Speicher-Wasserkraftanlage Die Erfindung bezieht sich auf eine Speicher- Wasserkraftanlage mit einer eine unterhalb des Un terwasserspiegels gelegene überdruckturbine, eine Speicherpumpe und eine mit diesen Maschinen ge kuppelte elektrische Maschine enthaltenden Maschi nengruppe.
Bei bisherigen Anlagen dieser Art liegt die Ma schinengruppe so tief unterhalb des Unterwasserspie gels, dass die Speicherpumpe gerade um den Betrag der bei ihr benötigten Zulaufhöhe unterhalb des Un terwasserspiegels angeordnet ist;
die Turbine befindet sich, sofern es sich um Anlagen mit waagrechter Achse der Maschinengruppe handelt, auf der Höhe der Spei cherpumpe oder, sofern es sich um Anlagen mit senk rechter Achse der Maschinengruppe handelt, um einen bestimmten Betrag oberhalb der Speicherpumpe, im allgemeinen jedoch tiefer unterhalb des Unterwasser spiegels als die an ihrem Laufradaustritt benötigte Gegendruckhöhe beträgt. Dabei werden die Zulauf höhe der Speicherpumpe und die Gegendruckhöhe der Turbine nach den vorgesehenen Betriebsverhält nissen, z.
B. der Fall- und Förderhöhe, der Wasser menge und wesentlich durch die spezifische und damit durch die tatsächliche Drehzahl bestimmt, die bei spielsweise durch die elektrische Maschine gegeben sein kann. Die Zulaufhöhe der Speicherpumpe ergibt sich bekanntlich um einige Meter grösser als die Ge- gendruckhöhe der Turbine.
Im Gegensatz zu den erwähnten bekannten An lagen besteht die Erfindung darin, dass die Maschinen gruppe so tief unterhalb des Unterwasserspiegels an geordnet ist, dass die Turbine gerade um den Betrag der an ihrem Laufradaustritt benötigten Gegendruck- höhe unterhalb des Unterwasserspiegels liegt, während die Speicherpumpe weniger tief unterhalb des Unter wasserspiegels angeordnet ist als die an sich bei ihr benötigte Zulaufhöhe beträgt, wenigstens jedoch so tief wie die Turbinen-Gegendruckhöhe beträgt,
und dass schliesslich vor die Speicherpumpe eine Zubringer pumpe geschaltet ist, deren Förderhöhe mindestens gleich der Differenz zwischen der an sich benötigten und der durch den Unterwasserspiegel statisch erzeug ten Speicherpumpen-Zulaufhöhe ist. Das Maschinen haus braucht dann nicht mehr so weit in die Tiefe gebaut zu werden, so dass Ausschachtungsarbeiten, tiefe Fundamente und damit Baukosten gespart wer den.
Ferner wird es möglich, die Zentrifugalpumpe mit höherer Drehzahl zu betreiben und. sie kleiner aus zubilden, ohne dass sie im Hinblick auf die bei höherer Drehzahl an sich wachsende Kavitationsgefahr tiefer unter dem Unterwasserspiegel angeordnet werden müsste;
vielmehr erzeugt die Zubringerpumpe den zur Vermeidung von Kavitation erforderlichen, an sich fehlenden Betrag des Zulaufdrucks. Während also bei den bisherigen Anlagen die Speicherpumpe min destens so tief gelegt wird wie die an sich benötigte Zulaufhöhe beträgt, wird bei der erfindungsgemässen Anlage die Tiefenlage der Maschinengruppe, insbe sondere der Speicherpumpe, durch die geringere Tur- binen-Gegendruckhöhe bestimmt.
Die Zeichnung zeigt eine bisherige Anlage und ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes. In Fig. 1 ist zum Vergleich die bisherige Anlage in Vorderansicht dargestellt.
Fig. 2 und 3 sind zugehörige Schnitte nach Linien <I>AA</I> und BB in Fig. 1.
Fig.4 ist eine Draufsicht auf eine erfindungs gemässe Anlage.
Fig. 5 und 6 sind zwei zugehörige Schnitte nach Linien <I>CC</I> und<I>DD</I> in Fig. 4.
Die in Fig. 1 bis 3 dargestellte Maschinengruppe einer Wasserkraftanlage enthält eine überdruck turbine 1, der das aus einem oberen Becken, z. B. einem See kommende Wasser über eine Leitung 2 zugeführt wird und aus der es über eine Leitung 3 in das sogenannte Unterwasser 4 strömt, und die zur Erzeugung des notwendigen Gegendrucks am Aus tritt des Laufrades unterhalb des Unterwasserspiegels 12 liegt, ferner eine elektrische Maschine 5, die bei normalem Betrieb von der Turbine 1 angetrieben ist,
sowie eine zweiflutige Zentrifugalpumpe 6, die über eine ausrückbare Kupplung 7 von der auch als Elek tromotor verwendbaren Maschine 5 angetrieben ist, wenn Wasser aus dem Unterwasser 4 in umgekehrter Richtung über zwei aus dem Unterwasser 4 kommende Saugleitungen 10 und eine Druckleitung 9 in das obere Becken gefördert werden soll. Die drei Maschinen 1, 5, 6 haben eine gemeinsame waagrechte Achse 11 und sind in einem an dem Unterwasser 4 errichteten Ma schinenhaus 8 untergebracht.
Die Achse 11 liegt um einen Betrag<I>HP</I> unterhalb des Unterwasserspiegels 12, der gleich der den gegebenen Verhältnissen, be sonders der Betriebsdrehzahl entsprechenden Zulauf höhe der Pumpe 6 ist. Die durch das Unterwasser 4 hervorgerufene Gegendruckhöhe am Laufradaustritt der Turbine 1, die in Fig. 2 mit HT bezeichnet ist, beträgt bei der dargestellten bisherigen Wasserkraft anlage etwa die Hälfte des Betrages von<I>HP,</I> so dass der Gegendruckforderung am Austritt der Turbine im Übermass Rechnung getragen ist.
Bei der erfindungsgemässen Anlage nach den Fig. 4 bis 6 liegt die gemeinsame Achse 11 nur um den Betrag HT der Gegendruckhöhe der Überdruck-, z. B. Francis- oder Reaktionsturbine 1 unterhalb des Unterwasserspiegels 12. Das Maschinenhaus 8 ist bei diesem Beispiel entsprechend weniger weit in die Tiefe gebaut. Vor die Speicherpumpe 6 ist eine über einen Elektromotor 13 angetriebene Zubringerpumpe 14 geschaltet, die das Wasser über eine aus dem Unter wasser 4 kommende Leitung 15, 17. 20 in die Lei tungen 10 und damit in die Hauptpumpe 6 fördert.
Die Förderhöhe der Pumpe 14 ist mindestens gleich der Differenz zwischen der an sich benötigten und der durch den Unterwasserspiegel statisch er zeugten Speicherpumpen-Zulaufhöhe.
Bei einem abgewandelten Ausführungsbeispiel sitzt die in Fig. 4 gestrichelt eingezeichnete Zubringer pumpe 14' unmittelbar auf der Achse 11 und ist von der als Antriebsmotor arbeitenden Maschine 5 an getrieben. Die Teile 13 bis 15, 17, 20 fallen fort; eine Leitung 18 bildet nunmehr die Saugleitung der Zubringerpumpe. Auf der Druckseite der Zubringer pumpe führt bei diesem Beispiel eine Leitung 19 in die Saugleitungen 10 der Hauptpumpe 6.
Der Aus führungsform nach Fig.4 bis 6 sind die gleichen Maschinen und sonstigen Verhältnisse wie der bis herigen Bauart nach Fig. 1 bis 3 zugrundegelegt, ledig lich die Tiefe der gemeinsamen Maschinenachse 11 ist verringert und es ist der Hauptpumpe 6 die Zu bringerpumpe 14 oder 14' vorgeschaltet.
Bei anderer Ausführungsform hat die Maschinen gruppe senkrechte Achse und die Pumpe 6 sitzt an der tiefsten Stelle aller Maschinen, jedoch weniger tief unterhalb des Unterwasserspiegels als ihre an sich bnötigte Zulaufhöhe beträgt; dabei ist die oberhalb der Pumpe 6 liegende Turbine gerade so tief unter halb des Unterwasserspiegels 12 angeordnet, wie die an ihrem Laufradaustritt benötigte Gegendruckhöhe beträgt.
Bei allen Bauarten ist die Förderhöhe der Zu bringerpumpe 14 bzw. 14' mindestens gleich der Differenz zwischen der an sich benötigten, in Fig. 2 und 3 mit<I>HP</I> bezeichneten Zulaufhöhe der Haupt pumpe 6 und der durch den Unterwasserspiegel 12 statisch erzeugten, der in den Fig. 2 und 5 mit HT bezeichneten Turbinen-Gegendruckhöhe gleichen Zu laufhöhe, bei dem gezeichneten Beispiel also gleich der Differenz der Beträge<I>HP</I> und HT.
Storage hydropower plant The invention relates to a storage hydropower plant with an overpressure turbine located below the under water level, a storage pump and a machine group containing a machine group coupled with these machines.
In previous systems of this type, the Ma machine group is so deep below the Unterwasserspie gel that the storage pump is just arranged by the amount of the required inlet height below the Un terwasserspiegel;
The turbine is, if it is a system with a horizontal axis of the machine group, at the level of the storage pump or, if it is a system with a vertical axis of the machine group, a certain amount above the storage pump, but generally lower below the underwater level than the counter-pressure level required at its impeller outlet. The inlet height of the storage pump and the back pressure of the turbine are nissen according to the intended operating conditions, z.
B. the head and head, the amount of water and largely determined by the specific and thus by the actual speed that can be given for example by the electric machine. As is known, the inlet height of the storage pump is a few meters higher than the back pressure of the turbine.
In contrast to the known systems mentioned, the invention consists in the fact that the machine group is arranged so deeply below the underwater level that the turbine is just below the underwater level by the amount of the counterpressure height required at its impeller outlet, while the storage pump is less is arranged deep below the underwater level than the inflow height required per se, but at least as low as the turbine counter-pressure height,
and that finally a feeder pump is connected upstream of the storage pump, the delivery head of which is at least equal to the difference between the storage pump inlet level required per se and the storage pump inlet level generated statically by the underwater level. The machine house then no longer needs to be built so deep that excavation work, deep foundations and thus construction costs can be saved.
Furthermore, it becomes possible to operate the centrifugal pump at a higher speed and. to make them smaller without having to be arranged deeper below the underwater level in view of the risk of cavitation, which increases at higher speeds;
rather, the feed pump generates the amount of inlet pressure that is required to avoid cavitation, which is actually missing. While in the previous systems the storage pump is at least as deep as the required inflow height is, in the system according to the invention the depth of the machine group, in particular the storage pump, is determined by the lower turbine back pressure.
The drawing shows a previous system and an embodiment of the subject of the invention. In Fig. 1, the previous system is shown in front view for comparison.
FIGS. 2 and 3 are corresponding sections along lines <I> AA </I> and BB in FIG. 1.
4 is a plan view of a system according to the invention.
FIGS. 5 and 6 are two associated sections along lines <I> CC </I> and <I> DD </I> in FIG. 4.
The machine group shown in Fig. 1 to 3 of a hydropower plant contains a positive pressure turbine 1, which consists of an upper basin, for. B. a lake coming water is supplied via a line 2 and from which it flows via a line 3 into the so-called underwater 4, and which occurs to generate the necessary back pressure at the off of the impeller is below the underwater level 12, furthermore an electrical machine 5 which is driven by the turbine 1 during normal operation,
and a double-flow centrifugal pump 6, which is driven via a disengageable clutch 7 from the machine 5, which can also be used as an electric motor, when water from the underwater 4 in the opposite direction via two suction lines 10 coming from the underwater 4 and a pressure line 9 into the upper basin should be promoted. The three machines 1, 5, 6 have a common horizontal axis 11 and are housed in a machine house 8 erected on the underwater 4.
The axis 11 lies by an amount <I> HP </I> below the underwater level 12, which is equal to the inflow height of the pump 6 corresponding to the given conditions, especially the operating speed. The back pressure level caused by the underwater 4 at the impeller outlet of the turbine 1, which is designated by HT in FIG. 2, is about half the amount of <I> HP, </I> in the previous hydropower plant shown, so that the back pressure demand on Exit of the turbine in excess is taken into account.
In the system according to the invention according to FIGS. 4 to 6, the common axis 11 lies only by the amount HT of the back pressure level of the overpressure, e.g. B. Francis or reaction turbine 1 below the underwater level 12. The machine house 8 is built in this example less far into the depth. In front of the storage pump 6, a feeder pump 14 driven by an electric motor 13 is connected, which conveys the water via a line 15, 17, 20 coming from the underwater 4 into the lines 10 and thus into the main pump 6.
The delivery head of the pump 14 is at least equal to the difference between the required per se and the storage pump inlet height statically generated by the underwater level.
In a modified exemplary embodiment, the feeder pump 14 'shown in dashed lines in FIG. 4 sits directly on the axis 11 and is driven by the machine 5 operating as a drive motor. Parts 13 to 15, 17, 20 are omitted; a line 18 now forms the suction line of the feeder pump. In this example, a line 19 leads into the suction lines 10 of the main pump 6 on the pressure side of the feeder pump.
4 to 6 are based on the same machines and other conditions as the previous design according to FIGS. 1 to 3, only Lich the depth of the common machine axis 11 is reduced and it is the main pump 6 to bring the pump 14 or 14 'upstream.
In another embodiment, the machine group has a vertical axis and the pump 6 is located at the lowest point of all machines, but less deep below the underwater level than its required inlet height; The turbine located above the pump 6 is arranged just as deep below half of the underwater level 12 as the counter-pressure level required at its impeller outlet.
In all designs, the delivery head of the to bringer pump 14 or 14 'is at least equal to the difference between the required, in Fig. 2 and 3 with <I> HP </I> designated inflow height of the main pump 6 and that through the underwater level 12 statically generated, the turbine counterpressure height designated HT in FIGS. 2 and 5, the same to the running height, in the example shown, that is, equal to the difference between the amounts <I> HP </I> and HT.