the pump or Turbine corresponds.