DE2803367B2

DE2803367B2 - Verfahren und Anordnung zum Betreiben einer Pumpenturbine

Info

Publication number: DE2803367B2
Application number: DE2803367A
Authority: DE
Inventors: Makoto Musashio Tokyo Fujisaki; Yozo Yokokama Kanagawa Kawase
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1977-01-31
Filing date: 1978-01-26
Publication date: 1981-06-25
Also published as: GB1565603A; JPS5395447A; US4158525A; CH620017A5; DE2803367C3; JPS5624102B2; DE2803367A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben ■einer Pumpenturbine, bei welchem während des Startvorgangs der Pumpenturbine in eine Läuferkammer Druckluft eingelassen und eine Leck-Ablaufleitung geöffnet wird, um den Wasserspiegel in der Läuferkammer abzusenken und den Läufer in Luft umlaufen zu lassen, worauf nach Erreichen einer bestimmten Drehgeschwindigkeit des Läufers für den Pumpenbetrieb die in der Läuferkammer befindliche Druckluft ausgelassen und so die Läuferkammer mit Wasser gefüllt wird. Die Erfindung betrifft ferner eine Anordnung zum Betreiben einer Pumpenturbine nach dem vorgenannten Verfahren mit einer mit Leitschaufeln und mit einem Saugrohr versehenen Wasserturbine, mit einer Ventilanordnung für die Zu- und Abführung von Druckluft in die Läuferkammer der Pumpenturbine und einer von den Leitschaufeln zum Saugrohr führenden Leckwasserleitung und mit einer Druckmeßvorrichtung für die Feststellung des in der Läuferkammer entstehenden Druckes.

Es ist eine Wasserturbine bekannt (US-PS 39 85 464), die bei fehlender Belastung durch einen Motor in Drehbewegung gehalten wird, wobei die Leitschaufeln geschlossen sind und der Wasserspiegel im Turbinengehäuse mit Hilfe von Druckluft so weit herabgedrückt wird, daß der Turbinenläufer in Luft umläuft. Um eine Behinderung des in Luft umlaufenden Läufers durch das durch die Leitschaufel leckendes Wasser zu vermeiden, ist eine Leck-Ablaufleitung vorgesehen, die das Leckwasser in das Saugrohr ableitet. Es ist auch eine hydraulische Turbine der vorgenannten Art bekannt (US-PS 38 90 059), bei welcher Vorrichtungen vorgesehen sind, mit denen das Druckluft-Auslaßventil, das Leckwasser-Auslaßventil usw. steuerbar sind, um so die beim Umschalten der Betriebsarten auf den Läufer einwirkenden axialen Belastungen in bestimmten

κ. Grenzen zu halten. Die bekannte Turbinenanlage enthält auch eine Wasserdruck-Meßvorrichtung, die nach dem Umlaufen des Läufers in Druckluft und nach dem Schließen des Leck-Ablaufventils bei auftretendem Wasserdruck ein Signal abgibt, das eine Schließung des

r. Druckluft-Auslaßventils und eine Öffnung der Leitschaufeln bewirkt. Dabei kann die Druckmeßeinrichtung so eingestellt sein, daß dieses Signal zu unterschiedlichen Zeiten abgegeben wird, je nachdem vom Leerlauf in Druckluft auf Turbinenbetrieb oder auf

2(i Pumpenbetrieb umgeschaltet wird.

Es hat sich gezeigt, daß sich während des Betriebes, insbesondere beim Umschalten von Leerlauf in Druckluft auf Pumpenbetrieb, innerhalb des Turbinengehäuses mit Sauerstoff angereichertes Wasser bildet,

2> das zu einer Korrosion des Läufers oder anderer Maschinenteile führen kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben einer Pumpenturbine zu schaffen, durch das Korrosionen von Maschinenteilen

tu vermieden werden. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß das gelösten Sauerstoff enthaltende, in Umfangsnähe des Läufers befindliche Wasser durch die das durch die Leitschaufeln eintretende Leckwasser abführende Leck-Ablaufleitung in einen Überlauf

)"; abgelassen wird, daß darauf der in der Läuferkammer entstehende Druck gemessen wird und daß schließlich eine vorbestimmte Zeit nach Feststellung des entstehenden Druckes die Leck-Ablaufleitung geschlossen wird.
Hierdurch wird erreicht, daß das sich am Umfang des

4(i Läufers sammelnde, sauerstoffringe Wasser ausgelassen und damit eine Korrosion von Maschinenteilen verhindert wird.

Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Durchführung des vorgenannten Verfahrens zu schaffen. Diese Vorrichtung ist gekennzeichnet durch einen mit dem Ausgang der Druckmeßvorrichtung verbundenen Zeitgeber, welcher nach einer vorbestimmten Zeit die Schließung eines in der Leckablaufleitung vorgesehenen Ventils bewirkt.

^r>() Die Erfindung ist im folgenden anhand der Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 eine grafische Darstellung der Beziehung zwischen der Konzentration (in Volumenprozent) des in

M Wasser gelösten Sauerstoffes und der Korrosionsgeschwindigkeit (in Milligramm pro Quadratdezimeter und Tag),

F i g. 2 schematisch einen Querschnitt durch eine Pumpenturbine, und

Fig.3 ein Ablaufdiagramm der Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben einer Pumpenturbine wird im folgenden anhand der Fig. 2 und 4 erläutert.

Fig. 2 zeigt ein Beispiel einer Francis-Pumpenturbine, in welcher ein Läufer 2 an dem unteren Ende einer Welle 1 angeordnet ist. Der Läufer 2 ist in einer Läuferkammer 3 drehbar, die von einer oberen

Abdeckung 4 und einer unteren Abdeckung 5 umgeben ist. Leitschaufel 6, Stützschaufeln 7 und ein Spiralgehäuse 8 sind radial auswärts der Läuferkammer 3 in bekannter Weise angeordnet. Ferner ist auch unterhalb der Läuferkammer 3 ein Saugrohr 9 vorgesehen. An die obere Abdeckung 4 ist ein Zuleitungs- und Auslaßrohr JO angeordnet, dessen eines Ende sich auf die Rückseite des Läufers 2 hin öffnet, während das andere Ende an eine Druckluftquelle 11 und ein Auslaßrohr 20 angeschlossen ist. Ventile 12 und 19 für die Steuerung der Zuführung oder das Auslassen von Druckluft sind in der Leitung 10 vorgesehen.

Die untere Abdeckung 5 ist an das Saugrohr 9 über eine Leck-Ablaufleitung 13 angeschlossen, die ein Leck-Ablaufventil 14 enthält. Die untere Abdeckung 4 und die obere Abdeckung 5 sind miteinander durch äußere und innere Ausgleichsleitungen 15 und 16 verbunden, um so Druckdifferenzen auszuschalten.

Die Arbeitsweise der Pumpenturbine, auf die das erfindungsgemäße Verfahren angewendet wird, wird nunmehr in Verbindung mit F i g. 3 beschrieben.

Wenn zunächst an die Pumpenturbine ein Aufpump-Befehl gegeben wird, werden die Leitschaufeln 6 vollständig geschlossen, und es wird das Leck-Abflußventil 14 zusammen mit dem Speiseventil 12 geöffnet. Es wird dann Druckluft aus der Druckluftquelle 11 in die Läuferkammer eingeführt, und zwar durch die Leitung 10, wodurch das Wasser bis unter die Kammer 3 in das Saugrohr 9 gedrängt wird. Das Ventil 12 wird vollständig geschlossen, wenn der Wasserspiegel eine vorbestimmte Höhe unterhalb des Läufers 2 erreicht

Üblicherweise ist auf der Welle 1 ein nicht dargestellter Anlaß-Generator-Motor vorgesehen. Der Anlaßmotor wird nun betätigt, um die Pumpe in Luft anlaufen zu lassen. Wenn der Läufer die vorbestimmte Geschwindigkeit erreicht, wird der Generator mit dem Netz verbunden, und es wird der Anlaßvorgang fortgesetzt. Während dieser Stufe wird Wasser, das aus den Leitschaufeln 6 in die Läuferkammer 1 leckt, durch die Leck-Auslaßleitung 13 in das Saugrohr 9 ausgelassen.

Wenn in der nächsten Stufe das Auslaßventil 19 geöffnet wird, um die Druckluft in der Läuferkammer 3 in die Atmosphäre durch die Leitungen 10 und 20 auszulassen, steigt der Wasserspiegel unter dem Läufer 2 durch den Atmosphärendruck allmählich an und füllt . die Läuferkammer mit Wasser, wodurch die Absperrwirkung beginnt. Wenn der Druck in der Kammer 3 auf einen vorbestimmten Anfangsdruck ansteigt, wird ein einen Zeitgeber enthaltendes Verzögerungsrelais 18 erregt, und es wird das Leck-Abflußventil 14 nach

mi Ablauf einer durch den Zeitgeber voreirjgestellten Zeit geschlossen. Es ist vorteilhaft, diese Zeit so voreinzustellen, daß Wasser, das eine große Menge Sauerstoff enthält und das sich in der Nähe des Umfanges des Läufers 2 befindet, durch die Leckablaufleitung 13

, -, vollständig in das Saugrohr 9 gedrängt wird.

Da ein Ende der Leitung 13, das die untere Abdeckung 5 durchsetzt, sich normalerweise an einer Stelle nahe dem Außenumfang des Läufers befindet, ist der auf das offene Ende einwirkende Druck erheblich

2(i groß, und es besteht eine große Druckdifferenz zwischen dieser öffnung und dem oberen Ende des Saugrohres 9, das mit der Läuferkammer verbunden ist, so daß eine große Wassermenge abgelassen werden kann.

_>-, Da somit die Zeit für das Schließen des Leck-Abflußventils 14 so eingestellt ist, daß dieses Schließen eine vorbestimmte Zeit nach der Feststellung des anfänglichen Druckaufbaus unter Laufbedingung der Pumpenturbine erfolgt, kann eine große Menge Sauerstoff

in enthaltendes Wasser, das sich in der Läuferkammer befindet, durch das Saugrohr in den Überlauf gedrängt werden, wodurch die Korrosion der Oberflächen des Läufers, der oberen und unteren Abdeckungen und der Leitscnaufeln usw. wirksam verhindert werden kann.

Vi Außerdem kann die Lebensdauer der Elemente, welche die Pumpenanordnung bilden, vergrößert, und es kann die Verringerung des Arbeitswirkungsgrades des Läufers, die durch Korrosion bewirkt wird, wirksam verhindert werden.

Obwohl in Fig. 2 das Auslaßende des Leck-Auslaßrohres 13 mit dem Saugrohr 9 verbunden ist, kann dieses Auslaßende auch mit dem Überlauf verbunden sein.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

ί. Verfahren zum Betreiben einer Pumpenturbine, bei welchem während des Startvorganges der Pumpenturbine in eine Läuferkammer Druckluft eingelassen und eine Leck-Ablaufleitung geöffnet wird, um den Wasserspiegel in der Läuferkammer abzusenken und den Läufer in Luft umlaufen zu lassen, worauf nach Erreichen einer bestimmten Drehgeschwindigkeit des Läufers für den Pumpenbetrieb die in der Läuferkammer befindliche Druckluft ausgelassen und so die Läuferkammer mit Wasser gefüllt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das gelösten Sauerstoff enthaltende, in Umfangsnähe des Läufers befindliche Wasser durch die das durch die Leitschaufeln eintretende Wasser abführende Leck-Ablaufleitung in einen Überlauf abgelassen wird, daß darauf der in der Läuferkammer entstehende Druck gemessen wird und daß anschließend eine vorbestimmte Zeit nach Feststellung des entstehenden Druckes die Leck-AbJaufleitung geschlossen wird.
2. Anordnung zum Betreiben einer Pumpenturbine nach dem Verfahren nach Anspruch 1 mit einer mit Leitschaufeln und mit einem Saugrohr versehenen Wasserturbine, mit einer Ventilanordnung für die Zu- und Abführung von Druckluft in die Läuferkammer der Pumpenturbine und einer von den Leitschaufeln zum Saugrohr führenden Leckwasserleitung und mit einer Druckmeßvorrichtung für die Feststellung des in der Läuferkammer entstehenden Drucks, gekennzeichnet durch einen mit dem Ausgang der Druckmeßvorrichtung (17) verbundenen Zeitgeber (18) welcher nach einer vorbestimmten Zeit die Schließung eines in der Leckablaufleitung (13) vorgesehenen Ventils (14) bewirkt.