Verfahren und Vorrichtung zur Spaltkühlwasser- und Druckluftversorgung bei hydraulischen Kreiselmaschinen im Leerlauf Bei Wasserkraftwerken werden in Zeiten geringer Belastung die Generatoren, die zur Erreichung eines möglichst einfachen Auf baues meistens mit der Turbine starr verbun den sind, als Phasensehieber verwendet. Zu diesem Zweck werden auf der Oberwa.sser- seite die Absperrorgane in der Zuflussleitung zur Turbine geschlossen. Bei einer Lage des Turbinenlaufrades unterhalb des Unterwas- serspiegels wird der Spiegel im Gehäuse der Maschine dann durch Druckluft abgesenkt.
Diese Absenkung beseitigt den beträchtlichen mechanischen Reibungsverlust, der durch das Waten des Laufrades in dem im Gehäuse noch vorhandenen Wasser hervorgerufen wird. Das Laufrad läuft alsdann leer in Luft mit. Dieser Leerlauf erfordert nun eine Kühlung des ver hältnismässig engen Spaltes zwischen Lauf rad und Gehäuse durch Wasser. Weiterhin muss, da durch Undichtigkeiten des Gehäuses und durch Absorption von Luft im Wasser ständig Druekluft verloren geht, diese ersetzt werden.
Bei den bisher gebauten Wasserkraftan lagen entnimmt man Spaltkühlwasser einer Druekleitung oder dem normalen Kühlwasser system der Anlage, drosselt es durch Blenden auf die erforderliche Menge und einen ge eigneten Druck und leitet es dann der Turbine zu. Diese Blenden werden meistens als runde Scheiben mit einer zentrischen Bohrung aus geführt. Sie neigen infolge der hinter den . Blenden auftretenden Kavitation zu störenden Geräuschen.
Mehrere hintereinandergesc-hal- tete Blenden, die den Kühlwasserzufluss in mehreren kleinen Druckstufen drosseln, be heben zwar diesen Nachteil, erfordern aber einen grösseren Aufwand an Vorrichtungen. Zur Erzeugung der erforderlichen Di uckluft für das Leeren und Leerhalten der Turbine verwendet man bei den bisher bekannten An lagen elektromotorisch angetriebene Kompres soren. Die erzeugte Druckluft strömt durch eine zusätzliche Leitung über schwimmerge steuerte Luftventile an einer geeigneten Stelle der Turbine zu.
Diese Aufteilung der Anlage in eine Spaltkühlwaeserversorgung und eine Druckluftversorgimg bedarf natürlich eines grossen Raumes im Kraftwerk, grosser Mon tagearbeit und hoher Kosten bei der Anlage.
Die vorliegende Erfindung hat in erster Linie zum Gegenstand ein Verfahren zur Ver sorgung von hydraulischen Kreiselmaschinen im Leerlauf mit Spaltkühlwasser und mit Druckluft zum Absenken des Wasserspiegels im Maschinengehäuse und zum Aufrechterhal ten des so abgesenkten Wasserspiegels, welches Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass die Erzeugung der erforderlichen Druckluft wenigstens für den einen der beiden angege- benen Zwecke allein durch das Spaltkühlwas ser erfolgt. Durch diese Vereinfachung ist auch bei kleinen Kraftwerken, bei denen sich eine grosse Anlage mit Kompressoren usw. nicht lohnt, die Möglichkeit gegeben, bei ge ringer Belastung den Generator als Phasen schieber weiterlaufen zu lassen.
Wird in einer fakultativen Ausführungsweise des erfin dungsgemässen Verfahrens die erforderliche Druckluft zusammen mit dem Spaltkühlwas ser, also durch eine gemeinsame Leitung, den zu kühlenden Spalten der Kreiselmaschine zugeleitet, so wird nicht. nur die Zahl der er forderlichen Zuleitungsanschlüsse an der Tur bine verringert, sondern auch die Zahl der Rohrleitungen innerhalb des Kraftwerkes. Da die mit dem Kühlwasser in den Spalt zuge führte Druckluft ebenfalls zur Kühlung bei trägt, kann durch diese gemeinsame Zufüh rung die erforderliche Spaltkühlwassermenge herabgesetzt werden. Eine geringere Kühl wassermenge senkt die mechanischen Verluste des laufenden Turbinenläufers.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens weist minde stens einen in der Spaltkühlwasserzuleitung angeordneten Luftinjektor auf, der die Druck luft erzeugt. Ein Luftinjektor ermöglicht es auch, die Drucklift einfach und zweckmässig mit. dem Kühlwasser zusammen dem zu küh lenden Spalt zuzuführen.
Es kann der Luftinjektor beispielsweise so ausgeführt werden, dass er direkt als Spalt kühlwasserblende dient, wobei durch die in dem Wasser mitgeführte Luft die störenden Geräusche der Blende vermieden werden.
Weiterhin kann beispielsweise die als Blende dienende Düse dieses Luftinjektors zur Anpassung an die erforderliche Kühlwas sermenge auswechselbar ausgeführt werden.
Die Erfindung kann mit den angeführten Merkmalen nicht nur bei Turbinen, sondern, auch bei allen andern hydraulichen Kreisel maschinen, beispielsweise bei Pumpen von Speicherkraftwerken, die zeitweise in Luft laufen, Anwendung finden. Die zur Durch führung des Verfahrens vorgeschlagene Vor- richtung ist in der Zeichnung in einem Aus führungsbeispiel dargestellt. An Hand dieser Zeichnung wird auch ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Verfahrens erläutert..
Fig. 1 zeigt im Schnitt die linke Hälfte eines Turbinenlaufrades mit den angrenzen den feststehenden Teilen, den Spalten und Zuleitungen, und Fig. 2 zeigt im grösseren Massstab einen Luftinjektor mit Blende und Zuleitungen im Schnitt. ' .
Auf der Welle 1 ist das Laufrad 2 der Turbine befestigt, das zur besseren Abdeckung des Spaltes zwischen dem Turbinengehäuse 7 und dem Laufrad 2 mit zwei ringförmigen Erhöhungen 3 und 4 versehen ist. Diese lau fen in Nuten 5 und 6 des Gehäuses 7. Durch die Bohrung 8 bzw. 9 erfolgt gleichzeitig die Zuführung des Spaltkühlwassers und der Druckluft. Mit 10 ist die Leitung des Spalt kühlwassers bezeichnet, die in die beiden Teil zuleitungen 10a- und 10b aufgeteilt ist. Vor dem Turbinengehäuse ist in jeder Spaltkühl wasserteilzuleitung 10a und 10b ein Luftin- jektor 11 angeordnet.
Die Fig. 2 zeigt in vergrössertem Massstab den Luftinjektor 11 mit Spaltkühlwasserteil- ztuleitung 10a., Luftsaugstutzen 12 und aLus- wechselba.r er Blende 13. Mit 14 ist. ein Rück- sehlagv entil in dem Luftsaugstutzen bezeich net, das bei Antrieb der Turbine durch Druck wasser einen Austritt von Spaltwasser verhin dert.
Wird bei Phasensehieberbetrieb am Ober wasserspiegel das Absperrorgan geschlossen und die Spaltkühlwasserzuleitung geöffnet, so wird beim Durchströmen des Kühlwassers durch die Luftinjektoren 11 Luft. durch den Saugstutzen 12 angesaugt und als Druckluft zusammen mit dem Spaltkühlwasser durch die Bohrungen 8 und 9 der Turbine zugeführt. Der Wasserspiegel im Gehäuse der Maschine wird durch die Druckluft abgesenkt und durch Verwendung einer geeigneten Blende so gehalten, dass das Laufrad in Luft läuft, und dass ein genügener Spaltkühlwasserzulauf vorhanden ist.
Method and device for gap cooling water and compressed air supply in hydraulic centrifugal machines in idle mode In hydroelectric power plants, the generators, which are usually rigidly connected to the turbine to achieve the simplest possible construction, are used as phase shifter in times of low load. For this purpose, the shut-off devices in the inflow line to the turbine are closed on the upper water side. If the turbine impeller is below the underwater level, the level in the machine housing is then lowered by compressed air.
This lowering eliminates the considerable mechanical friction loss caused by the wading of the impeller in the water still present in the housing. The impeller then runs along empty in air. This idling now requires the relatively narrow gap between the impeller and the housing to be cooled by water. Furthermore, since air is constantly lost due to leaks in the housing and the absorption of air in the water, it must be replaced.
In the hydropower plants built so far, gap cooling water is taken from a pressure line or the normal cooling water system of the plant, throttled through orifices to the required amount and a suitable pressure and then fed to the turbine. These diaphragms are usually designed as round disks with a central bore. They tend as a result of the behind. Blinds occurring cavitation to disturbing noises.
Several diaphragms held one behind the other, which throttle the cooling water flow in several small pressure stages, do remove this disadvantage, but require a greater outlay on devices. To generate the required pressure air for emptying and keeping the turbine empty, the previously known systems are used to compress compressors driven by an electric motor. The generated compressed air flows through an additional line via air valves controlled by floats at a suitable point of the turbine.
This division of the system into a gap cooling water supply and a compressed air supply, of course, requires a large space in the power plant, large assembly work and high costs for the system.
The present invention primarily relates to a method for the supply of hydraulic centrifugal machines in idle with gap cooling water and with compressed air to lower the water level in the machine housing and to maintain the so lowered water level, which method is characterized in that the generation of the required Compressed air for at least one of the two specified purposes takes place solely through the gap cooling water. As a result of this simplification, even in small power plants where a large system with compressors, etc. is not worthwhile, the possibility is given to let the generator continue to run as a phase shifter when the load is low.
If, in an optional embodiment of the method in accordance with the invention, the required compressed air is fed to the gyroscopic machine columns to be cooled together with the Spaltkühlwas water, that is to say through a common line, it is not. only the number of necessary feed line connections on the turbine is reduced, but also the number of pipelines within the power plant. Since the compressed air supplied with the cooling water into the gap also contributes to cooling, the required amount of gap cooling water can be reduced by this joint supply. A smaller amount of cooling water reduces the mechanical losses of the running turbine rotor.
The device according to the invention for carrying out this method has at least one air injector which is arranged in the gap cooling water supply line and which generates the compressed air. An air injector also makes it possible to use the pressure lift easily and conveniently. to supply the cooling water together to the gap to be cooled.
The air injector can, for example, be designed in such a way that it serves directly as a gap for cooling water, the air carried in the water avoiding the disruptive noises of the screen.
Furthermore, for example, the nozzle of this air injector serving as a diaphragm can be designed to be exchangeable to adapt to the required amount of cooling water.
The invention can be used with the features listed not only in turbines, but also in all other hydraulic centrifugal machines, for example in pumps of storage power plants that run temporarily in air. The device proposed for implementing the method is shown in the drawing in an exemplary embodiment. An exemplary embodiment of the method according to the invention is also explained using this drawing.
Fig. 1 shows in section the left half of a turbine impeller with the adjoining stationary parts, the gaps and supply lines, and Fig. 2 shows, on a larger scale, an air injector with a diaphragm and supply lines in section. '.
On the shaft 1, the impeller 2 of the turbine is attached, which is provided with two annular elevations 3 and 4 to better cover the gap between the turbine housing 7 and the impeller 2. These run in grooves 5 and 6 of the housing 7. Through the bore 8 and 9, the gap cooling water and the compressed air are supplied at the same time. With 10 the line of the gap cooling water is referred to, which is divided into the two partial supply lines 10a and 10b. An air injector 11 is arranged in front of the turbine housing in each gap cooling water supply line 10a and 10b.
2 shows, on an enlarged scale, the air injector 11 with gap cooling water part supply line 10a., Air suction nozzle 12 and an exchangeable diaphragm 13. a Rück- sehlagv valve in the air suction nozzle denotes that when the turbine is driven by pressurized water, this prevents crack water from escaping.
If the shut-off device is closed and the gap cooling water supply line is opened during the phase shifter operation at the upper water level, then air is generated when the cooling water flows through the air injectors 11. sucked through the suction nozzle 12 and fed as compressed air together with the gap cooling water through the bores 8 and 9 of the turbine. The water level in the machine's housing is lowered by the compressed air and, by using a suitable cover, is kept in such a way that the impeller runs in air and that there is a sufficient supply of cooling water.