DE3443491A1

DE3443491A1 - ENERGY RECOVERY DEVICE

Info

Publication number: DE3443491A1
Application number: DE19843443491
Authority: DE
Inventors: Bernd Prof. Dr. 6718 Grünstadt Stoffel
Original assignee: Klein Schanzlin and Becker AG
Current assignee: KSB SE and Co KGaA
Priority date: 1984-11-29
Filing date: 1984-11-29
Publication date: 1986-05-28
Also published as: WO1986003260A1; JPS62500797A; AU5061285A; DE3443491C2

Abstract

An energy recovery device which is arranged inside a pipe system and in which a centrifugal pump is used as a turbine and its drive motor, as a generator. To extend the regulation range of the turbine, two throttle components are used, one of which is connected before or after the turbine and a second one is connected in parallel to the turbine.

Description

Energierückgewinnungsvorrichtung Energy recovery device

Die Erfindung betrifft eine Energierückgewinnungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches.The invention relates to an energy recovery device according to the preamble of the main claim.

In Rohrleitungssystem en wird mit Hilfe einstellbarer Drosselorgane, z. B. Ventile, Schieber, Klappen oder Hähne, ein variabler Durchflußwiderstand erzeugt, um die Größe des innerhalb der Rohrleitungen zirkulierenden Volumenstromes beeinflussen zu können. Nachteilig ist hierbei, daß innerhalb eines Drosselorgans aufgrund des Druckverlustes ap P des jeweils hindurchströmenden Volumenstromes Q eine in Form von Wärme auftretende irreversible Verlustleistung Pv entsteht.In pipeline systems, adjustable throttling devices z. B. Valves, gate valves, flaps or taps, a variable flow resistance is generated, to influence the size of the volume flow circulating within the pipelines to be able to. The disadvantage here is that within a throttle body due to the Pressure loss ap P of the respective volume flow Q a flowing through it in the form Irreversible power loss Pv caused by heat occurs.

Durch die Verwendung einer Rückgewinnungsturbine kann ein nennenswerter Teil der Verlustleistung P zurückgewonnen und in v nutzbarer Form, insbesondere in mechanische oder elektrische Leistung umgesetzt werden. Die Umsetzung kann vorteilhaft durch als Turbinen betriebene Kreiselpumpen erfolgen. Die Verbindung mit einem mit dem Drehstromnetz verbundenen Generator bewirkt, daß die Drehzahl n der Einheit Turbine-Generator annähernd konstant bleibt. Die als Turbine betriebene Kreiselpumpe hat bei üblicher Ausführung ohne verstellbare Leitvorrichtungen einen unveränderlichen Zusammenhang zwischen dem in der Turbine abgebauten Druckgefälle h PTu und dem Volumenstrom Q.By using a recovery turbine, a significant Part of the power loss P recovered and in v usable form, in particular can be converted into mechanical or electrical power. Implementation can be beneficial by centrifugal pumps operated as turbines. The connection with a with the three-phase network connected generator causes the speed n of the unit Turbine generator remains almost constant. The centrifugal pump operated as a turbine has an invariable one in the usual design without adjustable guiding devices Relationship between the pressure drop h PTu reduced in the turbine and the volume flow Q.

Vergleichbar ist dies mit einer nicht verstellbaren Drosseleinrichtung, z. B. einer Blende. Dieser durch die Turbinenkennlinie bedingte Nachteil wurde durch die Verwendung eines Drosselorgans mit einem einstellbaren Druckverlust ßp zu beseitigen versucht.This is comparable to a non-adjustable throttle device, z. B. an aperture. This disadvantage caused by the turbine characteristic was caused by to eliminate the use of a throttle device with an adjustable pressure loss ßp tries.

Bei dieser Maßnahme wird jedoch von der gesamten, theoretisch umsetzbaren Verlustleistung Pv nur der dem Verhältnis multipliziert mit dem Produkt # Turbine .# Generator aus Turbinen- und Generatorwirkungsgrad entsprechende Anteil als elektrische Leistung P elektrisch gewonnen.With this measure, however, only the ratio of the total theoretically convertible power loss Pv is used multiplied by the product # turbine. # generator from turbine and generator efficiency, corresponding share obtained as electrical power P electrical.

Sinkt jedoch bei dieser Drosselregelung der Volumenstrom Q unter einen Grenzwert cl+Tu rbine ab, so erfolgt durch die Turbine keine Leistungsabgabe mehr. Bei einem Volumenstrom Q, der kleiner als der Grenzwert Q+ Turbine ist, arbeitet die Turbine als Bremse.If, however, the volume flow Q drops below one with this throttle control If the limit value cl + turbine decreases, the turbine no longer delivers any power. With a volume flow Q, which is smaller than the limit value Q + turbine, works the turbine as a brake.

Turbine Somit wird zusätzlich und unerwünscht elektrische Leistung aus dem Netz genommen. Ein weiterer Nachteil einer derartigen Anordnung besteht darin, daß bei maximal geöffnetem Drosselorgan die Turbine als zusätzlicher Rohrleitungswiderstand wirkt und im Ergebnis, als Differenz aus der Leistungsmehraufnahme für die den Förderstrom erzeugenden Pumpe und der zurückgewonnenen elektrischen Leistung, eine Nettoleistungsmeh raufnahme verbleibt. Turbine Thus, additional and undesirable electrical power is generated taken from the network. There is another disadvantage of such an arrangement in that when the throttle member is fully open, the turbine acts as an additional pipe resistance acts and as a result, as the difference from the additional power consumption for the flow rate generating pump and the recovered electrical power, a net power surplus recording remains.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Energierü ckgewinnungsvorr ichtung für Rohrleitungen mit variablem Volumenstrom zu entwickeln, die mit einer eine größere Energieeinsparung sicherstellenden Regeleinrichtung versehen und einfach zu installieren ist. Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß dem kennzeichnenden Teil des Hauptanspruches.The invention is therefore based on the object of providing an energy recovery reserve to develop a seal for pipelines with variable volume flow, which are equipped with a a control device ensuring greater energy savings and simple to be installed. The solution to this problem takes place according to the characteristic Part of the main claim.

Mittels dieser Maßnahme wird in einfacher Weise sichergestellt, daß bei vollständiger Öffnung des parallel zur Turbine angeordneten Drosselorgans kein zusätzlicher Rohrleitungswiderstand durch die Turbine entsteht. Denn in diesem Fall ist die Turbine und das ihr vorgeschaltete bzw. nachgeschaltete Drosselorgan im Bypass zu dem parallel geschalteten Drosselorgan angeordnet. Somit entsteht sogar ein geringerer Widerstand, als er bei alleiniger Verwendung eines vollständig geöffneten Drosselorgans entstehen würde. Die Verwendung der zwei Drosselorgane ergibt einen wesentlich größeren Regelbereich der Turbine und somit einen größeren Energierückgewinnungsbereich. Durch den Einbau innerhalb eines einzigen Gehäuses kann dieses mittels zweier einfacher Flanschanschlüsse in ein bestehendes Rohrleitungssystem integriert werden.This measure ensures in a simple manner that when the throttle element arranged parallel to the turbine is fully open, none additional pipe resistance is created by the turbine. Because in this case is the turbine and the upstream or downstream throttle element in Bypass arranged to the throttle element connected in parallel. Thus even arises a lower resistance than when used on its own one completely open throttle organ would arise. The use of the two throttling organs results in a much larger control range of the turbine and thus a larger one Energy recovery area. Due to the installation within a single housing this can be integrated into an existing pipeline system using two simple flange connections to get integrated.

Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß eine vom Volumenstrom, der Druckdifferenz, dem Schlupf oder dem Drehmoment gesteuerte Netztrennvorrichtung mit dem Generator verbunden ist.An embodiment of the invention provides that one of the volume flow, the pressure difference, the slip or the torque controlled mains disconnection device connected to the generator.

Damit wird verhindert, daß die Turbine bei Unterschreitung eines Grenzvolumenstromes nicht im Bremsbetrieb oder letztlich bei Umkehrung der Durchflußrichtung sogar im abnormalen Pumpenbetrieb arbeitet und dabei zusätzlich Energie aus dem Drehstrom netz entnimmt. In diesem Fall, d. h. mit vom Netz getrenntem Generator, arbeitet die Turbine auf ihrer Leerlaufkennlinie mit einer von der Durchflußmenge abhängigen Drehzahl. Diese kann zwischen n = 0 und der netzsynchronen Drehzahl liegen.This prevents the turbine from falling below a limit volume flow not in braking mode or ultimately even in reversing the direction of flow abnormal pump operation works and additional energy from the three-phase current network removes. In this case, i. H. with generator disconnected from the mains the turbine on its idle characteristic with a dependent on the flow rate Rotational speed. This can be between n = 0 and the line-synchronous speed.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die Drosselorgane einstellbar miteinander gekoppelt sind und mit einem Stellglied die gleichzeitige Verstellung der Drosselorgane erfolgt.Another embodiment of the invention provides that the throttle elements are adjustable coupled with each other and with an actuator the simultaneous Adjustment of the throttle organs takes place.

Diese Koppelung kann auf mechanischem, elektrischem, pneumatischem oder hydraulischem Wege erfolgen. Entsprechend der in der Anlage vorherrschenden Verhältnisse kann eine Stellung der Drosselorgane zue.inander gewählt werden, die für den jeweiligen Anwendungsfall das Optimum darstellt. Mit Hilfe des einzigen Regelgliedes kann dann eine einfache Anpassung an eventuelle Schwankungen innerhalb des Rohrleitungssystems vorgenommen werden.This coupling can be mechanical, electrical, pneumatic or be done hydraulically. According to the prevailing in the plant In relation to each other, a position of the throttle organs can be selected which represents the optimum for the respective application. With the help of the only one The control element can then be easily adapted to any fluctuations within of the piping system.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. In eine durch Pfeile für die Durchflußrichtung symbolisierte Rohrleitung 1 wird die Energierückgewinnungsvorrichtung 2 eingebaut. Das Gehäuse 3 enthält eine Turbine 4, ein zur Turbine parallel geschaltetes Drosselorgan 5, ein zur Turbine in Reihe geschaltetes Drosselorgan 6 und Verbindungsleitungen 7, 8, in denen die Drosselorgane 5, 6 angeordnet sind. Die Turbine 4 ist mit einem Generator 9 verbunden, welcher an das Gehäuse 3 angeflanscht ist. Als Turbine wirkt hier das Laufrad einer umgekehrt betriebenen Kreiselpumpe in Blockbauart, wobei Turbinenrad und Generator auf einer gemeinsamen Welle angeordnet sind. Zur Erzeugung der das Turbinenrad antreibenden Drallströmung dient in diesem Ausführungsbeispiel eine in das Gehäuse 3 eingegossene Spirale 10. Es ist auch ohne weiteres möglich, statt dessen oder zusätzlich noch einen Leitradkranz der Turbine 4 vorzuschalten, bzw. eine als Turbine betriebene Kreiselpumpe komplett in das Gehäuse 3 zu integrieren.An embodiment of the invention is shown in the drawing and is described in more detail below. In one by arrows for the flow direction Symbolized pipe 1, the energy recovery device 2 is installed. The housing 3 contains a turbine 4, a throttle element connected in parallel to the turbine 5, a throttle element 6 connected in series with the turbine and connecting lines 7, 8, in which the throttle elements 5, 6 are arranged. The turbine 4 is with a Generator 9 connected, which is flanged to the housing 3. Acts as a turbine here the impeller of a reverse-operated centrifugal pump in block design, with The turbine wheel and generator are arranged on a common shaft. To the generation the swirl flow driving the turbine wheel is used in this exemplary embodiment a spiral 10 cast into the housing 3. It is also easily possible instead or additionally to connect a stator ring upstream of the turbine 4, or to completely integrate a centrifugal pump operated as a turbine into the housing 3.

Die Regelung läuft folgendermaßen ab. In der Offen-Stellung der Energierückgewinnungsvorrichtung sind die Drosselorgane 5, 6 vollständig geöffnet. Der Rohrleitungswiderstand ist in diesem Zustand geringer als in den herkömmlichen Systemen. Vorteilhaft weist die das Drosselorgan 5 aufnehmende Rohrleitung einen der Rohrleitung 1 entsprechenden Querschnitt auf. Um den Volumenstrom in dem der Energierückgewinnungsvorrichtung nachgeschalteten Teil der Rohrleitung zu reduzieren, wird zunächst das Drosselorgan 5 teilweise oder ganz verschlossen. Je nach Stellung des Drosselorgans 5 fließt nun ein Teil oder der ganze Volumenstrom der ankommenden Rohrleitung durch die Turbine 4, welche nun Energie entzieht und in Form elektrischen Stroms an ein Drehstromnetz weitergibt.The scheme works as follows. In the open position of the energy recovery device the throttle elements 5, 6 are fully open. The pipe resistance is in this state less than in the conventional systems. Advantageously points the pipe receiving the throttle element 5 corresponds to a pipe 1 Cross-section on. To the volume flow in that of the energy recovery device To reduce the downstream part of the pipeline, the first step is the throttle device 5 partially or completely closed. Depending on the position of the throttle member 5 flows now part or all of the volume flow of the incoming pipeline through the turbine 4, which now draws energy and in the form of electrical current to a three-phase network passes on.

Eine weitere Reduzierung des tolumenstroms in dem der Energieruckgewinnungsvorrichtung nachgeschalteten, auf die Rohrleitung 1 folgenden Anlagenteil, wird mit dem zur Turbine 4 in Reihe geschalteten Drosselorgan 6 bewirkt. Dieses kann je nach Ausbildung des Gehäuses 3 der Turbine 4 vor- bzw. nachgeschaltet werden.A further reduction in the volume flow in that of the energy recovery device downstream, The part of the system following the pipeline 1 is in series with that of the turbine 4 switched throttle element 6 causes. This can depend on the design of the housing 3 upstream or downstream of the turbine 4.

In der erfindungsgemäßen Darstellung wurden diejenigen Armaturen nicht gezeichnet, die für eine Montage bzw. Demontage der Energierückgewinnungsvorrichtung notwendig sind und ausschließlich eine Absperrfunktion aufweisen.In the illustration according to the invention, those fittings were not drawn, the assembly or disassembly of the energy recovery device are necessary and only have a shut-off function.

Claims

Claims 1. Energy recovery device in one High-energy medium contained piping system is arranged, consisting of a centrifugal pump of unchangeable geometry operated as a turbine, whose as Generator acting drive motor connected to an electrical three-phase network is, characterized in that a housing (3) a turbine (4), one to the turbine throttle element (5) connected in parallel, a throttle element connected in series with the turbine (6) and connecting lines (7, 8).

2. Energy recovery device according to claim 1, characterized in that that one is controlled by the volume flow, the pressure difference, the slip or the torque Mains disconnection device is connected to the generator (9).

3. Energy recovery device according to claims 1 and 2, characterized characterized in that the throttle elements (5, 6) are adjustably coupled to one another and with an actuator the simultaneous adjustment of the two throttle elements (5, 6) takes place.