DE504820C - Mehrstufige Wasserturbinenanlage - Google Patents

Mehrstufige Wasserturbinenanlage

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DE504820C
DE504820C DEA50771D DEA0050771D DE504820C DE 504820 C DE504820 C DE 504820C DE A50771 D DEA50771 D DE A50771D DE A0050771 D DEA0050771 D DE A0050771D DE 504820 C DE504820 C DE 504820C
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DE
Germany
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stage
turbines
water turbine
turbine system
turbine
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Expired
Application number
DEA50771D
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English (en)
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Sulzer Escher Wyss GmbH
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Escher Wyss Maschinenfabriken AG
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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03BMACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B11/00Parts or details not provided for in, or of interest apart from, the preceding groups, e.g. wear-protection couplings, between turbine and generator
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05BINDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2240/00Components
    • F05B2240/40Use of a multiplicity of similar components
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/20Hydro energy

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Other Liquid Machine Or Engine Such As Wave Power Use (AREA)

Description

  • Mehrstufige Wasserturbinenanlage Es ist .nah.eliegend, auch für höhere Gefälle Wasserturbinen mit großer spezifischer Drehzahl zti verwenden und so die Drehzahlen der Maschinen auf die wirtschaftlich günstigste Grenze zu treiben. Allein die bei großen Wasser- und Laufradgeschwindigkeiten einsetzende Hohlraumbildung (Kavitation) setzt diesem Bestreben eine Grenze, indem der Wirkungsgrad der Turbinen bei starker havitation zurückgeht.
  • Das Studium der Kavitation hat in letzter Zeit zur Erkenntnis geführt, daß das zulässige Gesamtsauggefälle der Turbinen (statisches -i- dynamisches durch Diffusorwirkung erzeugtes Sauggefälle) in gesetzmäßiger Abhängigkeit von den Wassergeschwindigkeiten im Laufrad steht. Je größer die letzteren sind, um so kleiner muß das Gesamtsauggefälle gewählt werden, um Verluste zu vermeiden. Es sind heute Versuchseinrichtungen vorhanden und beschrieben,, die eine Wirkungsgradverminderung durch Hohlraumbildung bei sich gleichbleibendem Gesamtgefälle und veränderlichem Sauggefälle genau festzustellen gestatten. Gemäß der Erfindung wird nun bei einer mehrstufigeci Wasserturbinenanlage für mittlere und höhere Gefälle für Turbinen mit relativ großer spezifischer Drehzahl die Aufteilung des Gefälles auf die Stufen so vorgenommen, daß das Verhältnis des Staudruckes zum Gefälle so groß ist, daß höchstens etwa i o °'o Kavitationsverluste (bezogen auf die der betreffenden Stufe zur Verfügung stehende Energie) eintreten. Man gelangt so zu Stufenanordnungen von Turbinen, die sich von den bisher bekannten wesentlich unterscheiden.
  • Mit dem hier noch als zulässig erachteten Energieverlust von io o% hat es folgende Bewandtnis: Das Einsetzen der Höhlraumbildun,g erfolgt nicht plötzlich, sondern ziemlich allmählich mit der Vergrößerung des Gefälles oder auch des Sauggefälles. Es ist deshalb sehr schwierig, wenn nicht unmöglich, den Gegendruck, der die Hohlraumbildung vollständig unterdrückt, mit absoluter Genauigkeit festzulegen. Der Einsatz der Hohlraumbildung ist stark abhängig von der Art der Wasserzuführung, von der Forni des Saugrohres, von .örtlichen Zufälligkeiten baulicher Art. Ein Energieverlust von i o Oi'o ist die Grenze, die in jedem Fall gerade noch mit Sicherheit eine Wirkungsgradeinbuße als durch Hohlraumbildung und nicht durch zufällige Umstände, wie sie eben erwähnt wurden, hervorgerufen, kennzeichnet. Der Gegendruck, der notwendig ist, um Hohlraumverluste zu verhindern, die größer sind als i o (!,,o der der betreffenden Turbine zur Verfügung stehenden Energie, ist für jede Laufradtype und Einbauart des Laufrades unter Berücksichtigung der Versuchsergebnisse auf dem Kavitationsprüfstand und an ausgeführten Anlagen genau bestimmbar.
  • Die-Aufstauung oder Drosselung kann auf mannigfache Weise erfolgen.
  • Auf der beiliegenden Zeichnung sind eine Anzahl Anlagen schematisch veranschaulicht, die das neue Verfahren auszuführen gestatten.
  • Abb. i zeigt eine Wasserturbinenanlage mit zwei Stufen, wo sich durch passende Einstellung der Leitvorrichtung der zweiten Stufe der für die erste Stufe nötige Aufstau erreichen läßt, wobei ein zwischengeschalteter Speicher noch für einen unter Umständen nötigen Ausgleich sorgt.
  • Abb. 2 und 3 zeigen ,ähnliche Anordnungen, bei denen jedoch an Stelle des Speichers ein Windkessel bzw. ein Drosselorgan vorgesehen ist, und Abb. q. zeigt eine Anordnung, bei der drei primäre Turbinen einer ersten Strie ihr Abwasser unter dem durch einen Speicher konstant gehaltenen Gegendruck an eine Turbine zweiter Stufe abgeben.
  • Bei der in Abb. i gezeigten Anlage strömt das Wasser aus einem Oberwassergraben 0W durch eine Turbine TI, welche die erste Stufe der Anlage bildet. Unmittelbar hinter dem Laufrad dieser Turbine T1 wird ein konstanter Gegendruck mit Hilfe der Leitvorrichtung der Turbine T2 der zweiten Stufe hergestellt, wobei ein zwischen die Turbinen Ti, 72 geschalteter Speicher R für den erforderlichen Ausgleich sorgt. Das Wasser verläßt infolgedessen die Turbine T1 unter dem Gegendruck lt., tritt hierauf durch die Turbine T2 der zweiten Stufe in gleicher oder nahezu gleicher Höhenlage wie die Turbine T1 und fließt schließlich in einen Unterwassergraben UW. Die Turbine iTi nutzt also das Gefälle h,-h. aus, die Turbine T2 das Gefälle h2 +h3. Kurzzeitige Mehr- oder Minderverbrauche der Turbine -T. werden durch den Speicher R in höherer Lage als diese Turbine ausgeglichen. Der für die erste Stufe nötige Aufstau wird also hier im wesentlichen mit der Leitvorrichtung der Turbine T2 der zweiten Stufe hergestellt. Im allgemeinen ist nicht zu vermeiden, daß der Wirkungsgrad der zweiten Turbine T2 durch die ungewöhnliche Verwendung der Leitvorrichtung derselben als Stauvorrichtung etwas sinkt, doch spielt dieser Verlust bei dem verhältnismäßig geringen Leitungsanteil der zweiten Turbine T2 keine große Rolle. Statt des Speichers R kann zur Erreichung des mit diesem angestrebten Zweckes in der in Fig. 2 gezeigten Weise zwischen der Turbine T, der ersten Stufe und der Turbine T2 der zweiten Stufe ein Windk-ssel W vorgesehen werd; n. Bei der Anlage nach Fig. 3 ist ein Drossel-23 vorgesel=_n. Der Einbau eines solchen Drosselorganes kommt vor allem dann in Frage, wenn vorhandene Turbinen in einer nach der Erfindung auszubildenden Anlage zu verwenden sind. In einem solchen Falle kann der Gegendruck lt. unter Umständen zu groß für die vorhandene Maschine sein, etwa aus Gründen der Festigkeit oder des Wirkungsgrades, und es wird nötig sein, in bekannter Weise einen Teil des Gefälles h., zu vernichten. Hierzu dient in gleichfalls - bekannter Weise das Ventil Di, das unter Umständen eine Verbilligung der Anlagekosten in erheblichem Maße bedingen kann, dessen Anwendung auf die Gefälleverteilung nach Anspruch i die Erfindung ist.
  • Da das Gegendruckgefälle im allgemeinen ein Bruchteil des Gesamtgefälles ist, beträgt die Leistung der zweiten Turbine bei stufenweiser Anordnung ebenfalls nur einen Bruchteil der Leistung der ersten Turbine. Geht man aus wirtschaftlichen oder betriebstechnischen Gründen darauf aus, bei größeren Anlagen Maschinen von möglichst gleich großer Leistung aufzustellen, so ist es zweckmäßig, eine Anordnung zu wählen, bei der das Abwasser mehrerer Einheiten erster Stufe in eine geringere Anzahl Einheiten zweiter Stufe gelangt, welche dann eine relativ größere Schluckfähigkeit aufweisen. Eine solche Anordnung ist in Abb. q. gezeigt, wo dreiprimäre Turbinen TI, T2, T3 ihr Abwasser unter dem durch den Speicher R konstant gehaltenen Gegendruck an eine Turbine T, zweiter Stufe abgeben, deren Leitvorrichtung wiederum im wesentlichen den nötigen Stau schafft. Wie gezeigt, kann neben dem Speicher R unter Umständen auch noch ein Drosselorgan vorgesehen werden.
  • Die Erfindung läßt sich selbstverständlich auch bei Anlagen mit mehr als nur zwei Gefällstufen anwenden, wobei dann hinter dem Laufrad mindestens einer Stufe der absolute Wasserdruck so hoch zu halten ist, daß die weiter oben angegebenen Leistungsverluste nicht überschritten werden.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Mehrstufige Wasserturbinenanlage für mittlere und höhere Gefälle für Turbinen mit relativ großer spezifischei Drehzahl, dadurch gekennzeichnet, da.ß die Aufteilung des Gefälles auf die Stufen so vorgenommen wird, daß das Verhältnis des Staudruckes zum Gefälle so groß ist, daß höchstens etwa io % Kavitationsverluste (bezogen auf die der betreffenden Stufe zur Verfügung stehende Energie) eintreten. a. Wasserturbinenanlage nach Patentanspruch i mit mindestens zwei Stufen in nahezu gleicher Höhenlage, dadurch gekennzeichnet, daß .eine die Stufenturbinen verbindende Leitung mixt mindestens einem Wasserbehälter in höherer Lage als die Turbinen in Verbindung steht, 'in welchem sich der M'asserspiegel entsprechend dem Staudruck einstellt. 3. Wasserturbinenanlage nach Patentanspruch i mit mindestens zwei Stufen in nahezu gleicher Höhenlage, dadurch gekennzeichnet, daß in eine die Stufenturbinen verbindende Leitung mindestens ein unter dem Staudruck stehender Windkessel eingeschaltet ist. 4.. Wasserturbinenanlage nach Patentanspruch i mit mindestens zwei Stufen in nahezu gleicher Höhenlage, dadurch e#ekennzeichnet, daß in eine die Stufenturbinen verbindende Leitung mindestens ein-Drosselvorrichtung eingebaut ist. 5. Wasserturbinenanlage nach Patentanspruch i mit mindestens zwei Stufen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anzahl Turbinen der einen Stufe in eine davon verschiedene Anzahl der zweiten Stufe ihr Abwasser abgeben.
DEA50771D 1927-04-27 1927-05-03 Mehrstufige Wasserturbinenanlage Expired DE504820C (de)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
CH504820X 1927-04-27

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DE504820C true DE504820C (de) 1930-08-09

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DEA50771D Expired DE504820C (de) 1927-04-27 1927-05-03 Mehrstufige Wasserturbinenanlage

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