CH623115A5

CH623115A5 - Radial pump turbine for two-stage turbine and three-stage pump operation

Info

Publication number: CH623115A5
Application number: CH891576A
Authority: CH
Inventors: Anton Dipl Ing Brcar
Original assignee: Titovi Zavodi Litostroj
Priority date: 1975-09-08
Filing date: 1976-07-12
Publication date: 1981-05-15
Also published as: FR2323029B1; ATA529276A; FR2323029A1; DE2630642C3; SE7609873L; IT1071446B; YU226475A; DE2630642B2; DE2630642A1; SE418103B; YU37446B; AT344628B; JPS5248801A

Description

Gegenstand der Erfindung ist eine Radial-Pumpenturbine, gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. The invention relates to a radial pump turbine according to the preamble of patent claim 1.

Es ist bekannt, dass zwecks optimaler Ausnutzung von Energieverhältnissen bzw. bestmöglicher Ausgleichung der Druckverhältnisse bei einer Francis-Pumpenturbine, die für den Pumpenbetrieb mit drei Stufen ausgerüstet ist, im Turbinenbetrieb eine Stufe abgeschaltet wird, wodurch man sich den typischen Charakteristiken der separaten Pumpen und Turbinen annähert. Es ist weiterhin zweckmässig, dass die Leitschaufeln in den Turbinenstufen verstellbar sind, zwecks Verbesserung der Regelung der gesamten Anlage sowie der Regulierung der Turbinenleistung. It is known that for the optimal use of energy conditions or the best possible equalization of the pressure conditions in a Francis pump turbine which is equipped with three stages for pump operation, one stage is switched off in turbine operation, whereby the typical characteristics of the separate pumps and turbines are looked at approximates. It is also expedient that the guide vanes in the turbine stages are adjustable, in order to improve the regulation of the entire system and the regulation of the turbine output.

Die Ausführungen derartiger bekannter Pumpenturbinen ermöglichen zwar, dass beim Turbinenlauf je eine von in Serie angeordneten Stufen abgeschaltet werden kann, doch ist bei diesen Anlagen keine wirkliche Regulierung durch die Leitschaufeln möglich. Bei anderen bekannten Ausführungsformen, bei welchen es sich hauptsächlich um zweistufige Turbinen mit gegensinnig gerichteten Laufrädern handelt, sind dagegen bewegliche Leitschaufeln vorhanden, doch diese Pumpenturbinen ermöglichen keinen günstigen Ausgleich der Druckverhältnisse beim Pumpen- und/oder Turbinenlauf durch das Abschalten je einer Stufe. Although the designs of such known pump turbines enable one of the stages arranged in series to be switched off when the turbine is running, no real regulation by the guide vanes is possible in these systems. In other known embodiments, which are mainly two-stage turbines with oppositely directed impellers, on the other hand, there are movable guide vanes, but these pump turbines do not make it possible to compensate the pressure ratios during pump and / or turbine running by switching off one stage.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der bekannten mehrstufigen Pumpenturbinen zu vermeiden und eine mehrstufige Pumpenturbine zu schaffen, die im Grunde eine Kombination der beiden bekannten Gruppen ist, wobei es möglich ist, die Maschine im Turbinenlauf zu regulieren und die feste Leitschaufeln aufweisende Stufe hydraulisch und eventuell auch mechanisch abzuschalten. The invention has for its object to avoid the disadvantages of the known multi-stage pump turbines and to create a multi-stage pump turbine, which is basically a combination of the two known groups, it being possible to regulate the machine in the turbine run and the stage having fixed guide vanes switch off hydraulically and possibly also mechanically.

Die erwähnte Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichnete Radial-Pumpenturbine gelöst. The above-mentioned object is achieved according to the invention by the radial pump turbine characterized in claim 1.

Die Vorteile, welche durch die Bauart der Pumpenturbine gemäss der Erfindung erreicht werden, liegen in den optimalen Druckverhältnissen in den beiden Betriebsfällen, in der Regulierbarkeit der beiden im Turbinenlauf arbeitenden Stufen, wodurch das Regulieren der Anlage während des Anlaufs sowie die Regelung der Leistung während des Betriebs ermöglicht werden, ferner in der Möglichkeit einer kompakten Ausführung, in unaufwendiger Fertigung, einfachem Transport, Zusammenbau und Abbau, indem das gesamte Gehäuse auf kleinere Bauteile aufgeteilt ist. Weiter kann die Anlage für höhere Drehgeschwindigkeiten gebaut werden, wodurch die Durchgangsprofile und das Gewicht sowie der Preise des Antriebsmotors bzw. Generators vermindert werden, unter Beachtung der Energieverhältnisse aber noch in den besseren hydraulischen Wirkungsgraden der einzelnen Stufen. Weitere Vorteile liegen im zum Teil selbsttätigen Ausgleich der hydraulisch bedingten Axialbelastungen der Laufräder und im Falle der als Turbine laufenden Anlage in der relativ günstigen Art der Selbstentwässerung (Schwerkraft) der mechanisch und hydraulisch abgeschalteten Stufe. The advantages which are achieved by the design of the pump turbine according to the invention lie in the optimal pressure conditions in the two operating cases, in the controllability of the two stages operating in the turbine run, as a result of which the system is regulated during start-up and the power is regulated during Operation are made possible, furthermore in the possibility of a compact design, in inexpensive manufacture, easy transport, assembly and disassembly, by dividing the entire housing into smaller components. Furthermore, the system can be built for higher speeds of rotation, which reduces the through profiles and the weight as well as the prices of the drive motor or generator, but still takes into account the energy conditions in the better hydraulic efficiency of the individual stages. Further advantages are the partially automatic compensation of the hydraulic axial loads on the impellers and, in the case of the turbine running system, the relatively inexpensive type of self-drainage (gravity) of the mechanically and hydraulically switched off stage.

Die Erfindung ist im folgenden an einem Ausführungsbeispiel anhand der beiliegenden Zeichnung, deren einzige Figur einen Längsschnitt darstellt, erläutert. The invention is explained below using an exemplary embodiment with reference to the accompanying drawing, the only figure of which shows a longitudinal section.

Auf einer gemeinsamen vertikalen Welle 1 sind Laufräder 2, 3 und 4 übereinander angeordnet, wobei die Laufräder 2 und 3 in einem aus zwei gegenseitig versetzten Spiralen bestehenden Gehäuse 5 angeordnet sind. Die beiden Spiralen sind durch eine Labyrinthdichtung getrennt. Das Laufrad 4 ist im Abstand oberhalb des Laufrades 3 in einem eigenen Gehäuse 7 angeordnet, wobei sich zwischen den Gehäusen ein Leitring 6 befindet, der mit einem mit den Umlenkkanälen des Laufrades 4 versehenen Gehäuse 7 verbunden ist. Das Laufrad 2 ist auf der Unterseite mit einem Abschlussring 8 abgeschlossen, welch letzterer mit dem Saugrohrstutzen 9 verbunden ist und dessen Mittelbereich als ein das untere Führungslager 10 der Welle 1 tragendes Element ausgebildet ist. Das Laufrad 4 ist analog von oben mit einem Abschlussring 11, der einerseits mit dem Gehäuse 7 und andererseits mit dem das Führungslager 13 der Welle 1 tragenden Krümmer 12 verbunden ist, abgeschlossen. Impellers 2, 3 and 4 are arranged one above the other on a common vertical shaft 1, impellers 2 and 3 being arranged in a housing 5 consisting of two mutually offset spirals. The two spirals are separated by a labyrinth seal. The impeller 4 is arranged at a distance above the impeller 3 in its own housing 7, a guide ring 6 being located between the housings and being connected to a housing 7 provided with the deflection channels of the impeller 4. The impeller 2 is closed on the underside with an end ring 8, the latter being connected to the intake manifold 9 and the central region of which is designed as an element supporting the lower guide bearing 10 of the shaft 1. The impeller 4 is similarly closed from above with a closing ring 11, which is connected on the one hand to the housing 7 and on the other hand to the elbow 12 carrying the guide bearing 13 of the shaft 1.

Im Gehäuse 5 sind im Einflussbereich seiner unteren Spirale für das Laufrad 2 feste Leitschaufeln 14 angeordnet, die zusammen mit den ober- und unterhalb der Leitschaufeln 14 befindlichen Wänden des Gehäuses 5 parallel zur Welle 1 durchbohrt sind, wobei in diesen Bohrungen Wellen 15 gelagert sind, die die obere Spirale durchqueren und dort in die Leitschaufeln 16 für das Laufrad 3 eingeschoben sind. Dabei sind die Wellen 15 und die Leitschaufeln 16 jeweils derart miteinander verbunden, dass die Schaufeln 16 in Abhängigkeit von den Steuerbewegungen des Reguliersystems 17, das unterhalb des Abschlussringes 8 bzw. des Gehäuses 5 angeordnet ist, verstellt werden können. Analog ist auch der obere Abschlussring 11 durchbohrt und darin sind Wellen 13 gelagert, die die Steuerbewegungen vom Reguliersystem 19 den Leitschaufeln 20 zur Beaufschlagung des Laufrades 4 übertragen. Fixed guide vanes 14 are arranged in the housing 5 in the area of influence of its lower spiral for the impeller 2, which, together with the walls of the housing 5 located above and below the guide vanes 14, are drilled parallel to the shaft 1, shafts 15 being mounted in these bores, which cross the upper spiral and are inserted there into the guide vanes 16 for the impeller 3. The shafts 15 and the guide vanes 16 are each connected to one another in such a way that the vanes 16 can be adjusted as a function of the control movements of the regulating system 17, which is arranged below the end ring 8 or the housing 5. Analogously, the upper end ring 11 is also drilled through and there are shafts 13 which transmit the control movements from the regulating system 19 to the guide vanes 20 to act on the impeller 4.

Das Laufrad 2 ist beim gezeigten Ausführungsbeispiel mit der Welle 1 direkt verbunden. Es ist aber möglich, an der Stelle 21 eine Freilaufkupplung vorzusehen, während die Laufräder 3 und 4 mit der Welle 1 in jedem Fall drehfest verbunden sind. The impeller 2 is directly connected to the shaft 1 in the embodiment shown. However, it is possible to provide a one-way clutch at point 21, while the impellers 3 and 4 are connected in a rotationally fixed manner to the shaft 1 in any case.

Die Pumpenturbine weist zwischen der Rohrleitung 22, die beim Pumpen- als auch beim Turbinenbetrieb als Saugrohrleitung dient, und der Rohrleitung 23, die in beiden Fällen als Hochdruckleitung dient, noch zwei Rohrleitungen 24 bzw. 26 und zwei Klappen 27 bzw. 28 auf. Über die Leitung 24 steht die Saugrohrleitung 22 mit dem Saugrohrstutzen 9 in Verbindung, wobei diese Leitung 24 nur beim Pumpenbetrieb s The pump turbine has two pipelines 24 and 26 and two flaps 27 and 28 between the pipeline 22, which serves as a suction pipeline during pump and turbine operation, and the pipeline 23, which serves as a high-pressure line in both cases. Via the line 24, the intake pipe 22 is connected to the intake pipe socket 9, this line 24 only during pump operation s

io io

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

3 3rd

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gebraucht wird. Beim Turbinenbetrieb wird dagegen das in der Leitung 24 befindliche Wasser durch die Leitung 25 abgelassen, während über die Leitung 26 die erste und die zweite Pumpenstufe in Verbindung stehen, wobei die Strömungsrichtung des Wassers, wie aus der folgenden Beschreibung ersieht- s lieh ist, mittels der Klappen 27 und 28 umkehrbar ist. Die Klappe 28 ist zusätzlich mit Leitblechen 29 versehen. is needed. On the other hand, during turbine operation, the water in line 24 is drained through line 25, while the first and second pump stages are connected via line 26, the direction of flow of the water, as can be seen from the following description, by means of the flaps 27 and 28 are reversible. The flap 28 is additionally provided with baffles 29.

Pumpenbetrieb: Die Strömungsrichtung des Wassers ist in der Zeichnung im Falle der als Pumpe laufenden Maschine mit voll ausgezogenen Pfeilen bezeichnet. Das Wasser strömt io durch die Leitung 22 und wird von der gemäss der Zeichnung aufgestellten Klappe 27 umgelenkt, danach gelangt es durch die Leitung 24 und den Saugrohrstutzen 9 zu der Niederdruck-Pumpenstufe, dann wird das Wasser vom Laufrad 2 durch den mit festen Leitschaufeln 14 versehenen Leitring und die untere is Spirale des Gehäuses 5 in die Leitung 26 und längs der gemäss der Zeichnung aufgestellten Klappe 28 und durch den Saugkrümmer 12 in die zweite Pumpenstufe gefördert, von wo es vom Laufrad 4 durch die verstellbaren Leitschaufeln 20 und den Leitring 6 in die dritte, d.h. die Hochdruck-Pumpenstufe, 20 und dann vom Laufrad 3 durch den mit verstellbaren Leitschaufeln 16 versehenen Leitring und durch die obere Spirale des Gehäuses 5 in die Druckleitung 23 gefördert wird. Pump operation: The direction of flow of the water is indicated in the drawing in the case of the machine running as a pump with the arrows fully drawn out. The water flows io through the line 22 and is deflected by the flap 27 set up according to the drawing, then it passes through the line 24 and the intake manifold 9 to the low-pressure pump stage, then the water from the impeller 2 through the fixed guide vanes 14 provided guide ring and the lower is spiral of the housing 5 into the line 26 and along the flap 28 as shown in the drawing and through the suction manifold 12 into the second pump stage, from where it is from the impeller 4 through the adjustable guide vanes 20 and the guide ring 6 in the third, ie the high pressure pump stage, 20 and then from the impeller 3 through the guide vanes 16 provided with adjustable guide vanes and through the upper spiral of the housing 5 into the pressure line 23.

Turbinenbetrieb: Die Strömungsrichtung des Wassers ist in der Zeichnung im Fall der als Turbine laufenden Maschine mit gestrichelten Pfeilen gekennzeichnet. Die Klappen 27 und 28 werden für den Turbinenbetrieb in die liegende Stellung geschwenkt, um die Leitungen 24 und 26 abzuschliessen, und gleichzeitig wird das in der Leitung 25 vorgesehene Ventil geöffnet, damit das Wasser aus der Leitung 24 abfliesst. Dadurch ist die erste Pumpenstufe hydraulisch abgeschaltet. Die Drehrichtung der Welle ist in diesem Falle umgekehrt als beim Pumpenbetrieb, wobei das Laufrad 2, falls an der Stelle 21 eine Freilauf-Kupplung angebracht ist, auch mechanisch abschaltbar ist. Das Wasser strömt durch die Hochdruckleitung 23, durch die obere Spirale des Gehäuses 5 und den mit verstellbaren Leitschaufeln 16 versehenen Leitring dem Laufrad 3 zu, von diesem strömt es dann durch den Leitring 6 und das Gehäuse 7 sowie durch den mit den verstellbaren Leitschaufeln 20 versehenen Leitring in das Laufrad 4, aus welchem es in den Saugkrümmer 12 und weiter in die Saugleitung 22 abfliesst. Turbine operation: The direction of flow of the water is marked in the drawing with dashed arrows in the case of the machine running as a turbine. The flaps 27 and 28 are pivoted to the turbine position to close the lines 24 and 26, and at the same time the valve provided in the line 25 is opened so that the water flows out of the line 24. As a result, the first pump stage is hydraulically switched off. The direction of rotation of the shaft is reversed in this case than in pump operation, the impeller 2, if a freewheel clutch is attached to the point 21, can also be switched off mechanically. The water flows through the high-pressure line 23, through the upper spiral of the housing 5 and the guide ring provided with adjustable guide vanes 16 to the impeller 3, from which it then flows through the guide ring 6 and the housing 7 and through the guide vanes 20 provided with the adjustable guide vanes Guide ring in the impeller 4, from which it flows into the suction manifold 12 and further into the suction line 22.

1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings

Claims

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2. Pump turbine according to claim 1, characterized in that the first impeller (2) via an overrunning clutch (21) is connected to the shaft (1).

2nd

1. Radial pump turbine with a shaft (1) on which a first impeller (2) is arranged next to a second impeller (3) and a third impeller (4), the working space of the first impeller (2) being different from that of the second impeller (3) is separated and the first impeller (2) is arranged in the opposite direction to the second impeller (3), the third impeller (4), which is associated with adjustable guide vanes (20), in its own, with deflection channels and one the guide ring (6), which extends into the rotor area, is arranged in the same direction at a distance from the adjacent second impeller (3) and from this second impeller (3), the first impeller (2) being assigned to the first pump stage, which Can be shut off from the water in turbine operation, characterized in that the first impeller (2) and the second impeller (3) assigned to the third pump stage are arranged in a second housing (5) consisting of two mutually offset spirals are that lines (24, 26) intended for pump operation can be shut off in the turbine mode by means of flaps (27, 28), and that adjustable guide vanes (16) assigned to the second impeller (3) are attached to actuating shafts (15) which are arranged in Bores are used which penetrate fixed guide vanes (14) assigned to the first impeller (2).

3. Pump turbine according to claim 1, characterized in that one of the lines (24) outside the housing (5, 7) and at least one of the flaps (28) is provided with guide ribs (29).