DD276707A1 - Verfahren zum anfahren von speicherpumpen und pumpenturbinen - Google Patents

Abstract

Verfahren zum Anfahren von Speicherpumpen und Pumpenturbinen aus dem Stillstand oder aus dem Turbinen- oder Phasenschieberbetrieb, wobei noch bei geschlossenem Leitapparat und geschlossenem zweiten Absperrorgan auf der Hochdruckseite ein Zustand hergestellt worden ist, in dem das Laufrad mit Nenndrehzahl in der mit Druckluft gefuellten Laufradkammer rotiert (Wasserspiegel unterhalb des Laufrades im Saugrohr) und danach das zweite Absperrorgan und zeitverzoegert dazu der Leitapparat geoeffnet werden, gekennzeichnet dadurch, dass der Oeffnungsvorgang des Leitapparates zumindest einmal bei einem Oeffnungsgrad von etwa 10% bis 30% fuer eine Haltezeit (DtZ) unterbrochen wird.

Description

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf das Betreiben von Speicherpumpen und Pumpenturbinen mit beweglichem Leitapparat in Pumpspeicherwerken, insbesondere auf deren Startvorgang (Übergang vom Stillstand in den Purnpbetriab) bzw. auf die Funktionsumstellung vom Phasenschieberbetrieb oder Turbinenbetrieb auf den Pumpbetrifib.

Charakteristik des bekannten Standes der Tochnik

Das Anfahren der Speicherpumpen und Pumpenturbinen (im weiteren als Pumpen bezeichnet) aus dem Stillstand oder den Betriebsarten „Phasenschieberbetrieb" und „Turbinenbetrieb" läuft in der Praxis wie folgt ab:

Alle diese Umstellvorgänge führen zunächst in einen Zustand, in dem das Laufrad in Pumpend· ehrichtung mit Nenndrehzahl im ausgeblasenen Laufradraum roiieri. Doi Leitapparat und das ?wnite Absperrorgan auf der Hochdruckseite (Kugelschieber, Drosselklappe,...) sind geschlossen. Der Maschinensatz befindet sich am elektrischen Netz.

Danach wird die in der Pumpe enthaltene Luft über geöf note Rohrleitungen (Entlüftungsleiti'.ngen) nach außen abgoführt. Dadurch steigt der Wasserstand im Saugrohr an, bis cOs Wasser vom rotierenden Laufrao etfaßt wird. Dabei wird das Wasser stark beschleunigt, und der Förderdruck im Spiralgehäuse der Pumpe steigt an. Hierbei setzt eine intensive Austauschströmling ein, boi der die Laufradkanäle gleichzeitig zum Teil in Pumpenrichtung und zum Teil in der entgegengesetzton Turbinenfließrichtung durchströmt werden. Die noch in der Pumpe enthaltene luft wird vom Laufradraum bis hinunter ins Saugrohr fein verteilt dem Wasser untergemischt. Über die Entlüftungsleitung wird dieses Luft-Wassor-Gemisch teilweise abgeführt. Wenn der statische Druck im Spiralgehäuse der Pumpe einen bestimmten Wert erreicht hat, beginnt das zweite Absperrorgan zu öffnen (A in Figur 1), wobei der Leitapparat zunächst noch geschlossen bleibt. Erst wonn das zweito Absperrorgan einen gewissen Öffnungsgrad erreicht hat (Zwischcnstellung B in Figur 1) oder auch ganz geöffnot ist, wird der Leitapparat zügig bis zur Offenstellung für den stationären Pumpbntriebijoö'fneUCin Figur 1). Parallel da:u steigt dio Leistungsaufnahme der Pumpe an. Ist diese Leitapparat-Pumpenstellung vollends erreicht, tritt häufig über eine längere Zeit ein stabiler, quasistationärer Betriebszustand auf, der durch eine gegenüber dem normalen stationären Pumpbetrieb stark verringerte Leistungsaufnahme der Pumpe, durch Leistungsschwankungen (D in figur 1) und durch hoho dynamische Beanspruchungen des gesamten Leitapparates gekonnzeichnet ist (Halblastzust.ind). Die Folge davon ist ein hoher und vorzeitiger Verschleiß des gesamton Leitapparat. Das wiederum erfordert häufigere und iängerdauernde Maschinenstillstände für die Reparatur des Leitapparates.

Die hohen dynamischen Belastungen dos Leitapparates während des Halblastiustandes bei Leitapparat in Pumpenstollung beruhen auf folgendem Vorgang in der Pumpe:

Infolge dos zu diesom Zeitpunkt in der Pumpe vorhandenen Luft-Wasser-Gemisches, das gegenüber reiner Wasserförderung eino verringerte Dichte aufweist, hat dio Pumpe die endgültige Ausbildung ihrer Kennlinie Y = f (V) noch nicht erreicht. Sie erreicht oinon geringeren Förderdruck als im normalen stationären Pumpbntriob. Da der Leitapparat und das zweito Absperrorgan der Pumpo jedoch geöffnet sind, wird abor dor Maschine dei vorhandene Anlagondruck (Anlagenförderhöhe) aufgeprägt. Das führt zu einem Botriobspunkt dor Pumpe mit einem stark verringerten Fördorstrom (Halblastzusand). Dieser Zustand wird solange aufrechterhalten, solange sich das Wasser-Luftgemisch in der Pumpe befindet. Die voll geöffneten Leitschaufel worden bei diesem Zustand infolge dor stark verringerten Meridiankompononte C_1n hl der Austrittsgoschwindigkoit aus dem Laufrad völlig falsch angeströmt (F in Figur 1). Das führt zu starker, instationärer Strömungsablösung im Loitschaufolkanal, die dio Ursacho für die hohe dynamische Beanspruchung des gesamten Leitnpparatos ist.

Dio Zoitdauor dieses Zustandos hängt wosontlich davon ab, wio rasch dns Wasser-Luftgemisch beseitigt werden kann. Dies wird durch dio auch im Halblastzustand boi voll goöffnntom Leitapparat wirksame Austauschströmung m'.t starken Rückslrömgobioton erschwert.

Diosor Halblastmstand wird erst nach oitior relativ langon Zeitspanne beendet (mitunter erst nach mehreren Minuten), indem dann dio Pumpo relativ rasch in den normalen, stationären Pumpon-Arboitspunkt übergeht (E in Figur 1). Sio nimmt orst hierbei volle Pumponloistung auf, dio Loistungsschwankungen und die dynamischen Beanspruchungen des Leitapparatos sowio die Druckpulsationon in dor Spirolo gehon zurück. Dor statische Wert dos Spiralendruckes ändert sich dabei nur noch wonig. Die Verringerung dor dynamischen Beanspruchung dos Loitapparatosboruht auf dor im normalon stationäien Pumpbotrieb tangontialon Anströmung dor LeitschaufolnIG in Figur 1).

Ziel der Erfindung

Mit dor erfindungsgemäßen Verfahrensweise sollen die überhöhte Beanspruchung und der verstärkte Verschleiß am Leitapparat beseitigt worden.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Ausgehend von der Zielstellung galt es die technische Aufgabe zu lösen, den quasi stationären oder den sogenannten Haiblastzustand durch ein verändertes Öffnungsregime von Leitapparat und zweitem Absperrorgan zu vermeiden. Die Lösung der technischen Aufgabe ist wie folgt gekennzeichnet:

Die Öffnungsvorgänge von zweitem Absperrorgan und Leitapparat werden relativ zueinander wie bisher eingeleitet, jedoch erfolgt ein stufenweises Öffnen des Leitapparates. Damit wird die im Wasser fein verteilte Luft nicht nur über die Entlüftungsleitungen abgeführt, sondern zusätzlich und ohnn wesentliche Fehlanströmung der Leitschauf In durch die Pumpe direkt in die Druckleitung gefördert. Dadurch wird der belastu.igsmäßig ungünstige Halblastzustand bei voll geöffnetem Leitapparat beseitigt.

Ausführungsbeispiel

ü'e Erfindung ist nachstehend anhand der Figur 2 (vgl. zur Figur 1 als Stand der Technik) erläutert.

De' Leitapparat beginnt wie bisher zu öffnen (B in Figur 2). Bei einer bestimmten Zwischenöffnungsstellung a_LE_ _z wird der Leitapparat über die Haltezeit At₂ blockiert (B" bis C in Figur 2). Danach öffnet er weiter bis zur Pumpenstellung für den stationären Pumpbetrieb (E' in Figur 2). In dieser Zeit steigt dabei die Leistungsaufnahme P der Pumpe stetig bis zur vollen Leistungsaufnahme an (C bis E' in Figur 2).

Die Zwischenschaltung a_LE, ζ und die Haltezeit t_z werden im Versuch bestimmt. Die erforderliche Haltezeit At₂ wird durch einen Sprung in der Leistungsaufnahme der Pumpo (C" in Figur 2) und im Druckverlauf in der Spirale angezeigt (Übergang vom Luft-Wasser-Gemisch zur reinen Wasserförderung).

Unter Einbeziehung der nachstehenden Bezugszeichenerklärung läßt sich anhand der Figur 2 die Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik (Figur 1) optisch verdeutlichen:

P elektrische I eistungsaufnahme der Pumpe

a_KS Öffnungsgrad des Verschlußorganes (Kugelschieber, Drosselklappe,...)

a_KS ζ Zwischenstellung dos Verschlußoiganes

a_[t Öffnungsgrad des Leitapparates

Bif ζ Zwisuiiünsicllung des Leitoppsrotcs

c Strömungsgeschwinoigkeit am Laufradaustritt (entspricht der Ausströmgeschwindigkeit der Leitschaufeln

imPi'mpbetrieb) Indices:

Pu im stationären Pumpbetrieb HL imHalblastzustand u Umfangskomponento m Meridiankomponente (c = c_u + c,„)

t Zeit

AtiiL Zeitdauer des Halblastzustandes mit Leitapparat in Pumpenstelliing

At; Haltezeit der Leitapparat-Zwischonstellung

A Zeitpunkt: Beginn-öffnen Absperrorgan

B Zeitpunkt: Beginn - öffnen Leitapparat

B' ZeiipurAt: Erroichen - Leitapparatzwischenstellung a_tf ι

C Zeitpunkt: Erreichen - Leitapparatendstellung

C Zeitpunkt: Wiederbeginn-öffnen Leitapparat nach Haltezeit At;

C" Zeitpunkt: Auftreten einos Sprunges in der Leistungsaufnahme

D Loistungsschwankungen während Al_hl

E Zoitpunkt: Erroichen stat. Pumpbotriob

E'vorgozogenor

Zoitpunkt: Erreichen stat. Pumpbotriob

F Strömlingsbild mit Goschwincligkeitsdiagramm bni Halblastzustand

F' Strömungsbild mit Goschwindigkoitsdiagramm in Zwischnnstoilung

'G Strömungsbild mit GoschwindigkoitsdiagMmm im stationären Pumpbotriob

Mit der orfindungsgomdßon Anfahrwoiso wordon folgondo Effekto erziolt:

- Durch dio Zwischonstollung an ι wird dor Loitschaufolwinkol dom Abströmwinkul uusdüm Lüu'iüu wuhtunu uus

Halblastzustondos bossor angopaßt (F' in Figur 2). Das führt zur Beseitigung der Fohlanströnuing dor Loitschau.'sln, dio * instationären Ablösogobioto ontfallon und damit auch dio orhöhto dynamische Beanspruchung dos gosamton Loitapparates.

Der Vorschloiß am Loitapparat wird dadurch stark roduziort.

Durch die Zwischenöffnung des Leitapparates wird die Gethebscharakteristik der Pumpe Y = f (V) (Y für spezifische Förderarbeit, V für Volumenstrom) steiler und höher gelegt. Dadurch kann das Wasser-Luft-Gemisch schneller aus der Pumpe in die angeschlossene Druckrohrleitung gefördert werden

Der belastungsmäßig ungünstige Halblastzustand bei Leitapparat in Pumpenstellung wird völlig beseitigt.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Verfahren zum Anfahren von Speicherpumpen und Pumpenturbinen aus dem Stillstand oder aus dem Turbinen- oder Phasenschieberbetrieb, wobei noch bei geschlossenem Leitapparat und geschlossenem zweiten Absperrorgan auf der Hochdruckseite ein Zustand hergestellt worden ist, in dem das Laufrad mit Nenndrehzah! in der mit Druckluft gefüllten Laufradkammer rotiert (Wasserspiegel unterhalb des Laufrades im Saugrohr) und danach das zweite Absperrorgan und zeitverzögert dazu der Leitapparat geöffnet werden, gekennzeichnet dadurch, daß der Öffnungsvorgang des Leitapparates zu mindest einmal bei einem Öffnungsgrad von etwa 10% bis 30% für eine Haltezeit (At_z) unterbrochen wird.