DE1138720B

DE1138720B - Getriebe zwischen einer Pumpenturbine und einer elektrischen Maschine

Info

Publication number: DE1138720B
Application number: DES57662A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Kurt Muenker
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1958-04-01
Filing date: 1958-04-01
Publication date: 1962-10-25

Description

Getriebe zwischen einer Pumpenturbine und einer elektrischen Maschine Die Erfindung bezieht sich auf ein Getriebe mit festem Übersetzungsverhältnis, insbesondere auf ein ein- oder mehrstufiges Planetengetriebe zwischen einer Pumpenturbine, insbesondere einer Kaplan-Rohrturbine, und einer elektrischen Maschine.
Es ist bei Pumpenturbinen bekannt, daß die Drehzahl bei Pumpbetrieb, bei dem die Förderhöhe der Fallhöhe der Turbine annähernd gleich ist, um etwa 20 % höher sein muß als die Drehzahl bei Turbinenbetrieb, um jeweils optimale Wirkungsgrade zu erzielen. Wenn die Maschine bei Pump- und bei Turbinenbetrieb mit der gleichen Drehzahl arbeitet, müssen Wirkungsgradeinbußen in Kauf genommen werden. Man hat daher in zahlreichen Fällen von polumschaltbaren elektrischen Maschinen Gebrauch gemacht, so daß ein Betrieb für mehrere Drehzahlen aufrechterhalten werden konnten welche in einem starren Verhältnis zueinander standen. Im allgemeinen hat die Verwendung polumschaltbarer elektrischer Maschinen aber nur Bedeutung, wenn durch Polumschaltung auf den zweifachen oder dreifachen Wert bzw. auf die Hälfte oder ein Drittel der natürlichen Polzahl Drehzahländerungen vorgenommen werden sollen, die dann etwa dem Verhältnis 1 : 2 oder 1 : 3 entsprechen. Bei einer Drehzahlveränderung von beispielsweise 20 % ergeben sich für den Bau der elektrischen Maschine gewisse Schwierigkeiten.
An sich ist bereits eine insbesondere als Synchron-Wechselstrommaschine gestaltete elektrische Maschine bekanntgeworden, bei dem die Polverteilungen im induzierenden und im induzierten Teil der Maschine derart voneinander abweichen, daß die Polteilung des Nutzfeldes und die Polteilung des Erregerteiles im allgemeinen in einem unganzzahligen Verhältnis zueinander stehen. Mit einer solchen bekannten Maschine ist es an sich zwar möglich, Drehzahländerungen von etwa 20 % zu erfassen, dabei ist aber die Ausnutzung der Maschine bei mindestens einer der beiden unterschiedlichen Drehzahlen unvollkommen, so daß mit einem gewissen unwirtschaftlichen Arbeiten gerechnet werden muß. Bei großen Maschinen sind die Verluste, die damit verbunden sind, vielfach so groß, daß man sie nicht in Kauf nehmen möchte. Die Erfindung geht daher einen anderen Weg, um das Übersetzungsverhältnis in der gewünschten Weise zu ändern, ohne daß dabei die Wirtschaftlichkeit der elektrischen Maschine beeinträchtigt wird.
Um diese Schwierigkeiten zu umgehen, ist schon mehrfach versucht worden, umschaltbare Getriebe zu verwenden, die zwischen die elektrische Maschine und die Pumpturbine geschaltet wurden. So ist es bekannt, bei der Umkehrung des elektrischen bzw. hydraulischen Vorganges das Übersetzungsverhältnis zwischen hydraulischem und elektrischem Teil mechanisch zu verändern. Zu diesem Behufe sind zwischen elektrischem und hydraulischem Teil Geschwindigkeitswechselgetriebe, Stufenscheiben u. dgl. vorgesehen worden. In ähnlicher Weise ist auch bei einer anderen bekannten hydroelektrischen Speichermaschinengruppe, die bei Pumpbetrieb mit einer anderen Drehzahl betrieben wurde als bei Turbinenbetrieb, ein Geschwindigkeitswechsel- und Wendegetriebe zwischen der elektrischen und der hydraulischen Maschine angeordnet worden.
Auch bei der Erfindung wird von einem Getriebe zwischen einer Pumpenturbine und einer elektrischen Maschine Gebrauch gemacht. Eine besondere Bedeutung hat die Erfindung für Rohrturbinen, bei denen bekanntlich der Generator vielfach über Parallel- oder über Planetengetriebe mit der Turbine in Verbindung steht. Auf Grund seines geringen Platzbedarfes wird bei Rohrturbinen ein Planetengetriebe im allgemeinen bevorzugt. Darüber hinaus hat die Erfindung aber auch für andere Getriebebauarten Bedeutung, soweit sie mit einem Differentialrad versehen sind, welches im normalen Betrieb festgebremst ist. Unter dieser Voraussetzung besteht die Erfindung darin, daß ein Differentialrad des Getriebes - bei einem Planetengetriebe ein Außenrad bzw. ein Planetenradträger -, welches wahlweise feststellbar oder zusätzlich antreibbar ist, bei Pumpbetrieb von der Welle der elektrischen Maschine über ein mit einer ausrückbaren Kupplung versehenes Parallelgetriebe antreibbar ist. Es ist an sich bei einem Planetengetriebe bekannt, einen Planetenradträger oder ein Außenrad wahlweise festzuhalten oder zusätzlich anzutreiben. Von dieser Möglichkeit wird bei der Erfindung Gebrauch gemacht und ein Parallelgetriebe dazu benutzt, um beim zusätzlichen Antreiben des vorher festgehaltenen Differentialrades eine andere Enddrehzahl zu erhalten. Auf diese Weise wird ein einfaches und betriebssicheres Mittel geschaffen, um die Pumpenturbine sowohl bei Pump- wie auch bei Turbinenbetrieb mit dem günstigsten Wirkungsgrad zu betreiben.
Das bei Turbinenbetrieb von der langsam laufenden Kaplan-Turbine entwickelte Drehmoment wird von dem Planetenradträger und den Planetenrädern auf das auf der Generatorwelle sitzende Innenrad übertragen, wobei das Reaktionsmoment von dem festgebremsten Außenrad übernommen wird. Analog hierzu erfolgt diese Kraftübertragung, wenn bei Schaffung größerer Übersetzungsverhältnisse ein zwei- oder mehrstufiges Planetengetriebe verwendet wird. Bei Pumpbetrieb erfolgt der Kraftfuß über das Getriebe in umgekehrter Richtung. Zur Begrenzung der Durchgangsdrehzahl des Rohrgenerators kann die Blockierung des Außenrades aufgehoben werden, so daß dieses mitläuft. Dadurch erhöht sich die Drehzahl des Generators nicht bis zur vollen Durchgangsdrehzahl der Turbine.
Die gewünschte höhere Drehzahl bei Pumpbetrieb wird bei dem erfindungsgemäßen Vorschlag dadurch erreicht, daß das im Turbinenbetrieb normalerweise festgebremste Außenrad in gleicher Drehrichtung wie die Welle der elektrischen Maschine oder daß bei sonst festgebremstem Planetenradträger dieser in umgekehrter Drehrichtung zusätzlich angetrieben wird. Der zusätzliche Antrieb erfolgt von der Welle der elektrischen Maschine aus über ein Parallelgetriebe.
An Hand der Zeichnung wird die Erfindung näher erläutert. Die Fig. 1 und 2 zeigen ein Ausführungsbeispiel in seinen für die Erfindung wesentlichen Teilen in schematischer Darstellung. Es handelt sich (hierbei um einen Antrieb, wie .er für eine zum Pumpspeicherbetrieb geeignete Rohr-Turbinen-Anlage verwendbar ist und bei dem ein zweistufiges Planetengetriebe zwischen Turbine und elektrischer Maschine vorgesehen ist. Durch unterschiedliche Schrafur sind hierbei die verschiedenen umlaufenden Teile unterschiedlich gekennzeichnet.
Die Turbinen- bzw. Pumpenwelle ist in den beiden Figuren übereinstimmend mit 1, die Generator- bzw. Motorwelle mit 2 bezeichnen. Die Turbinenwelle 1 ist mit dem Planetenradträger 3 der ersten Stufe des Planetengetriebes verbunden. Die Planetenräder sind mit 4 bezeichnet. Das Außenrad der ersten Getriebestufe ist mit 5 bezeichnet.
Das Innenrad 6 der ersten Getriebestufe ist über die Welle 7 mit dem Planetenradträger 8 der zweiten Getriebestufe verbunden. Mit 9 sind die Planetenräder und mit 10 ist das Außenrad der zweiten Getriebestufe bezeichnet. Das Innenrad 11 der zweiten Stufe treibt unmittelbar die Generatorwelle 2 an. Es kommt nun darauf an, daß ein im Turbinenbetrieb blockiertes Außenrad oder daß ein im Turbinenbetrieb blockierter Planetenradträger des Planetengetriebes so gelagert ist, daß es bzw. er umlaufen kann.
Weiterhin ist Voraussetzung, däß diese Blockierung mit einfachen Mitteln. jederzeit vorgenommen und aufgehoben werden kann. Weiterhin muß eine Außenverzahnung auf einem Außenrad oder einem Plane@tenradträger vorhanden sein, in die ein zum Antrieb erforderliches Ritzel eingreifen kann. Schließlich muß noch dafür Sorge getragen werden, daß durch eine lösbare Kupplung die Kraftübertragung zwischen Motorwelle 2 und gelöstem Außenrad 5 oder 10 bzw. Planetenradträger 3 oder 8 hergestellt werden kann.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist auf der Motorwelle 2 ein zusätzliches Zahnrad 12 vorgesehen, in welches ein auf einer gesonderten Welle 13 sitzendes Zahnrad 14 dauernd eingreift. Über eine lösbare Kupplung 15 wird bei Pumpbetrieb das mit dem Außenrad 10 der zweiten Getriebestufe in Eingriff stehende Ritzel 16 mit der Welle 13 gekuppelt, so daß das Außenrad 10 die gleiche Drehrichtung wie die Motorwelle 2 erhält. Entsprechend der gewünschten Drehzahlerhöhung der Pumpenwelle 1 können die I7bersetzungsverhältnisse in vorbestimmter Weise festgelegt werden.

Claims

PATENTANSPRUCH: Getriebe mit festem Übersetzungsverhältnis, insbesondere ein- oder mehrstufiges Planetengetriebe zwischen einer Pumpenturbine, insbesondere einer Kaplan-Rohrturbine, und einer elektrischen Maschine, dadurch gekennzeichnet, daß ein Differentialrad des Getriebes - bei einem Planetengetriebe ein Außenrad (10) und/oder ein Planetenradträger (8) -, welches in an sich bekannter Weise wahlweise feststellbar oder zusätzlich antreibbar ist, bei Pumpbetrieb von der Welle (2) der elektrischen Maschine über ein mit einer ausrückbaren Kupplung (15) versehenes Parallelgetriebe (12,13,14) äntreibbar ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 91613, 446139, 262754, 540565, 144450, 564300, 383762, 614 935; deutsche Auslegeschrift Nr. 1016 808; österreichische Patentschrift Nr. 195 362; schweizerische Patentschrift Nr. 113 419; französische Patentschrift Nr. 1148 443; britische Patentschrift Nr. 743 216; Siemens-Druckschrift SSW 500. 143/3: Pumpenturbinen für Pumpspeicheranlagen, 1956, S. 4; Escher-Wyss-Mitteilungen 1957, Heft 2, S. 14 und 15.