Hydraulische Speicheranlage Mit der Verwendung von Pumpenturbinen, also von Strömungsmaschinen, die in der einen Durch flussrichtung als Turbine und in der anderen Durch flussrichtung als Pumpe betrieben werden, lassen sich bei hydraulischen Speicheranlagen gegenüber der Ver wendung gesonderter Turbinen und Pumpen erheb liche maschinentechnische und bauliche Verein fachungen erzielen.
Allerdings haben diese Pumpen turbinen den Nachteil, dass ihr Wirkungsgradoptimum im Turbinenbetrieb bei einer Fallhöhe liegt, die etwa 5 bis 3-0 ö grösser ist als die Förderhöhe, bei der sie bei derselben Betriebsdrehzahl im Pumpenbetrieb das Wirkungsgradoptimum haben. Wird eine solche Pum penturbine also in beiden Durchflussrichtungen mit derselben Drehzahl betrieben, so arbeitet sie demzu folge nur in der einen der beiden Durchflussrichtungen, also entweder im Turbinenbetrieb oder im Pumpen betrieb, in einem günstigen Wirkungsgradbereich.
Zur Beseitigung dieses Nachteils bei der Verwendung von Pumpenturbinen hat man daher schon vorgeschlagen, die Pumpenturbinen mittels polumschaltbarer Motor generatoren in den beiden Drehrichtungen mit ver schieden grossen Drehzahlen zu betreiben, und zwar im Pumpenbetrieb mit einer höheren Drehzahl als im Turbinenbetrieb. Da die Erstellung grosser polum schaltbarer Motorgeneratoren, d. h. grosser Motor generatoren für zwei verschiedene Drehzahlen, sehr aufwendig und kostspielig ist, wurde diese Lösung jedoch verhältnismässig selten angewendet, um so mehr, als fast für jedes Pumpenturbinenprojekt ei-he andere Drehzahlpaarung ausgeführt werden musste.
Die Erfindung gibt nun einen Weg an, der die vorteilhafte Verwendung von Pumpenturbinen bei hy draulischen Speicheranlagen gestattet. Sie besteht in dem Vorschlag, bei einer hydraulischen Speicheran lage mit einer im Turbinen- und im Pumpenbetrieb mit gleicher und konstanter Drehzahl laufenden Pum- penturbine, diese Pumpenturbine für den überwiegen den Teil der gesamten zu verarbeitenden Fall- bzw.
Förderhöhe auszulegen und ausserdem eine den Rest der Fall- bzw. Förderhöhe verarbeitende, der Haupt pumpenturbine vor- oder nachgeschaltete, im Tur binenbetrieb mit anderer Drehzahl als im Pumpen betrieb und gegebenenfalls mit veränderbarer Dreh zahl betriebene Zusatzpumpenturbine vorzusehen. Bei einem solchen Vorgehen ist es in jedem Fall und in einfacher Weise möglich,
die Gesamtfallhöhe und die Gesamtförderhöhe anteilmässig so auf die Haupt pumpenturbine und die Zusatzpumpenturbine aufzu teilen, dass jede dieser beiden Maschinen, insbeson dere aber die wirkungsgradmässig wesentlich bedeut samere grosse Hauptpumpenturbine, sowohl im Tur binenbetrieb als auch im Pumpenbetrieb in einem günstigen Wirkungsgradbereich arbeitet, also auch dann,
wenn die Zusatzpumpenturbine zwecks An passung an die im Betrieb etwa schwankende Ge- samtfa\Ilhöhe bzw. Gesamtförderhöhe mit veränderh- chen Drehzahlen betrieben wird.
Durch die Aufteilung der Gesamtfallhöhe und der Gesamtförderhöhe auf eine grosse Hauptpumpenturbine und eine kleine Zu satzpumpenturbine ergibt sich u. a.
aber auch der Vorteil, dass zur Anpassung an unterschiedliche oder etwa ün Betrieb schwankende Gesamtfallhöhen und Gesamtförderhöhen die Verhältnisse an der grossen Hauptpumpenturbine unverändert beibehalten wer den können und nur die Verhältnisse an der kleinen Zusatzpumpenturbine entsprechend verändert zu wer den brauchen.
Während die leistungsmässig grosse Hauptpumpen turbine vorteilhaft unmittelbar mit einer nur für eine einzige Betriebsdrehzahl ausgelegten und daher ein fachen und billigen elektrischen Maschine (Motor generator) in Antriebsverbindung steht, kann die Ver bindung der leistungsmässig kleinen Zusatzpumpen- turbine mit dem elektrischen Teil der Anlage auf verschiedene Weise erfolgen.
So wird nach einem Vorschlag der Erfindung für letztere ein gesonderter polumschaltbarer Motor vorgesehen. Dabei ist es möglich, die Drehzahlen so zu wählen, dass sich für die Ausbildung der Polumschaltung besonders gün stige Verhältnisse ergeben, so dass der material- und kostenmässig an sich nicht sehr ins Gewicht fallende polumschaltbare Motorgenerator einfach und billig hergestellt werden kann.
Auf die Ausbildung des Motorgenerators für die Zusatzpumpenturbine als polumschaltbarer Motor generator kann aber auch verzichtet werden, wenn auf der Welle des Motorgenerators für die Haupt pumpenturbine ein Hilfsgenerator angeordnet wird, der im Pumpenbetrieb von dem aus dem Hauptnetz gespeisten und als Motor laufenden Motorgenerator für die Hauptpumpenturbine angetrieben wird und entsprechend seiner Auslegung eine höhere als die Netzfrequenz erzeugt.
Durch Herstellen einer elektri schen Verbindung zwischen dem Hilfsgenerator und dem Motorgenerator für die Zusatzpumpenturbine kann bei gleichzeitigem Abschalten des letzteren vom Hauptnetz, mit welchem er im Turbinenbetrieb verbunden ist, diese höhere Frequenz des Hilfsgene- rators dazu benutzt werden, den an sich nur für eine einzige Betriebsdrehzahl ausgelegten Motorgene rator für die Zusatzpumpenturbine und damit auch die Zusatzpumpenturbine selbst im Pumpenbetrieb mit einer Drehzahl anzutreiben,
die höher ist als die Turbinenbetriebsdrehzahl.
Wird an Stelle des Hilfsgenerators auf der Welle des Motorgenerators für die Hauptpumpenturbine eine als Motorgenerator ausgebildete Hilfsmaschine angeordnet, so kann diese ausser zum Antrieb der Zu satzpumpenturbine mit erhöhter Pumpenbetriebsdreh- zahl auch noch als Motor zum Anfahren der belüfte ten Hauptpumpenturbine bei Aufnahme des Pumpen betriebes verwendet werden.
In diesem Fall erhält der Hilfsmotorgenerator seinen Strom mit Netzfrequenz aus dem Hauptnetz, wobei selbstverständlich seine elektrische Verbindung zum Motorgenerator für die Zusatzpumpenturbine unterbrochen ist.
Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung wird für die Hauptpumpenturbine und für die Zusatz pumpenturbine ein einziger gemeinsamer Motorgene rator vorgesehen, der nur für eine einzige Drehzahl, nämlich die in beiden Drehrichtungen gleich grosse Betriebsdrehzahl der Hauptpumpenturbine .ausgelegt ist.
Während der Motorgenerator mit der Hauptpum- penturbine direkt verbunden wird, erfolgt dann seine Verbindung mit der Zusatzpumpenturbine über ein Schaltgetriebe, so dass diese in jeder der beiden Dreh richtungen mit einer anderen und gegebenenfalls ver änderlichen Drehzahl betrieben werden kann. Das Schalten des Getriebes kann hierbei in an sich be kannter Weise mittels verschiebbarer Zahnräder z. B. mittels mechanischer oder hydraulischer Kupplungen bewirkt werden.
Die verschiedenen gewünschten Dbersetzungsverhältnisse für die Zusatzpumpentur- bine könnten beispielsweise dadurch erzielt werden, dass diese mit dem Motorgenerator über einen hydrau lischen Wandler und eine Kupplung - wobei dann nur eine einzige Zahnradübersetzung erforderlich wäre oder aber auch über zwei hydraulische Wandler ver bunden wird.
Bei entsprechender Aufteilung der Fallhöhen- bzw. Förderhöhenanteile auf die Hauptpumpenturbine und die Zusatzpumpenturbine kann schliesslich aber auch eine solche Anordnung getroffen werden, bei der die Zusatzpumpenturbine im Pumpenbetrieb zusammen mit der Hauptpumpenturbine vom gemeinsamen Mo torgenerator angetrieben wird, in der entgegengesetz ten Drehrichtung jedoch, also im Turbinenbetrieb,
entsprechend der durchfliessenden Strömung nur im Leerlauf ohne Kraftübertragung mit der Hauptpum- penturbine mitläuft. Besonders günstige Verhältnisse würden sich hierbei insbesondere dann ergeben, wenn, wie von der Erfindung weiterhin vorgeschlagen wird, als Zusatzpumpenturbine eine solche mit verstellbaren Laufradschaufeln, also beispielsweise eine Kaplan- Pumpenturbine, verwendet würde.
In diesem Fall wäre es nämlich möglich, die Laufradschaufeln der Zusatzmaschinen bei Turbinenbetrieb auf einen gro ssen Öffnungswinkel einzustellen, so dass die bei Tur binenbetrieb im Leerlauf mitlaufende Zusatzmaschine nur geringe Fallhöhenverluste verursachen würde.
Die Fig. 1 der Zeichnung zeigt in schematischer Darstellung die bisher bekannte Art der Verwendung von Pumpenturbinen bei hydraulischen Speicheran lagen, während in den Fig. 2 bis 7 ebenfalls in schematischer Darstellung einige erfindungsgemässe Ausführungsbeispiele gezeigt sind.
Bei der bisher üblichen Ausführungsart gemäss Fig. 1 wird das gesamte Gefälle (im Turbinenbetrieb) und die gesamte Förderhöhe (im Pumpenbetrieb) von einer einzigen Pumpenturbine 1 verarbeitet bzw. er zeugt, die mit dem Motorgenerator 2 in Antriebsver bindung steht. Um einen einigermassen tragbaren Wirkungsgrad zu erzielen, ist der Motorgenerator 2 als polumschaltbarer Motorgenerator für zwei ver schiedene Drehzahlen ausgelegt, und zwar für eine niedrigere Drehzahl n1 für Turbinenbetrieb und eine höhere Drehzahl n2 für Pumpenbetrieb.
Die Fig. 2 und 3 zeigen erfindungsgemässe Aus führungsbeispiele, bei denen die Gesamtfallhöhe und die Gesamtförderhöhe jeweils auf eine grosse Hauptpumpenturbine 3 und eine kleine Zusatzpum- penturbine 4 aufgeteilt sind, wobei im einen Fall die Zusatzpumpenturbine 4 der Hauptpumpenturbine 3 vorgeschaltet und im anderen Fall nachgeschaltet ist,
und wobei in jedem der beiden Fälle die Haupt pumpenturbine 3 mit einem nur für eine einzige Be triebsdrehzahl n3 ausgelegten Motorgenerator 5 und die Zusatzpumpenturbine 4 mit einem für zwei ver schiedene Betriebsdrehzahlen, nämlich für eine nied rige Turbinenbetriebsdrehzahl n.4 und eine höhere Pumpenbetriebsdrehzahl n5, ausgelegten polumschalt baren gesonderten Motorgenerator 6 in Antriebsver- bindung steht.
Die Zusatzpumpenturbine 4 wird dabei im Pumpenbetrieb jeweils mit einer um soviel höheren Drehzahl n5 betrieben als im Turbinenbetrieb (Dreh zahl n4), dass die von ihr erzeugte Förderhöhe gerade um einen solchen Betrag grösser ist als die von ihr verarbeitete Fallhöhe, wie die von der in beiden Drehrichtungen mit gleicher Drehzahl n3 betriebenen Hauptpumpenturbine 3 erzeugte Förderhöhe kleiner ist als die von dieser verarbeitete Fallhöhe,
so dass also die von beiden Maschinen zusammen im Pum penbetrieb erzeugte Gesamtförderhöhe gleich gross ist wie die von ihnen im Turbinenbetrieb verarbeitete Gesamtfallhöhe.
In Fig. 4 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem für die Hauptpumpenturbine 3 und für die dieser hier nachgeschaltete Zusatzpumpenturbine 4 ein gemeinsamer, nur für eine einzige Betriebsdreh zahl n7 ausgelegter Motorgenerator 7 vorgesehen ist.
Während die Hauptpumpenturbine 3 mit dem Motor generator 7 in unmittelbarer Antriebsverbindung steht und in beiden Drehrichtungen mit derselben Betriebs drehzahl n7 betrieben wird, steht die Zusatzpumpen turbine 4 mit dem Motorgenerator 7 über das Zahn radschaltgetriebe 8 in mittelbarer Antriebsverbindung und wird entsprechend der gewählten Übersetzung zwischen dem auf der Hauptmaschinenwelle 13 gegen Verdrehen gesichert axial verschieblich angeordneten Zahnrad 9 und dem festen Zahnrad 10 bzw.
zwischen dem in gleicher Weise auf der Hauptmaschinenwelle 13 angeordneten Zahnrad 11 und dem festen Zahn rad 12 im Pumpenbetrieb mit einer anderen und ent sprechend höheren Drehzahl ng betrieben als im Turbinenbetrieb (Drehzahl n$).
Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel für den Fall einer solchen Auslegung der grossen Hauptpum- penturbine 3, bei der diese im Turbinenbetrieb die gesamte Fallhöhe praktisch allein verarbeitet, im Pumpenbetrieb dagegen nur eine kleinere Förderhöhe als die verlangte Gesamtförderhöhe erzeugt.
Die An ordnung ist hier dementsprechend so gewählt, dass die Zusatzpumpenturbine 4 bei Turbinenbetrieb im Leerlauf mitläuft, zur Erzeugung der fehlenden För- derhöhe dagegen bei Pumpenbetrieb von dem wieder um für beide Pumpen 3 und 4 gemeinsamen und nur für eine einzige Betriebsdrehzahl ausgelegten Motor generator 7 angetrieben wird.
Dazu ist auf der Haupt maschinenwelle 14, über welche die Hauptpumpen turbine 3 mit dem Motorgenerator 7 in direkter An triebsverbindung steht, ein axial verschiebliches lose mitumlaufendes Zahnrad 15 angeordnet, das mit einem auf der Zusatzmaschinenwelle 16, axial ver- schieblich und drehfest angeordneten Zahnrad 17 in ständigem Eingriff ist.
Das Zahnrad 15 ist mit Kupp lungsklauen oder dergleichen 18 versehen, über wel che es mittels des auf der Hauptmaschinenwelle 14 axial verschieblich aber gegen Verdrehen gesichert angeordneten Kupplungsteiles 19 mit der Welle 14 drehfest verbunden und dadurch die Welle 14 mit der Welle 16 in Antriebsverbindung gebracht werden kann. Im Turbinenbetrieb wird - wie in der Zeichnung dargestellt - mit ausgerückter Kupplung 18, 19 ge fahren.
Dadurch ist die drehfeste Verbindung zwi schen der Welle 14 und dem Zahnrad 15 aufgehoben und damit auch die Antriebsverbindung zwischen den Wellen 14 und 16, d. h. zwischen dem Motorgenera tor 7 bzw. der Hauptpumpenturbine 3 und der Zu satzpumpenturbine 4 unterbrochen. Entsprechend der durchfliessenden Strömung können sich also das Laufrad der Zusatzpumpenturbine 4 sowie die Welle 16 und die Zahnräder 17 und 15 im Leerlauf, d. h.
mit einer von der Betriebsdrehzahl des Motorgenera- tors 7 bzw. der Hauptpumpenturbine 3 unabhängigen Leerlaufdrehzahl mitdrehen, so dass die Zusatzpum- penturbine 4 zur Verarbeitung der vorhandenen Fall höhe praktisch nichts beiträgt.
Im Pumpenbetrieb, also wenn die Zusatzpumpen turbine 4 einen bestimmten Anteil der verlangten Gesamtförderhöhe erzeugen soll, wird dagegen mit eingerückter Kupplung 18, 19 gefahren.
Dabei ist das Zahnrad 15 mit der Hauptmaschinen welle 14 drehfest verbunden, also die Antriebsverbin dung zwischen den Wellen 14 und 16 und somit auch zwischen dem Motorgenerator 7 bzw. der Haupt pumpenturbine 3 und der Zusatzpumpenturbine 4 hergestellt, so dass letzterer nunmehr vom Mo torgenerator 7 mit einer Pumpenbetriebsdrehzahl ng angetrieben wird,
bei der sie entsprechend der gewählten Übersetzung zwischen den Zahnrädern 15 und 17 die fehlende Förderhöhe erzeugt. In dem dargestellten Beispiel ist die Übersetzung so gewählt, dass die Pumpenbetriebsdrehzahl n9 der Zusatzpum- penturbine n4 um einiges höher ist als die Betriebs drehzahl der Hauptpumpenturbine 3.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 stehen die Hauptpumpenturbine 3 und die Zusatzpumpen turbine 4 in unmittelbarer Antriebsverbindung mit den Motorgeneratoren 20 bzw. 21, die beide als nor male, d. h. als nicht polumschaltbare Motorgenera- toren für nur eine einzige Betriebsdrehzahl ausgebil det sind.
Um im Pumpenbetrieb die Zusatzpumpen turbine 4 trotzdem in der gewünschten Weise mit einer höheren Drehzahl als im Turbinenbetrieb und auch mit einer höheren Drehzahl als die Hauptpum- penturbine 3 betreiben zu können, ist auf der Haupt maschinenwefle 23 ein Hilfsgenerator 22. angeordnet, der die dazu erforderliche höhere Frequenz für den Antrieb des Motorgenerators 21 erzeugt.
Bei Turbinenbetrieb sind beide Motorengenerato- ren 20 und 21 an das gemeinsame elektrische Haupt netz 24 angeschlossen. Dementsprechend arbeiten im Turbinenbetrieb sowohl die Hauptpumpenturbine 3 als auch die Zusatzpumpenturbine 4 mit derselben Frequenz auf das Netz 24. Die elektrische Verbindung 25, 2,6 zwischen dem Motorgenerator 21 und dem Hilfsgenerator 22 ist hierbei unterbrochen, so dass letzterer nur leer mitläuft.
Bei Pumpenbetrieb liegt der Motorgenerator 20 wiederum am Netz 24, dagegen ist der Motorgenera tor 21 vom Netz 24 abgeschaltet und dafür die elektrische Verbindung 25, 26 zwischen dem Motor generator 21 und dem Hilfsgenerator 22 hergestellt. Der Motorgenerator 20 erhält den zum Betreiben der Hauptpumpenturbine 3 als Pumpe erforderlichen Strom aus dem Netz 24.
Dabei treibt der Motorgene rator 20 gleichzeitig auch den auf der Welle 23 an geordneten Hilfsmotor 22 an, der jetzt über die her gestellte Verbindung 25, 26 den Motorgenerator 21 mit Strom höherer als der Netzfrequenz beliefert, so dass dieser nun die Zusatzpumpenturbine 4 mit einer höheren Drehzahl als im Turbinenbetrieb antreibt.
Wird entsprechend Fig.7 an Stelle des Hilfs motors 22 auf der Hauptmaschinenwelle 23 ein Hilfs- motorgenerator 27 angeordnet, der über eine elek trische Verbindung 28, 29 an das Netz 24 angeschlos sen werden kann,
dann kann der Hilfsmotorgenerator 27 ausser zum Beliefern des Motorgenerators 21 mit Strom höherer als der Netzfrequenz zwecks Betreibens der Zusatzpumpenturbiine 4 mit einer erhöhten Pum- penbetriebsdrehzahl auch als Anfahrmotor für die belüftete Hauptpumpenturbine 3 bei Aufnahme des Pumpenbetriebs verwendet werden. Hierzu erhält der als Motor laufende Hilfsmotorgenerator 27 seinen Strom über die elektrische Verbindung 28, 29 aus dem Netz 24.
Wie in der Fig. 7 dargestellt, ist hierbei die Verbindung zwischen dem flfsmotorgenerator 27 und dem Motorgenerator 21 sowie die Verbindung zwischen letzterem und dem Netz 24 unterbrochen.
Hydraulic storage system With the use of pump turbines, i.e. flow machines that are operated as a turbine in one flow direction and as a pump in the other flow direction, a considerable mechanical and structural combination can be achieved with hydraulic storage systems compared to the use of separate turbines and pumps achieve fills.
However, these pump turbines have the disadvantage that their optimum efficiency in turbine operation is at a head that is about 5 to 3-0 ö greater than the delivery head at which they have optimum efficiency at the same operating speed in pump operation. If such a pump turbine is operated at the same speed in both flow directions, it consequently only works in one of the two flow directions, i.e. either in turbine operation or in pump operation, in a favorable efficiency range.
To eliminate this disadvantage in the use of pump turbines, it has therefore already been proposed to operate the pump turbines by means of pole-changing motor generators in the two directions of rotation at different speeds, namely in pump mode at a higher speed than in turbine mode. Since the creation of large pole-changing motor-generators, i. H. large motor generators for two different speeds, is very complex and expensive, this solution was used relatively seldom, especially as a different speed pairing had to be carried out for almost every pump turbine project.
The invention now provides a way that allows the advantageous use of pump turbines in hy draulic storage systems. It consists in the proposal that, in a hydraulic storage system with a pump turbine running in turbine and pump operation at the same and constant speed, this pump turbine for the predominant part of the total fall or fall to be processed.
To design the delivery head and also to provide an additional pump turbine that processes the rest of the head or delivery head, upstream or downstream of the main pump turbine, in turbine operation at a different speed than in pump operation and, if necessary, with variable speed. With such a procedure it is possible in any case and in a simple manner
Divide the total head and the total delivery head proportionally between the main pump turbine and the auxiliary pump turbine in such a way that each of these two machines, but in particular the large main pump turbine, which is much more important in terms of efficiency, works in a favorable efficiency range, both in turbine mode and in pump mode then,
when the additional pump turbine is operated at variable speeds for the purpose of adaptation to the total head or total delivery head, which fluctuates during operation.
By dividing the total head and the total head on a large main pump turbine and a small additional pump turbine results in u. a.
but also the advantage that the conditions on the large main pump turbine can be kept unchanged to adapt to different or fluctuating total head heights and total delivery heights and only the conditions on the small additional pump turbine need to be changed accordingly.
While the main pump turbine, which is large in terms of output, is advantageously directly connected to a drive connection, which is designed for only one operating speed and is therefore a simple and cheap electric machine (motor generator), the connection of the small, small in terms of performance, auxiliary pump turbine to the electrical part of the system can be different Way.
Thus, according to a proposal of the invention, a separate pole-changing motor is provided for the latter. It is possible to choose the speeds so that particularly favorable conditions arise for the formation of the pole-changing, so that the pole-changing motor generator, which is not very important in terms of material and cost, can be produced simply and cheaply.
The design of the motor generator for the auxiliary pump turbine as a pole-changing motor generator can also be dispensed with if an auxiliary generator is arranged on the shaft of the motor generator for the main pump turbine, which in pump operation is fed by the motor generator for the main pump turbine that is fed from the main network and runs as a motor is driven and, according to its design, generates a higher frequency than the mains frequency.
By establishing an electrical connection between the auxiliary generator and the motor generator for the auxiliary pump turbine, this higher frequency of the auxiliary generator can be used for this purpose only for a single one, while the latter is disconnected from the main network to which it is connected in turbine operation Operating speed designed motor generator for the additional pump turbine and thus also to drive the additional pump turbine itself in pump operation at a speed,
which is higher than the turbine operating speed.
If, instead of the auxiliary generator, an auxiliary machine designed as a motor generator is arranged on the shaft of the motor generator for the main pump turbine, it can be used not only to drive the auxiliary pump turbine with increased pump operating speed but also as a motor to start up the ventilated main pump turbine when the pump starts operating will.
In this case, the auxiliary motor-generator receives its current at mains frequency from the main network, with its electrical connection to the motor-generator for the auxiliary pump turbine being interrupted, of course.
According to a further proposal of the invention, a single common motor generator is provided for the main pump turbine and the additional pump turbine, which is designed for only a single speed, namely the operating speed of the main pump turbine which is the same in both directions of rotation.
While the motor generator is connected directly to the main pump turbine, it is connected to the auxiliary pump turbine via a gearbox so that it can be operated in each of the two directions of rotation at a different and possibly variable speed. The switching of the transmission can be done in a known manner by means of sliding gears z. B. be effected by means of mechanical or hydraulic clutches.
The various desired gear ratios for the auxiliary pump turbine could be achieved, for example, by connecting it to the motor generator via a hydraulic converter and a clutch - in which case only a single gear ratio would be required or via two hydraulic converters.
With a corresponding distribution of the head or delivery head proportions between the main pump turbine and the auxiliary pump turbine, an arrangement can ultimately also be made in which the auxiliary pump turbine is driven in pump operation together with the main pump turbine by the common motor generator, but in the opposite direction of rotation, that is in turbine operation,
runs with the main pump turbine in accordance with the current flowing through it only when idling without power transmission. Particularly favorable conditions would result if, as is further proposed by the invention, an additional pump turbine with adjustable impeller blades, for example a Kaplan pump turbine, were used.
In this case it would namely be possible to set the impeller blades of the auxiliary machines to a large opening angle during turbine operation, so that the auxiliary machine idling during turbine operation would cause only slight head losses.
Fig. 1 of the drawing shows a schematic representation of the previously known type of use of pump turbines in hydraulic Speicheran were, while in Figs. 2 to 7 some embodiments according to the invention are also shown in schematic representation.
In the previously customary embodiment according to FIG. 1, the entire gradient (in turbine operation) and the entire head (in pump operation) is processed by a single pump turbine 1 or it generates, which is with the motor generator 2 in Antriebsver connection. In order to achieve a reasonably sustainable efficiency, the motor generator 2 is designed as a pole-changing motor generator for two different speeds, namely for a lower speed n1 for turbine operation and a higher speed n2 for pump operation.
2 and 3 show exemplary embodiments according to the invention, in which the total head and the total delivery head are each divided between a large main pump turbine 3 and a small additional pump turbine 4, with the additional pump turbine 4 upstream of the main pump turbine 3 in one case and downstream in the other is
and in each of the two cases the main pump turbine 3 with a motor generator 5 designed for only one operating speed n3 and the auxiliary pump turbine 4 with one for two different operating speeds, namely for a low turbine operating speed n.4 and a higher pump operating speed n5, designed pole-changing separate motor generator 6 is in drive connection.
The additional pump turbine 4 is operated in pump mode at a speed n5 that is so much higher than in turbine mode (speed n4) that the delivery head it generates is just such an amount greater than the head it processes, such as that of the in the head of the main pump turbine 3, which is operated at the same speed n3 in both directions of rotation, is less than the head of head processed by this,
so that the total head generated by both machines together in pumping operation is the same as the total head processed by them in turbine operation.
In Fig. 4, an embodiment is shown in which for the main pump turbine 3 and for this downstream additional pump turbine 4 here a common, designed only for a single operating speed n7 motor generator 7 is provided.
While the main pump turbine 3 is in direct drive connection with the motor generator 7 and is operated in both directions of rotation with the same operating speed n7, the additional pump turbine 4 is in an indirect drive connection with the motor generator 7 via the gear transmission 8 and is according to the selected translation between the on the main engine shaft 13 secured against rotation axially displaceable gear 9 and the fixed gear 10 or
between the arranged in the same way on the main engine shaft 13 gear 11 and the fixed gear wheel 12 operated in pump operation with a different and accordingly higher speed ng than in turbine operation (speed n $).
5 shows an exemplary embodiment for the case of such a design of the large main pump turbine 3, in which it practically processes the entire head alone in turbine operation, whereas in pump operation it only generates a lower head than the required total head.
The arrangement here is accordingly chosen so that the additional pump turbine 4 runs idle when the turbine is in operation, while in pump operation the motor generator 7, which is again common for both pumps 3 and 4 and only designed for a single operating speed, is used to generate the missing delivery head is driven.
For this purpose, an axially displaceable, loosely rotating gear 15 is arranged on the main machine shaft 14, via which the main pump turbine 3 is in direct drive connection with the motor generator 7, which is connected to a gear 17 which is axially displaceable and rotationally fixed on the auxiliary machine shaft 16 is in constant engagement.
The gear 15 is provided with coupling claws or the like 18, via wel che it by means of the axially displaceable but secured against rotation arranged coupling part 19 with the shaft 14 and thereby the shaft 14 is brought into drive connection with the shaft 16 can. In turbine operation - as shown in the drawing - go with disengaged clutch 18, 19 ge.
As a result, the rotationally fixed connection between tween the shaft 14 and the gear 15 is canceled and thus the drive connection between the shafts 14 and 16, d. H. between the Motorgenera tor 7 or the main pump turbine 3 and the additional pump turbine 4 interrupted. Corresponding to the flowing flow, the impeller of the auxiliary pump turbine 4 as well as the shaft 16 and the gears 17 and 15 can be idle, ie. H.
rotate at an idle speed that is independent of the operating speed of the motor generator 7 or the main pump turbine 3, so that the additional pump turbine 4 contributes practically nothing to processing the existing head.
In pump operation, that is, when the additional pump turbine 4 is to generate a certain proportion of the required total delivery head, on the other hand, it is driven with the clutch 18, 19 engaged.
The gear 15 is rotatably connected to the main engine shaft 14, i.e. the drive connection between the shafts 14 and 16 and thus also between the motor generator 7 or the main pump turbine 3 and the auxiliary pump turbine 4, so that the latter is now powered by the motor generator 7 is driven with a pump operating speed ng,
in which it generates the missing head according to the selected translation between the gears 15 and 17. In the example shown, the gear ratio is selected such that the pump operating speed n9 of the auxiliary pump turbine n4 is somewhat higher than the operating speed of the main pump turbine 3.
In the embodiment according to FIG. 6, the main pump turbine 3 and the auxiliary pump turbine 4 are in direct drive connection with the motor-generators 20 and 21, both of which are normal male, d. H. are designed as non-pole-changing motor generators for only a single operating speed.
In order to be able to operate the additional pump turbine 4 in the desired manner with a higher speed than in the turbine mode and also at a higher speed than the main pump turbine 3 in the pump mode, an auxiliary generator 22 is arranged on the main maschinenwefle 23 required higher frequency for driving the motor generator 21 is generated.
When the turbine is in operation, both motor-generators 20 and 21 are connected to the common main electrical network 24. Accordingly, both the main pump turbine 3 and the auxiliary pump turbine 4 operate at the same frequency on the network 24 in turbine operation. The electrical connection 25, 2, 6 between the motor generator 21 and the auxiliary generator 22 is interrupted, so that the latter only runs idle.
During pump operation, the motor generator 20 is in turn connected to the network 24, but the motor generator 21 is disconnected from the network 24 and the electrical connection 25, 26 between the motor generator 21 and the auxiliary generator 22 is established. The motor generator 20 receives the power required to operate the main pump turbine 3 as a pump from the network 24.
The motor generator 20 simultaneously drives the auxiliary motor 22 on the shaft 23, which now supplies the motor generator 21 with electricity higher than the mains frequency via the connection 25, 26 provided, so that this now the auxiliary pump turbine 4 with a higher Speed than in turbine operation.
If, as shown in FIG. 7, instead of the auxiliary motor 22 on the main machine shaft 23, an auxiliary motor generator 27 is arranged, which can be connected to the network 24 via an electrical connection 28, 29,
then the auxiliary motor generator 27 can also be used as a starting motor for the ventilated main pump turbine 3 when the pump starts operating, in addition to supplying the motor generator 21 with electricity higher than the mains frequency for the purpose of operating the auxiliary pump turbine 4 at an increased pump operating speed. For this purpose, the auxiliary motor generator 27 running as a motor receives its current via the electrical connection 28, 29 from the network 24.
As shown in FIG. 7, the connection between the flfsmotorgenerator 27 and the motor generator 21 and the connection between the latter and the network 24 are interrupted.