CS211387B2 - Single-stage reverse pumping turbine - Google Patents

Description

Vynález se týká konstrukce jednostupňové reversní čerpací turbíny s hydraulicky odpojovatelným, konzolovitě pobudovaným přídavným čerpadlem pro soustavy čerpacích turbín v tlakovém· rozsahu až do 68,612.105 Pa.

Při · rozvoji hydrocentrál pro tyto tlakové poměry bylo zjištěno, že vzhledem k velké hloubce ponoření agregáu pod spodní vodní hladinu, které je 'v technickém a ekonomickém ohledu většinou nepřijatelné, avšak je potřebné pro odstranění nebezpečí kavitačního jevu, nelze — kromě řídkých· výjimečných případů —- (vždy) brát v úvahu žádnou reversní jednostupňovou čerpací turbínu jako samostatný agregát. Příčinu toho· je třeba spatřovat v té skutečnosti, že· takový agregát při přijatelné hloubce ponoření nemůže být konstrukčně koncipován takovým způsobem, aby v daných tlakových poměrech nebyl ohrožován kavitací zejména při čerpacím provozu instalace.

Aby se tato nevýhoda odstranila, js-o-u již známy pokusy, při kterých hydrocentrály jsou koncipovány jako takové dvoustupňové čerpací turbíny s rovnoměrným rozložením tlaků na 'každý stupeň, neboť jsou, pokud jde o kavitaci, značně příznivější, neboť u prvního stupně je možno· počítat s méně vysokými tlaky. Ovšem je zde opět ta nevýho2 da, že žádné ze známých dvoustupňových provedení s obvyklým· rozložením tlakových poměrů na dvě přibližně stejné části neumožňuje současně také optimální energetické poměry v obou možnostech provozu.

Mezi známými pokusnými provedeními· reversních dvoustupňových agregátů jsou 'také takové agregáty, které sestávají z ' několika provozních jednotek a jsou ireversibilní, přičemž vzniká rovněž ta nevýhoda, že pro· zaručení přiměřeného· ponoření je kromě akumulačního· čerpadla zapotřebí ještě přídavného čerpadla. Přídavné čerpadlo je přitom, připojeno buď na hřídel motorgenerátoru, nebo · na hřídel akumulačního čerpadla, nebo je opatřeno· vlastním motorovým· pohonem. V prvním případě spočívá nevýhoda v nízké účinnosti agregátu, jelikož s hlavním hýdrOgenerátorem se spolu otáčí také · oběžné, jinak nefunkční kolo přídavného · čerpadla, ve druhém případě naproti tomu je nevýhodné, že oddělené umístění čerpadla s vlastním· pohonem v případech, kde· je požadována stěsnaná· konstrukce· agregátu v hydrocentrále, vyžaduje rozsáhlé konstrukční práce a vyšší náklady s tím· spojené.

Z popsaných závad známých provedení dvoustupňových čerpacích turbín a hydrocentrál, sestavených ze tří provozních jednotek pro uvedené tlakové poměry, vyplývá následující vynálezecká úloha, totiž vytvořit konstrukci reversní čerpací turbíny, která při daných tlakových poměrech a při zlepšených kavitačních okolnostech, jakož ' i při přijatelném· ponoření také zaručuje optimální energetické poměry při obou provozních možnostech. Vynález vychází z úlohy vytvořit jednostupňovou reversní čerpací turbínu s přídavným čerpadlem tak, aby přídavné čerpadlo bylo při turbínovém: provozu instalace hydraulicky a mechanicky odpojovatelné, a aby vlastní čerpací turbína jako hlavní hydrogenerátor v této instalaci byla také regulovatelná. Přitom se bere zřetel na to, aby při akumulačním provozu byl poměr rozdělených tlaků nejpříznivější, když na přídavný (tj. o-dpojovatelný) stupeň připadne podstatně malý podíl tlakových poměrů a na jednostupňovou reverzní čerpací turbínu připadne jeho· podstatně větší podíl, takže při turbínovém provozu jsou odpojením přídavného čerpadla všechny tlakové poměry přenášeny na jednostupňovou reversní čerpací turbínu.

Vytčeného cíle se dosáhne konstrukcí agregátu, u kterého: je oběžné kolo přídavného čerpadla spojeno s hřídelem, který náleží také čerpací turbíně, spojeno, v akumulačním směru otáčení neotočně volnoběžnou spojkou, samočinně zapojovatelnou a naplněnou olejem, zatímco oběžné kolo· v turbínovém směru otáčení se vznáší ve spirální, vodou naplněné skříni přídavného čerpadla, přičemž sací potrubí přídavného· čerpadla je se sacím potrubím agregátu spojeno: přes klapku, opatřenou vodícími žebry a samoblokujícím kloubovým· mechanismem, zatímco potrubí, spojující spirální skříň přídavného čerpadla se ’ sacím potrubím čerpací turbíny, je s čerpací turbínou spojeno přes žaluziovité uzavírací zařízení, a oběžné kolo ' čerpací turbíny je namířeno proti oběžnému kolu přídavného ' čerpadla a ' oběžná kola jsou umístěna· v oddělených spirálních skříních, posunutých přibližně o· 180°, přičemž · přídavné čerpadlo· je na vstupu do -oběžného· kola v důsledku příslušného dělení tlakových poměrů opatřeno rozváděcími lopatkami pro dosažení předběžné cirkulace vodního· proudu a pro radiální · vedení .rotujících částí obou provozních jednotek je upraveno krční ložisko, umístěné na zakřivení sacího· potrubí čerpací turbíny, jako i vpdicí ložisko·, umístěné v dolním závěrném víku čerpací turbíny.

V ·· jednostupňovém vysokotlakém agregátu čerpací turbíny, který má shora uvedené význaky, jsou současně zlepšeny kavitační poměry při poměrně malém· ponoření a je · dána možnost zaručit optimální energetické poměry při obou druzích provozu, přičemž dále je časové rozpětí pro přechod od jednoho druhu provozu ke· druhému poměrné · malý, jelikož vedlejší potrubí nemusí být vyprázdněno. Agregát podle vynálezu má ještě dále tu výhodu, že osové síly, působící na rotující části agregátu · ve· směru · k sa címu potrubí čerpací turbíny, jsou vyrovnávány úspěšně vlastními hmotami rotujících částí, že dále za pomoci průběžného · hřídele v sacím potrubí čerpací turbíny je současně zaručena stabilizace vodního proudu i při částečných · namáháních turbínového provozu, a že montáž a demontáž, jakož i případné ochranné práce na aktivních částech (oběžných kolech] jsou velmi jednoduché, což umožňuje úspěšné udržování v chodu, jakož i dohled.

Bližší konstrukční podrobnosti jednostupňových reversních čerpacích turbín podle vynálezu vyplynou z přiloženého výkresu, který znázorňuje ve svislém osovém řezu jedno z možných provedení agregátu podle vynálezu.

Oběžné kolo 1 reversní a regulovatelné čerpací turbíny a oběžné kolo 2 přídavného čerpadla jsou umístěna na společném hřídeli 3, na kterém· je první oběžné kolo upevněno šrouby 4, kdežto druhé oběžné kolo je na tomto hřídeli upevněno volnoběžnou spojkou 5 s možností samočinného odpojení v jednom směru otáčení. Jednostupňová reversní čerpací turbína podle vynálezu je dále opatřena rozváděcím kolem 6, které je umístěno uvnitř spirální skříně 9 a opatřeno stavitelnými rozváděcími lopatkami 7, jejichž osy jsou ovládány přes regulační kroužek 8, popřípadě přes oddělené servomotory, na výkresu neznázorněné, a přídavné čerpadlo^ je na vstupu opatřeno · rozváděcími lopatkami 10 pro dosažení předběžné cirkulace vodního proudu, jakož i spirální skříň 11, která je vůči spirální skříni 9 natočena přibližně o 180°.

Od sacího potrubí 12 agregátu čerpací turbíny · · · odbočuje k přídavnému čerpadlu sací potrubí · 13 přídavného čerpadla, ' · přičemž · proudění vody při čerpacím · provozu je klapkou · 14, opatřenou vodicími . ' žebry 15, namířeno k přídavnému čerpadlu a odděleno od sacího- potrubí 21 čerpací turbíny. · Vodicí žebra 15 jsou přitom · účinná jen v čerpacím provozu, tj. v · · poloze znázorněné plnými· čarami. Klapka · 14 s vodicími žebry 15 je vykyvována samoblokujícím kloubovým mechanismem· · 16, který je v podstatě umístěn ve výklenku, upraveném vedle sacího potrubí· 13 a je pod vodou.

Sací potrubí 21 agregátu a· vysokotlaká část přídavného čerpadla, tj. jeho spirální skříň 11, jsou spojeny spojovacím potrubím 17, přičemž proudění vody je na přechodu mezi spojovacím potrubím 17 a sacím potrubím 21 čerpací turbíny při čerpacím¹ provozu směrováno· žaluziovitým otevřeným uzavíracím zařízením 18, avšak při turbínovém provozu je tímto zařízením· zaraženo. Ve druhém případě zaujme uzavírací zařízení 18 polohu, znázorněnou čárkovaně. Ovládací páky · uzavíracího zařízení 18 jstíu umístěny v· -osové rovině sacího potrubí 21 a jsou chráněny proti přímému náporu vodního prioudu profilovou skříní 19, přičemž dostávají svůj výkyvný pohyb pres stavěči pohon 20, který je umístěn vně pole proudění agregátu.

Agregát pracuje v případě turbínového provozu jako čerpací turbína, popřípadě jako obvyklá vodní turbína, jejíž směr otáčení je vytvořen jinak než při čerpacím provozu, přičemž proudění vody probíhá ve směru šipek zakreslených čárkovaně. Rozbíhání agregátu se v případě čerpacího' provozu vytváří následujícím způsobem:

V plnými čarami zakreslené poloze klapky 14, která sací potrubí 12 odděluje od vnitřku sifonu, tj. sacího- potrubí 21 jednostupňové čerpací turbíny, dále při uzavřeném žaluziovitém uzavíracím zařízení 18 a při uzavřeném rozváděcím kole 6, jakož i při uzavřeném uzavíracím zařízení, upraveném na vysokotlaké straně, avšak neznázorněném, se rotující část obou strojů nechá rozbíhat známým způsobem. Přitom se předpokládá, že sací potrubí 21 čerpací turbíny se zbavuje vody. Otáčením přídavného! čerpadla se zvyšuje tlak vody ve spojovacím potrubí 17 a při určité rychlosti, která leží v blízkosti jmenovité hodnoty, se programovaným způsobem otevře uzavírací zařízení 18, čímž se dosud prázdná sací strana turbí ny pozvolna naplňuje vodou, za kterýmžto účelem se postupně vypouští vzduch větracím ventilem na horní části sifonu, tj. sacího potrubí 21. Při dalším průběhu rozbíhacího děje se rovněž programovanými způsobem otevře ještě rozváděči kolo 6 a tlakové uzavírací zařízení agregátu, na výkresu neznázoirněné, čímž se znovu zřídí celkové proudění v čerpacím provozu.

Rozběhnutí agregátu v případě turbínového provozu, tj. ve druhém směru otáčení, j«e proveditelné známým způsobem. Neznázorněné vysokotlaké uzavírací zařízení se otevře a také rozváděči kolo 6 se v souhlasu s tím kontrolovatelně otevře, přičemž oběžné kolo 2 přídavného čerpadla se samočinně odpojí volnoběžnou spojkou 5. Sací potrubí 21 a 12 čerpací turbíny a agregátu jsou ve spojení, jelikož klapka 14 a uzavírací zařízení 18 jsou v polohách zakreslených čárkovaně. Jelikož oběžné kolo; 2 přídavného čerpadla prakticky stojí, jsou tím odstraněny ztráty větráním, jakož i zbavení vody, popřípadě chlazení těsnicího labyrintu, což by jinak bylo zapotřebí při otáčení ve vzduchu.

Claims (1)

1. Jednostupňová reversní čerpací turbína s hydraulicky odpojitelným konzolovitě přibudovaným přídavným čerpadlem pro středotlaké a vysokotlaké instalace čerpacích turbín, vyznačující se tím, že oběžné kolo (2) přídavného' čerpadla je spojeno s hřídelem (3), který náleží také čerpací turbíně, v akumulačním směru otáčení neOtočně volnoběžnou spojkou (5), samočinně zapojoyatelnou a naplněnou olejem, zatímco oběžné kolo (2) v turbínovém směru otáčení se vznáší ve spirální, vodou naplněné skříni přídavného- čerpadla, přičemž sací potrubí (13) přídavného čerpadla je se sacím potrubím (12) agregátu spojeno přes klapku (14), opatřenou vodícími žebry (15) a samobloku jícím kloubovým mechanismem (16), kdežto potrubí (17), spojující spirální skříň (11) přídavného čerpadla se sacím po trubím (21) čerpací turbíny, je čerpací turbínou ve spojení přes žaluziiovité uzavírací zařízení (18), a oběžné kolo (1) čerpací turbíny je namířeno proti oběžnému kolu (2) přídavného čerpadla a oběžná kola jsou umístěna v oddělených spirálních skříních (9, 11), posunutých v podstatě o 180°, přičemž přídavné čerpadlo je -na vstupu do oběžného kola (2) v důsledku příslušného dělení tlakových poměrů opatřeno rozváděcími lopatkami (10) pro« dosažení předběžné cirkulace vodního proudu, a .pro radiální vedení rotujících částí obou provozních Jednotek je upraveno krční ložisko (22), umístěné na zakřivení sacího potrubí (21) čerpací turbíny, jakož i vodicí ložisko (23), umístěné v dolním závěrném víku čerpací turbíny.