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Verfahren zum Abstellen einer Wasserturbine mit verstellbaren Leit-
und Laufschaufeln im Falle plötzlicher Entlastung Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zum Abstellen einer Wasserturbine mit verstellbaren Leit- und Laufschaufeln im Falle
plötzlicher Entlastung.
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Für solche Betriebsfälle ist schon vorgeschlagen worden, die Leitschaufeln
vorerst mit kurzer Schließzeit bis auf etwa ein Drittel der größten Öffnung des
Leitapparates zu schließen, d. h. bis zu einer Stellung, bei welcher bei praktisch
unveränderter Drehzahl die Leistung Null der Turbine erreicht ist. Im weiteren worden
sodann die Laufschaufeln und gleichzeitig in Abhängigkeit von der jeweiligen Stellung
der Laufschaufeln die Leitschaufeln weiter geschlossen, derart, daß die Turbinenleistung
trotz der nachfolgenden Öffnungsverminderung der Laufschaufeln nicht mehr wesentlich
von der Nullast abweicht.
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Bei diesem Verfahren; wird eine geringe Drehzahländerung der Turbine
bei voller Entlastung erreicht, wobei aber trotzdem die Durchflußmenge der Turbine
nicht sofort auf ihren stationären Leerlaufbetrag sinkt. Bei plötzlichen Entlastungen
von Wasserkraftmaschinen in Flußkraftwerken können aber trotzdem noch im Oberwasser
Schwall- und im Unterwasser Sunkbildungen auftreten, welche eine ernsthafte Gefahr
für .die Schiffahrt bedeuten können. Man hat schon auf verschiedene Arten versucht,
dieser Gefahr zu begegnen. Das einfachste Mittel wäre das Heben der Wehrschützen,
wodurch die durch den Leitapparat abgesperrten Wassermassen abgeleitet werden.
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Nun ist aber die Hubgeschwindigkeit solcher Schützen im Verhältnis
zur Schließgeschwindigkeit eines Turbinenleitapparates so klein, daß sich Schwall-und
Sunkbildungem damit praktisch nicht vermeiden lassen.
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In den letzten Jahren. ist man vielerorts dazu übergegangen, Wasserwiderstände
zu verwenden, welche die Leistung des Generators aufzunehmen haben, wenn dieser
vom Netz abgeschaltet wird.. Die Eintauchtiefe der Elektroden dieser Apparate muß
aber dauernd der jeweiligen Belastung des Generators und auch der veränderlichen
elektrischen Leitfähigkeit des Wasser angepaßt werden. Sonst treten beim Umschalten
gleichwohl Belastungsänderungen des Generators und damit Änderungen der Turbinen,Wassermenge
mit den entsprechenden unerwünschten Folgen auf.
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Die Erfindung bezweckt nun, in einfacher Weise unzulässige Schwankungen
in der Durchflußmenge der Turbine und damit die Gefahr von Schwall- und Sun,kbildun.gen
zu vermeiden. Beim erfindungsgemäßen Verfahren zum Abstellen einer Wasserturbine
mit verstellbaren Leit- und Laufschaufeln im Falle plötzlicher Entlastung werden
nun ebenfalls die Leitschaufeln in einer ersten, kurzen Schließzeit bei praktisch
unveränderter Stellung der Laufschaufelig um- einen bestimmten Bruchteil des gesamten
Verstellweges geschlossen und sodann langsam die Laufschaufeln, und in bestimmterAbhängigkeit
von deren jeweiliger Stellung auch die Leitschaufeln. weiter geschlossen. Die besagten
Nachteile werden erfindungsgemäß dadurch vermieden, daß die Leitschaufeln in der
ersten kurzen Schließzeit nur um etwa ein Drittel, nämlich bis zu einer Stellung
geschlossen werden, bei welcher die Turbine bei einer um weniger als die Hälfte
der Ausgangsmenge verringerten Durchflußmenge und um etwa 40% erhöhter Drehzahl
die Leistung Null erreicht, und anschließend wird der jeweiligen Stellung der langsam
schließenden Laufschaufeln eine Stellung der Leitschaufeln zugeordnet, bei welcher
während eines.Vielfachen der ersten Schließzeit unter Aufrechterhaltung erhöhter
Drehzahl die Durchflußmenge noch auf .einem die Hälfte der Ausgangsmenge übersteigendem
Betrag gehalten wird.
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In der Zeichnung ist das erfindungsgemäße Verfahren -durch einige
Schaubilder erläutert. Es zeigt Fig. 1 den zeitlichen Verlauf der Wassermenge der
Turbine bei einer plötzlichen Entlastung, Fig.2 ein Schaubild für den Zusammenhang
zwischen Leistungsabgabe und Leitschaufelöffnung für verschiedene Stellungen der
Laufschaufeln bei einer bestimmten Drehzahl und Fig. 3 den Zusammenhang zwischen
Leit- und Laufschaufelstellung für die Leistung Null bei zwei verschiedenen. Drehzahlen;
ferner zeigt Fig. 4 eine Regelvorrichtung, an Hand welcher die Durchführung des
Verfahrens erläutert wird.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird
zweckmäßig nach der ersten raschen Schließbewegung der Leitschaufeln um etwa ein
Drittel des vollen Verstellweges das darauffolgende weitere Schließen der Leitschaufeln
in Abhängigkeit von. der jeweiligen Stellung der sich langsam schließendenLaufschaufeln
so durchgeführt, daß ein vorgegebener, zeitlicher Verlauf der Durchflußmenge der
Turbine erreicht wird. In: Fig. 1 ist als Abszisse die Zeit t und als Ordinate die
Wassermenge Q aufgetragen. O_ o bedeutet die Vollast-Wassermenge und QL die stationäre
Leerlauf-Wass.ermenge. In einer ersten, kurzen Schließzeit t1 werden die Leitschaufeln
nur um etwa ein Drittel, d. h. bis zu einer Stellung geschlossen, bei welcher die
Turbine bei einer um weniger als die Hälfte der Ausgangsmenge verringerten Durchflußmenge
Q, und um etwa 40-% erhöhter Drehzahl die Leistung Null erreicht.
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Die Laufschaufeln werden nun langsam geschlossen bis zu einer Zeit
t,, die praktisch einige Minuten beträgt, bis die stationäre Leerlaufstellung erreicht
ist. In dieser Zeit ist es möglich, die Zu- und Abflußverhältnisse etwa durch Betätigung
von Schützen den veränderten Betriebsbedingungen anzupassen. Anschließend an die
erste, kurze Schließzeit ti wird der jeweiligen Stellung der langsam schließenden
Laufschaufeln eine Stellung der Le:t-,chaufeln zugeordnet. bei welcher während eines
Vielfachen der ersten Schließzeit t, unter Aufrechterhaltung erhöhter Drehzahl der
Turbine die Durchflußmenge noch auf einem die Hälfte der Ausgangsmenge übersteigenden
Betrag gehalten wird. DieZuordnung derLeit.schaufelstellung zur Laufschaufelstellung
kann beispielsweise so gewählt werden, daß von der Zeit t, bis zur Zeit t, die Durchflußmenge
sich gemäß einer der Kurven a, -b oder c ändert. Zur Zeit t, ist die stationäre
Leerlauf-Wassermenge OL erreicht.
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jeder Drehzahl derTurbine entspricht ein bestimmtes Diagramm für dieZuordnung
der Leistungsabgabe in Funktion der Stellung der Leitschaufeln bei v erschiedenen
Laufschaufelstellungen. Ein solches Diagramm ist in Fig. 2 für eine bestimmte Drehzahl
dargestellt. Die Leistung N ist als Ordinate über .der Leitschaufelöffnung
ao als Abszisse aufgetragen mit der Laufschaufelstellung 9, als Parameter. Aus dem
Diagramm können auch die einander zugeordneten Leit- und Laufschaufelstellungen
für die Leistung Null abgelesen werden.
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In Fig.3 ist mit der Kurve d ein -solcher Zusammenhang zwischen Laufschaufelstellung
zp und Leitschaufelstellung a. bei der Nenndrehzahl und mit der Kurve e für eine
erhöhte Drehzahl dargestellt.
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Bei vorgegebenem, zeitlichem Verlauf der Laufschaufelstellung und
der Wassermenge ergibt sich ein ganz bestimmter Verlauf der Leitschaufelstellung,
und mit Hilfe der Fig. 3 kann dann auch bei Vorliegen der entsprechenden Kurven
für weitere Drehzahlen der Drelizahlv erlauf bestimmt werden.
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Bei der in Fig. -1 gezeigten Regeleinrichtung ist mit 1 ein Fliehkraftpendel
bezeichnet, welches den Schließvorgang bei einer infolge einer Entlastung der Turbine
auftretenden Drehzahlsteigerung einleitet. Die Perdelbewegung wird hierbei über
einen. Steuerhebel 2 auf einen Steuerschieber 3 übertragen, welcher de-i Zufluß
von Druckmittel zu einem Servomotor 4 steuert. Dieser Servomotor 4 dient zur Betätigung
der Verstellvorrichtung der Leitschaufeln, welche nicht dargestellt sind. Ein weiterer
Servomotor 5 dient zur Betätigung der ebenfalls nicht dargestellten Laufschaufeln.
Der Druckmittelzufluß zu diesem Servomotor wird von einem Steuerschieber 6 gesteuert,
welcher an einem die Kolbenstangen der Servomotoren 4 und 5 verbinden.den.Hebel
7 angelenkt ist. Der Servomotor 5 verstellt bei seiner Bewegung über eine Kurvenscheibe
8 eine Kulisse 9, welche den Hub des Pendels begrenzt.
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In die Druckmittelzuflußl,eitung des Steuerschiebers ist eine Blende
10 eingeschaltet, welche nur einen allmählichen Durchfluß von Druckflüssigkeit zum
Servomotor 5 und daher nur ein langsames Schließen der Laufschaufeln gestattet.
Die Kulisse 9 ist so dimensioniert, daß sie den Betrag des raschen Schließens der
Leitschaufeln auf etwa ein Drittel, d. h. bis zu einer Stellung begrenzt, bei welcher
die Turbine bei einer um weniger als die Hälfte der Ausgangswassermenge verringerten
Durchflußmenge und um etwa 40°/o erhöhter Drehzahl die Leistung Null erreicht. Mit
Hilfe der entsprechend geformten Kurvenscheibe 8 und der Kulisse 9 wird anschließend
der jeweiligen Stellung der langsam schließenden Laufschaufeln eine Stellung der
Leitschaufeln zugeordnet, bei welcher während eines Vielfachen der ersten Schließzeit
unter Aufrechterhaltung erhöhter Drehzahl die Durchflußmeng.e noch auf einem dieHälfte
derAusgangswassermen.ge übersteigenden Betrag gehalten wird.