DE3032058A1 - Mit einer drehzahl arbeitende reversierbare mehrstufige wasserkraftmaschine. - Google Patents

Mit einer drehzahl arbeitende reversierbare mehrstufige wasserkraftmaschine.

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DE3032058A1 DE19803032058 DE3032058A DE3032058A1 DE 3032058 A1 DE3032058 A1 DE 3032058A1 DE 19803032058 DE19803032058 DE 19803032058 DE 3032058 A DE3032058 A DE 3032058A DE 3032058 A1 DE3032058 A1 DE 3032058A1
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Description

  • Mit einer Drehzahl arbeitende reversierbare
  • mehrstufige Wasserkraftmaschine Die ERfindung betrifft eine mit einer Drehzahl arbeitende reversierbare und mehrstufige Wasserkraftmaschine mit einer flöchstdruckstufe und mindestens einer weiteren Stufe niedrigen Druckes, bei der die einzelnen Stufen über einen Rücklauf in Reihe hintereinandergeschaltet sind, wobei rings um den Läufer der Höchstdruckstufe bewegliche Führungsschaufeln zum regulierenden Einstellen der Öffnung und rings um den Läuferumfang der weiteren Druckstufen feststehende Führungsschaufeln mit einer bestimmten Öffnung angeordnet und die den Stufen zugeordneten Läufer mit einer Welle gekoppelt sind, und wobei schließlich die Wasserkraftmaschine entweder als Wasserturbine oder als Pumpe mit einer vorgegebenen Drehzahl in Abhängigkeit von der Umschaltung der Drehrichtung betreibbar ist. Die Erfindung betrifft insbesondere eine solche Wasserkraftmaschine, die in der Lage ist, mit einer festgelegten und vorgegebenen Drehzahl mit einer hohen Leistung oder einem hohen Wirkungsgrad zu arbeiten.
  • Seit kurzem sind hydroelektrische Kraftwerke an Stellen und Plätzen errichtet worden, wo der Wasserdruck sehr groß ist.
  • txan hat hierfür eine Mehrstufen-Wasserkraftmaschine entwikkelt, weil bei Einstufen-Wasserkraftmaschinen die Konstruktionsgrenzen erreicht worden sind.
  • Bekanntlich ist, je nach dem ob die Wasserkraftmaschine als Turbine oder als Pumpe arbeitet, der maximale Hydraulikwirkungsgrad bzw. die maximale Hydraulikleistung sehr unterschiedlich. Darüber hinaus ist dann, wenn die Wasserkraftmaschine in den beiden Betriebsarten mit de gleichen Drehzahl arbeiten soll, erforderlich, daß der maximale hydraulische Wirkungsgrad für beide Betriebsarten gleich groß sein soll.
  • Bei einer mehrstufigen Hydraulikpumpe/Hydraulikturbine, insbesondere bei einer Pumpe/Turbine mit mehr als drei Stufen, ist es wegen Konstruktionsbeschränkungen und Betriebsbeschränkungen schwierig, rings um den Umfang eines jeden Läufers die für das Regulieren der Schaufelöffnungen bestimmten Schaufeln anzubringen und zu montieren.
  • Nun ist bereits vorgeschlagen worden, die beweglichen Führungsschaufeln nur rings um den Umfang der Hochdruckstufe anzubringen und~feste~~Führungsschaufeln rings um den Läufer der übrigen Stufen, um dadurch den Bau und die Kosntruktion von mehrstufigen Pumpen/Turbinen zu vereinfachen. Weil aber die Strömungsbedingungen in den übrigen Stufen nicht im Ansprechen auf die Strömungsmenge des der Wasserkraftmaschine zugeführten Wassers gesteuert und geregelt werden können, ist der hydraulische Wirkungsgrad bzw. die hydraulische Leistung solcher Pumpen/ Turbinen, die nur in der Höchstdruckstufe mit beweglichen SChaufeln ausgerüstet sind, relativ gering, wenn man sie mit Pumpen/Turbinen vergleicht, welche in allen Stufen bewegliche Führungsschaufeln aufweisen.
  • Die Erfindung stellt sich somit die Aufgabe, eine neuartige und verbesserte reversierbare mehrstufige Pumpe/Turbine zu schaffen, die in jeder ihrer Stufen einen hohen hydraulischen Wirkungsgrad oder eine hohe hydraulische Gesamtleistung aufzuweisen hat.
  • Die Erfindung löst die ihr gestellte Aufgabe dadurch, daß bei einer mit einer Drehzahl arbeitenden reversierbaren mehrstufigen Wasserkraftmaschine der eingangs genannten Gattung der Läufer der weiteren Stufe einen nurchmesser aufweist, der im Bereich von 0,86 bis 0,96 des(Läuferdurchmessers der Höchstdruckstufe liegt.
  • Es hat sich als zweckmäßig erwiesen,.daß außer der Höchstdruckstufe mehr als zwei weitere Stufen vorgesehen werden und daß in Radialrichtung eines jeden Läufers der weiteren Stufen die Größe des Läufers so ausgelegt ist, daß sie von der Höchstdruckstufe bis zur Stufe des geringsten Druckes immer kleiner wird.
  • Die Erfindung wird nachstehend anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in Figur 1 einen Querschnitt durch eine zweistufige Wasserkraftmaschine als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, Figur 2 ein Kennliniendiagramm mit Darstellung des Hydraulikverhaltens, das zwischen der Betriebsart einer reversierbaren Wasserkraftmaschine als Pumpenturbine und als Wasserturbine gegeben ist, Figur 3 ein Kennliniendiagramm betreffend die Zuordnung der hydraulischen Bedingungen in jeder Stufe einer konventionellen mehrstufigen Wasserkraftmaschine, Figur 4 ein Kennliniendiagramm mit Darstellung der Zuordnung der hydraulischen Bedingungen in jeder Stufe der mehrstufigen Wasserkraftmaschine, wenn diese Maschine erfindungsgemäß als Turbine betrieben wird und Figur 5 ein Kennliniendiagramm mit Darstellung der Hydraulikbedingungen in jeder Stufe des mehrstufigen Wasserkraftaggregates, wenn dieses gemäß der Erfindung als Pumpe betrieben wird.
  • Wie aus Fig. 1 zu erkennen ist, handelt es sich bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel um eine zweistufige Pumpe/Turbine der Francis-Type. Zu dieser Wasserkraftmaschine yehören ein Läufer 2 einer Hochdruckstufe und ein Läufer 3 einer Niederdruckstufe, die beide im Axialabstand hintereinander auf einer Hauptwelle 1 angeordnet sind.
  • Der zur ochdruckstufe gehörende Läufer 2 ist zwischen einer oberen Abdeckung 4 und einer unteren Abdeckung 5 angeordnet, wohingegen der zur Niederdruckstufe gehörende Läufer 3 sich zwischen einer oberen Abdeckung 6 und einer unteren Abdeckung 7 befindet. Es ist eine Läuferkammer 8 für die ochdruckstufe und eine Läuferkammer 9 für die Niederdruckstufe vorhanden.
  • Die beiden Kammern 8 und 9 stehen über einen Rücklaufkanal 10 miteinander in Verbindung. An der Peripherie der Läuferkammer 8 der Hochdruckstufe ist eine Wirbelkammer 12 mit einem Wirbelkammergehäuse 11 derart angebracht, daß die Läuferkammer 8 und die Wirbelkammer 12 in Verbindung stehen. An den Eingang der Wirbelkammer 12 ist eine Rohrleitung 14 über ein Ventil 13 angeschlossen.
  • Auf dem Umfang des zur IIochdruckstufe gehörenden Läufers 2 sind die beweglichen Leitschaufeln 15 angeordnet, wobei die Öffnung einer jeden Schaufel von einem (nicht dargestellten) Regelkreis gesteuert und geregelt werden kann, wodurch die Maschine unter normalen Betriebsbedingungen betrieben werden kann. Auf den Umfang des ztir Niederdruckstufe gehörenden Läufers 3 sind die fest angeordneten Leitschaufeln 16 montiert, wobei eine jede Schaufel eine vorgegebene Öffnung hat.
  • Wenngleich die Erfindung am Beispiel einer zweistufigen Wasserkraftmaschine erläutert und beschrieben wird, so sollte doch klar sein, daß bei einer mehrstufigen Wasserkraftmaschine mit mehr als drei Stufen die beweylicllen Leitschaufeln auf dem Umfang der höchsten Druckstufe angeordnet und montiert sind und die festen Leitschaufeln auf dem Umfang einer jeden der übrigen Stufen.
  • Wenn die zuvor beschriebene zweistufige Wasserkraftmaschine als eine Trubine arbeitet und wenn das Ventil 13 yeöffnet ist, dann fließt das Wasser von der Rohrleitung 14 aus in die Wirbelkammer 12 des Wirbelkammergehäuses 11 und von dort in das Strömungsrohr 17, das über die beweglichen Leitschaufeln 15 und den Läufer 2 der Hochdruckstufe sowie über den Rücklaufkanal 10 und die festen Schaufeln 16 sowie über den Läufer 3 der Niederdruckstufe mit einem Ablaufkanal verbunden ist.
  • Das hat wiederum zur Folge, daß die Wasserkraftmaschine angetrieben wird und dabei mit einem (nicht dargestellten) und mit der Hauptwelle 1 gekoppelten Generator/Motor Strom erzeugt oder Strom verbraucht.
  • Wird demgegenüber die Wasserkraftmaschine mit der gleichen Drehzahl, die auch für die Turbine Anwendung findet, als Pumpe betrieben, dann ist die Drehrichtung der rotierenden Welle umgekehrt. Nach dem Schließen des Ventiles 13 und nach dem Schließen der beweglichen Leitschaufeln 15 wird der Wasserspiegel in der Turbine abgesenkt, indem das Wasser aus der Turbine herausbefördert wird, und zwar unter Verwendung einer (nicht dargestellten) nahe dem Strömungsrohr 17 angeordneten Druckvorrichtung.
  • Sodann wird die Maschine vom Generator/Motor (nicht dargestellt) bis zur Erreichung der Maschinen-Nenndrehzahl hochgefahren, woraufhin das Ventil 1 3 und die beweglichen Führungsschaufeln 1 5 geöffnet werden, was wiederum zur Folye hat, daß in diesem Falle das Wasser vom Läufer als dem Strömungsrohr 17 in die Rohrleitung 14 gepumpt wird und dabei den Weg, den es bei der Turbinenoperation genommen hat, in umgekehrter Richtung zurücklegt.
  • Nun ist der hydraulische Gesamtwirkungsgrad oder die hydraulische Gesamtleistung einer reversierbaren mehrstufigen Wasserkraftmaschine, bei der jeweils zwei Stufen über den Rücklaufkanal hintereinandergeschaltet verbunden sind, durch die Addition des hydraulischen Verhaltens in jeder Stufe gegeben.
  • Soll nun das Problem des Hydraulikverhaltens von mit einer Drehzahl arbeitenden reversierbaren mehrstufigen Wasserkraftmaschinen erforscht und untersucht werden, dann ist es zunächst einmal notwendig, daß das Problem des Hydraulikverhaltens von einstufigen reversierbaren Wasserkraftmaschinen verstanden worden ist.
  • Bei mit einer Drehzahl arbeitenden reversierbaren und einstufigen Wasserkraftmaschinen gelten im allgemeinen die nachstehend angeführten Annahmen: N (U/min) = Drehzahl der Turbine Ht (m) = Wasserdruckhöhe der Turbine nt = Wirkungsgrad der Turbine H = pumpengesamtdruck p n = Wirkungsgrad der Pumpe.
  • P Die Wirkungsgrad-Kennlinien für jeden Öffnungszustand der beweglichen Führungsschaufeln zur Einheitsdrehzahl und die sich sowohl auf den Turbinenbetrieb als auch auf den Pumpenbetrieb beziehen, sind in Fig. 2 dargestellt. Aus Fig. 2 ist zu erkennen, daß die Einheitsdrehzahlen an den Punkten der größten hydraulischen Leistung oder des größten hydraulischen Wirkungsgrades der Turbine und der Pumpe nicht übereinstimmen. Die Drehzahl ist immer größer als die Drehzahl Dies ist genau das Problem des Hydraulikverhaltens, welches bei Wasserkraftmaschinen der reversierbaren Ausführung unvermeidlich ist. Wenn auch Anstrengungen unternommen worden sind, die Differenz zu verringern, so hat diese Differenz doch im allgemeinen die nachstehend angeführte Größe: Weil lt. Darstellung in Fig. 1 und nach Gleichung (1) beim Turbinenbetrieb ein ganz anderer maximaler Wirkungsgrad gegeben ist als beim Pumpenbetrieb, ist der hydraulische Wirkungsgrad oder die hydraulische Leistung be-sonders niedrig, wenn die Maschine mit dem für die Wasserturbine bestimmten maximalen Wirkungsgrad und der diesem-Wirkungsgrad entsprechenden Drehzahl als Pumpe betrieben und gefahren wird.
  • Ebenfalls sehr gering ist der Wirkungsgrad, wenn die Maschine mit dem für die Pumpe bestimmten maximalen Wirkungsgrad und der diesem Wirkungsgrad entsprechenden Drehzahl als Wasserturbine betrieben und gefahren wird.
  • Aus diesem Grund werden die Betriebsbedingungen für die Pumpe so festgelegt, daß bei einer für den Pumpenbetrieb entsprechenden regulären Wasserhöhe die Pumpe mit dem maximalen hydraulischen Wirkungsgrad arbeitet.
  • Weil nun nach Fig. 2 und nach Gleichung (1) die Turbine auf ein bestimmtes Hydraulikverhalten beschränkt ist, muß in diesem Falle das reguläre oder normale Betriebsverhalten der Maschine so gewählt werden, daß es der hohen Einheitsdrehzahl entspricht, nicht aber dem Punkt des-maximalen Wirkungsgrades.
  • Anders ausgedrückt: Das Betriebsverhalten muß derart ausgelegt und gewählt werden; daß es in einem Bereich liegt, in dem der hydraulische Wirkungsgrad kleiner ist als der maximale Wirkungsgrad und indem es der Niederdruckseite des Wassers zugeordnet ist.
  • Das aber bedeutet, daß dann, wenn das Hydraulikverhalten der Pumne/Turbine untersucht und erforscht werden soll, der Drehzahl eine wichtige Bedeutung zukommt.
  • Angenommen, N (U/min) sei bei dem maximalen Wirkungsgrad die Umdrehungsgeschwindigkeit des Läufers, D (M) sei der Außendurchmesser der Läuferschaufel, u (m/s) sei die Umfangsgeschwindigkeit der Läuferschaufel, sei der Koeffizient der Umdrehungsgeschwindigkeit der Läuferschaufel, H (m) sei die Gesamtförderhöhe der Pumpe und g (m/s ) sei die Erdbeschleunigung.
  • Es ergeben sich dann die nachstehend angeführten Gleichungen (2) und (s) für das Hydraulikverhalten: Wenn nun die Turbine von der Konstruktion derart ausgelegt ist, daß der Koeffizient der Umfangsgeschwindigkeit der Läuferschaufel - dieser steht für die Umfangsgeschwindigkeit der Läuferschaufel j-e Einheit Wasserdruck (Pumpengesamtdruck) -beim Betrieb als Wasserturbine im wesentlichen gleich jenem ist, der beim Betrieb als Pumpe gegeben ist, dann ergibt sich lt. Darstellung der aus Gleichung (3) abgeleiteten Gleichung (4) ein Zusammenhang, der darin besteht, daß die Einheitsdrehzahl dann dem Außendurchmesser umgekehrt proportional ist, wenn der Läuferschaufel-Außendurchmesser D konstant ist.
  • D D = konstant ......
  • Bei einer Maschine, bei der der Läufer durch einen kleinen Außendurchmesser der Läuferschaufel D gebildet ist, liegt das Verhältnis von Einheitsdrehzahl eines jeden maximalen hydraulischen Wirkungsgrades von Pumpe und Wasserturbine im Bereich der Gleichung (1).
  • Das aber bedeutet wiederum, daß die Einheitsdrehzahl beim Pumpenbetrieb und bei Wasserturbinenbetrieb relativ viel größer sein kann.
  • Auf der Grundlage des zuvor gegebenen Resultates, das aus dem Grundproblem des Hydraulikverhaltens einer reversierbaren einstufigen Pumpenturbine erarbeitet worden ist, soll nachstehend nun das Problem des- Hydraulikverhaltens der in Fig. 1 dargestellten und bisher bekannten Turbinenkonstruktion behandelt und diskutiert werden.
  • So ist die Wasserturbinenmaschine der bisher bekannten Ausführung in der Hochdruckstufe mit beweglichen Leitschaufeln versehen und in der Niederdruckstufe mit feststehenden Leitschaufeln, und dies derart, daß sich hydraulisch betrachtet ähnliche Punkte ergeben. Darüber hinaus hat die Leitschaufel eines jeden Läufers den gleichen Außendurchmesser ( d.h. nach Fig. 1 ist D1 = D2).
  • Fig. 3 zeigt nun die Zuordnung, die im Hydraulikverhalten einer jeden Druckstufe dann gegeben ist, wenn, wie im zuvor angeführten Fall, die Wasserkraftmaschine als Wasserturbine betrieben wird.
  • Nach Fig. 3 steht H1 für den Wasserdruck oder für den reinen Turbinendruck in der Hochdruckstufe, wohingegen mit H2 ein Wasserdruck oder ein Turbinendruck für die Niederdruckstufe gekennzeichnet ist, während Q wiederum die Durchflußmenge bezeichnet. Bei H10, H20 und QO handelt es sich um H1, H2 und Q entsprechende Werte, die bei einem Turbinenbetrieb unter nOrmalen Bedingungen (Punkt 0 wie dargestellt) erreicht werden.
  • Mit dem Buchstaben aO ist der Öffnungszustand der Leitschaufeln unter normalen Turbinen-Betriebsbedingungen gekennzeichnet.
  • Die dem Buchstaben a nachgestellten Indexzahlen bezeichnen den jeweils zutreffenden Öffnungszustand, wobei positive Indexzahlen, bspw. a11 a2 . . .., jeweils einen öffnungszustand bezeichnen, und zwar einen öffnungszustand der Hochdruckstufe, der gegenüber dem normalen öffnungszustand aO größer ist, wohingegen bei einem gegenüber dem normalen öffnungszustand aO kleineren öffnungszustand dem Buchstaben a jeweils negative Zahlen nachgestellt sind, bspw. a 1 a 2 . ..., und zwar für die Hochdruckstufe.
  • BeiA n handelt es sich um die relative Abweichung vom maximalen Turbinenwirkungsgrad.
  • Fig. 3 zeigt insbesondere die gegebene Zuordnung oder den gegebenen Zusammenhang zwischen der Durchflußmenge und dem Wasserdruck für jede Stufe, wobei die Durchflußmenge Q/QO auf der Abszissenachse aufgetragen ist und der Wasserdruck H1/H1O sowie H2/H20 in der höheren Druckstufe und in den niedrigeren Druckstufen auf der Ordinatenachse. Deswegen ist auch der gesamte Wasserdruck einer zweistufigen Pumpe/Turbine als die Summe der Wasserdrücke einer jeden Stufe angegeben.
  • Bei vollständig geöffnetem Einlaßventil 13 und dann, wenn für jede Stufe die normalen Turbinenbetriebsbedingungen gegeben sind (Punkt O in Fig. 3), ist der Wasserdruck in jeder Stufe gleich dem halben Gesamtwasserdruck Hot der auf die zweistufige Pumpenturbine einwirkt, wie dies auch aus der nachstehend angeführten Gleichung (5) hervorgeht: H1 2 0 H1 = H2 H1 = H10 = H0/2 H2 = H20 = H/2 ......(5) An dieser Stelle muß darauf hingewiesen werden, daß bei einigen im Zusammenhang mit der reversierbaren, mit einer Drehzahl arbeitenden Pumpe/Turbine erwähnten Problemen der normale Arbeitspunkt (der Punkt O Betriebswasserdruck H10 und H20) ziemlich mehr zur Niederdruckseite hin angestellt werden muß (in der die Umlaufdrehzahl hoch ist), als dies im Hinblick auf den maximalen Wirkungsgrad für Wasserbetrieb (## = 0) der Fall ist, daß weiterhin der hydraulische Wirkungsgrad derart ausgelegt sein muß, daß er im unteren Wirkungsgradbereich oder Leistungsbereich liegt.
  • Aus diesem Grunde kann dann, wenn der öffnungsgrad der Niederdruckstufe konstant ist, wenn der Öffnungsgrad der Hochdruckstufe in der mit Fig. 3 dargestellten Weise allmählich geschlossen wird, in Übereinstimmung mit dem gegebenen Zusammenhang im Hinblick auf den nach Gleichung (6) gegebenen Wasserdruck für die Betriebsbedingungen der Hochdruckstufe eine Ortslinie 0 bis B gezogen werden, in der der hydraulische Wirkungsgrad relativ hoch wird.
  • Andererseits wiederum kann der Betriebszustand für die Niederdruckstufe mit der festen Öffnung eine Ortes linie 0 bis Ao entlang der Linie aO ziehen, in der der hydraulische Wirkungsgrad umgekehrt allmählich abbaut und schwächer wird.
  • H1 2 0 H1 > H2 (6) Damit wird gegenüber der normalen Betriebsbedingungen (Punkt O) der hydraulische Wirkungsgrad im Bereich der kleinen Durchflußmenge oder Strömungsmenge verbessert. Es ist jedoch unmöglich, den Gesamthydraulikwirkungsgrad für jede Stufe zu verbessern, weil im umgekehrten Fall dann der hydraulische Wirkungsgrad für die Hochdruckstufe sich abschwächt und kleiner wird.
  • Zufolge dieser Erfindung ist der Läufer derart ausgeführt, daß er normalerweise im Bereich des Niederdruckes arbeitet (in dem die Einheitsdrehzahl hoch ist), und nicht auf dem Punkt des für den Wasserbetrieb maximalen Wirkungsgrades in der Hochdruckstufe in der der Turbinenbetrieb mit einem hohen Wirkungsgrad stattfinden kann, und zwar durch steuerndes und regulierendes Einstellen der beweglichen Führungsschaufeln im Bereich der geringen Strömungsmenge oder Durchflußmenge.
  • Damit ist es möglich, den gesamten hydraulischen Wirkungsgrad für jede Stufe zu verbessern.
  • Anhand von Fig. 1 ist das Ausführungsbeispiel der Erfindung bspw. am Ausführungsbeispiel einer mit einer Drehzahl arbeit tenden reversierbaren zweistufigen Pumpenturbine beschrieben und erläutert worden.
  • So wird das Einstufen-Hydraulikverhalten des Läufers 3 der Niederdruckstufe völlig zur höheren Einheitsdrehzahl hin verschoben und zwar im Vergleich mit demEinstufen-Hydraulikverhalten des zur Hochdruckstufe nach Fig. 1 gehörenden Läufers 3 und nur um die Größe, welche der Einheitsdrehzahl (siehe Gleichung 1) eines jeden maximalen hydraulischen Wirkungsgrades der Pumpe und der Wasserturbine in dem Einstufen-Hydraulikverhalten des Läufers 2 der Hochdruckstufe entspricht, der mit beweglichen Leitschaufeln 15 versehen ist. (Es wird auf Gleichung 4 hingewiesen).
  • In diesem Fall erhält man die relative Zuordnung zwischen dem Schaufel-Außendurchmesser D1 des zur Hochdruckstufe gehörenden Läufers 2 und dem Schaufelaußendurchmesser D2 des zur Niederdruckstufe gehörenden Läufers 3 aus den Gleichungen (1) und (4), wie dies mit der nachstehend angeführten Gleichung (7) dargestellt ist.
  • Mit den Indexzahlen 1 und 2 sind in der nachstehend angeführten Gleichung jeweils die Hochdruckstufe und die Niederdruckstufe gekennzeichnet.
  • = 0,86 bis ungefähr 0,96 (7) Fig. 4 und 5 zeigen die Zuordnungen, welche im Hydraulikverhalten für jede Stufe beim Turbinenbetrieb und beim Pumpenturbinenbetrieb gegeben sind.
  • So ist bspw. der Außendruchmesser D2 derart ausgelegt, daß eine Reduzierung nach Gleichung (7) c. im Hinblick auf den SChaufelaußendurchmesser D2 gegeben ist.
  • Beim Wasserturbinenbetrieb, bei dem mit dem höheren Wirkungsgrad zu arbeiten ist, ist es möglich, die Wasserkraftmaschine mit einem gegenüber den bisher bekannten Maschinen (nach Fig. 3) höheren Wirkungsgrad zu betreiben, und zwar von der normalen Betriebsbedingung aus (Punkt 0) bis zur kleinen Durchflußmenge in der Niederdruckstufe. Und diese Möglichkeit ist dadurch gegeben, daß der Läufer für jede Stufe in der zuvor beschriebenen Art konstruiert wird, daß weiterhin der Öffnungsgrad der beweglichen Leitschaufeln gesteuert und geregelt wird, und zwar durch Verschiebung über die Ortes linie des Wasserturbinenbetriebsverhaltens für jede Stufe, wie dies in Fig. 4 dargestellt ist.
  • Infolgedessen ist auch eine Verbesserung des gesamten Hydraulikverhaltens für jede Stufe möglich.
  • Andererseits wiederum kann, wie dies mit Fig. 5 dargestellt ist, auch während des Pumpenbetriebes die Wasserkraftmaschine gegenüber den früheren und bisher bekannten Maschinen mit einem besseren Wirkungsgrad betrieben und gefahren werden.
  • Wenn die Wasserkraftmaschine zwei oder drei Druckstufen hat, dann ist ein jeder Schaufelaußendurchmesser einer jeden Stufe auf einen Größenbereich begrenzt, der zwischen 0,86 bis 0,96 des Schaufelaußendurchmessers der Hochdruckstufe liegt.
  • So nehmen bspw. bei einer Wasserkraftmaschine mit drei Druckstufen die Außendurchmesser der Schaufeln, die der mittleren Druckstufe und der niedrigen Druckstufe zugeordnet sind, Werte an, die jeweils im Größenbereich von 0,96 und 0,86 des der Hochdruckstufe zugeordneten Schaufelaußendurchmessers liegen.
  • Wenn man nun einen jeden Lauf er in der vorerwähnten Größenordnung konstruiert und baut, d. h. in der Größenordnung von 1:0,96:0,86, dann kann die Wasserkraftmaschine leicht gebaut und auch überholt werden.
  • Nun kann, wie bereits zuvor beschrieben, eine mehrstufige Wasserkraftmaschine gebaut werden und zwar eine Wasserkraftmaschine, bei der alle Stufen - von der Stufe höchsten Druckes bis zur Stufe geringsten Druckes - mit einer Rücklaufleitung verbunden sind, bei der die beweglichen Leitschaufeln nur rings um einen Läufer der höchsten Druckstufe angeordnet sind bei der feste Leitschaufeln rings um einen jeden Läufer einer jeden Niederdruckstufe angeordnet sind, wobei zwischen dem Schaufelblattaußendurchmesser des zur Hochdruckstufe gehörenden Läufers und den Schaufelblattaußendurchmessern der übrigen (Nieder)-Druckstufen ein ganz bestimmtes Verhältnis derart gegeben ist, das unter normalen Betriebsbedingungen der Öffnungszustand der beweglichen Leitschaufeln derart gesteuert und geregelt werden kann, daß er in übereinstimmung mit der Durchflußmenge kleiner oder größer ist als der öffnungszustand der festen Leitschaufeln, was wiederum auch zur Folge hat, daß das Hydraulikverhalten bei Normalbetrieb verbessert wird.
  • Es ist selbstverständlich, daß an der Erfindung viele Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden können und daß innerhalb des durch die Patentansprüche vorgegebenen Rahmens die Erfindung auch in anderer Weise als beschrieben praktiziert und realisiert werden kann.

Claims (2)

  1. Patentansprüche U Mit einer Drehzahl arbeitende reversierbare mehrstufige Wasserkraftmaschine mit einer flöchstdruckstufe und mindestens einer weiteren Stufe niedrigen Druckes, bei der die einzelnen Stufen über einen Rücklauf in Reihe hintereinandergeschaltet sind, wobei rings um den Läufer der Höchstdruckstufe bewegliche Führungsschaufeln zum regulierenden Einstellen der öffnunq und rings um den Läuferumfang der weiteren Druckstufen feststehende Führungsschaufeln mit einer bestimmten Öffnung angeordnet und die den Stufen zugeordneten Läufer mit einer Welle gekoppelt sind, und wobei schließlich die Wasserkraftmaschine entweder als Wasserturbine oder als Pumpe mit einer vorgegebenen Drehzahl in Abhängigkeit von der Umschaltung der Drehrichtung betreibbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Läufer der weiteren Stufe einen Durchmnsser aufweist, der im Bereich von 0,86 bis 0,96 des Läuferdurchmessers der Höchstdruckstufe liegt.
  2. 2. Wasserkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß außer der IIöchstdruckstufe mehr als zwei weitere Stufen vorhanden sind und in Radialrichtung eines jeden Läufers der weiteren Stufe die Große des Läufers so ausgelegt ist, daß sie von der Elöchstdruckstufe bis zur Stufe des geringsten Druckes immer kleiner wird.
DE3032058A 1979-08-28 1980-08-26 Mehrstufige Pumpen-Turbine Expired DE3032058C2 (de)

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DE3032058A1 true DE3032058A1 (de) 1981-03-12
DE3032058C2 DE3032058C2 (de) 1984-04-05

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