DE1628113C

DE1628113C - Pump turbine system with two or more reversible in the direction of rotation multi-stage one behind the other actable pump turbines

Info

Publication number: DE1628113C
Application number: DE19671628113
Authority: DE
Inventors: Georg Prof Dr Ing 7000 Stuttgart Dziallas Richard Dr Ing Hofmann Alexander Dipl Ing 7920 Heidenheim Hutarew
Original assignee: J M Voith GmbH, 7920 Heidenheim
Priority date: 1967-07-28
Filing date: 1967-07-28
Publication date: 1973-08-30

Description

Ableitungen Absperrorgane sowie Umgehungs- 15
leitungen vorgesehen sind, welche es ermöglichen,Discharges shut-off devices and bypass 15
lines are provided which enable

die Betriebsmittelzufuhr zu dem nicht mit durch- Die Erfindung betrifft eine Pumpenturbinenanlage schwenkbaren Leitschaufeln ausgerüsteten Anteil mit zwei oder mehr in der Drehrichtung umkehrbaren zu unterbrechen und dieses unausgenutzte Stufen- mehrstufig hintereinander beaufschlagbaren, vorzugsgefälle dem mit durchschwenkbaren Leitschaufeln 20 weise mechanisch miteinander gekuppelten Pumpenausgerüsteten Anteil zur Verfügung zu stellen. turbinen. the supply of operating medium to the not through- The invention relates to a pump turbine system pivotable guide vanes equipped with two or more reversible in the direction of rotation to interrupt and this unused step-preferential gradient can be acted upon in several steps one behind the other to provide the pump-equipped portion that is mechanically coupled to one another with pivotable guide vanes 20. turbines.

2. Pumpenturbinenanlage mit zwei oder mehr Bei einer in der einen Drehrichtung als Turbine in der Drehrichtung umkehrbaren, mehrstufig hin- und in der anderen Drehrichtung als Pumpe arbeitentereinander beaufschlagbaren, vorzugsweise me- den Pumpenturbine ist es bekannt, beim Anfahren chanisch miteinander gekuppelten Pumpentur- 25 _zum Pumpenbetrieb einen Fremdantrieb, wie z.B. binen, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche eine Anfahrturbine, zu verwenden. Damit die erfor-Pumpenturbinen mit an sich bekannten verstell-" derliche Leistung und damit Abmessungen und Kobaren von einem Verstellbereich mit positiven sten einer solchen Anfahrturbine nicht zu groß wer-Schaufelöffnungswinkeln auf negative Öffnungs- den, wird die Hauptmaschine beim Anfahren im allwinkel durchschwenkbaren Leitschaufeln ohne 30 gemeinen belüftet und nach Erreichen der Synchronüberdeckung ausgerüstet sind und daß in den das drehzahl des Motorgenerators wieder gefüllt. Durch Betriebsmittel führenden Zu- und Ableitungen die hierfür erforderlichen Einrichtungen gehen die Absperrorgane sowie Umgehungsleitungen vorge- preislichen Vorteile einer Pumpenturbine teilweise sehen sind, welche es ermöglichen, von der Be- wieder verloren. Außerdem erfordert das Ausblasen aufschlagung im Nonnalbetrieb mehrstufig hinter- 35 auch einen relativ großen Zeitaufwand. Es wurde deseinander beim Anfahren zum Pumpenbetrieb bei halb schon vorgeschlagen, Pumpenturbinen· mit auf wenigstens zwei Pumpenturbinen auf eine mehr- negative Öffnungswinkel durchschwenkbaren Leitflutige parallele Beaufschlagung überzugehen. schaufeln .auszurüsten (österreichisches Patent2. Pump-turbine system with two or more. In the case of a pump turbine that can be reversed in one direction of rotation as a turbine, can be acted upon in multiple stages to and in the other direction of rotation as a pump, it is known to have a pump turbine that is mechanically coupled to one another when starting up _{an external drive, such as binen, for} pump operation, characterized in that all of them use a start-up turbine. So that the required pump turbines with known adjustable power and thus dimensions and cobars from an adjustment range with positive most of such a starting turbine are not too large who-blade opening angles to negative opening, the main engine is without vanes that can be swiveled through at all angles when starting up 30 common are ventilated and equipped after reaching the synchronous overlap and that the speed of the motor generator is filled again. The shut-off devices as well as bypass lines are partly seen as pre-priced advantages of a pump turbine, which make it possible In addition, the blow-out impact in normal operation also requires a relatively large amount of time in several stages Pump turbines to pass through a more negative opening angle swiveling Leitflutige parallel admission. shovels. to equip (Austrian patent

3. Verfahren beim Anfahren einer Pumpentur- 248 982). Derartige durchschwenkbare Schaufeln erbinenanlage zum Pumpenbetrieb nach An- 40 möglichen es, beim Umschalten vom Turbinen- auf spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Be- Pumpenbetrieb durch "Einstellen dieser Leitschaufeln triebsmittelzufuhr zu dem nicht mit durch- auf negative öffnungswinkel, d. h. auf Rückwärtsschwenkbaren Leitschaufeln ausgerüsteten Anteil Turbinenbetrieb, entweder das stillstehende Laufrad der Pumpenturbinen unterbunden wird und durch zum.Pumpenbetrieb anzufahren oder das durch vor-Zuführung wenigstens eines Teiles dieses unge- 45 hergehende positive Leitschaufelöffnungswinkel im nutzten Stufengefälles zu dem mit durchschwenk- Vorwärts-Turbinenbetrieb' laufende Laufrad schnell baren Leitschaufeln ausgerüsteten und zu diesem bis zum Stillstand abzubremsen und sofort in der entZweck auf negative öffnungswinkel gestellten An- gegenge'setzten Drehrichtung wieder zu beschleunigen, teil die Drehzahl auf die Pumpen-Nenndrehzahl Jedoch kann das Laufrad hierbei nicht auf die volleerhöht wird und daß nach Erreichen der Pumpen- 5°_; Synchrondrehzahl des Motorgenerators gebracht wer-Nenndrehzahl zum Übergang auf normalen" Pum- den, da die Durchgangsdrehzahl für den Rückwärtspenbetrieb mit dem Netz synchronisiert wird und ' Turbinenbetrieb mit auf negative öffnungswinkel gedann die durchschwenkbaren Leitschaufeln wie- brachten Leitschaufeln maximal etwa bei nur 80% der auf positive öffnungswinkel zurückgestellt der Pumpen-Nenndrehzahl liegt. Demzufolge ist es und sämtliche Pumpenturbinen wieder mehrstufig 55 bei den bekannten derartigen Einrichtungen erforderhintereinandergeschaltet werden. Hch, diese Drehzahldifferenz zwischen der maximal3. Procedure when starting a pump door- 248 982). Such swiveling blades erbinenanlage for pump operation as possible, when switching from turbine to claim 1, characterized in that the pump operation by "setting these guide vanes driving medium supply to the not with through to negative opening angle, ie on backward swiveling guide vanes equipped portion of the turbine operation, either the stationary impeller of the pump turbines is prevented and started up by the pump operation or the impeller running with the forward-pivoting turbine operation can be quickly erased by feeding at least a part of this approximate positive guide vane opening angle in the used step gradient Equipped with guide vanes and braked to a standstill and immediately accelerated again in the opposite direction of rotation set for the purpose of negative opening angle, part of the speed to the nominal pump speed, however, the impeller cannot increase the full is increased and that after reaching the pump 5 ° _; The synchronous speed of the motor generator is brought to the nominal speed of the transition to normal "pumping", since the run-through speed for the reverse pin operation is synchronized with the network and turbine operation with the guide vanes that can be swiveled through to a negative opening angle, then the guide vanes are raised at a maximum of around 80% of the positive opening angle is set back the nominal pump speed. Accordingly, it and all pump turbines are again required to be connected in series in the known devices of this type 55. Hch, this speed difference between the maximum

4. Verfahren beim Anfahren einer Pumpen- erreichbaren Rückwärtsdrehzahl und der Pumpenturbinenanlage zum Pumpenbetrieb nach An- Nenndrehzahl ebenfalls durch einen Fremdantrieb, spruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens wie z. B. einen Elektromotor oder eine Anwurfturzwei der für einen mehrstufigen Betrieb hydrau- 60 bine, zu überbrücken. Im Hinblick darauf, daß in lisch hintereinandergeschalteten Pumpenturbinen diesem Falle die Hauptmaschine nicht ausgeblasen parallel geschaltet und die Leitschaufeln auf nega- werden kann, benötigt dieser Fremdantrieb eine relativen Öffnungswinkel gestellt werden und daß tiv hohe Leistung, so daß abgesehen vom Zeitgewinn nach Erreichen der Pumpen-Nenndrehzahl zum durch das schnelle Abbremsen und Beschleunigen Übergang auf jiormalen Pumpenbetrieb mit dem 65 auch hierdurch kaum Einsparungen zu erzielen sind. Netz synchronisiert wird und dann die durch- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine schwenkbaren Leitschaufeln wieder auf positive Einrichtung und ein Verfahren anzugeben, durch öffnungswinkel zurückgestellt und sämtliche Pum- welche bei derartigen Pumpenturbinenanlagen mit in4. Procedure when starting a pump-achievable reverse speed and the pump-turbine system for pump operation according to nominal speed also by an external drive, claim 2, characterized in that at least such. B. an electric motor or a launching fall the hydraulic bine for multi-stage operation. In view of the fact that in lisch series-connected pump turbines in this case not blown out the main engine connected in parallel and the guide vanes can become negative, this external drive requires a relative Opening angles are made and that tiv high performance, so that apart from the time savings after reaching the pump's nominal speed by braking and accelerating quickly Transition to jiormal pump operation with which hardly any savings can be achieved. Network is synchronized and then the through- The invention is based on the object of a pivotable guide vanes back to indicate positive device and method by opening angle reset and all pump which in such pump turbine systems with in

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der Drehrichtung umkehrbaren Pumpenturbinen das Leitschaufeln wieder auf positiven öffnungswinkelthe direction of rotation reversible pump turbines the guide vanes back to positive opening angle

Anfahren zum Pumpenbetrieb bzw. der Übergang zurückgestellt und sämtliche Pumpenturbinen wiederStarting to pump operation or the transition postponed and all pump turbines again

vom Turbinen- zum Pumpenbetrieb ohne aufwen- mehrstufig hintereinandergeschaltet werden,can be switched in series from turbine to pump operation without expensive,

digen besonderen Fremdantrieb und möglichst schnell Bei beiden Lösungen des Problems gingen die Er-special third-party drive and as quickly as possible With both solutions to the problem, the

erfolgen kann. 5 finder von folgenden Überlegungen aus.can be done. 5 based on the following considerations.

In einer Pumpenturbinenanlage mit zwei oder Für die Drehzahl einer Turbine gilt die Beziehung mehr in der Drehrichtung umkehrbaren, mehrstufigIn a pump turbine system with two or For the speed of one turbine, the relationship applies more reversible in the direction of rotation, multi-stage

hintereinander beaufschlagbaren, vorzugsweise me- n = n' · — which can be acted upon one after the other, preferably me- n = n '-

chanisch miteinander gekuppelten Pumpenturbinen ¹D
ist nach einer Ausführungsform der Erfindung ein iomechanically coupled pump turbines ¹ D
is, according to one embodiment of the invention, an io

Anteil der Pumpenturbinen mit an sich bekannten worin /J₁' die Einheitsdrehzahl, D der Laufraddurchverstellbaren von positiven Schaufelöffnungswinkeln messer und H die Fallhöhe ist. Die Drehzahl ist zur auf negative Öffnungswinkel durchschwenkbaren Quadratwurzel der Fallhöhe proportional, und durch Leitschaufeln ohne Überdeckung ausgerüstet, und Vergrößerung der Fallhöhe läßt sich die Drehzahl ferner sind in den das Betriebsmittel führenden Zu- 15 entsprechend erhöhen. Bei einer mehrstufigen Tur- und Ableitungen Absperrorgane sowie Umgehungs- bine wird jede Stufe nur mit dem sogenannten Stuleitungen vorgesehen, welche es ermöglichen, die Be- fengefälle beaufschlagt, das z. B. bei einer zweistutriebsmittelzufuhr zu dem nicht mit durchschwenk- figen Turbine mit zwei gleich ausgelegten Turbinen baren Leitschaufeln ausgerüsteten Anteil der Pum- je Stufe die Hälfte des nutzbaren Gesamtgefälles bepenturbinenanlage zu unterbrechen und dieses un- 20 trägt. Wird also eine Stufe einer mehrstufigen Turbine ausgenutzte Stufengefälle dem mit durchschwenk- nach der Erfindung mit einem höheren als dem Stubaren Leitschaufeln ausgerüsteten Anteil zur Ver- fengefälle beaufschlagt, entweder indem ein Anteil· fügung zu stellen. der Stufen nicht beaufschlagt wird und dieser unge-Proportion of pump turbines with per se known where / J ₁ 'is the unit speed, D of the impeller by adjustable blade opening angles of positive and H is the height of fall. The speed is proportional to the square root of the height of fall, which can be pivoted to a negative opening angle, and is equipped with guide vanes without overlap, and by increasing the height of fall, the speed can furthermore be increased accordingly in the supply lines carrying the operating means. In the case of a multi-stage door and discharge lines, shut-off devices and bypass bins, each stage is only provided with the so-called stub lines B. in the case of a two-drive supply to the part of the pump, which is not equipped with a swiveling turbine with two identically designed turbines, can interrupt half of the total usable gradient bepenturbinenanlage each stage and this is un- 20 supported. If a stage of a multi-stage turbine is used, the stage gradient is applied to the part equipped with swiveling guide vanes than the stubable guide vanes according to the invention, either by adding a part. of the steps is not applied and this un-

Das Verfahren beim Anfahren einer derartigen nutzte Stufenanteil zur Erhöhung des Stufengefälles Pumpenturbinenanlage zum Pumpenbetrieb zeichnet 25 der übrigen Stufen benutzt wird oder indem mehrsich erfindungsgemäß dadurch aus, daß die Betriebs- stufig hintereinander beaufschlagte Turbinen nunmehr mittelzufuhr zu dem nicht mit durchschwenkbaren mehrflutig parallel beaufschlagt werden, so erhöht Leitschaufeln ausgerüsteten Anteil der Pumpentur- sich jeweils die Durchgangsdrehzahl,
binen unterbunden wird und durch Zuführung wenig- Beispielsweise würde bei einer zweistufigen Pumstens eines Teiles dieses ungenutzten Stufengefälles 30 penturbine die Durchgangsdrehzahl im Rückwärtszu dem mit durchschwenkbaren Leitschaufeln ausge- Turbinenbetrieb, d. h. bei negativem Schaufelrüsteten und zu diesem Zweck auf negative Öffnungs- öffnungswinkel, bei etwa 0,8 mal der Pumpen-Nennwinkel gestellten Anteil die Drehzahl auf die Pum- drehzahl liegen, wenn jede Stufe mit dem ihr bei zweipen-Nenndrehzahl erhöht wird und daß nach Er- stufigem Betrieb zugeordneten Stufengefälle beaufreichen der Pumpen-Nenndrehzahl zum Übergang auf 35 schlagt wird. Wird diese Pumpenturbinenanlage jenormalen Pumpenbetrieb mit dem Netz synchroni- doch z. B. nach der einen vorliegenden Erfmdungssiert wird und dann die durchschwenkbaren Leit- Variante derart ausgeführt, daß nur die erste Stufe mit schaufeln wieder auf positiven Öffnungswinkel zu- durchschwenkbaren Leitschaufeln ausgerüstet ist, worückgestellt und sämtliche Pumpenturbinen wieder bei beim Anfahren zum Pumpenbetrieb dieser Stufe mehrstufig hintereinandergeschaltet werden. 40 das gesamte also gegenüber zweistufigem BetriebThe method when starting up such a stage share used to increase the stage gradient Pump turbine system for pump operation is characterized by 25 of the other stages or in that more than one stage is characterized according to the invention by the fact that the turbines acted upon one after the other are now acted upon by means of a medium supply to the one that cannot be swiveled through multi-flow, so increases guide vanes-equipped portion of the pump turnthe speed in each case,
For example, with a two-stage pumping of a part of this unused step gradient 30 penturbine, the throughput speed in reverse to the turbine operation with swiveling guide vanes, i.e. with negative vane set-up and for this purpose negative opening angle, would be around 0 , 8 times the nominal pump angle, the speed is equal to the pump speed, if each step is increased by that of the two-pin nominal speed and the step gradient assigned after first-stage operation is applied to the nominal pump speed for the transition to 35 . If this pump turbine system is used to synchronize normal pump operation with the network, e.g. B. according to the present invention and then the swiveling guide variant is carried out in such a way that only the first stage is equipped with vanes that can be swiveled back to a positive opening angle; will. 40 the whole compared to two-stage operation

Es besteht aber für eine derartige Pumpentur- verdoppelte Gefälle zugeführt wird, dann ist dieThere is, however, for such a pump tower- a doubled gradient is supplied, then the

binenanlage mit zwei oder mehr in der Drehrichtung Folge, daß sich die Durchgangsdrehzahl aufbinenanlage with two or more in the direction of rotation that the run-through speed is on

umkehrbaren, mehrstufig hintereinander beauf- 0,8 · VZ = 1,14 mal Nenndrehzahl
schlagbaren vorzugsweise mechanisch miteinanderreversible, multi-stage, one after the other, 0.8 · VZ = 1.14 times the nominal speed
beatable, preferably mechanically, with each other

gekuppelten Pumpenturbinen noch eine andere Mög- 45 erhöht. Durch Drosselung des Zulaufes läßt sich lichkeit, die Erfindungsaufgabe zu lösen. Diese wei- dieser Wert leicht auf 1,0, d. h. genau auf Pumpentere erfindungsgemäße Lösung besteht darin, daß Nenndrehzahl, bringen.coupled pump turbines still have another possibility. By throttling the inlet can ability to solve the inventive task. This slightly increases this value to 1.0, i. H. exactly on pump tar The solution according to the invention is that the nominal speed, bring.

sämtliche Pumpenturbinen mit an sich bekannten ver- Bei den in dem genannten Beispiel erwähnten stellbaren von einem Verstellbereich mit positiven Zahlenwerten ist vorausgesetzt, daß die nicht mit Schaufelöffnungswinkeln auf negative öffnungswinkel 5° durchschwenkbaren Leitschaufeln ausgerüstete zweite durchschwenkbaren Leitschaufeln ohne Überdeckung Pumpenturbine, die von der ersten mit durchausgerüstet werden und daß ferner in den das Be- schwenkbaren Leitschaufeln ausgerüsteten Pumpentriebsmittel führenden Zu- und Ableitungen Ab- turbine hochgeschleppt wird, belüftet ist, d. h., daß sperrorgane sowie Umgehungsleitungen vorgesehen hierfür ein Moment M äs 0 aufzubringen ist. Wenn werden, welche es ermöglichen, von der Beaufschla- 55 sich auch schon durch diese Variante der Erfindung gung im Normalbetrieb mehrstufig hintereinander gegenüber den bekannten Anlagen beachtliche Vorbeim Anfahren zum Pumpenbetrieb bei wenigstens teile ergeben, so ist doch noch eine weitere Verbeszwei Pumpenturbinen auf eine mehrflutige parallele serung zu erzielen, wenn vollständiges Belüften der Beaufschlagung überzugehen. Das Verfahren beim Maschine vermieden wird. Wenn die zweite Maschine Anfahren dieser Pumpenturbinenanlage zum Pumpen- 60 unbelüftet hochgeschleppt wird, so werden hierzu betrieb zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, etwa 25 °/o des Pumpen-Nennmomentes benötigt, die daß wenigstens zwei der für einen mehrstufigen Be- jedoch von der zum Anfahren benutzten Maschine im trieb hydraulisch hintereinandergeschalteten Pumpen- Rückwärts-Turbinenbetrieb nicht aufgebracht werden turbinen parallel geschaltet und die Leitschaufeln auf können. Nach einer vorteilhaften Weiterbildung des negativen öffnungswinkel gestellt werden und daß 65 Verfahrens der ersten Variante wird deshalb der genach Erreichen der Pumpen-Nenndrehzahl zum Über- füllt bleibenden zweiten Maschine Luft zur Bildung gang auf normalen Pumpenbetrieb mit dem Netz syn- einer Luft-Wasser-Emulsion zugegeben, wodurch das chronisiert wird und dann die durchschwenkbaren spezifische Gewicht der Füllung verringert wird. Da-all pump turbines with known per se In those mentioned in the example mentioned adjustable from an adjustment range with positive numerical values is provided that the Blade opening angles to a negative opening angle of 5 ° equipped second guide blades that can be pivoted through swiveling guide vanes without overlap pump turbine, which from the first with thoroughly armed and that furthermore in the pump drive means equipped with the pivotable guide vanes leading inlet and outlet pipes exhaust turbine is dragged up, is ventilated, d. i.e. that Locking devices and bypass lines provided for this purpose a torque M äs 0 is to be applied. When which make it possible to get from the Beaufschla- 55 already through this variant of the invention In normal operation, several stages one behind the other, compared to the known systems, are considerable Starting up to pump operation with at least parts results, so there is still a further two Pump turbines to achieve a multi-flow parallel serung when complete ventilation of the To pass over loading. The process when machine is avoided. When the second machine If this pump-turbine system is started up to pump 60 unventilated, then this will be done According to the invention, operation is characterized in that it requires approximately 25% of the nominal pump torque that at least two of the machines used for start-up for a multi-stage operation are im Driven hydraulically series-connected pump-reverse-turbine operation are not applied turbines connected in parallel and the guide vanes on. According to an advantageous development of the negative opening angle and the method of the first variant is therefore the same Reaching the pump's nominal speed for overfilled second machine to create air gear to normal pump operation with the network syn- an air-water emulsion is added, whereby the becomes chronic and then the specific weight of the filling that can be pivoted through is reduced. There-

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durch kann das zum Antreiben der hochgeschleppten Absperrorgane 17 und 19 und eine zusätzliche UmTurbine aufzubringende Moment auf den Wert ver- gehungsleitung 18 erforderlich. Bei dieser Ausbildung mindert werden, welchen eine Pumpenturbine mit gemäß Fig. 1 ist es jedoch notwendig, noch eine durchschwenkbaren Leitschaufeln bei Beaufschlagung zusätzliche Blaslufteinrichtung vorzusehen, mit welmit dem erhöhten Fallhöhenwert bei Pumpen-Nenn- 5 eher dem Wasser im Schaufelraum der Pumpenturdrehzahl abgeben kann. Dieser Wert liegt beispiels- bine 9 zur Bildung einer Luft-Wasser-Emulsion Luft weise etwa bei 15% des Nenndrehmomentes im zugeführt wird, um das von der Pumpenturbine 8 Pumpenbetrieb. aufzubringende Anfahrmoment herabzusetzen. Wieby can to drive the towed shut-off devices 17 and 19 and an additional UmTurbine The torque to be applied to the value transmission line 18 is required. In this training be reduced, which a pump turbine according to FIG. 1, however, it is necessary to have another Provide swiveling guide vanes when exposed to additional blown air device, with welmit the increased head value at the pump nominal 5 rather the water in the blade space of the pump tower speed can deliver. This value is, for example, 9 for the formation of an air-water emulsion air around 15% of the nominal torque im is supplied in order to reduce that of the pump turbine 8 Pump operation. reduce the starting torque to be applied. As

Bei besonders hohem Gegendruck oder in den Fäl- schon erwähnt, wäre es natürlich auch möglich, die len, in welchen eine Blasluftseinrichtung zu aufwendig io Pumpenturbme 9 vollständig zu belüften. Dies würde wird oder aus betrieblichen Gründen nicht erwünscht zwar die erforderliche Anfahr-Wassermenge geringist, sollte diejenige Erfindungsvariante verwendet wer- fügig herabsetzen, andererseits aber eine leistungsden, bei welcher sämtliche Pumpenturbinen mit stärkere und damit teurere Blaslufteinrichtung notdurchschwenkbaren Leitschaufeln ausgerüstet sind. wendig machen.In the case of particularly high back pressure or in the cases already mentioned, it would of course also be possible to use the len, in which a blown air device is too expensive to fully ventilate the pump turbines 9. This would If the required start-up water volume is not desired or is not desired for operational reasons, that variant of the invention should be used, but on the other hand a more powerful, in which all pump turbines can be swiveled through with a stronger and therefore more expensive blower air device Guide vanes are equipped. make maneuverable.

Bei einer z.B. zweistufigen. Pumpenturbinenanlage 15 In dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 sindWith a two-stage, for example. Pump turbine system 15 in the exemplary embodiment according to FIG

müßte dann beim Anfahren mit parallelgeschalteten beide Pumpenturbinen 8 und 9 mit durchschwenk-would then have to be swiveled through when starting up with both pump turbines 8 and 9 connected in parallel

Pumpenturbinenstufen jede bei Hintereinander- baren Leitschaufeln ausgerüstet. Im übrigen sind wiePump turbine stages each equipped with guide vanes arranged one behind the other. Otherwise are like

schaltung nur mit dem 0,5fachen der Gesamtfallhöhe in den folgenden Beispielen die gleichen Teile mitcircuit only with 0.5 times the total height of fall in the following examples with the same parts

beaufschlagte Stufe etwa auf das 0,5 · 1,5 = 0,75fache den gleichen Bezugsziffern bezeichnet, und in jedemapplied step to about 0.5 x 1.5 = 0.75 times denotes the same reference numerals, and in each

der Gesamtfallhöhe gedrosselt werden, um die bei 20 Beispiel sind sämtliche Pumpenturbinen und derthe total head can be throttled to the 20 example are all pump turbines and the

Hintereinanderschaltung das 0,8fache der Pumpen- Motorgenerator auf einer gemeinsamen Welle 11 an-Series connection 0.8 times the pump motor generator on a common shaft 11

Nenndrehzahl betragende Durchgangsdrehzahl auf geordnet. Außer den zum Pumpenanfahrbetrieb er-Nominal speed amounting through speed in an orderly manner. Except for the pump start-up

0,8 · f£E Äi 1,0, d. h. genaue Pumpen-Nenndreh- forderlichen zusätzlichen Absperrorganen 17 und 190.8 · f £ E Äi 1.0, ie exact nominal rotary pumps required additional shut-off devices 17 and 19

zahl, zu bringen. und der zusätzlichen Umgehungsleitung 18 von dernumber to bring. and the additional bypass line 18 from the

Die Erfindung ist im folgenden an Hand einiger 25 Pumpenturbine 8 unmittelbar ins Unterwasser ist hierThe invention is shown below with the aid of some 25 pump turbine 8 directly into the underwater is here

schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher jedoch noch eine weitere zusätzliche Umgehungs-schematically illustrated embodiments in more detail, however, a further additional bypass

erläutert. Darin zeigt leitung 20 von der Druckleitung 12 zur Verbindungs-explained. It shows line 20 from the pressure line 12 to the connection

F i g. 1 in etwas ausführlicher Darstellung eine im leitung 14 zwischen beiden Pumpenturbinen mitF i g. 1 in a somewhat more detailed representation with one in the line 14 between the two pump turbines

Normalbetrieb zweistufige Pumpenturbinenanlage, einem zusätzlichen Absperrorgan 21 angeordnet,Normal operation two-stage pump turbine system, an additional shut-off device 21 arranged,

von der eine Stufe mit durchschwenkbaren Leitschau- 3° _# Hierdurch wird_ es ermöglicht, beide Pumpentur-of which one stage with swiveling guide show 3 ° _# This makes it possible to use both pump tur-

feln ausgerüstet ist, binen 8 und 9 beim Anfahren zum Pumpenbetriebfeln is equipped, binen 8 and 9 when starting the pump operation

Fig. 2 eine zweistufige Pumpenturbinenanlage, von parallel zu schalten. Es werden hier zwar mehr Ab-Fig. 2 shows a two-stage pump turbine system from being connected in parallel. There are more

denen beide Stufen mit durchschwenkbaren Schau- sperrorgane und Umgehungsleitungen benötigt, diewhich requires both stages with swing-through gate valves and bypass lines

fein ausgerüstet sind, wegen der bei dieser Ausführung erforderlichenare finely equipped, because of the required in this version

Fig. 3 und 4 Beispiele von dreistufigen Pumpen- 35 größeren Anfahrwassermenge in entsprechender3 and 4 examples of three-stage pumps - 35 larger amounts of start-up water in a corresponding manner

turbinenanlagen und Größe dimensioniert sein müssen, aber andererseitsturbine systems and size must be dimensioned, but on the other hand

Fig. 5 und 6 Beispiele von vierstufigen Pumpen- wird keine Blaslufteinrichtung benötigt, da — wieFig. 5 and 6 examples of four-stage pumps - no blown air device is required because - how

turbinenanlagen. schon oben ausgeführt — das jeder Stufe zur Ver-turbine systems. already mentioned above - that each stage is

In dem Ausführungsbeispiel gemäß. Fig. 1 ist fügung stehende Gesamtgefälle mehr als ausreichend zwischen den Pumpenturbinen 8 und 9 ein Motor-' 40 ^ist> ^die Maschinen bei einem Moment M = O auf generator 10 angeordnet. Alle drei Maschinen sind volle Pumpen-Nenndrehzahl hochzufahren,
mechanisch über eine gemeinsame Welleil mitein- Bei der in Fig. 3 gezeigten dreistufigen Anlage ander verbunden. Bei normalem Turbinenbetrieb strömt das Druckmittel der Pumpenturbine 22 als erströmt das Druckwasser über die Druckleitung 12 mit ster Stufe über die Druckleitung 12 zu. Im Normaldem Absperrorgan 13 der Pumpenturbine 8 zu und 45 betrieb sind alle drei Pumpenturbinen 22, 23 und 24 wird über die Verbindungsleitung 14 der als zweite hydraulisch über die Verbindungsleitungen 25 bzw. Stufe ausgebildeten Pumpenturbine 9 zugeführt, von 26 hintereinandergeschaltet, und das Druckmittel wo es über die Saugleitung 15 mit Absperrorgan 16 fließt von der letzten Pumpenturbme 24 über das in das Unterwasser geleitet wird. Im Pumpenbetrieb Saugrohr 15 zum Unterwasser ab. Bei dieser Anlage verläuft der Strömungsweg des Betriebsmittels in um- 50 ist lediglich die Pumpenturbine 22 mit durchschwenkgekehrter Reihenfolge. Die Pumpenturbme 8 ist mit baren Leitschaufeln ausgerüstet. Dieser Stufe wird durchschwenkbaren Leitschaufeln ausgerüstet, wäh- beim Anfahren zum Pumpenbetrieb das gesamte zur rend die Pumpenturbme 9 normal verschwenkbare Verfügung stehende Gefälle zugeführt. Hierzu dient Leitschaufeln aufweist. In der Verbindungsleitung 14 ein zusätzliches Absperrorgan 27 in der Verbindungszwischen beiden Stufen ist ein zusätzliches Absperr- 55 leitung 25 zwischen den Pumpenturbinen 22 und 23 organ 17 angeordnet und von der ersten Stufe zum und eine zusätzliche Umgehungsleitung 28 mit einem Unterwasser eine Umgehungsleitung 18 mit einem zusätzlichen Absperrorgan 29 zwischen der Pumpen-Absperrorgan 19. Bei Normalbetrieb sind die Ab- turbine 22 und dem Unterwasser. Im Normalbetrieb sperrorgane 13, 16 und 17 geöffnet und das Absperr- ist das Absperrorgan 27 geöffnet und das Absperrorgan 19 geschlossen. Dabei werden beide Pumpen- 60 organ 29 geschlossen. Beim Anfahren zum Pumpenturbinen hintereinander zweistufig beaufschlagt. Beim betrieb wird das Absperrorgan 27 geschlossen und das Anfahren bzw. beim Übergang zum Pumpenbetrieb Absperrorgan 29 geöffnet. Die Laufräder der Pumjedoch wird das Absperrorgan 17 geschlossen und penturbinen 23 und 24 werden im Wasser hochgedas Absperrorgan 19 geöffnet. Es wird dann das ge- schleppt. Das bei Pumpen-Nenndrehzahl zur Versamte Druckgefalle allein der Pumpenturbme 8 zu- 65 fügung stehende Antriebsmoment der mit voller Fallgeführt und nach deren Durchströmung über die höhe beaufschlagten Pumpenturbine 22 reicht gerade Leitung 18 zum Unterwasser zugeführt. Für das An- zum Hochschleppen dieser beiden Pumpenturbinen fahren im Pumpenbetrieb sind also zwei zusätzliche aus. Es wird hier zwar eine relativ große Anfahr-In the embodiment according to. Fig. 1 is a complete gradient more than sufficient between the pump turbines 8 and 9 a motor 40 ^is > ^the machines at a moment M = O on generator 10 is arranged. All three machines are to run up to full nominal pump speed,
mechanically connected to one another via a common shaft element in the three-stage system shown in FIG. 3. During normal turbine operation, the pressure medium flows to the pump turbine 22 as if the pressurized water flows through the pressure line 12 with the first stage via the pressure line 12. Normally the shut-off device 13 of the pump turbine 8 is closed and 45 is operating, all three pump turbines 22, 23 and 24 are fed via the connecting line 14 to the second hydraulic pump turbine 9, which is constructed via the connecting lines 25 or stage, from 26 connected in series, and the pressure medium where it Via the suction line 15 with shut-off element 16 flows from the last pump turbine 24 via which it is directed into the underwater. In the pump operation suction pipe 15 to the underwater. In this system, the flow path of the operating medium runs in reverse. Only the pump turbine 22 is swiveled through in the reverse order. The pump turbine 8 is equipped with guide vanes. This stage is equipped with guide vanes that can be swiveled through, while when starting the pump operation, the entire available gradient that can be swiveled normally at the end of the pump turbine 9 is supplied. This is done by having guide vanes. In the connecting line 14 an additional shut-off element 27 in the connection between the two stages, an additional shut-off line 25 is arranged between the pump turbines 22 and 23 organ 17 and from the first stage to and an additional bypass line 28 with an underwater bypass line 18 with an additional Shut-off element 29 between the pump shut-off element 19. During normal operation, the exhaust turbine 22 and the underwater area. In normal operation, the shut-off elements 13, 16 and 17 are opened and the shut-off element is opened, the shut-off element 27 is opened and the shut-off element 19 is closed. Both pump 60 organ 29 are closed. When starting up to the pump turbine, applied in two stages one behind the other. During operation, the shut-off element 27 is closed and the start-up or the transition to pump operation, the shut-off element 29 is opened. The impellers of the pump, however, the shut-off element 17 is closed and penturbines 23 and 24 are opened in the water. It is then dragged. At the nominal pump speed to the entire pressure drop, only the pump turbine 8 is added to the drive torque, which is fed with full fall and, after flowing through the pump turbine 22, which is acted upon by the height, straight line 18 to the underwater. For the towing up of these two pump turbines, two additional ones are deployed in pump operation. It is true that a relatively large start-up

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wassermenge benötigt, aber der Aufwand an zusatz- organ 44 von der ersten Stufe zum Unterwasseramount of water required, but the expenditure on additional organ 44 from the first stage to the underwater

liehen Absperrorganen und Umgehungsleitungen ist benötigt.borrowed shut-off devices and bypass lines are required.

dafür sehr gering. Außerdem wird keine Blasluftein- Bei dieser Anordnung sind zwar die Anfahrwasserrichtung benötigt, und der Zeitaufwand für das Fül- mengen relativ groß, aber der Aufwand an zusätzlen entfällt. 5 liehen Absperrorganen und Umgehungsleitungen isttherefor very low. In addition, there is no blown air required, and the time required for the filling is relatively large, but the cost of additional not applicable. 5 borrowed shut-off devices and bypasses is

Eine weitere Möglichkeit einer dreistufigen Anlage gering, und es entfallen auch BlaslufteinrichtungenAnother possibility of a three-stage system is low, and there is also no need for blowing air devices

ist in Fig. 4 dargestellt. Hier sind sämtliche drei und Füllvorgang.is shown in FIG. Here are all three and fill process.

Pumpenturbinen 22, 23 und 24 mit durchschwenk- Es besteht auch die hier nicht dargestellte Mögbaren Leitschaufeln ausgerüstet. Beim Anfahren zum lichkeit, die erste und zweite Stufe einer vierstufigen Pumpenbetrieb bleiben die beiden ersten Pumpen- io Anlage mit durchschwenkbaren Leitschaufeln auszuturbinen 22 und 23 hintereinandergeschaltet, während rüsten und beim Anfahren bei hydraulisch abgedie dritte Pumpenturbine 24 parallel zur zweiten schalteter dritter und vierter Stufe die erste und Pumpenturbine 23 geschaltet wird. Hierbei erhält jede zweite Stufe hintereinanderzuschalten. Allerdings Pumpenturbine das l,5fache des Stufengefälles zu muß dann in den Pumpenturbinen der dritten und verarbeiten, wodurch jede Stufe in der Lage ist, sich 15 vierten Stufe durch Blasluft eine Luft-Wasser-Emulselbst auf Pumpen-Nenndrehzahl zu beschleunigen. sion zur Herabsetzung des Anfahrmomentes erzeugt Für den geschilderten Schaltvorgang zum Anfahren werden. Im Prinzip stellt diese Anordnung ein vierwerden zusätzlich benötigt: stufiges Analogon zu der zweistufigen Anlage inPump turbines 22, 23 and 24 with swiveling through There is also what is possible, not shown here Equipped with guide vanes. When approaching the possibility, the first and second stage of a four-stage The first two pumps remain in pump operation 22 and 23 connected in series, while setting up and when starting up with hydraulically operated third pump turbine 24 connected in parallel to the second third and fourth stage the first and Pump turbine 23 is switched. Here every second stage has to be switched one after the other. However Pump turbine 1.5 times the step gradient to must then in the pump turbines of the third and process, whereby each stage is able to produce an air-water-emul itself by blowing air to accelerate to the nominal pump speed. sion generated to reduce the starting torque For the described switching process to be started. In principle, this arrangement represents a four-fold additionally required: level analogue to the two-level system in

Ein Absperrorgan 30 in der Verbindungsleitung 26 F i g. 1 dar.A shut-off element 30 in the connecting line 26 F i g. 1 represents.

zwischen den Pumpenturbinen 23 und 24, eine Um- 20 Eine weitere interessante vierstufige Variante ist inbetween the pump turbines 23 and 24, an around 20 Another interesting four-stage variant is in

gehungsleitung 31 mit Absperrorgan 32 zwischen den F i g. 6 dargestellt. Bei dieser Anlage sind wiedertransition line 31 with shut-off device 32 between the F i g. 6 shown. At this plant are again

Verbindungsleitungen 25 und 26 und eine Um- sämtliche Purnpenturbinen 35, 36, 37 und 38 mitConnecting lines 25 and 26 and a surrounding all Purnpenturbinen 35, 36, 37 and 38 with

gehungsleitung 33 mit Absperrorganen 34 zwischen durchschwenkbaren Leitschaufeln ausgerüstet. Zu-Transition line 33 equipped with shut-off devices 34 between pivotable guide vanes. To-

der Pumpenturbine 23 und dem Unterwasser. Im sätzlich sind folgende Absperrorgane und Um-the pump turbine 23 and the underwater. In addition, the following shut-off devices and

Normalbetrieb sind die Absperrorgane 13, 16 und 30 25 gehungsleitungen vorgesehen:Shut-off devices 13, 16 and 30 25 are provided for normal operation:

geöffnet und 32 und 34 geschlossen. Beim Anfahren Eine Umgehungsleitung 45 mit Absperrorgan 46open and 32 and 34 closed. When starting a bypass line 45 with shut-off device 46

zum Pumpenbetrieb wird das Absperrorgan 30 ge- zwischen der Druckleitung 12 und der Verbindungs-the shut-off element 30 is connected between the pressure line 12 and the connection

schlossen, und die Absperrorgane 32 und 34 werden leitung 40 von der zweiten zur dritten Stufe, eineclosed, and the shut-off devices 32 and 34 are line 40 from the second to the third stage, one

geöffnet. Umgehungsleitung 47 mit Absperrorgan 48 zwischenopen. Bypass line 47 with shut-off device 48 between

Es besteht aber auch z. B. die nicht dargestellte 30 der Pumpenturbine 36 (2. Stufe) und dem Unterwas-Möglichkeit, in einer dreistufigen Anlage die erste ser und ein Absperrorgan 49 in der Verbindungslei- und zweite oder die erste und dritte Stufe mit durch- rung 40 zwischen zweiter und dritter Stufe. Bei Norschwenkbaren Leitschaufeln auszurüsten und beim malbetrieb sind alle vier Pumpenturbinen hinterein-Anfahren zum Pumpenbetrieb diese beiden Stufen andergeschaltet. Hierfür sind die zusätzlichen Abparallel zu schalten, wobei jede Stufe mit einem aller- 35 Sperrorgane 46 und 48 geschlossen und 49 geöffnet, dings etwas gedrosselten Gesamtgefälle hochgefahren Beim Anfahren zum Pumpenbetrieb werden die Abwird. Die nicht mit durchschwenkbaren Leitschaufeln sperrorgane 46 und 48 geöffnet und 49 geschlossen, ausgerüstete dritte bzw. zweite Stufe wird im Wasser Damit sind die aus den Pumpenturbinen 35 und 36 hochgeschleppt. Diese Variante erfordert einen rela- bestehenden ersten beiden Stufen und die aus den tiv großen Aufwand an zusätzlichen Absperrorganen 40 Pumpenturbinen 37 und 38 bestehenden letzten bei- und Umgehungsleitungen, hat aber den Vorteil einer den Stufen je zu einer Gruppe zweier hintereinandergroßen Momentenreserve. geschalteter Pumpenturbinen zusammengefaßt, undBut there is also z. B. the not shown 30 of the pump turbine 36 (2nd stage) and the underwater possibility, in a three-stage system the first water and a shut-off device 49 in the connecting line and second or the first and third stage with passage 40 between the second and third stage. With Norschwenkbaren Equipping guide vanes and when operating all four pump turbines are to be driven in one behind the other these two stages are switched on for pump operation. For this purpose, the additional Abparallel to switch, each stage with one of all 35 locking devices 46 and 48 closed and 49 open, slightly reduced overall gradient. The blocking elements 46 and 48 which cannot be swiveled through are opened and 49 closed, The equipped third or second stage is in the water hauled up. This variant requires a rela- tively existing first two stages and the one from the tively large expenditure on additional shut-off devices 40 pump turbines 37 and 38 existing last two and bypass lines, but has the advantage of one step to a group of two one behind the other Moment reserve. switched pump turbines summarized, and

Bei der vierstufigen Anlage nach F i g. 5 mit den beide Gruppen sind parallel geschaltet. Damit wirdIn the four-stage system according to FIG. 5 with the two groups are connected in parallel. So that will

Pumpenturbinen 35, 36, 37 und 38 ist nur die erste jeder Stufe die doppelte Stufenfallhöhe zugeführt,Pump turbines 35, 36, 37 and 38 are only fed to the first of each stage twice the stage head,

Pumpenturbine 35 mit durchschwenkbaren Leitschau- 45 wodurch man auf etwa 15% Überdrehzahl überPump turbine 35 with swiveling Leitschau- 45 whereby one to about 15% overspeed over

fein ausgerüstet, die beim Anfahren zum Pumpen- Pumpen-Nenndrehzahl kommen würde. Durch Dros-finely equipped, which would come to the pump-pump nominal speed when starting up. By Dros-

betrieb das Gesamtgefälle erhält und in der Lage sels der Fallhöhe um etwa 25 % vermindert sich dieoperation maintains the total gradient and the height of the fall is reduced by around 25%

ist, die anderen Stufen gefüllt hochzuschleppen. Die Fallhöhe pro Stunde auf etwa 1,5 mal Stufenfallhöhe,is to lug up the other stairs filled. The height of fall per hour to about 1.5 times the height of the fall,

für den Normalbetrieb hintereinandergeschalteten womit als Durchgangsdrehzahl (M = 0) gerade diefor normal operation in series, which means that the throughput speed (M = 0) is just the

Pumpenturbinen sind durch Verbindungsleitungen 50 Nenndrehzahl erreicht wird. Der Aufwand an Ab-Pump turbines are achieved through connecting lines 50 nominal speed. The effort to

39, 40, 41 hydraulisch miteinander verbunden. Zu- sperrorganen und Umgehungsleitungen ist hier etwas39, 40, 41 hydraulically connected to one another. Locking devices and bypass lines are something here

sätzlich wird lediglich ein Absperrorgan 42 in der größer, und auch die Anfahrwassermenge ist relativIn addition, only one shut-off element 42 is larger in the, and the amount of water used is also relative

Verbindungsleitung 39 zwischen erster und zweiter groß. Man erhält aber eine große Momentenreserve,Connecting line 39 between the first and second large. But you get a large moment reserve,

Stufe und eine Umgehungsleitung 43 mit Absperr- und es entfallen Blaslufteinrichtung und Füllen.Step and a bypass line 43 with shut-off and there is no blown air device and filling.

Hierzu 1 Blatt-ZeichnungenIn addition 1 sheet drawings

Claims

1 2 penturbines again multi-stage one behind the other-claims: be switched. 5. The method according to claim 3, characterized

1. Pump turbine system with two or more indicates that the not with durchschwenkin the direction of rotation reversible, multi-stage 5 baren guide vanes equipped pump turntables one behind the other can be acted upon, preferably 'binen during start-up in pump operation mechanically coupled pump doors remain filled with water.

binen, characterized in that: 6. The method according to claim 5, characterized in that

a proportion of the pump turbines with per se indicates that the water filling contains air for building

Known adjustable from an adjustment range io addition of an air-water emulsion

becomes nega- with positive blade opening angles,
tive opening angle is equipped with swiveling guide vanes without overlap and

that in the supply and the resources leading