Di Die-vorliegende Erfindung betrifft eine hydro-elektrische :Kraftwerk- urld/oder Speicherpumeanlage, bei elcher min destens zwei Hydraulische-Turbinen resp. Pumpen durch eine gemeiasarne-Drucklgstung-gespiesen werden resp.-irl diese hideinspeisen
Die Entiwicklung der hydro-elektrische Kraftwerke zu einem -Mittql der Netzlastregler des elektrischen-Yersorgungs- netzes, insbesondere durch Hydro-elektrische P,umpspeicher- k,raftwerke, führte zu Anlagen hoher Blockleistungen mit dem besonderen Vorzug rascher Leistungsregelung hoher Potenz.
Sie stehen mit anderen Systemen der Netzlastregulierung, die den gleichen Zweck erfüllen, im Anlagekosten-Wettbewnrb.
Durch konstruktive Änderungen bisheriger Anlagekon zeptionen kann der Anlagekostenaufwand noch entscheidend vermindert werden, 'insbesonders bei Kraftwerken die eine grössere Anzahl Maschinen-Gruppen der Energieumwandler aufweisen.
Die gebräuchliche Maschinengruppen-Anordnung ist darin meist die gerade Reihenaufstellung. Dadurch weisen die not wendigen hydraulischen Arbeitsmittelfluss-Leistungssysteme bedeutende Längen und dominanten Platzbedarf auf, welcher besonders bei unterirdischen Anlagen in Kraftwerk-Kavernen erhebliche Durchlöcherungen des Berges und dafür geosta tisch notwendige Raumstützungsmassnahmen erfordert, dem ein erheblicher Kostenanteil im Anlageaufwand zukommt.
Dieser Anlage-Dominanzanteil wird noch grösser durch die
Tendenz nach noch besserer, steiler Last- bzw. Leistungsregu lierungsgrÅadiente-bei langsamer Arbeitsmittelflussgeschwin digkeit, wozu-noch'grössere Leitungsquerschnitte erforderlich sind.
Die genannten Anordnungsnachteile der Auslegebedin zungen wirken sich besonders bei Kraftwerkanlagen mit einer - grüssen Anzahl M aschinengruppen aus.
Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist eine zweckmäs sigere Anlageordnung der Maschinenhausanlage, insbesonders für das hydraulische Arbeitsmittelfluss-System der Hydro elektrischen und/pder Pumpspeicher-Kraftwerkanlagen, in welcher an sich bekannte Energieumwandler-Maschinen zur AuEstellung geiangen können, zu denen die gemeinsame Ar beitsmittel-Druckleitung mit maximiert grossem Rohrquer schnitt bis nake an die Turbinen resp.
Pumpen herangeführt wird und von¯welcher dann die Rohrverzweigung der Druck leitung auf die hydraulischen Energieumwandler durch mini mäl kurze Veteilleitungsverbindungen erfolgt. Dabei soll die 'Zugänglichkeit'der wartungsträchtigen Anlagekomponenten, trotz der angestrebten Kompaktheit, erhalten bleiben resp.
eher iioch zu verbessern sein. Das konzept soll ermöglichen, alles unter einem -Dach zu vereinigen, dadurch die Durchlö cherung des Berges rund um die Maschinenhaus-Kaverne zu minimÅalisieren, sowie statische und bautechnische Vorteile damit zu erreichen.
'Die AuEgábe wird gelöst durch eine Maschinenhausanlage mit runder Grundnss- resp. Hüllform, in welcher mindestens zwei hydraulische Turbinen- resp. Pumpen-Maschinengrup pen durch- eine gemeinsame Druckleitung gespiesen werden resp. in diese hineinspeisen, dadurch gekennzeichnet, dass die hydraulischen Turbinen und/oder Pumpen im Gnmdriss ge sehen im wesentlichen ringförmig angeordnet sind, dass die gemeinsame Druskleitung, im Grundriss gesehen, ins Innere dieser ringfömigen Anordnung geführt ist und dass sie sich daselbst in die Verteilleitungen zu den einzelnen hydrauli schen Energieumwandler-Maschinen radial verzweigt.
Die Erfindungsanordnung wird nachfolgend- anhand von Ausf,ührungsbeispielen erläutert -; -Fig.;;l zeigt einen schematischen Grundriss einer konven tionellen Maschinenhaus-Anlageanoldnung der Maschinen grlll?pen.in-Reibe
Fig. 2 den Grundriss der hängenden Raumdecke über der Anordnung nach Fig. 1. und der Anordnung-des Rohrkellers unter gleichem Dach,
Fig 3 die erfindungsgemässe AnlagepnnzipAnordnung mit rundem Grundriss und ringförmiger Aufstellung der Maschinengruppen.
Mit Fig. 2 und 3 ist der geometrische/statische Lastvérgleich der-hängenden Deckenlast bei gleicher Anlage-Grundrissfläche mit.gleicher Gewölbe-S tützrand länge mit dargestellt.
Fig. 4A bis 4E zeigen schematisch; verschiedene mögliche Varianten der Druckleitungsverbindungen 5 zwischen dem oberen Lagespeicher 1 und dem Kraftwerk-Maschinenhaus. In den Varianten A, B, C ist der obere Lagespeicher zugleich
Wasserschloss, mit Trichter-Einlauf 2 zur Leitung 5. 4A zeigt die kürzestmögliche, senkrechte Lageverbindung, mit direkt zentrisch von oben ins Krafthaus eingeführter Druckleitung 5, und mit radialer Verzweigung 7 auf die hydraulischen Ener gieumwandler 10.
Fig. 4B zeigt ebenfalls eine vertikale Druckleitungsver bindung 5,jedoch seitlich von unten zentrisch ins Krafthaus eingeführt.
Fig. 4C unterscheidet sich von 4B durch die schräge Ver bindungs-Anordnung der Druckleitung 5,
Figurteil 4D ist eine Variante mit Druckstollen 3 und Was serschloss 4, wobei die Druckleitung 5 oder das Krafthaus zumindest teilweise oberirdisch angeordnet sein kann,
Fig. 4E stellt eine Kombination von 4A und den anderen Varianten, z.B. als Pumpspeicherkraftwerk dar, bei dem der untere Lagespeicher 16 als Gegenspeicher dient,
Fig. 5 zeigt den schematischen Aufriss, und
Fig. 6 den zugehörigen Grundriss des Krafthauses einer erfindungsgemässen Anlageanordnung, und zwar im Beispiel einer unterirdischen Anordnung (Kavernen-Anlage). Die verschiedenen Stockwerkebenen werden in Fig. 6 mit den Grund riss-Sektoren 6A, 6B und 6C dargestellt. Darin sind mit 10 die hydr. Pumpen bzw. Turbinen und die mit diesen gekoppelten
Motoren resp.
Generatoren 17 als Maschinengruppen in der erfindungsgemässen ringförmigen Anordnung gezeigt, wobei im Beispiel sieben Blockgruppen angeordnet wurden;
Fig. 7 zeigt das Anordnungsschema horizontalachsiger Ma schinengruppen im Vieleck, im Beispiel als Viereck konzen trisch um die zentrisch angeordnete Hauptdruckleitung 5, 6, 7 radial angeschlossene hydraulische Maschinen, bei denen der
Generator- bzw. Motor 17 mit je 2 hydraulischen Energie wandlern 10 gekoppelt ist.
Aus Platz-Gründen werden in Kavernen-Kraftwerken mit
Vorteil vertikalachsige Maschinengruppen angeordnet, wie in
Fig. 5 dargestellt, und in Pumpspeicher-Kraftwerken kombi nierte Pumpen/Turbinen. Denkbar ist auch die Anordnung der Maschinengruppen in mehreren Lageebenen, z.B. die
Pumpengruppen in der tieferen Pumpenzulauf-Ebene und die
Turbinengruppen in der höheren Abfluss-Ebene.
Der Grundriss mit Sektorausschnitten nach Fig. 6 zeigt die
Maschinensaal-Ebene 22, und zeigt die Lage der Maschinen gruppen 17 und den jeder Gruppe zugeordneten Transforma tor 18 in der Feuer- undExplosionsschutzkammer, besserer- kennbar im Sektorschnitt (Fig. 6A) durch die Generator- resp.
Motorebene 17. In Fig. 6B ist der Schnitt durch die Turbinen resp.Pumpen-Ebene 10 und die Rohrschieber-Kammer 9 mit den Rohrschiebern 8 und im Sektorschnitt der Fig. 6C ist die niederdruckseitige Wasseisammelleitung 1-2 mit Turbinen Auslauf resp. Pumpen-Zulauf 11 dargestellt. Mit -13 ist ein event. im Maschinenhaus angeordnetes Wasserschloss und mit .14 eine unterwasserseitige Absperrschütze, mit 15 der Unter wasser-Stollen- bzw. Kanal nach dem unteren Lagespeicher 16 gezeigt. Zentrisch im- Maschine-nhaus sind die Kommando- 23 und die Werksbetriebshilfsräume 23/28 angeordnet.
In Zentrum ist der Lift-, Zugangs- und Entlüftungsschacht 21, in welchem auch die elektrischen Zu- und Ableitungen 20 angeordnet sein können. Der Maschinenhauskran in der Ma schinenhalle 22 bewegt sich auf einer ringförmigen Kranbahn und der Kranhaken radial am Kran mit Windwerk und verti kalem Zug: Dadurch ist der Zugriff zu den Kranlasten der Maschinengruppen 17, 10, Transformatoren 18 und Rohrschiebern 8 im Rohrkeller 9 möglich gemacht.
Über der Maschinenhalle 22 ist im Kuppelraum derKaverne die Anordnung der elektrischen Schaltanlage 19 mit den Zu- und Ableitungen möglich. Das Gewicht des Liftschachtmantels 21, das sich auf den Verteilkranz 7 der Druckschacht Zuleitung 6 und 5 abstützt, kompensiert die hydraulischen Druckstoss-Kräfte. Eine andere Verankerungsart zur Kompensation dieser Massenkräfte sind die mit 29 angedeuteten Vorspannkabel, die mit Anker 30 in der Fels-Druckzone gegründet sind. Die Spannköpfe 28 sind am Spannbett über dem Verteilkranz 7 in bekannter Weise vorgespannt.
Die dargestellte Anordnung zeigt, dass alle wartungs wichtigen Anlagekomponenten rotz der Kompaktheit der Komponenten-Anordnung leicht zugänglich gemacht sind, dass mit einem Minimum an Energiefluss-Leitungslängen die notwendigen Anschlussverbindungen darin herstellbar gemacht sind und die betriebliche Überwachung auf kürzesten Wegen durchführbar ist.
Aus dem Vergleich zwischen der konventionellen Werkanordnung nach Fig. 1 und 2 und der erfindungsgemässen Anlage-Anordnung ist ersichtlich, dass auf gleicher Maschinenhaus-Grundfläche rd. 40 bis 70% mehr Maschinengruppen anzuordnen möglich ist, dass die hydraulischen Rohrleitungen darin mit grösseren Rohrquerschnitten bis nahe an die hydr. Energiewandler geführt werden können, das ganze Rohr-Verteilleitungssystem unter gleichem Dach anzuordnen ermöglicht wird und damit nicht der umliegende Raum der Kaverne im Berg durchlöchert werden muss.
Baustatisch ist die allseits konvexe Raumhülle der Kraftwerk-Kaveme des Maschinenhauses die ideale, gegen den Berg gerichtete Gewölbestützlinie für die raumsichernde Auskleidung mit minimaler Manteloberfläche, insbesonders der Kuppelkaverne. Das ergibt grösste Raumsicherheit bei kleinstem baulichen Aufwand.
Das Ausbrechen und Auskleiden des Kuppelgewölbes kann plantreu und sicher mit Hilfe der bekannten Fräs Schlitzmethode erfolgen. Dadurch wird die Felsstabilität bei den Ausbrucharbeiten am wenigsten beeinträchtigt. Das eine Ende des Fräser-Führungsbalkens bleibt zum Ausschlitzen des Kuppelgewölbes bei diesem Verfahren im Kuppel-Zentrum geführt, während das andere Ende auf einer kreisförmigen Bahn, entsprechend dem Maschinenhaus-Grundriss geführt wird. Der Fräserführungsbalken ist entsprechend der Gewölbeform gebogen. Durch Heben und Senken des Führungsbalkens können auch konische und beliebige Schlitzformen gefräst werden.
Als Gewölbe-Betonschalung kann die noch beidseits anstehende Bergmasse als Stützkörper dienen.
Nach dem Betonieren kann der innere Felskem der Ma schinenhaus-Kaverne im Schutze des fertigen Deckengewölbes, bzw. Kuppelgewölbes mit üblichen Abbaumethoden ausgebrochen werden.
In Fig. 2 des rechteckigen Kavernen-Grundrisses und in Fig. 3 der runden Kaverne ist im geometrischen Sonderbeispiel des Grundriss-Flächen- und Gewölbe-Stützrandvergleiches der Radius R in Fig. 3 gleich der Kavernen-Breite R' in Fig. 2 und die Hallen-Länge L gleich dem halben Umfang des runden Grundrisses in Fig. 3, d.h. U/2. Somit ist auch der
Grundriss-Flächeninhalt beider gleich, und auch die Gewöl be-Stützrand-Auflagerlänge e und e' identisch. Aber bei der runden Kaverne wird das Stützrand-Auflager radial nach aus -sen keilförmig breiter und kann wegen der konvexen Gewölbe-Auflagerform nicht nach innen ausweichen.
Das Kuppelgewölbe ist doppelt gekrümmt, das Längsgewölbe nur einfach
Unter gleichen geostatischen Bedingungen lassen sich gemäss diesem geometrischen Vergleich runde Kavernen-Kraftwerkhallen von R = Radius gleich der R' = Längshallen breite mit grösserer Bauwerksicherheit verwirklichen, mit identischem Stütz-Gewicht des Hängenden aufden Stützrand e bzw. e' der Gewölbelast.
Von der statischen Ausführungsmöglichkeit her kann somi kein einschränkender Einwand gegen die runde Anlagekonzeption gemacht werden, sondern diese erweist sich sogar als überlegen.
The present invention relates to a hydro-electric: Kraftwerk- urld / or storage pump system, at least two hydraulic turbines at elcher, respectively. Pumps are fed by a Gemeiasarne pressure release or they are fed in
The development of the hydro-electric power plants into a medium of the network load regulator of the electric-supply network, in particular through hydro-electric P, umpspeicher- k, raftwerke, led to plants of high block capacities with the special advantage of fast power regulation of high power.
They are in competition with other systems of network load regulation that serve the same purpose.
By constructive changes to previous plant conceptions, the plant costs can still be significantly reduced, 'especially in power plants that have a larger number of machine groups of energy converters.
The most common machine group arrangement is usually a straight line arrangement. As a result, the necessary hydraulic working fluid flow power systems have significant lengths and a dominant space requirement, which, particularly in the case of underground systems in power plant caverns, requires substantial perforations in the mountain and the geostatically necessary spatial support measures, which are a considerable part of the system expenditure.
This investment dominance is made even greater by the
There is a tendency towards even better, steeper load or power regulation gradients-with slow working fluid flow rate, for which-even larger line cross-sections are required.
The above mentioned disadvantages of the layout conditions have an effect particularly on power stations with a large number of machine groups.
The aim of the present invention is a more expedient system arrangement of the machine house system, in particular for the hydraulic work medium flow system of the hydro electric and / or pumped storage power plant systems, in which known energy converter machines can be used, to which the common work medium Pressure line with maximized large pipe cross section up to the turbine resp.
Pumps is brought in and from which the pipe branching of the pressure line to the hydraulic energy converter takes place through mini mäl short Veteilleitungsverbindungen. The 'accessibility' of the high-maintenance system components should be retained or maintained despite the desired compactness.
more likely to be improved. The concept should make it possible to unite everything under one roof, thereby minimizing the perforation of the mountain around the machine house cavern, as well as achieving structural and structural advantages.
'The task is solved by a machine house system with a round base resp. Shell shape, in which at least two hydraulic turbine respectively. Pump machine groups are fed through a common pressure line, respectively. feed into this, characterized in that the hydraulic turbines and / or pumps in Gnmdriss ge are arranged essentially ring-shaped, that the common Drusk conduit, seen in plan, is led into the interior of this ring-shaped arrangement and that it is there into the distribution lines the individual hydraulic rule energy converter machines branched radially.
The arrangement of the invention is explained below with the aid of exemplary embodiments; -Fig. ;; l shows a schematic floor plan of a conventional nacelle plant arrangement of the machines grlll? Pen.in-grater
FIG. 2 shows the floor plan of the suspended ceiling above the arrangement according to FIG. 1 and the arrangement of the tubular cellar under the same roof,
Fig. 3 shows the inventive system plan arrangement with a round floor plan and an annular arrangement of the machine groups.
2 and 3 show the geometric / static load comparison of the suspended ceiling load with the same system floor plan area with the same vault support edge length.
Figures 4A to 4E show schematically; different possible variants of the pressure line connections 5 between the upper layer storage 1 and the power plant machine house. In the variants A, B, C, the upper layer storage is at the same time
Moisture lock, with funnel inlet 2 to line 5. 4A shows the shortest possible vertical connection, with pressure line 5 introduced centrally from above into the power house and with radial branch 7 to hydraulic energy converter 10.
Fig. 4B also shows a vertical Druckleitungsver connection 5, but introduced laterally from below centrally into the power house.
Fig. 4C differs from 4B by the oblique Ver connection arrangement of the pressure line 5,
Figure part 4D is a variant with pressure tunnel 3 and water lock 4, wherein the pressure line 5 or the power house can be at least partially above ground,
Figure 4E shows a combination of 4A and the other variants, e.g. as a pumped storage power plant, in which the lower layer storage 16 serves as a counter storage,
Fig. 5 shows the schematic elevation, and
6 shows the associated floor plan of the power house of a plant arrangement according to the invention, specifically in the example of an underground arrangement (cavern plant). The different floor levels are shown in Fig. 6 with the floor plan sectors 6A, 6B and 6C. With 10 the hydr. Pumps or turbines and those coupled to them
Motors resp.
Generators 17 shown as machine groups in the ring-shaped arrangement according to the invention, seven block groups being arranged in the example;
Fig. 7 shows the arrangement diagram of horizontal axis Ma machine groups in a polygon, in the example as a square concentric around the centrally located main pressure line 5, 6, 7 radially connected hydraulic machines, in which the
Generator or motor 17 each with 2 hydraulic energy converters 10 is coupled.
For reasons of space, power plants in caverns are included
Advantageously, vertical-axis machine groups are arranged, as in
Fig. 5 shown, and combined pumps / turbines in pumped storage power plants. It is also conceivable to arrange the machine groups in several layers, e.g. the
Pump groups in the lower pump inlet level and the
Turbine groups in the higher discharge level.
The floor plan with sector sections according to FIG. 6 shows the
Machine room level 22, and shows the location of the machine groups 17 and the transformer 18 assigned to each group in the fire and explosion protection chamber, better recognizable in the sector section (FIG. 6A) through the generator resp.
Motor level 17. In Fig. 6B is the section through the turbine or pump level 10 and the tubular slide chamber 9 with the tubular slide 8 and in the sector section of Fig. 6C is the low-pressure side water collecting line 1-2 with turbine outlet or. Pump inlet 11 shown. With -13 is an event. The water lock arranged in the machine house and with .14 an underwater-side gate, with 15 the underwater tunnel or canal after the lower storage tank 16 is shown. The command rooms 23 and the works auxiliary rooms 23/28 are arranged centrally in the machine house.
In the center is the lift, access and ventilation shaft 21, in which the electrical supply and discharge lines 20 can also be arranged. The nacelle crane in the machine hall 22 moves on a ring-shaped crane runway and the crane hook moves radially on the crane with winch and vertical pull: This enables access to the crane loads of the machine groups 17, 10, transformers 18 and pipe slides 8 in the pipe basement 9.
The electrical switchgear 19 with the supply and discharge lines can be arranged above the machine hall 22 in the domed room of the cavern. The weight of the lift shaft jacket 21, which is supported on the distribution ring 7 of the pressure shaft feed line 6 and 5, compensates for the hydraulic pressure surge forces. Another type of anchoring to compensate for these inertial forces are the prestressing cables indicated by 29, which are established with anchors 30 in the rock pressure zone. The clamping heads 28 are prestressed on the clamping bed over the distributor ring 7 in a known manner.
The arrangement shown shows that all maintenance-important system components are made easily accessible spite of the compactness of the component arrangement, that the necessary connection connections can be made with a minimum of energy flow line lengths and that operational monitoring can be carried out in the shortest possible ways.
From the comparison between the conventional plant arrangement according to FIGS. 1 and 2 and the system arrangement according to the invention, it can be seen that approx. It is possible to arrange 40 to 70% more machine groups that the hydraulic pipes in them with larger pipe cross-sections up to close to the hydr. Energy converters can be guided, the entire pipe distribution system can be arranged under the same roof and so the surrounding space of the cavern in the mountain does not have to be perforated.
Structurally, the all-round convex space envelope of the power plant caveme of the machine house is the ideal vault support line directed against the mountain for the space-securing lining with a minimal outer surface, especially the dome cavern. This results in the greatest spatial security with the smallest structural effort.
The breaking out and lining of the dome vault can be carried out according to the plan and safely with the help of the known milling and slot method. This has the least effect on rock stability during excavation work. With this method, one end of the milling cutter guide bar remains guided in the dome center to cut out the dome vault, while the other end is guided on a circular path according to the nacelle floor plan. The cutter guide bar is curved to match the shape of the vault. By raising and lowering the guide bar, conical and any slot shapes can also be milled.
The mountain mass still standing on both sides can serve as a support body as vault concrete formwork.
After concreting, the inner rock core of the machine house cavern, protected by the finished ceiling vault or the dome vault, can be broken out using the usual mining methods.
In Fig. 2 of the rectangular cavern floor plan and in Fig. 3 of the round cavern, in the geometric special example of the floor plan surface and vault support edge comparison, the radius R in Fig. 3 is equal to the cavern width R 'in Fig. 2 and the Hall length L equal to half the circumference of the round floor plan in Fig. 3, ie U / 2. So that too is
Floor plan area of both the same, and also the vault-supporting edge-bearing length e and e 'identical. But in the case of the round cavern, the supporting edge support becomes wider radially outwards in a wedge shape and cannot move inwards because of the convex vault support shape.
The dome vault is doubly curved, the longitudinal vault just single
Under the same geostatic conditions, according to this geometric comparison, round cavern power plant halls with R = radius equal to R '= lengthwise hall width can be realized with greater structural safety, with an identical supporting weight of the hanging person on the supporting edge e or e' of the vault load.
In terms of the static design option, no restrictive objection can be made against the round system concept, but it actually turns out to be superior.