DE3107098A1 - Verfahren zum steuern der ausstroemmenge einer pumpe einer hydraulischen anlage - Google Patents

Description

DIPL.-INQ. DIETER JANDER DR.-INQ. MANFRED BONINQ PAtENTANWALTE

— 2 —

ATELIERS DES CHARMILLES S.A. 218/17.829 DE

Verfahren zum Steuern der Ausströmmenge einer Pumpe einer hydraulischen Anlage

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Steuern der Ausströmmenge einer Pumpe einer hydraulischen Anlage, bestehend aus einer Turbine und einer Pumpe, deren Räder auf einer gemeinsamen Welle sitzen und in gleicher Richtung drehen, wobei entweder ein Spiralgehäuse einerseits mit einem Verteiler einer Reaktionsturbine und andererseits mit einem Diffusor der Pumpe oder eine Sammelleitung, die zugleich als Verteiler einer Aktionsturbine dient, mit dem Diffusor der Pumpe verbunden ist.

Anlagen der erstgenannten Art (ein Spiralgehäuse ist einerseits mit einem Verteiler einer Reaktionsturbine und andererseits mit einem Diffusor der Pumpe verbunden) sind in den Schweizer Patentschriften 335 293, 392 421 und 560 323 beschrieben.

Anlagen der zweitgenannten Art (eine Sammelleitung, die zugleich als Verteiler einer Aktionsturbine von der Art einer Peäton-Turbine dient·, ist mit dem Diffusor der Pumpe verbunden) sind in der deutschen Anmeldung P 29 47 778.9 vom 23.11.1979 beschrieben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Wirkungsgrad der Anlage im Pumpbetrieb bei bestimmten Verhältnissen zu verbessern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mindestens ein Teil des von der Pumpe in das Spiralgehäuse bzw. in die Sammelleitung gempumpten Wassers zur Turbine geleitet wird.

130051/0671

mPL.-INQ. DIETER JANDER DR.-INQ. MANFRED BUNINQ PATENTANWÄLTE

Auf diese Weise ist es möglich, eine Pumpe mit variablem Pumpausstoß zu realisieren, indem man die Ausströmmenge der Pumpe steuert, um auf diese Weise einem unterschiedlichen Zulauf Rechnung zu tragen oder um den Verbrauch der elektrischen Energie, die vom Netz zur Verfügung gestellt wird, zu steuern.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Zeichnung, in der zwei Ausführungsbeispiele einer hydraulischen Anlage veranschaulicht sind, die zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens dienen.

Fig. 1 zeigt einen Axialschnitt durch eine Anlage mit einer Reaktionsturbine;

Fig. 2 zeigt einen Axialschnitt durch eine Anlage mit einer Aktionsturbine.

Die hydraulische Maschine gemäß Fig. 1 weist ein einziges Spiralgehäuse 12, eine einstufige Turbine und eine einstufige Pumpe auf. Das Turbinenrad 15 und das Pumpenrad 23 sind auf einer vertikalen Welle 13 befestigt, wobei ihre Einströmseiten 14 und 24 voneinander abgewandt sind. Die Schaufeln dieser Räder sind so ausgebildet, daß sich für beide Räder ein gleicher Drehsinn ergibt.

Das Turbinenrad 15 sitzt etwa in der Mitte des Gehäuses Die Leitung, über die die Turbine mit Wasser versorgt wird, befindet sich in einem Ringraum, der durch das Äußere des Turbinenrades 15 und die innere zylindrische Fläche des Spiralgehäuses 12 begrenzt wird. Die tangentiale Abflußrichtung des Wassers in dem Gehäuse 12 bleibt erhalten.

Die Querverstrebungen des Vorverteilers 14 der Turbine sind entsprechend den Kriterien einer Reaktionsturbine ausgebildet. Ihre Anordnung entspricht derjenigen der Lenkschaufeln 5, die

DIPL.-INQ. DIETER JANDER DR.-INQ. MANFRED BONINQ PATENTANWÄLTE

einen veränderbaren Verteiler für die Turbine bilden. Der Verteiler wird durch übliche mechanische Mittel betätigt: Ein Kreisschieber 11 wirkt unter Zwischenschaltung von Hebeln 1 auf Stangen 2, die mit den Schaufeln 5 verbunden sind.

Ein Verschlußelement in Form eines Hülsenschiebers 3 ermöglicht es, den Raum des Gehäuses 12 von demjenigen Raum zu trennen, in dem sich das Turbinenrad 15 dreht. Die Schaufeln 5 können selbstverständlich im selben Raum untergebracht sein. Der Schieber 3 sitzt zwischen dem Vorverteiler 4 und den Schaufeln 5. Der Schieber 3 kann auch zwischen den Schaufeln 5 und dem Turbinenrad 15 angeordnet sein.

Das Pumpenrad 23 befindet sich in großem Abstand von der Mittelebene des Gehäuses 12.

Zwischen den Rädern 15 und 23 befinden sich ein Lager 19, in dem die Welle 13 gelagert ist, und ein Support 16, in dem das Lager 19 sitzt. Umkehrkanäle 7, die die hydraulische Verbindung zwischen dem Pumpenrad 23 und dem Gehäuse 12 herstellen, befinden sich auf der Außenseite des Supports 16. Querstreben 8 des Supports 16 bilden die Seitenwände der Umkehrkanale 7.

Verschiedene Ringkammern 17 und 20 umgeben die Welle 13 und befinden sich in dem Support 16 beidseits des Lagers 19. Sie stehen über Kanäle 18 und 21 mit dem Äußeren in Verbindung. Diese Kanäle 18 und 21 laufen durch die Wände 8.

Die Ringkammern 17 und 20 haben verschiedene Funktionen: Sie ermöglichen die Zirkulation des Lageröls, sie ermöglichen die Entfernung hydraulischer Fehlströme durch die Dichtungen der Räder, sie ermöglichen die Belüftung, die Kühlung und eine Entsumpfung.

- 5 -13Q051/Q671

DIPL.-INQ. DIETER JANDER DR.-INQ. MANFRED BONINQ PATENTANWÄLTE

Das Pumpenrad 23 ist am Ende der Welle 13 freitragend befestigt. Seine Einströmöffnung 24 ist also völlig frei, was hydraulisch besonders günstig ist.

Ein Diffusor 9 der Pumpe sitzt am Außenbereich des Pumpenrades 23. Er verändert nicht die Richtung der tangentialen Komponente des Wassers, welches das Pumpenrad 23 verläßt. Seine Ausbildung und seine Verbindung mit dem Umkehrkanal 7 entspricht der Technik, die bei mehrstufigen Pumpen angewandt wird.

Die Umkehrkanäle 7, in die der Diffusor 9 mündet, gewährleisten die hydraulische Verbindung und die allmähliche Richtungsumkehr der tangentialen Komponente des Abflußwassers zwischen dem Pumpenrad 23 und dem Gehäuse 12. Das Wasser mündet in dem Gehäuse 12 bei 6 unter einem Winkel, der dem Wasser eine Richtung gibt, die der Richtung des in das Gehäuse einströmenden Wassers entspricht.

Ein hülsenförmiges Verschlußelement 10 befindet sich zwischen der Außenseite des Pumpenrades 23 und dem Diffusor Es ermöglicht es, den Innenraum des Gehäuses 12 von dem Raum, in dem sich das Pumpenrad 23 dreht, zu trennen.

Die hydraulische Maschine arbeit folgendermassen:

Wenn die Maschine pumpen soll, dann arbeit eine nicht dargestellte elektrische Maschine, die mit der Welle 13 verbunden ist, als Motor und dreht die Welle 13. Der Schieber 3 ist geschlossen. Das Turbinenrad dreht sich infolgedessen in der Luft. Wenn der Schieber 10 offen ist, wird das Wasser durch das Gehäuse 12 in ein oberhalb der Maschine befindliches, nicht dargestelltes Reservoir gepumpt.

Wenn die gepumpte Wassermenge zeitweilig unterhalb der normalen Menge liegt oder wenn die elektrische Energie zeit-

130051/0671

DlPL-INQ. DIET-ER JANDER DR.-INQ. MANFRED BONINQ PATENTANWÄLTE

weilig unterhalb derjenigen liegt, die normalerweise verbraucht wird, kann man den Schieber 3 und dann allmählich die Schaufeln 5 öffnen, um auf diese Weise immer mehr Wasser in das Turbinenrad 15 zu dirigieren. Auf diese Weise entsteht eine Verminderung der elektrischen Energie, die zum Pumpen verbraucht wird und eine Reduktion der Menge, die in das Reservoir strömt. Wenn das Netz Energie verlangt, unterbricht man den Pumpvorgang, indem man den Schieber 10 schließt; die elektrische Maschine wird nun von der Turbine 15 angetrieben und arbeitet als Generator.

Die Vorrichtung gemäß Fig. 2 weist eine elektrische Maschine 31 auf, die mit einer vertikalen Welle 32 verbunden ist. Auf dieser sitzt ein Rad 33 einer Pelton-Turbine und Räder 34,35 einer zweistufigen Pumpe. Injektoren 36,37 der Turbine sind in bekannter Weise mit einem Verteiler 38 verbunden, der sich in der Höhe des Rades 33 befindet. Der Verteiler 38 ist ebenfalls in bekannter Weise mit einer Druckleitung verbunden. Ein Raum 39, in dem sich das Turbinenrad 33 befindet, ist mit einer Luftleitung 40 versehen, die es ermöglicht, den Spiegel des Wassers konstant zu halten, das durch den unterhalb des Rades 33 befindlichen Kanal 41 abströmt.

Der Diffusor der oberen Pumpe ist über Leitungen 42 mit den Verteilern 38 verbunden. Ein Hülsenschieber 43 befindet sich oberhalb des Diffusors, so daß man den Wasserzustrom von der Pumpe in die Leitungen 42 unterbrechen kann. Die Einströmöffnung 44 der Pumpe mündet in einen Gegendruckkanal 45.

Die Einrichtung arbeitet folgendermassen:

Wenn das Netz das Pumpen ermöglicht, arbeitet die Maschine 31 als Motor und dreht die Welle 32. Das Spritzen von Wasser aus den Injektoren 36,37 auf das Turbinenrad 33 wird unterbrochen. Wenn der .Schieber 46 im Kanal 45 und der Schieber

130Ö51/0671 - 7 -

DIPL.-INQ. DIETER JANDER DR.-INQ. MANFRED BONINQ

PATENTANWAtTE

— 7 —

offen sind, wird Wasser durch den Verteiler 38 in die Druckleitung und weiter in das Reservoir oberhalb der Anlage (nicht dargestellt) gepumpt.

Wenn die Pumpmenge zeitweilig unterhalb der normalen Menge liegt oder wenn die elektrische Energie, die zur Verfügung steht, zeitweilig unterhalb derjenigen liegt, die normalerweise verbraucht wird, kann man allmählich die Einspritzorgane öffnen, so daß Wasserstrahlen mehr und mehr von immer stärkerem Ausmaß gegen das Turbinenrad 33 prallen. Dadurch wird die elektrische Energie vermindert, die für das Pumpen erforderlich ist, und es wird die Menge reduziert, die in das Reservoir strömt. Wenn das Netz Energie anfordert, unterbricht man den Pumpvorgang. Die Schieber 43 und 44 werden sukzessive geschlossen und die Maschine 31 arbeitet nunmehr als Generator. Sie wird von der Turbine 33 angetrieben und liefert elektrische Energie in das Netz.

Indem man ganz oder teilweise die hochgepumpte Wassermenge zurückführt, kann man mit der erfindungsgemässen Einrichtung eine kontinuierliche Steuerung der gepumpten Menge erzielen. Man vermeidet die Schwierigkeiten, die bei bekannten Einrichtungen auftreten, bei denen die Zurückführung mittels des Verteilers bzw. der Injektoren der Turbine gesteuert wird. Ferner erzielt man einen konstanten Ausstoß bei der Pumpe, wobei eine optimale Funktion derselben stets eingehalten werden kann.

DJ: BL

130051/0671"

Claims (1)

1. DlPL-INQ. DIETERJANDER DR.-INQ. MANFRED BÖNINQ

   PATENTANWÄLTE

   Zustelladresse

   reply to:

   KURFÜRSTENDAMM 66

   1 BERLIN IS

   Telefon : 030/8 83 BO 71/72

   Telegramme : Consideration Berlin

   218/17.829 DE 20. Februar 1981

   Anmeldung

   der Firma

   ATELIERS DES CHARMILLES S.A. Genf - Schweiz 109 rue de Lyon

   Anspruch :

   Verfahren zum Steuern der Ausströmmenge einer Pumpe einer hydraulischen Anlage, bestehend aus einer Turbine und einer Pumpe, deren Räder auf einer gemeinsamen Welle sitzen und in gleicher Richtung drehen, wobei entweder ein Spiralgehäuse einerseits mit einem Verteiler einer Reaktionsturbine und andererseits mit einem Diffusor der Pumpe oder eine Sammelleitung, die zugleich als Verteiler einer Aktionsturbine dient, mit dem Diffusor der Pumpe verbunden ist, dadurch gekennzeichnet , daß mindestens ein Teil des von der Pumpe (23;34,35) in das Spiralgehäuse (12) bzw. in die Sammelleitung (42) gepumpten Wassers zur Turbine (15;33) geleitet wird.

   — 2 —

   Postscheckkonto Berlin West Konto 1743 84-100 Berliner Bank AG., Konto 01 10921 900