DE1300479B

DE1300479B - Verstellbarer Leitapparat fuer mit elektrischen Maschinen gekuppelte Wasserturbinen

Info

Publication number: DE1300479B
Application number: DEE24000A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Hermann Cardinal; Hirt Max; Von Widdern
Original assignee: Escher Wyss GmbH
Current assignee: Sulzer Escher Wyss GmbH
Priority date: 1962-08-30
Filing date: 1962-12-12
Publication date: 1969-07-31
Also published as: CH395898A; AT243203B

Description

Die Erfindung betrifft einen verstellbaren Leitapparat für mit elektrischen Maschinen gekuppelte Wasserturbinen, insbesondere zwei- oder mehrstufiger Bauart, mit einem vorgeschalteten Abschlußorgan für das Betriebswasser.
Hydraulische Maschinen dieser Art sind bekannt. Ihr verstellbarer Leitapparat dient zum Inbetriebsetzen und Abschalten der Maschine sowie zur Beeinflussung der durch die Maschine fließenden Wassermenge. Beim Inbetriebsetzen ist der Leitapparat zunächst vollständig geschlossen. Bei fehlendem oder geöffnetem Hauptabschlußorgan lastet demnach der gesamte Wasserdruck auf den Leitschaufeln. Zum Anfahren der Maschine werden die Leitschaufeln gegen den Druck verstellt und hierbei so weit geöffnet, daß die Maschine anläuft und auf die erforderliche Leerlaufdrehzahl kommt. Ist diese erreicht, so wird der Generator ans Netz gekoppelt und danach die Leitschaufeln in Abhängigkeit von der Belastung weiter geöffnet.
Zum Abstellen der Maschine werden die Leitschaufeln in Schließstellung gebracht und so der Leitapparat geschlossen. Hierbei tritt infolge der Abbremsung des Wasserstromes ein Druckstoß auf, der um so stärker ist, je schneller der Leitapparat geschlossen wird. Der Druckstoß wirkt hierbei auf die Leitschaufeln ein und muß von diesen aufgefangen werden.
In Wasserturbinenanlagen werden in zunehmendem Maße hydraulische Maschinen mit Francislaufrädern und entsprechenden Leitapparaten auch für große Fallhöhen verwendet. Solche Maschinen werden als Turbinen oder als Pumpen, teils auch wahlweise als Turbine oder Pumpe betrieben. Bei großen Fallhöhen spielt die Frage der Erosion, Korrosion und Kavitation eine wichtige Rolle und muß bei der Konstruktion der Laufräder und des Leitapparates berücksichtigt werden. Dem steht aber teilweise entgegen, daß im Hinblick auf die hohen Drücke, die bei kleiner Leitapparatöffnung oder bei geschlossenem Leitapparat auf diesem lasten, die Schaufelprofile sowie die Drehzapfen entsprechend stark bemessen werden müssen, wobei man zwangläufig zu hydraulisch ungünstigen Profilen gelangt.
Um diese Schwierigkeit zu umgehen, ist es bekannt, hydraulische Maschinen für große Fallhöhen mehrstufig auszubilden. Das Betriebswasser durchströmt die einzelnen Stufen nacheinander, wobei sich im Betriebszustand die Belastung annähernd gleichmäßig auf alle Stufen verteilt. Dennoch kann nicht vermieden werden, daß bei vollständig geschlossenem oder nur geringfügig geöffnetem äußerem Leitapparat der gesamte Wasserdruck auf diesem lastet, so daß dessen Schaufeln bei ein- und mehrstufigen Maschinen in gleicher Weise für den maximal auftretenden Druck bemessen werden müssen. Eine Entlastung des äußeren Leitapparates bei sämtlichen Betriebszuständen ist im Hinblick auf die geschilderte Anfahrweise nicht möglich.
Bei diesem Stande der Technik stellt sich die Aufgabe, bei einem hydroelektrischen Maschinensatz, dessen hydraulische Maschine als Turbine betrieben wird und der ein Hauptabschlußorgan für das Betriebswasser aufweist, den Leitapparat mit verstellbaren Leitschaufeln so auszubilden, daß sämtliche Teile des Leitapparates dauernd weitgehend entlastet sind.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß in Schließstellung des Leitapparates ein Durchlaßquerschnitt von mindestens 4 % der Volllast-Öffnung verbleibt. Zum Anfahren der so ausgebildeten Turbine wird zuerst das Hauptabschlußorgan ganz geöffnet, wodurch der Maschinensatz auf eine unter der Leerlaufdrehzahl liegende Drehzahl beschleunigt wird. Danach kann dann die Turbine durch Verstellung der Leitschaufeln auf die für das Parallelschalten der elektrischen Maschine mit dem Netz erforderliche Drehzahl hochgefahren und eingeregelt werden.
Aus einem Taschenbuch ist das Anfahren und Abstellen einer Turbine mit dem Abschlußorgan bekannt, wobei das Anfahren bei teilweise geöffnetem Leitapparat erfolgt (unter dem Abschlußorgan wird nach diesem Taschenbuch ein vor der Turbinenkammer angeordnetes, als Fallschütz ausgebildetes Einlaßschütz oder eine Drosselklappe verstanden). Das genannte Taschenbuch gibt weder die Lehre, daß in Schließstellung des Leitapparates ein Durchlaßquerschnitt von mindestens 4% der Vollast-Öffnung verbleibt, noch gibt es auch nur irgendeinen Hinweis auf die mit der vorliegenden Erfindung zu lösende Aufgabe.
Dadurch, daß beim Erfindungsgegenstand der Leitapparat beim Anfahren von vornherein eine Öffnung von wenigstens 4 % der Vollast-Öffnung aufweist, ist es möglich, das Betriebswasser, welches beim Stillstand der Maschine vom Hauptabschlußorgan zurückgehalten wird, nun durch Öffnen dieses Organs derart zu dosieren, daß die Maschine einerseits sicher anläuft, andererseits aber keinesfalls über die Leerlaufdrehzahl hochfahren kann. Es wurde beobachtet, daß bei der genannten Mindestöffnung von 4 % der Vollast-Öffnung der Druck am äußeren Leitapparat bereits so weit abgebaut ist, daß im Hinblick auf den verbleibenden Restdruck keine den hydraulischen Forderungen widersprechenden Verstärkungen des Schaufelprofils des Leitapparates vorgenommen werden müssen.
Es hat sich bewährt, beim Anfahren das Hauptabschlußorgan zunächst langsam so weit zu öffnen, bis das Schluckvermögen des bis auf wenigstens 4% geöffneten Leitapparates erreicht ist. Danach kann das Hauptabschlußorgan mit beliebiger Geschwindigkeit geöffnet werden, da dies auf die Wassermenge, die in diesem Betriebszustand von der Turbine aufgenommen werden kann, keinen Einfluß mehr hat.
Beint Erfindungsgegenstand wird auch die Fallhöhe, der genügend großen Leitapparatöffnung entsprechend, praktisch gleichmäßig auf die Leitapparate von zwei- oder mehrstufigen hydraulischen Maschinen verteilt. Trotzdem überdeckt die Leitapparatregulierung den ganzen zu regelnden Bereich des Maschinensatzes. Nur ein Teil des unterhalb der Leerlaufdrehzahl liegenden Anfahrbereiches, d. h. ein kleiner, keine eigentliche Regelung erfordernder Bereich, muß mittels des Hauptabschlußorgans gesteuert werden.

Claims

Patentanspruch: Verstellbarer Leitapparat für mit elektrischen Maschinen gekuppelte Wasserturbinen, insbesondere zwei- oder mehrstufiger Bauart, mit einem vorgeschalteten Abschlußorgan für das Betriebswasser, dadurch gekennzeichnet, daßin Schließstellung des Leitapparates ein Durchlaßquerschnitt von mindestens 4 % der Vollastöffnung verbleibt.