DE3203354A1 - Mehrstufige wasserkraftmaschine und steuerverfahren dafuer - Google Patents

Description

Henkel, Kern, Feiler£f Hänzel ~ Patentanwälte

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European Patent Office

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MYT-56P565-2

- 2. Feb. 1S82

TOKYO SHIBAURA DENKI KABUSHIKI KAISHA,
Kawasaki, Japan

Mehrstufige Wasserkraftmaschine und
Steuerverfahren dafür

'Mehrstufige Wasserkraftmaschine und Steuerverfahren dafür"

Die Erfindung betrifft eine mehrstufige hydraulische bzw. Wasserkraftmaschine und ein Steuerverfahren für eine Wasserkraftmaschine mit mehreren Stufen von einer Höchstdruck- bis zu einer Niedrigstdruckstufe, wobei insbesondere die Laufradkammern benachbarter Stufen über einen Rücklaufkanal miteinander kommunizieren und zumindest die Höchstdruckstufe mit bewegbaren Drosselklappen (wicket gates) versehen ist. Das Steuerverfahren wird dabei während der Zeitspanne angewandt, während welcher ein Betriebsartübergang von Stromerzeugungsbetrieb oder Pumpbetrieb auf Leerlaufbetrieb stattfindet.

Bei bisherigen Wasserkraftmaschinen wird im allgemeinen hochverdichtete Luft durch einen Wasserspiegelsenker angesaugt, um die Luft im oberen Teil des Saugrohrs über den Wasserspiegel zu fördern und dadurch das Drehmoment für den Antrieb der Laufräder zu vermindern, wenn vom Stromerzeugungsbetrieb oder vom Pumpbetrieb auf Turbinenkondensatorbetrieb bzw. Pumpbereitschaftsbetrieb umgeschaltet wird.

Bei einer mehrstufigen Wasserkraftmaschine stehen die Laufradkammern (runner chambers) benachbarter Stufen über einen Rücklaufkanal miteinander in Verbindung. Eine mehrstufige Wasserkraftmaschine weist daher ein kompliziertes Kanal- bzw. Leitungssystem auf. Infolgedessen ergeben sich verschiedene Probleme bezüglich der Luftförderung und des

Wasseraustrags beim übergang vom Stromerzeugungs- oder Pumpbetrieb auf den jeweiligen Leerlaufbetrieb. Im Fall . einer mehrstufigen Wasserkraftmaschine, die bewegbare Drosselklappen zumindest in der Höchstdruckstufe aufweist, um den Antriebszustand während eines solchen Übergangs sicher steuern zu können, stehen insbesondere die Kanäle bzw. Leitungen der einzelnen Stufen von der Höchstdruckstufe bis zur Niedrigstdruckstufe ständig in Verbindung miteinander. Wenn somit Druckluft in die Leitungen eingeführt wird, tritt zwischen den verschiedenen Stufen eine gegenseitige Störung bzw. Interferenz auf. Die gleichmäßige Durchführung des Luftförder/Wasseraustragbetriebs erweist sich dabei als schwierig, und es ergibt sich ein Problem bezüglich der Luftförderung oder -zufuhr.

Aus technischen Gründen wurden bisher noch nicht viele mehrstufige Wasserkraftmaschinen mit bewegbaren Drosselklappen zumindest in den Hochstdruckstufen entwickelt. Tatsächlich wurde bisher noch kein zweckmäßiges und günstiges Antriebssteuerverfahren für solche Maschinen vorgeschlagen, das sich auf den Übergang von Stromerzeugungs- oder Pumpbetrieb auf Leerlaufbetrieb anwenden läßt.

Im Hinblick hierauf liegt der Erfindung insbesondere die Aufgabe zugrunde, eine mehrstufige Wasserkraftmaschine und ein Steuerverfahren dafür zu schaffen, bei dem während des Übergangs oder Umschaltens vom Stromerzeugungs- oder Pumpbetrieb auf den betreffenden Leerlaufbetrieb (idling operation) die Luft zuverlässig gefördert und ein gleichmäßiger oder ruckfreier Übergang vom Stromerzeugungs- oder Förderbetrieb auf den betreffenden Leerlaufbetrieb innerhalb kurzer Zeit gewährleistet werden kann.

Diese Aufgabe wird bei einem Steuerverfahren für eine mehrstufige hydraulische bzw. Wasserkraftmaschine mit einer

drehbaren Welle, mehreren an der Welle montierten und von einer Hochstdruckstufe bis zu einer Niedrigstdruckstufe angeordneten Laufrädern, Laufradkammern zur Aufnahme der Laufräder, einem Rücklaufkanal zur Verbindung einander benachbarter Laufradkammern, zumindest in der Höchstdruckstufe vorgesehenen bewegbaren Drosselklappen (wicket gates), die zwischen einer den Kanal versperrenden und einer den Kanal öffnenden Stellung bewegbar sind, einem mit der Hochstdruckstufe verbundenen Gehäuse, z.B. Spiralgehäuse sowie einem zwischen dem Spiralgehäuse und einem Druckrohr (penstock) angeordneten Einlaßventil, wobei in einem ersten Schritt die Drosselklappen und das Einlaßventil zum Versperren des Kanals geschlossen werden und in einem zweiten Schritt die Welle in Leerdrehung versetzt wird, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß im zweiten Schritt zunächst Luft zu einem oberen Teil des mit dem unteren Abschnitt oder Teil der Niedrigstdruckstufe verbundenen Saugrohrs gefördert wird, wenn die Drosselklappen den Kanal praktisch vollständig versperren, daß sodann das in · der'Niederdruckstufen-Laufradkammer und im anschließende' Rücklaufkanal verbleibende Wasser über ein Niedrigstdruckstufen-Ablaufrohr zum Saugrohr ausgetragen bzw. ausgetrieben wird, nachdem der Wasserspiegel im Saugrohr auf eine vorbestimmte Größe oder Höhe gesenkt worden ist, daß hierauf das Wasser aus der Höchstdruckstufen-Laufradkammer über ein Höchstdruckstufen-Ablaufrohr zum Saugrohr ausgetragen bzw. ausgetrieben wird, nachdem der in der Höchstdruckstufen-Laufradkammer herrschende Druck unter einen vorbestimmten Druckwert gesenkt worden ist, und daß die Luftförderung unterbrochen bzw. beendet wird, nachdem sich der Wasserspiegel im Saugrohr auf der vorbestimmten Größe oder Höhe stabilisiert hat.

Wenn dabei der Wasserspiegel in der Leitung innerhalb der

bewegbaren Drosselklappen der Höchstdruckstufe gesenkt werden soll, werden diese Drosselklappen sämtlich ge- schlossen, und die Luft wird nur zu einigen der Saugrohre (draft tubes) gefördert, die auf niedrigem Druck gehalten werden. Demzufolge kann eine kompakt gebaute Luftfördervorrichtung benutzt werden, die als Luftpresser bzw. Kompressor eine kleine Luftförderkapazität besitzt und sehr wirtschaftlich ist. Außerdem wird das Steuersystem für die Luftförderung stark vereinfacht, und da der Luftdruck keinen den drehbaren Teil in Axialrichtung zu bewegen trachtenden Axialschub ausübt, kann ein sicherer Betrieb gewährleistet werden.

Der Wasserspiegel in der Laufradkainmer (runner chamber) der Niedrigstdruckstufe wird durch die Druckluft gesenkt, worauf der Außenumfangsteil der Laufradkammer, mit Ausnahme derjenigen der Höchstdruckstufe, über das Ablaufrohr (drain pipe) mit dem Saugrohr in Verbindung steht. Das im Außenumfangsteil der Niederdruckstufen-Laufradkammer zurückbleibende Wasser wird daher unter Ausnutzung der Zentrifugalkraft der Laufradkammer der Niederdruckstufe in kurzer Zeit vollständig über das an diese Kammer angeschlossene Ablaufrohr ausgetragen.

Der Bereich, aus dem das Wasser durch die Druckluft ausgetrieben wird, verlagert sich fortschreitend von der Niedrigstdruckstufe zur Höchstdruckstufe, so daß Instabilitätserscheinungen, die durch die Interferenz des aus den Laufradkammern der einzelnen Stufen ausgetriebenen Wassers hervorgerufen werden, vermieden werden und somit ein gleichmäßiger Abfluß erreicht wird.

Auf diese Weise wird der Luftförder/Wasseraustragbetrieb durchgeführt. Der Druck in der Höchstdruckstufen-Laufradkammer wird auf einen sicheren Druckwert gesenkt, der

-ΙΟΙ höher ist als der vorbestimmte Druck. Danach wird das im Außenumfangsteil der Höchstdruck(stufen)-Laufradkammer* zurückbleibende Wasser zum Saugrohr ausgetrieben. Mittels der in dieser Laufradkammer, die auf dem sicheren Druck gehalten wird, wirkenden Zentrifugalkraft wird das Wasser einwandfrei aus dieser Laufradkammer ausgetrieben.

Wenn der Wasserspiegel im Spiralgehäuse, das als Außenkanalbereich der bewegbaren Drosselklappen der Höchstdruckstufe definiert ist, gesenkt werden soll, muß das Spiralgehäuse mit der Außenatmosphäre in Verbindung stehen, so daß der durch den Abzugsgraben (tailrace) auf das Saugrohr ausgeübte Druck entfällt. Unter diesen Bedingungen wird das in das Spiralgehäuse eingeführte Wasser auf natürliche Weise über das Ablaufrohr für das Spiralgehäuse zum Saugrohr abgelassen. Der Wasserspiegel im Spiralgehäuse wird somit so gesenkt, daß eine Gefahr durch die Druckluft sicher vermieden wird. Außerdem kann dabei das Wasser im Spiralgenäuse weder durch einen Zwischenraum zwischen den bewegbaren Drosselklappen der Höchstdruckstufe hindurchlecken, noch in die Laufradkammer der Höchstdruckstufe fließen. Auf diese Weise werden Leerlaufverluste auf ein Mindestmaß herabgesetzt und damit ein wirtschaftlicher Leerlaufbetrieb erreicht.

Wenn bei der beschriebenen mehrstufigen Wasserkraftmaschine mit bewegbaren Drosselklappen zumindest in der Höchstdruckstufe, und bei welcher die Schaufelräder (runners) von der Höchstdruckstufe zur Niedrigstdruckstufe jeweils durch Rücklaufkanäle miteinander verbunden sind, vom Stromerzeugungsbetrieb oder vom Pumpbetrieb auf den betreffenden Leerlaufbetrieb übergegangen werden soll, gewährleistet das erfindungsgemäße Steuerverfahren somit einen einfachen, schnellen, sicheren und gleichmäßigen oder ruckfreien Betrieb.

j 1 Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsbeispiele der

j Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläu-

; tert. Es zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch eine zweistufige reversible Francis-Pump(speicher)-turbine, bei welcher ein Steuerverfahren gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung anwendbar ist, wenn der Wasserspiegel in einem Saugrohr gesenkt wird,

Fig. 2 eine Fig. 1 ähnelnde Darstellung, welche die Pumpturbine in einem Wasseraustragbetrieb in einem Rücklaufkanal zeigt,
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Fig. 3 eine Fig. 1 ähnelnde Darstellung, welche die Pumpturbine in einer Wasseraustragbetriebsart in einer Hochdruckstufen-Laufradkammer zeigt,

Fig. 4 eine Fig. 1 ähnelnde Darstellung der Pumpturbine in einer Wasseraustragbetriebsart in einem Spiralgehäuse,

Fig. 5 einen schematischen Längsschnitt durch eine zweistufige reversible Francis-Pumpturbine, auf welche bei der Senkung des Wasserspiegels in einem Saugrohr ein Steuerverfahren gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung anwendbar xstf und
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Fig. 6 einen schematischen Längsschnitt durch eine dreistufige reversible Francis-Pumpturbine, auf welche ein Steuerverfahren gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel· der Erfindung anwendbar ist, wenn der Wasserspiegel eines Saugrohrs gesenkt

wird.

Bei der in den Fig. 1 bis 4 dargestellten ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen mehrstufigen Wasserkraftmaschine ist eine zweistufige reversible Francis-Pumpturbine 10 als Wasserkraftmaschine vorgesehen. Die Pumpturbine 10 weist eine drehbare, lotrechte Hauptwelle 12 auf, an welcher ein Hochdruckstufen-Laufrad und ein Niederdruckstufen-Laufrad 16 montiert sind. Die beiden Laufräder 14 und 16 sind längs der Achse der Hauptwelle 12 in einem vorbestimmten gegenseitigen Abstand angeordnet. Die Hauptwelle 12 sowie die beiden genannten Laufräder 14 und 16 stellen bewegbare Teile dar.

Um die genannten bewegbaren Teile herum sind ortsfeste Teile angeordnet, die mittels Beton unterirdisch bzw. im Fundament festgelegt sind. Die ortsfesten Teile umfassen einen ersten oberen Deckel 18 sowie einen ersten unteren Deckel 20, die zwischen sich eine Hochdruckstufen-Laufradkammer 22 festlegen, in welcher das Hoch druckstufen-Laufrad 14 angeordnet ist. Unter dem ersten unteren Deckel 20 befinden sich ein zweiter oberer Deckel 24 und ein zweiter unterer Deckel 26, die zwischen sich eine Niederdruckstufen-Laufradkammer 28 festlegen, in welcher das Niederdruckstufen-Laufrad 16 angeordnet ist. Die Hochdruckstufen-Laufradkammer 22 steht mit der Niederdruckstufen-Laufradkammer 28 über einen Rücklaufkanal 30 in Verbindung. Praktisch in einer mittleren Position des Rücklaufkanals 30 ist ein Rücklaufleitring (return vane) 32 angeordnet. In dem Teil des Rücklaufkanals 30, an welchem er in die Nie- ■ derdruckstufen-Laufradkammer 28 einmündet, ist ein Standleitring (stay vane) 34 angeordnet.

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Außerhalb der Hochdruckstufen-Laufradkammer 22 ist ein Spiralgehäuse 36 vorgesehen, dessen Inneres eine Wirbelkammer 38 bildet. Der Auslaß der Wirbelkammer 38 und die Hochdruckstufen-Laufradkammer 22 stehen miteinander in Verbindung. Der Einlaß der Wirbelkammer 38 ist über ein Einlaßventil 40 mit einem Druckrohr 42 verbunden, das an einen nicht dargestellten oberen Vorrats-Behälter angeschlossen ist. Im Wasserkanal außerhalb des Hochdruckstufen-Laufrads 14 sind mehrere bewegbare Drosselklappen (wicket gates) 44 angeordnet, die koaxial zur Hauptwelle 12 angeordnet und zwischen einer den Wasserkanal verschließenden sowie einer den Wasserkanal öffnenden Stellung verschwenkbar sind. Das öffnen der Drosselklappen 44 erfolgt durch einen nicht dargestellten, entsprechenden Stellmechanismus.

Das eine Ende eines kniestückförmigen Saugrohrs 46 ist mit der Niederdruckstufen-Laufradkammer 28 verbunden, während sein anderes Ende über ein Auslaßventil 48 mit einem Abzugsgraben (tailrace) 50 in Verbindung steht, der seinerseits mit einem nicht dargestellten, unteren Vorrats-Behälter verbunden ist.

Der Außenumfangsteil der Hochdruckstufen-Laufradkammer 22 ist über ein erstes überlauf- bzw. Ablaufrohr 52 mit dem Saugrohr 46 verbunden. Im ersten Ablaufrohr 52 ist ein erstes Ablaufventil 54 angeordnet. Der Außenumfangsteil der Niederdruckstufen-Laufradkammer 28 1st mit dem Saugrohr 46 über ein zweites Ablaufrohr 56 verbunden, in welchem ein zweites Ablaufventil 58 angeordnet ist. Weiterhin ist der Oberteil des Saugrohrs 46 über ein Luftzufuhrrohr 60 mit einer nicht dargestellten

Luftfördervorrichtung verbunden. Im Luftzufuhrrohr 60 ist ein Luftzufuhrventil 62 angeordnet. Am oberen Abschnitt des Saugrohrs 46 ist ein Wasserstandsdetektor 64 vorgesehen, welcher den Wasserstand im Saugrohr 46 mißt. Auf ähnliche Weise ist ein Druckdetektor 66 zur Messung des Drucks in der Hochdruckstufen-Laufradkammer 22 an deren Oberteil vorgesehen.

Der Oberteil der Wirbelkammer 38 des Spiralgehäuses 36 kommuniziert mit der äußeren Atmosphäre über ein Entlüftungsrohr 68, in welchem ein Entlüftungsventil 70 vorgesehen ist. Weiterhin ist der im wesentlichen mittlere Teil der Wirbelkammer 38 mit dem Saugrohr 46 über ein Spiralgehäuse-Ablaufrohr 72 verbunden, in welchem ein drittes Ablaufventil 74 angeordnet ist. Das Saugrohr 46 steht über ein äußeres Ablaufrohr 76 mit einer nicht dargestellten Ablaufgrube (drain pit) an der Außenluft in Verbindung. Im äußeren Ablaufrohr 76 ist ein viertes Ablaufventil 78 angeordnet. Wenn die reversible Pumpturbine 10 mit dem beschriebenen Aufbau als Turbine arbeiten soll, strömt unter Druck stehendes Wasser vom Druckrohr 42 zur Wirbelkammer 38 über das offene Einlaßventil 40. Das Druckwasser strömt an den bewegbaren Drosselklappen 44 vorbei, die am Außenumfang der Hochdruckstuf en-Laufradkammer 22 angeordnet sind, so daß hierdurch das Laufrad 14 in Drehung versetzt wird. Das Wasser strömt sodann über den Rücklaufkanal 30 in die Niederdruckstufen-Laufradkammer 28, so daß das betreffende Laufrad 16 in Drehung versetzt wird.

Infolgedessen dreht sich die Hauptwelle 12. Das Wasserströmt hierauf über das Saugrohr 46 an das Auslaßventil 48 zum Abzugsgraben 50.

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Wenn die beschriebene reversible Pumpturbine 10 als Pumpe arbeiten soll, wird die Hauptwelle 12 durch einen nicht dargestellten Hauptantrieb entgegengesetzt zur Drehrichtung im Turbinenbetrieb angetrieben. Das zum Niederdruckstufen-Laufrad 16 geförderte Wasser strömt daher vom Abzugsgraben 50 auf einer der Strömungsbahn im Turbinenbetrieb entgegengesetzten Strömungsbahn zum Druckrohr 42 zurück.

Im folgenden ist ein erstes Ausfuhrungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Steuerverfahrens für den Fall beschrieben, daß die erläuterte reversible Pumpturbine 12 vom Stromerzeugungsbetrieb oder vom Pumpbetrieb auf den betreffenden Leerlaufbetrieb umgeschaltet werden soll. Zu diesem Zweck werden zunächst die bewegbaren Drosselklappen 44 in der Hochdruckstufen-Laufradkammer 22 sowie das Einlaßventil 40 gleichzeitig oder sequentiell voll geschlossen. Das Luftzufuhrventil 62 des mit dem oberen Teil des Saugrohrs 46 verbundenen Luftzufuhrrohrs 60 ist dabei offen, so daß die Luft zum oberen Teil des Saugrohrs 46 gefördert wird. Infolgedessen wird der Wasserstand bzw. Wasserspiegel im Saugrohr 46 auf die vorbestimmte Höhe gesenkt (vgl. Fig. 1).

Anschließend ist das zweite Ablaufventil 58 offen, so daß das im Außenumfangsteil der Niederdruckstufen-Laufradkammer 28 und im Rücklaufkanal 30 verbleibende Wasser über das Niederdruckstufen-Ablaufrohr 56 zum Saugrohr 46 ausgetragen bzw. ausgetrieben wird (vgl. Fig. 2).

Wenn der Wasserspiegel im Saugrohr 4-6 die vorbestimmte Höhe erreicht, wird dieser Zustand durch den nicht dargestellten Druckdetektor, der in der Niedruckstufen-Laufradkammer 28 angeordnet ist, oder durch den im Saugrohr 46 angeordneten Wasserspiegeldetektor 64 festgestellt. In Abhängigkeit von einem Meßsignal von einem dieser Detektoren wird das zweite Ablaufventil geöffnet. Zu dem Zeitpunkt,zu welchem der Druck in der Hochdruckstufen-Laufradkammer 22 unter die vorbestimmte Größe gesenkt wird, ist das erste Ablaufventil 54 offen» so daß das im Außenumfangsteil der Hochdruckstufen-Laufradkammer 22 verbleibende Wasser über das Hochdruckstufen-Ablaufrohr 52 zum Saugrohr 46 ausgetrieben wird. Wenn sich weiterhin der Wasserspiegel im Saugrohr 46 auf eine vorbestimmte Größe oder Höhe stabilisiert hat wird das Luftzufuhrventil 62 des Luftzufuhrrohrs 60 geschlossen. Infolgedessen wird keine Luft vom Saugrohr 46 gefördert, so daß jedes Laufrad auf die Leerlaufbetriebsart umgestellt ist (vgl. Fig. 3).

Wenn der Druck in der Hochdruckstufen-Laufradkammer 22 die vorbestimmte Größe erreicht, wird dieser Zustand durch den in dieser Kammer angeordneten Druckdetektor 66 festgestellt. Das Meßsignal vom Druckdetektor 66 wird dem ersten Ablaufventil 54 zugeführt, so daß dieses öffnet. Wenn der Wasserspiegel im Saugrohr 46 die vorbestimmte Größe oder Höhe erreicht, wird dieser Zustand durch den Wasserstandsdetektor 64 im oberen Teil des Saugrohrs 46 festgestellt, wobei das entsprechende Meßsignal dem Luftzufuhrventil 62 zugeführt und dieses dadurch geschlossen wird.

Der Wasserspiegel im inneren Kanal der geschlossenen bewegbaren Drosselklappen 44 wird durch den Luftförder/-Wasseraustragbetrieb gesenkt. Der Wasserspiegel im

! 1 Spiralgehäuse 36, das sich als äußerer bzw. an der

Außenseite der Drosselklappen 44 befindlicher Kanal definieren läßt, wird auf die im folgenden beschriebene Weise gesenkt.

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Im Leerlaufbetrieb ist bzw. wird das Auslaßventil 48

• des Saugrohrs 46 geschlossen. Danach wird das dritte

: Ablaufventil 74 geöffnet, während das Entlüftungs-

: ventil 70 und das vierte Ablaufventil 78 des Saug-

! 10 rohrs 46 gleichzeitig geöffnet werden. Infolgedessen steht das Spiralgehäuse 36 über das Entlüftungsrohr 68 mit der Außenatmosphäre in Verbindung, so daß das im Spiralgehäuse 36 verbleibende Wasser auf natürliche Weise über ein Spiralgehäuse-Ablaufrohr 72 zum Saugrohr 46 abgeleitet wird. Andererseits wird das Wasser aus dem Saugrohr 46 über das äußere Ablaufrohr 76 zur äußeren Ablaufgrube ausgetragen. Auf diese Weise wird der Wasserspiegel im Spiralgehäuse 36 gesenkt (vgl. Pig. 4).

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Das dritte Ablaufventil 74·, das Spiralgehäuse-Entlüftungsventil 70 und das vierte Ablaufventil 78 werden im voll)offenen Zustand des Auslaßventils 48 des Saugrohrs 46 betätigt. Dieser volljoffene Zustand wird durch einen nicht dargestellten G-renzschalter festgestellt oder durch eine nicht dargestellte Zeitgebervorrichtung bestimmt, welche die Betriebsart vorgibt, in welcher das dritte Ablaufventil 74, das Spiralgehäuse-Sntlüftungsventil 70 und das vierte Ablaufventil 78 nach Peststellung des volljoffenen Zustande des Auslaßventils 48 des Saugrohrs 46 betätigt werden. Ein vom Grenzschalter oder von der Zeitgebervorrichtung geliefertes Meßsignal wird den Ventilen 74» 70 und 78 zugeführt, so daß diese Ventile 74ι 70 und 78 gleich-

zeitig oder sequentiell geöffnet werden.

Die Erfindung ist keineswegs auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt» sondern verschiedenen Änderungen und Abwandlungen zugänglich.

Beispielsweise ist in Pig. 5 eine zweistufige Prancis-Pump tür "bine 80 gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Dabei sind der vorher beschriebenen Ausführungsform entsprechende Teile mit denselben Bezugsziffern wie vorher bezeichnet und folglich nicht mehr im einzelnen erläutert. Gemäß Pig. 5 ist das eine Ende eines Luftzufuhrrohrs 82 mit einem Teil des Rücklaufkanals 30 in der Nähe des Auslaßteils der Hochdruckstufen-Laufradkammer 22 verbunden. Das andere Ende des luftzufuhrrohrs 82 ist an eine nicht dargestellte Luftzufuhrvorrichtung angeschlossen. Im Luftzufuhrrohr 82 ist ein Luftzufuhrventil 84 angeordnet. Die genannte Luftzufuhrvorrichtung kann neben ihrer eigentlichen Aufgabe auch die Aufgabe der Luftzufuhrbzw, -fördervorrichtung bei der ersten Ausführungsform der Erfindung übernehmen.

Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Steuerverfahrens auf die reversible Pumpturbine 80 unterscheidet sich der Wasseraustragvorgang im Rücklaufkanal 30 von demjenigen bei der reversiblen Pumpturbine 10 gemäß der ersten Ausführungsform. Wenn der Wasserspiegel im Saugrohr 46 auf eine vorbestimmte Höhe gesenkt wird, wird das Luftzufuhrventil 62 geschlossen, und die Luftförderung zum oberen Teil des Saugrohrs 46 wird unterbrochen bzw. beendet. Danach wird das Luftzufuhrventil 84 geöffnet» so daß Luft in den Oberteil des Rücklaufkanals 30 eingeleitet wird. Bei Einleitung dieses Luftzufuhr-

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Vorgangs ist das zweite Ablaufventil 58 offen, so daß das in der Niedruckstufen-Laufradkammer 28 und im Rücklauf kanal 30 verbleibende Wasser über das zweite Niederdruckstufen-Ablaufrohr 56 zum Saugrohr 46 ausgetragen bzw. ausgetrieben wird.

Auf diese Weise wird beim zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung das in der Niederdruckstufen-Laufradkammer 28 und im Rücklaufkanal 30 verbliebene Wasser zwangsweise ausgetrieben» indem zusätzlich zu der für diesen Zweck ausgenutzten Zentrigualkraft Druckluft

zugeführt wird. Im Gegensatz zum ersten Ausführungsbeispiel des Steuerverfahrens wird somit das im Rück- ! laufkanal 30 verbliebene Wasser vollkommen ausgetrie-

ben.

Die Erfindung ist weiterhin auch auf reversible Pumpturbinen mit drei oder mehr Stufen anwendbar. Beispielsweise ist das Steuerverfahren auf eine dreistufige reversible Prancis-Pumpturbine gemäß einer dritten, in Pig. 6 gezeigten Ausführungsform anwendbar. Darüber hinaus läßt sich die Erfindung auch auf hydraulische Maschinen, wie Pumpen, Turbinen u.dgl. anwenden. Während bei den beschriebenen Ausführungsformen die bewegbaren Drosselklappen in der Höchst- druckstufen-Iaufradkammer angeordnet sind, können sie wahlweise auch in jeder Niederdruckstufen-Laufradkammer vorgesehen sein. In diesem Fall werden die Drosselklappen, ohne diejenigen der Höchstdruckstufen-Laufradkammer, geöffnet. ■

Claims (7)

- 2. Feh, 1S82 PATENTANSPRÜCHE

1.) Steuerverfahren für eine mehrstufige hydraulische bzw. Wasserkraftmaschine mit einer drehbaren Welle, mehreren an der Welle montierten und von einer Höchstdruckstufe bis zu einer Niedrigstdruckstufe angeordneten Laufrädern, Laufradkammern zur Aufnahme der Laufräder, einem Rücklaufkanal zur Verbindung einander benachbarter Laufradkammern, zumindest in der Höchstdruckstufe vorgesehenen bewegbaren Drosselklappen (wicket gates), die zwischen einer den Kanal versperrenden und einer den Kanal öffnenden Stellung bewegbar sind, einem mit der Höchstdruckstufe verbundenen Gehäuse, z.B. Spiralgehäuse, sowie einem zwischen dem Spiralgehäuse und einem Druckrohr (penstock) angeordneten Einlaßventil, wobei in einem ersten Schritt die Drosselklappen und das Einlaßventil zum Versperren des Kanals geschlossen werden und in einem zweiten Schritt die Welle in Leerdrehung versetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß im zweiten Schritt zunächst Luft zu einem oberen Teil des mit dem unteren Abschnitt oder Teil der Niedrigstdruckstufe verbundenen Saugrohrs gefördert

wird, wenn die Drosselklappen den Kanal praktisch vollständig versperren, daß sodann das in der Niederdruckstufen-Laufradkammer und im anschließenden Rücklaufkanal verbleibende Wasser über ein Niedrigstdruckstufen-Ablaufrohr zum Saugrohr ausgetragen bzw. ausgetrieben wird, nachdem der Wasserspiegel im Saugrohr auf eine vorbestimmte Größe oder Höhe ge-

senkt worden ist, daß hierauf das Wasser aus der

Hochst.druckstufen-Laufradkanuner über ein Hochstdruckstufen-Ablaufrohr zum Saugrohr ausgetragen bzw. ausgetrieben wird, nachdem der in der Hochstdruckstufen-Laufradkammer herrschende Druck unter einen vorbestimmten Druckwert gesenkt worden ist, und daß die Luftförderung unterbrochen bzw. beendet wird, nachdem sich der Wasserspiegel im Saugrohr auf der vorbestimmten Größe oder Höhe stabilisiert hat. 10

2. Steuerverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einem dritten Schritt das Wasser aus dem Spiralgehäuse ausgetrieben wird.

3. Steuerverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß im dritten Schritt zunächst ein Auslaßkanal durch Schließen eines im Saugrohr angeordneten Auslaßventils oder -Schiebers geschlossen wird, sodann das Spiralgehäuse mit der Außenatmosphäre in Verbindung gebracht wird, hierauf das zwischen dem Einlaßventil und den bewegbaren Drosselklappen verbleibende Wasser über ein Spiralgehäuse-Ablaufrohr zum Saugrohr ausgetrieben wird und schließlich das Wasser im Saugrohr über ein äußeres Ablaufrohr zu einer Ablaufgrube (drain pit) ausgetragen oder ausgetrieben wird.

4. Steuerverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im zweiten Schritt weiterhin vor der Luftförderung zum Oberteil des Saugrohrs und nach dem Versperren des Kanals Druckluft zu dem in einem unteren Abschnitt der Laufradkammer jeder Stufe befindlichen Abschnitt des Rücklaufkanals gefördert wird.

5. Mehrstufige Wasserkraftmaschine mit einer drehbaren Welle/ mehreren an der Welle montierten und von einer Höchstdruckstufe bis zu einer Niedrigstdruckstufe angeordneten Laufrädern, Laufradkammern zur Aufnahme der Laufräder, einem Rücklaufkanal zur Verbindung einander benachbarter Laufradkammern, zumindest in der Laufradkammer der Höchstdruckstufe angeordneten bewegbaren Drosselklappen (wicket gates), die zwischen einer den Kanal versperrenden und einer den Kanal öffnenden Stellung bewegbar sind, einem mit der Laufradkammer der Höchstdruckstufe verbundenen Gehäuse, z.B. Spiralgehäuse, einem zwischen dem Spiralgehäuse und einem Druckrohr (penstock) angeordneten Einlaßventil bzw. -schieber und einem mit der Laufradkammer der Niedrigstdruckstufe verbundenen Saugrohr, gekennzeichnet durch eine mit dem oberen Abschnitt des Saugrohrs verbundene erste Luftzufuhreinrichtung zur Luftzufuhr zum Saugrohr, wenn der Kanal mittels der Drosselklappen praktisch vollständig versperrt worden ist, durch ein zwischen die Laufradkammer der Höchstdruckstufe und das Saugrohr eingeschaltetes erstes Drain- oder Ablaufrohr mit einem ersten Ablaufventil, das nach einer Drucksenkung in der Laufradkammer der Höchstdruckstufe unter einen vorbestimmten Druckwert geöffnet wird, und durch ein zwischen die Laufradkammer der Niedrigstdruckstufe und das Saugrohr eingeschaltetes zweites Ablaufrohr mit einem zweiten Ablaufventil, das nach der Senkung des Wasserspiegels im Saugrohr unter eine vorbestimmte Größe oder Höhe geöffnet wird.

6. Wasserkraftmaschine nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch ein zwischen dem Saugrohr und einem Abzugsgraben (tailrace) angeordnetes Auslaßventil bzw. -schieber,

durch eine Einrichtung zur Verbindung des Spiralgehäuses mit der Außenatmosphare nach dem Schließen des Auslaßventils, durch ein zwischen das Spiralgehäuse und das Saugrohr eingeschaltetes drittes Ablaufrohr mit einem dritten Ablaufventil, das nach dem öffnen des Spiralgehäuses zur Außenatmosphare geöffnet wird, und durch ein zwischen das Saugrohr und eine Ablaufgrube (drain pit) eingeschaltetes viertes Ablaufrohr mit einem vierten Ablaufventil, das nach dem öffnen des dritten AblaufVentils geöffnet wird.

7. Wasserkraftmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekenn zeichnet, daß an den Rücklaufkanal an der Laufradkammer der Höchstdruckstufe eine zweite Luftzufuhreinrichtung für Luftzufuhr nach dem öffnen des zweiten Ablaufventils angeschlossen ist.