DE1261810B

DE1261810B - Hydroelektrischer Maschinensatz mit einer als Turbine oder als Pumpe betriebenen hydraulischen Maschine

Info

Publication number: DE1261810B
Application number: DEE24028A
Authority: DE
Inventors: Max Hirt; Dr-Ing Hermann Cardina Widdern
Original assignee: Escher Wyss GmbH
Current assignee: Sulzer Escher Wyss GmbH
Priority date: 1962-08-30
Filing date: 1962-12-15
Publication date: 1968-02-22
Also published as: CH419011A; AT241376B

Description

Hydroelektrischer Maschinensatz mit einer als Turbine oder als Pumpe betriebenen hydraulischen Maschine Die Erfindung betrifft einen hydroelektrischen Maschinensatz mit einer als Turbine oder als Pumpe betreibbaren hydraulischen Maschine, insbesondere einer zwei- oder mehrstufigen Maschine, mit einem Leitapparat mit verstellbaren Leitschaufeln und einem auf der Druckseite der hydraulischen Maschinen liegenden Hauptabschlußorgan.
In Wasserturbinenanlagen werden in zunehmendem Maße hydraulische Maschinen mit Francislaufrädern und entsprechenden Leitapparaten auch für große Fallhöhen verwendet, sei es als Turbinen, sei es als Pumpen, sei es als wahlweise als Turbine oder Pumpe betriebene Maschinen (Pumpenturbinen).
Bei großen Fallhöhen spielt die Frage der Erosion, Korrosion und Kavitation eine wichtige Rolle bei der Konstruktion der Laufräder, aber auch der Leitschaufeln. Sind die Leitschaufeln verstellbar, so kommt noch hinzu, daß auch die Drehzapfen und die Schaufelprofile bei zunehmender Fallhöhe immer stärker bemessen werden müssen, was zu hydraulisch ungünstigen Schaufelprofilen führt.
Um diese Schwierigkeiten zu umgehen, wurde die hydraulische Maschine bei großen Fallhöhen mehrstufig ausgebildet, d. h. die Fallhöhen auf zwei oder mehr Stufen unterteilt. Dabei läßt sich aber nicht vermeiden, daß sich bei kleiner Leitapparatöffnung. insbesondere aber in der Geschlossenstellung der Leitschaufeln, die Fallhöhe ungleichmäßig auf die einzelnen Stufen verteilt, - so daß beispielsweise der oberste Leitapparat die ganze Fallhöhe zu übernehmen hat.
Bei verstellbaren Leitschaufeln von Pumpenturbinen treten überdies bei kleiner Leitapparatöffnung im Pumpenbetrieb unzulässig starke Vibrationen auf.
Die Erfindung bezweckt, bei einem hydroelektrischen Maschinensatz der eingangs beschriebenen Art die geschilderten Nachteile zu vermeiden. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß Anschläge od. dgl. vorhanden sind, die den Verstellweg der Leitschaufeln derart begrenzen, daß der öffnungsquerschnitt des Leitapparates den Wert nicht unterschreiten kann, bei dem noch eine für den Leerlaufbetrieb der hydraulischen Maschine ausreichende Wassermenge durch den Leitapparat fließt, und daß in an sich bekannter Weise im Nebenschluß zum Hauptabschlußorgan ein Regelventil angeordnet ist.
Bei Maschinen mit nicht verstellbaren Leitapparatschaufeln ist es bekannt, im Nebenschluß zum Hauptabschlußorgan ein Regelventil anzuordnen für die Feineinstellung der Wassermenge. Ein solches Regelventil wäre aber für Maschinen mit verstellbaren Leitschaufeln ganz überflüssig, da sich die Feineinstellung ohne weiteres mittels der Leitschaufelverstellung erreichen ließe. Im Zusammenhang mit der neuen, das Leitapparatschließen begrenzenden Sperre ergeben sich aber durch das Vorsehen des Bypaß-Regulierventils die in der folgenden Beispielbesehreibung ausführlich dargestellten Vorteile.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes vereinfacht dargestellt.
Die dargestellte zweistufige Wasserturbine weist zwei Laufräder 1 und 2 auf, welche über eine vertikale Welle 3 einen über der Turbine angeordneten Generator 4 antreiben. Dem Laufrad 1 ist ein Leitapparat mit verstellbaren Leitschaufeln 5, dem Laufrad 2 ein Leitapparat mit verstellbaren Leitschaufeln 6 vorgeschaltet. Das Betriebswasser strömt der Turbine durch ein Spiralgehäuse 7 zu und wird nach Durchströmen des ersten Leitapparates (mit den Leitschaufeln 5) und des Laufrades 1 über Umlenkkanäle 8 dem zweiten Leitapparat (mit den Leitschaufeln 6) und dem Laufrad 2 zugeführt.
Auf der Druckseite, d. h. auf der Oberwasserseite der Turbine ist ein Kugelschieber als Hauptabschlußorgan 9 in die Druckleitung 10 eingebaut.
An den Regelringen der Leitschaufeln 5 und 6 sind nicht gezeichnete Anschläge angebracht, die mit entsprechenden, am Turbinengehäuse befestigten Anschlägen so zusammenwirken, daß der öünungsquerschnitt der beiden Leitapparate den Wert nicht unterschreiten kann, bei dem noch eine für den Leerlaufbetrieb der Turbine ausreichende Wassermenge durch die Leitapparate fließt. Im Nebenschluß zum Hauptabschlußorgan 9 ist in einer Nebenschhiß-. Leitung 11 ein für die genannte Wassermenge dimensioniertes Regelventil 12 angeordnet, das als Nadelventil ausgebildet ist.
Auf diese Weise wird die Turbine im normalen Betriebsbereich in üblicher Art mittels der Leitapparate reguliert, wobei sich die Fallhöhe, der großen Leitapparatöffnung entsprechend, praktisch gleichmäßig auf die beiden Leitapparate verteilt. In dem der Leerlaufwassermenge entsprechenden und dem darunterliegenden Bereich aber, in dem so enge Spalte zwischen den Leitschaufeln auftreten würden, daß eine ungleichmäßige Verteilung der Fallhöhe eintreten würde, erfolgt die Regelung bei offengehaltenen Leitschaufeln mittels des Regelventils 12. Die Leitschaufeln und ihre Zapfen können deshalb unbedenklich für die halbe Fallhöhe dimensioniert und dementsprechend leicht ausgeführt werden. Mit dünneren Profilen lassen sich überdies bessere hydraulische Wirkungsgrade erreichen. Mit dem kleinen, nur für die Leerlaufwassermenge ausgelegten Regelventil 12 1'äßt sich eine genaue und schnelle Einsteuerung erreichen, was mit einem großen, für die gesamte Betriebswassermenge dimensionierten Abschlußorgan nicht ohne komplizierte Einrichtungen möglich wäre.
Im einzelnen arbeitet die Regelung der Turbine folgendermaßen. Zum Inbetriebnehmen bleibt das Hauptabschlußorgan 9 zunächst geschlossen. Das Regelventil 12 wird allmählich geöffnet. Dazu ist eine hydraulische Steuerung über einen Stellmotor 13 mit Stellmotorkolben 14 und ein zugehöriges Steuerventil 15 vorgesehen. über einen Drehzahlregler 17 des Maschinensatzes und eine Dämpfungsvorrichtung 18 wird die Öffnung des Regelventils 12 so gesteuert, daß die Drehzahl der Turbine allmählich zunimmt und dann auf dem durch die erforderliche Drehzahl der elektrischen Maschine vorgegebenen Wert verharrt. Die elektrische Maschine 4 wird darauf mit dem Netz parallel geschaltet, und dann wird auch das Hauptabschlußorgan 9 geöffnet. Bei Belastung des Maschinensatzes wird dessen Regelung in der üblichen Weise mittels der Leitapparate vorgenommen.
Die Vorrichtungen zur Begrenzung des Verstellweges der Leitschaufeln können auch an anderer Stelle, beispielsweise an den Schaufeln selber oder am Reguliergestänge, angeordnet sein.
Das im Nebenschluß zum Hauptabschlußorgan angeordnete Regelventil kann vorteilhafterweise auch als Ringschieber ausgebildet werden.
Die Größe des Regelventils und seiner Leitung kann wesentlich reduziert werden, wenn für das Hauptabschlußorgan zwei Öffnungsstellungen vorgesehen werden, bei deren erster eine für den Leerlaufbetrieb der hydraulischen Maschine noch nicht ausreichende Wassermenge durch das Hauptabschluß= organ fließt und bei deren zweiter das Hauptabschlußorgan voll geöffnet ist. Dabei können Sperrglieder vorgesehen werden, die ein überschreiten der ersten Öffnungsstellung erst gestatten, nachdem die hydraulische Maschine mittels des im Nebenschluß zum Hauptabschlußorgan angeordneten Regelventils auf die Betriebsdrehzahl gebracht wurde.
Zweckmäßigerweise entspricht die erste öffnungsstellung des Hauptabschlußorgans etwa 90% der für den Leerlaufbetrieb der hydraulischen Maschine ausreichenden Wassermenge,

Claims

Patentansprüche: 1. Hydroelektrischer Maschinensatz mit einer als Turbine oder als Pumpe betreibbaren hydraulischen Maschine, insbesondere einer zwei- oder mehrstufigen Maschine, mit einem Leitapparat mit verstellbaren Leitschaufeln. und einem auf der Druckseite der hydraulischen Maschinen liegenden Hauptabschlußorgan, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß Anschläge od. dgl. vorhanden sind, die den Verstellweg der Leitschaufeln derart begrenzen, daß der öffnungsquerschnitt des Leitapparates (5, 6) den Wert nicht unterschreiten kann, bei dem noch eine für den Leerlaufbetrieb der hydraulischen Maschine ausreichende Wassermenge durch den Leitapparat fließt, und daß in an sich bekannter Weise im Nebenschluß zum Hauptabschlußorgan (9) ein Regelventil (12) angeordnet ist.
2. Hydroelektrischer Maschinensatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das im Nebenschluß zum Hauptabschlußorgan (9) angeordnete Regelventil (12) für eine für den Leerlaufbetrieb der hydraulischen Maschine ausreichende Wassermenge dimensioniert ist.
3. Hydroelektrischer Maschinensatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das im Nebenschluß zum Häuptabschlußorgan angeordnete Regelventil als Ringschieber ausgebildet ist.
4. Hydroelektrischer Maschinensatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das im Nebenschluß zum Hauptabschlußorgan (9) angeordnete Regelventil' (12) als Nadelventil ausgebildet ist.
5. Hydroelektrischer Maschinensatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das im Nebenschluß zum Hauptabschlußorgan angeordnete Regelventil mittels Steuer- und Rückführeinrichtungen (13 bis 18) in Abhängigkeit von der Drehzahl der hydraulischen Maschine geregelt ist. .
6: Hydroelektrischer Maschinensatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Hauptabschlußorgan zwei Öffnungsstellungen aufweist, bei deren erster eine für den Leerlaufbetrieb der hydraulischen Maschine noch nicht ausreichende Wassermenge durch das Hauptabschlußorgan fließt und bei deren zweiter das Hauptabschlußorgan voll geöffnet ist, und daß die erste öffnungsstellung erst überschritten wird, nachdem die hydraulische Maschine mittels des im Nebenschluß zum Hauptabschlußorgan angeordneten Regelventils auf die Betriebsdrehzahl gebracht würde.
7. Hydroelektrischer Maschinensatz nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Öffnungsstellung des Hauptabschlußorgans 90 0/0 der für den Leerlaufbetrieb der hydraulischen Maschine ausreichenden Wassermenge entspricht. In Betracht gezogene Druckschriften: Österreichische Patentschrift Nr. 189 582; Sonderdruck aus der Technischen Rundschau Sulzer, N. 2/1959, S. 7.