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Einrichtung zum Regeln von Flüssigkeitsgetrieben nach Art der Föttinger-Getriebe.
Der Gegenstand der Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Regeln von Flüssigkeitsgetrieben
nach Art der Föttinger-,Getriebe, welche insbesondere zum Antrieb von Speicherpumpen
für hydroelektrische Anlagen dienen.
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Speicherpumpen bei hydroelektrischen Anlagen dienen bekanntlich dazu,
überflüssiges Wasser auf einen in der Nähe vorhandenen Hochbehälter zu pumpen, von
welchem es zu Zeiten des größten elektrischen Stromverbrauches abgezogen und einer
besonderen aufgestellten Wasserturbine zugeführt wird, deren Generator dann den
Spitzenbedarf deckt. Es kommen deshalb Speicherpumpen. vorzugsweise bei solchen
Betrieben zur Verwendung, welche die Anlage eines Staubeckens nicht ermöglichen
und bei welchen sonst bei Tage zu Zeiten geringeren elektrischen Stromverbrauchs
ein großer Teil des Wassers unausgenutzt abfließen, während andererseits nachts
oder zu Zeiten starken Stromverbrauchs die zur Verfügung stehende Wassermenge nicht
ausreichen würde, um die genügende elektrische Energie zu liefern.
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Das Ein- und Abkuppeln der Speicherpumpen muß deshalb während des
Betriebes jederzeit und bei jeder Belastung erfolgen können. Als Getriebe verwendet
man vorzugsweise Flüssigkeitsgetriebe nach Art der Föttinger-Getriebe, weil diese
durch ganzes oder teilweises Leeren und Füllen des Irreislaufes ein einfaches Zu-
und Abschalten und ein Arbeiten mit ganzer oder nur teilweiser Belastung je nach
der Füllung des Kreislaufes gestatten. Die Regelung solcher Anlagen und das rechtzeitige
Zu- und Abschalten der Speicherpumpe erfordert jedoch ganz besondere Aufmerksamkeit
von seiten des Maschinisten. Man ist deshalb bestrebt, die Regelung möglichst selbsttätig
erfolgen zu lassen, ohne daß ein Eingriff von reiten des Maschinisten erfolgen muß.
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Eine Lösung dieser Aufgabe zeigt die Regelungseinrichtung gemäß der
Erfindung. Bei dieser soll die Regelung des Flüssigkeitsgetriebes dadurch erfolgen,
daß die Ein- und Auslaßschieber oder -ventile durch einen von der Belastung der
Hauptantriebsmaschine abhängigen Regler gesteuert werden. Dabei ist die Anordnung
so getroffen, daß z. B. bei plötzlicher Entlastung der Hauptmaschine, also bei Drehzahlsteigerung,
der Einlaßschieber auf Füllung eingestellt wird und die Einlaßkan,äle in diesem
freigegeben werden. Die Füllung der Kreisläufe des Flüssigkeitsgetriebes erfolgt
dann durch selbsttätiges Zufließen .aus dem Hochwasserkanal, bis die normale Drehzahl
der Antriebsmaschine erreicht ist. Im Einlaßsteuerschieber und am äußeren Umfang
des Kreislaufes sind außerdem noch besondere Löcher vorgesehen, durch welche ständig
eine bestimmte Wassermenge sowohl bei ganz als auch bei teilweise gefülltem Getriebe
dieses durchfließt, um jederzeit die in dem Getriebe auftretende Wärme abführen
zu können. Außerdem werden durch eine besondere Leitung infolge des in dem
ständig
zufließenden Wasser herrschenden Druckes die Auslaßschieber geschlossen gehalten.
Mittels eines besonderen Hilfsschiebers kann nun bei Entlastung oder überbelastung
der Antriebsmaschine diese Druckleitung zum Schließen .der Auslaßventile freigegeben
oder abgesperrt werden. Wird das "Wasser den Kreisläufen durch die hohle Welle vom
Ende aus zugeführt, so ordnet man den Hilfsschieber zweckmäßig auch im Innern der
bohlen Welle an. Dabei erfolgt dann die Steuerung des Hilfsschiebers zusammen mit
den Ein- und Aüslaßschiebern durch den von der Hauptmaschine abhängigen Regler,
und zwar so, daß bei Überlastung der Antriebsmaschine durch den Drehzahlabfall der
Eintrittsschieber sich bewegt, aber die Einlaßöffnungen geschlossen hält, während
der Hilfsschieber sich verschiebt und die Druckleitung nach den Auslaßschiebern
absperrt. Dadurch kann die Flüssigkeit aus dem Innern entweichen, weil die Auslaßschieber
sich öffnen. Dieses geschieht jedoch nur so lange, bis die normale Drehzahl erreicht
ist; dann wird infolge der Drehzahlsteigerung der Hilfsschieber vom Regler wieder
zurück verschoben, damit die Druckleitung nach den Auslaßschiebern wieder freigegeben
wird. Dadurch werden diese geschlossen, und das Flüssigkeitsgetriebe arbeitet nun
mit entsprechendem Schlupf weiter.
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Auf der Zeichnung ist die Regelungseinrichtung nach der Erfindung
in einem Beispiel dargestellt, und zwar in Abb. i in. einem schematischen Schnitt
durch die Gesamtanordnung einer hydroelektrischen Kraftanlage, in Abb. 2 in einem
Schnitt durch das Flüssigkeitsgetriebe mit Pumpenwelle und Regler, in Abb. 3 in
einem Schnitt durch den Einlaßschieber mit Regler und in Abb-. 4 in einem Schnitt
durch den Auslaßschieber am Umfang der Kupplung.
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Bei der Anordnung nach Abb. i treibt die Wasserturbine i vermittels
des aus dem nicht gezeichneten Oberwasserkanal über die Leitung 6 zufließenden Wassers
den Generator 2. Das Wasser strömt dabei durch den Ausströmstutzen. 7 in den Unterwasserkanal
B. Auf dem der Turbine abgekehrten Ende des Generators 2 ist ein Flüssigkeitsgetriebe
3, mit dem eine Speicherpumpe 4 zu- und abgeschaltet werden kann. Außerdem ist eine
zweite Wasserturbine 12 zum Antrieb eines zweiten Generators 13 vorgesehen. Diese
erhält ihr Wasser aus einem Hochbehälter i i durch die Leitung 14. Das Wasser strömt
über den Austrittsstutzen 15 ebenfalls in den Unterwasserkanal s. Diese zweite Anlage
dient nur als Zusatzanlage für die Zeiten großen elektrischen Stromverbrauchs. In
Zeiten geringen Stromverbrauchs wird, um kein Wasser unausgenutzt abfließen zu lassen,
die Speicherpumpe'4 in Betrieb genommen, die es dann aus dem Unterwasserkanal durch
den Saugstutzen. 9 und die Druckleitung io in den Hochbehälter i i drückt, wo es
zum Antrieb der Turbine 12 jederzeit zur Verfügung steht. Die Regelung des Flüssigkeitsgetriebes
3 erfolgt durch den Regler 16; der Wasserzufluß erfolgt über die Druckleitung 18,
die an die Druckleitung 6 angeschlossen ist. Zum Absperren des Wasserzuflusses ist
vor dem Regler 16 ein Absperrventil oder Schiebe 17 in der Leitung 18 vorgesehen.
Das Flüssigkeitsgetriebe 3 (Abt. 2) besteht aus dem auf der verlängerten Generatorwelle
2o sitzenden treibenden Teil 21 und dem angetriebenen Teil 22, der auf der Pumpenwelle
23 fest aufgeschrumpft ist. Am Teil 22 ist der ;Gehäus;edecke124 befestigt, der
gegen die Wellennabe durch Stopfbüchsen 25 abgedichtet ist. Die Pumpenwelle 23 ist
zur Zuführung des Wassers hohl ausgeführt. Am freien Ende derselben ist der Regler
26 und der Einlaßsteuerschieber 27 angeordnet (Abt. 2 und 3). Der Regler 26 besteht
aus dem Elektromotor 28, dem Zentrifugalpendel 29, der Ölpumpe 3o und dem Servomotor
3 i. Unterhalb des Reglers 26 auf der verlängerten Welle des Servomotors
31 befindet sich der Einlaßsteuerschieber 27 mit - dem Kolben 32 und den Einlaßkanälen
33. Diese stehen unmittelbar -mit der -hohlen Welle 23 in Verbindung. Am ,äußeren
Umfang des Flüssigkeitsgetriebes 3 sind -in dem Gehäusedeckel 24 die Auslaßsteuerschieber
34 vorgesehen (Abb.2 und 4). Durch die Druckleitung 35 und die Löcher 36 in dem
Getriebeteil 22 und der Welle 23 stehen die Auslaßschieber 34 mit dem Innern der
Welle 23 und dem Flüssigkeitsdruck in Verbindung.
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Im Innern @de Welle 23 ist der Schieber 37 ,angeordnet, der- mittels
Scbieberstange 38 und Gestänge 39 vom Regler 26 gesteuert wird, dadurch können .die
Löcher 36 und da- i mit die Druckleitung 35 abgesperrt bzw. freigegeben werden.
Im Einlaßscbieber 27 sind außerhalb der Steuerkolben 32 noch Löcher 4o und im Gehäusedeckel
24 Löcher 41 vorgesehen, die ständig ein Durchfließen - des i Wassers gestatten,
gleich, ob das Getriebe 3 (ganz oder nur teilweise gefüllt ist, um die im Innern
auftretende Wärme abzuführen. -Um die Kupplung ist ein Schutzgehäuse 42 vorgesehen,
das mittels Stopfbuchsen 43 und 44 i gegen die Wellen abgedichtet ist.
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Der Betrieb mit der Speicherpumpe 4 und die Regelung des Flüssigkeitsgetriebes
3 geht wie folgt vor sich: Angenommen, die Turbine i treibt allein den Elektrogenerator
2; und es soll jetzt die Speicherpumpe 4 in Betrieb genommen; d: h.
das
Getriebe 3 gefüllt werden, so wird zuerst Schieber 17 in der Leitung 18 geöffnet,
dann mittels Handhebels 45 am Servomotor 31 die Steuerung so verstellt, daß die
Einlaßkanäle 33 vom Kolben 32 freigegeben werden und das Wasser aus der Leitung
18 durch die hohle Welle 23 in den Kreislauf des Getriebes 3 gelangen kann. Nach
der Füllung wird die Pumpe 4 ohne weiteres mitgenommen. Beim normalen Betriebszustand
wird dann der Einlaßschieber 27 die Einlaßkanäle 33 geschlossen halten. Das Getriebe
3 ist dabei ganz oder teilweise gefüllt, und es strömt durch die Löcher 4o nur so-
viel Wasser hindurch, als die Leckverluste betragen und zur Wärmezufuhr notwendig
ist. Dabei werden die Auslaßventile 34 durch den Flüssigkeitsdruck in der Leitung
35, die jetzt vom Schieber 37 freigegeben ist, geschlossen gehalten.
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Bei Überlastung der Turbine i wird durch den sich einstellenden Drehzahlabfall
des kleinen Elektromotors 28 am Regler 26, das Zentrifugalpendel 29 und der Servomotor
31 so beeinflußt, daß der Kolben 32 sich zwar verschiebt, aber die Einlaßkanäle
33 weiter geschlossen hält, der innere Schieber 37 dagegen die Löcher 36 und damit
die Druckleitung 35 absperrt. Der Druck in der Leitung 35 fällt, weil das Wasser
durch die Löcher 46 im Schieberteller 47 der Auslaßschieber 34 austritt. Diese öffnen
sich, und das Wasser kann dann aus dem Innern der Kupplung entweichen. Dies geschieht
jedoch nur so lange, bis die normale Drehzahl erreicht ist; dann wird der Schieber
37 vom Regler 26 wieder zurückbewegt, und es werden die Löcher 36 wieder freigegeben,
der Druck in der Leitung 35 steigt, und die Auslaßsteuerschieber 34 werden wieder
geschlossen.
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Bei Entlastung der Turbine i, also bei Drehzahlsteigerung, stellt
sich der Regler 26 auf Vollfüllung ein. Der Kolben 32 im Einlaßschieber 27 gibt
die Einlaßkanäle 33 und damit den Wasserzufluß frei. Das Getriebe 3 wird so lange
gefüllt, bis die normale Drehzahl erreicht ist. Dann werden die Kanäle 33 nieder
abgesperrt.