DE1807443A1

DE1807443A1 - Verfahren und Einrichtung zum Betrieb einer Turbine oder Kreiselpumpe,die voruebergehend ohne Betriebsmittel gefahren wird

Info

Publication number: DE1807443A1
Application number: DE19681807443
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Carl Stahlschmidt
Original assignee: JM Voith GmbH
Current assignee: JM Voith GmbH
Priority date: 1968-11-07
Filing date: 1968-11-07
Publication date: 1970-06-11
Also published as: AT298366B

Description

Verfahren und Einrichtung zum Betrieb einer Turbine oder Kreiselpumpe, die vorübergehend ohne Betriebsmittel gefahren wird.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Turbine oder Kreiselpumpe, die vorübergehend ohne Betriebsmittel gefahren wird, und eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Zur Herabsetzung der sogenannten Spaltverluste in den Spalten zwischen dem Laufrad und den festen Teilen der Maschine werden zwischen beiden Teilen Labyrinthe mit ineinandergreifenden Stufen oder Labyrinthsahnen angeordnet, wobei die eigentlichen eine.Drosselwirkung erzielenden Spalte von den zylindrischen -oder auch kegeligen Begrenzungswänden der Labyrinthe gebildet werden. Diese möglichst eng auszubildenden Spalte werden meist von besonderen im Laufrad und/oder in den feststehenden Teilen eingesetzten Spaltringen gebildet. Werden nun Wasserturbinen und Kreiselpumpen in wasserentleertem Zustand betrieben, wie es z.B. bei Pumpspeicheranlagen mit getrennter Pumpe und Turbine im Turbinenbetrieb für die Pumpe und im Pumpenbetrieb für die Turbine der Pail ist, nimmt die jeweils entleerte Maschine auch bei abgeschlossener Druck- und Saugseite Leistung auf, die in Wärme umgesetzt wird. Außerdem können im Betriebswasser enthaltene Verunreinigungen nach der Entleerung in den engen Drosselspalten zurückbleiben und zu unverhältnismäßig starkem Abrieb und zu Schäden an den Spaltringen führen. Es ist bekannt, deshalb während des Betriebes im tetriebsmittelentleerten Zustand in die gefährdeten Bereiche Druckwasser einzuführen und die Verunreinigungen aus den Spalten herauszuspülen. Hierdurch werden jedoch die

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Rotationsverluste vergrößert und damit der Gesamtwirkungsgrad herabgesetzt»

Der Erfindung liegt die Aufgaoe zugrunde, ein Verfahren zum Batrieb einer Strömungsmaschine der eingangs geschilderten Art anzugeben und eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens zu schaffen, durch die die auf Grund der Spaltreibung im wasserentleerten Zustand verursachten Wirkungsgradverluste wenigstens reduziert, möglichst aber beseitigt werden.

Die Erfindung löst das Problem dadurch, daß in einem Ver-" fahren zum Betrieb einer derartigen Strömungsmaschine der Betrieb ohne Betriebsmittel mit vergrößerten Laufradspalten durchgeführt wird. Es ist zwar bekannt., bei einer Pumpe oder Turbine die Spaltweite veränderbar auszubilden., indem die am feststehenden Teil der Maschine angebrachten, die Spalte begrenzenden Spaltringe mittels über dem Umfang angeordneter Schrauben axial verschiebbar ausgebildet sind (Schweizer Patentschrift 407 683). Aufgrund der zur Laufradachse kegeligen Ausbildung der Spaltbegrenzungswände wird bei einer axialen Verschiebund des Spaltringes eine Veränderung der Spaltweite bewirkt. Diese Verschiebbarkeit hat aber einzig den Zweck, durch Verschleiß verursachte Vergrößerungen der Spaltweite kompensieren zu können.

In besonders vorteilhafter V/eise wird nach der Erfindung die Vergrößerung der Laufradspalte eines radial oder halbaxial durchströmten Laufrades Jeweils durch axiales Verschieben des Laufrades bewirkt. Eine Verschiebung des Laufrades anstatt der Spaltringe ist wesentlich einfacher und mit wesentlich geringerem konstruktiven Aufwand durchführbar, Durch diese axiale Verschiebung werden die die Spalte bildenden gegenüberliegenden Begrenzungswände an dem jeweils feststehenden und beweglichen Maschinenteil derart in axialer Richtung verschoben, daß z.B. im Falle von koaxialen zur Laufradachse verlaufenden zylindrischen Spaltbegrenzungswänden zunächst eine Verkürzung der Spaltiänge unter Be-

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lassung der Spaltweite und damit schon eine Verringerung der Drosselwirkung erzielt wird und bei einer Verschiebung über das Maß der Spaltlänge hinaus auch die Spaltweite immer mehr vergrößert wird, bis praktisch gar keine Drosselwirkung mehr eintritt. Im allgemeinen erfolgt die Verschiebung um ein geringes Maß über die Spaltlänge hinaus. Wenn die Spaxtbegrenzungswände im V/inkel zur Laufradachse verlaufen, d.h. wenn sie auf zur Laufradachse koaxialen Kegelflächen angeordnet sind, dann wird bei jeder axialen Verschiebung des Laufrades sowohl die Spaltlänge als auch die Spaltweite verändert.

In weiterer zweckmäßiger Ausbildung des erfIndüngsgemäßen Verfahrens werden in einer Pumpspeicheranlage mit auf gemeinsamer Welle angeordneter Pumpe und Turbine die Pumpe im Turbinenbetrieb und die Turbine im Pumpenbetrieb mit vergrößerten Laufradspalten gefahren.

In einer zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung besonders geeigneten Einrichtung mit durch axial ineinandergreifende Stufen oder Labyrinthzähne gebildeten Laufradspalten mit vorzugsweise zylindrischen oder zur Laufradachse kegeligen Spaltbegrenzungswänden sind die auf derjenigen Seite des axial verschiebbar ausgebildeten Laufrades gelegenen Labyrinthe, nach welcher es in; Sinne einer Vergrößerung der Laufradspalte verschober, wird, übergreifend angeordnet, d.h. derart, daß der mit dem Laufrad verbundene Teil des Labyrinths axial außerhalb des fest jr.it dem Gehäuse verounden-en Teiles liegt. Erst durch eine solche Ausbildung wird es ermöglicht, daß bei einer axialen Verschiebung der Laufräder die Spalte auf beiden Seiten eines Laufrades gleichzeitig Im gleichen Sinn verändert werden, d.h. daß beide gleichzeitig vergrößert oder beide gleichzeitig wieder in normale Betriebsstellung gebracht werden.

Zweckmäßigerweise sind in einer Pumpspeicheranlage mit auf gemeinsamer Welle angeordneter Pumpe und Turbine und durch Axial-

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verschiebung erzielter Spaltvergrößerung die beiden Laufräder in einem Abstand voneinander auf der gemeinsamen Welle befestigt, der um das Maß des der vorgesehenen Veränderung der Spalte entsprechenden Verschiebeweges kleiner als der Abstand der Betriebsstellung des einen Laufrades von der Betriebsstellung des anderen Laufrades ist»

Die Erfindung ist im folgenden an Hand der Zeichnungen näher erläutert.
Darin zeigt

Fig. Γ schematisch im Längsschnitt teilweise

eine Pumpspeicheranlage mit auf gemeinsamer P Welle angeordneter Pumpe und Turbine,

Fig. 2 vergrößert einen Ausschnitt eines Laufrades mit einer Variante der Spaltabdichtungen und

FigO vergrößert einen Schnitt entsprechend Fig« 2

mit einer weiteren Variante der Spaltabdiafotungen.

In der Pumpspeicheranlage nach Fig. 1 sind auf einer gemeinsamen Welle 4 oben das Turbinenlaufrad 5* unten das Purapenlaufrad und zwischen beiden der Motorgenerator 7 angeordnet. Die Welle 4 ist bei 8 und 9 mittels Führung si agem radial gelagert, während das die Axialkräfte aufnehmende Spurlager 10 einen als Kolben mit Kreisringquerschnitt ausgebildeten abstützenden Lagerteil 11 auf-' weist, der, wie in Fig. 1 schematisch dargestellt, gegenüber dem festen Gehäuse 12 hydraulisch heb» und senkbar gelagert ist* Das dargestellte Beispiel zeigt die Stellung im Turbinenbetrieb; die Welle 4 ist angehoben, so daß die oberen stufenförmigen Labyrinthe 13 und die unteren zahnförmig ineinandergreifenden Labyrinthe 14 des Turbinenlaufrades 5 voll wirksam sind, während die Spalte der oberen zahnförmig ineinandergreifenden Labyrinthe 15 und die der unteren stufenförmigen Labyrinthe 16 des Pumpenlaufrades 6 durch die axiale Verschiebung der Welle 4 und damit des Pumpenlaufrades 6 nach oben derart vergrößert sind, daß die Spaltwirkung aufgehoben und keine Leistungsverluste durch Spalterwärmung des im wasserentleerten Zustand umlaufenden Pumpenrades verursacht werden.

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Die Labyrinthe 14 und I5 des Turbinenlaufrades 5 b^zw· des Pumpenlaufrades 6, die in dem dargestellten Beispiel jeweils auf derjenigen Seite des Laufrades liegen, nach welcher dieses im Sinne einer Vergrößerung der Laufradspalte axial verschoben wirdj sind übergreifend ausgebildet, d.h. die mit den Laufrädern verbundenen Teile 17 bzw. 18 liegen jeweils außerhalb der fest mit dem Gehäuse 12 verbundenen Teile 19 bzw. 20,

Mit 21 ist das Saugrohr für die Turbine 5 und mit 22 das Saugrohr für die Pumpe 6 bezeichnet,

In der Variante nach Pig. 2, welche einen Teil eines Pumpenlaufrades 6¹ darstellt, sind die Labyrinthe derartig ausgebildet, daß im Gegensatz zu der Ausbildung nach Fig. 1 das Pumpenlaufrad sich im angehobenen Zustand in Betriebsstellung befindet und im dargestellten abgesenkten Zustand die Drosselwirkung der Labyrinthe aufgehoben ist. Die obere Spaltabdichtung 15* mit dem feststehenden Teil 23 weist ein übliches zahnförmiges Labyrinth auf, während die untere Spaltabdichtung 16* mit dem feststehenden Teil 24 stufenförmig übergreifend ausgebildet ist. Bei Verwendung eines Pumpenlaufrades gemäß dieser Variante müßte das Turbinenlaufrad in entsprechender Weise derart ausgebildet sein, daß es in abgesenkter Lage in Betriebsstellung ist und in angehobener Lage die Spalte vergrößert sind. Zu diesem Zweck müßte das obere, dem Labyrinth I3 in Fig. 1 entsprechende Labyrinth Übergreifend ausgebildet sein, während das untere Labyrinth des Turbinenlaufrades normal, z.B. als sägeförmig ineinandergreifendes Labyrinth ausgebildet sein könnte,

Die in Fig. Jt dargestellte Variante eines Pumpenlaufrades 6" entspricht im Prinzip der Ausbildung des Pumpenlaufrades 6 nach Fig. 1, jedoch mit dem Unterschied, daß die Spaltbegrenzungswände 25 sowohl des oberen übergreifenden zahnförmigen Labyrinths 15" wie des unteren stufenförmigen Labyrinths 16" als zur Laufradachse koaxiale Kegelflächen ausgebildet sind.

Heidenheim (Brenz), den 29. Oktober I968 JB/HKn Γ~7 0 0982 4 /0067

Claims

ap/A 2892 J.M. Voith GmbH. Kennwort: "Spaltvergrößerung" Patentajis^rjLiche

1. Verfahren zum Betrieb einer Turbine oder Kreiselpumpe, die vorübergehend ohne Betriebsmittel gefahren wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Bstrieb QhKe Betriebsmittel mit vergrößerten LaufradspaJten durchgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1 für eine Maschine mit radial oder halbaxial durchströmten! Laufrad* dadurch gekennzeichnet, daß die Vergrößerung der Laufradspalt© jeweils durch axiales Verschieben des Laufrades bewirkt wird.

3» Verfahren nach Anspruch 1 oder· 2 iait auf gemeinsamer Welle angeordneter Pumpe und Turbine in einer Pumpspeicheranlage, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe im Turbinenbetrieb und die Turbine- im Pumpenbetrieb mit vergrößerten Laufradspalten gefahren wird.

4. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit durch axial ineinandergreifende Stufen oder Labyrinthzähne gebildeten Laufradspalten mit vorzugsweise zylindrischen oder zur Laufradachse kegeligen Spalt-

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begrenzungswanden, dadurch gekennzeichnet, daß die auf derjenigen Seite des axial verschiebbar ausgebildeten Laufrades gelegenen Labyriiithe, nach welcher es im Sinne einer Vergrößerung der Laufradspalte verschoben wird, übergreifend angeordnet sind, d.h. derart, daß der mit dem Laufrad verbundene Teil der Labyrinthe axial außerhalb des fest mit dem Gehäuse verbundenen Teiles liegt.

5· Pumpspeicheranlage mit auf gemeinsamer Welle angeordneter je nach Anspruch 4 ausgebildeter Pumpe und Turbine, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Laufräder in einem Abstand voneinander auf der gemeinsamen Welle befestigt sind, der um das Maß des der Vergrößerung der Spalte entsprechenden Verschiebewege kleiner als der Abstand der Betriebsstellung des einen Laufrades von der Betrieosstellung des anderen Laufrades ist.

Heidenheim, den 29-10.1968
JB/HKh

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