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Elektrische Regelvorrichtung für Wasserturbinen und Pumpen Es ist
bekannt, daß die Turbinen von; Wasserkraftanlagen, besonders solche, die Leistungsschwankungen
und wechselnden Zuflüssen ausgesetzt sind, in Abhängigkeit von dem Stand des Oberwasserspiegels
reguliert werden, und zwar durch Einrichtungen, die den Wasserstand auf pneumatischem,
hydraulischem oder elektrischem Wege auf den Turbinenregler ein«virken lassen. Die
bekannten pneumatischen und hydraulischen Wasserstandsregler leiden unter dem Nachteil,
daß die Tauchglocken, Schwimmer und Rohrleitungen, welche zur übertrabgung der Bewegungen
des liVasserspiegels benutzt werden, der Gefahr des Einfrierens und der Verunreinigung
ausgesetzt sind. Die Unsicherheit dieser Einrichtungen wächst mit dem Grade der
Entfernung des Regulierwasserspiegels vom Krafthause.
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Man hat bei einigen dieser Vorrichtungen diese Nachteile zum Teil
durch eine elektrische Übertragung der Bewegung des Schwimmers behoben, wobei die
Rohrleitung wegfällt, ohne aber auf den Schwimmer bzw. die Tauchglocke zu verzichten.
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Bei den elektrisch betriebenen Reguliereinrichtungen ist die Anordnung
von Elektroden bekannt, welche von dem Wasserwiderstand bzw. der Veränderlichkeit
der Eintauchtiefe abhängig sind. Jedem Stand des Flüssigkeitsspiegels entspricht
eine bestimmte Öffnung der Turbine, d. h. der tiefste Stand entspricht der kleinsten
und der höchste Stand der größten Öffnung, während bei Turbinenanlagen zur wirtschaftlichsten
Ausnutzung der Wasserkraft die Erhaltung eines Normalwasserstandes entsprechend
der Höhe der Wehrkrone oder sonst eines bestimmten Stauzieles bei den verschiedensten
Turbinenöffnungen Bedingung ist. Die Anordnung der Elektroden der genannten Einrichtungen
haben den Nachteil, daß z. B. bei Anlagen mit langen Rohrleitungen oder langen Zulaufkanälen
durch das Öffnen bzw. Schließen der Turbine Schwankungen der fließenden Wassermengen
zwischen Meßstelle und Turbine entstehen, welche den Reguliervorgang ungünstig beeinflussen.
Das unmittelbare Schließen oder Öffnen der Turbine erzeugt nämlich in den vorgenannten
Fällen eine Stauung (Schwall) bzw. Beschleunigung der Wassermengen zwischen der
Meßstelle und der Turbine, bewirkt damit ein Ansteigen oder Fallen des Flüssigkeitsspiegels
an der Meßstelle und verhindert infolgedessen die Einstellung des Beharrungszustandes.
Es erfolgt ein überregulieren.
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Die Erfindung verfolgt nun den Zweck, dieses überregulieren dadurch
zu beheben, daß der durch die Elektroden eingeleitete Reguliervorgang unterbrochen
und somit verzögert wird, und zwar dadurch, daß der Wasserstand und die Elektroden
in eine zueinander künstlich veränderliche Stellung gebracht werden, um eine beliebige
Kontaktdauer zu erreichen. Dadurch, daß die Kontaktgebung bei steigendem oder fallendem
Flüssigkeitsspiegel für .eine bestimmte Zeitdauer, wie es, den jeweiligen örtlichen
Verhältnissen angepaßt, .sich für eine einwandfreie
Regulierung
der Turbine als nötig erweist, einstellbar ist, ergibt sich eine Regulierung, welche
präziser und schwankungsfreier arbeitet als die mit den bekannten Wasserstandsreglern
mit Schwimmer oder Tauchglocke.
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Gemäß Abb. i schließen die Tauchelektroden Ei und E2 beim Eintauchen
einen Stromkreis über das Wasser und die Tauchelektrode T für die Relais R, bzw.
R2. Der Wasserspiegel soll normal zwischen den unteren Enden von Ei und E2 einspielen.
Deshalb ist R, als Arbeitsstrom-, R2 als Ruhestromrelais ausgebildet. Steigt der
Wasserspiegel bis zur Berührung mit Ei, so zieht R, seinen Anker an und gibt Strom
auf die Spule S, des Wendeschützes bzw. Polumschalters U, der dann den Reguliermotor
im Drehsinn »Öffnen« einschaltet. Sinkt umgekehrt der Wasserspiegel unter E2, so
fällt das Relais R2 ab und schließt einen Strom für die Spule S2 des Wendeschützes
bzw. des Polumschalters, der jetzt den Reguliermotor auf »Schließen« einschaltet.
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Gleichzeitig wird erfindungsgemäß durch die Relais R, und R2 oder
durch das Wendeschütz bzw. den Polumschalter irgendein zweites Triebwerk, etwa ein
Servomotor oder eine Elektropumpe, derart beeinflußt, daß ein Heben oder Senken
des Elektrodenpaares Ei und E2 bewirkt wird, derart, daß gleichzeitig mit dem Schließ-
bzw. Öffnungsvorgang an den Turbinen die Elektroden angehoben und bei dem Öffnungsvorgang
gesenkt werden, so daß durch das frühere Austreten bzw. Eintreten der Elektroden
der Reguliervorgang zunächst unterbrochen wird. Durch eine an sich bekannte Rückführbremse
(Dämpfung) können die Bewegungen derart geregelt werden, daß eine Kontaktgebung
erst nach einer bestimmten Zeitdauer wieder eintritt, dann nämlich, wenn die Elektroden.
wieder in die Ruhelage entsprechend dem Normalwasserstand zwischen den Elektroden
zurückgeführt sind. Da die Flüssigkeit nur als Leiter für den elektrischen Strom
benutzt wird, ist die neue Anordnung von dem Wasserwiderstand, der Verschmutzung
und der Temperatur unabhängig. Im Winter kann durch verstärkten Stromdurchgang aus
dem Netz eine Heizung der Meßstelle erfolgen, so daß ein Einfrieren unmöglich ist.
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Abb. a stellt ein Ausführungsbeispiel der Reguliereinrichtung nach
der Erfindung dar. Die beweglichen Elektroden Ei und E2 sind mit dem Servomotor
S verbunden, welcher der Einfachheit halber einheitlich mit den Rückführungsfedern
F als Rückführungsbremse ausgebildet ist. Diese Teile können natürlich auch als
einzelne Organe getrennt angeordnet werden. Der Servomotor S wird von der Pumpe
P mit Hilfsmotor Ml in der Weise betätigt, daß bei einer Kontaktgebung der Elektroden,
entsprechend dem jeweiligen Wasserstande unter oder über dem Normalwasserstand,
der elektrische Strom aus der Stromquelle L über das Umschaltschütz
U den Hilfsmotor vor- oder rückwärts in Bewegung setzt und dadurch den Servomotorkolben
I( mit den Elektroden in der einen oder anderen Richtung bewegt. Selbstverständlich
kann der Kolben als feststehender und der Zylinder als beweglicher Teil ausgebildet
werden, oder es können an Stelle der Pumpe mit Motor andere Triebwerke und Kraftquellen,
z. B. Magnete, Verwendung finden. Die Kontaktgebung der Elektroden schließt durch
ein Umschaltschütz U außer dem Stromkreis zu dem Hilfsmotor M, einen zweiten zu
dem Motor M2 an der Turbine, welcher die Regulierung der Turbine betätigt, d. h.
dem Reguliervorgang entsprechend die Turbine öffnet oder schließt. Der MotorM2 kann
entweder direkt auf den Reguliermechanismus der Leitapparate oder ,auf einen Turbinenregler
einwirken.
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Der Betriebsvorgang der neuen Regeleinrichtung erfolgt nun in der
Weise, daß bei steigendem Wasserspiegel eine Kontaktgebung erfolgt, wodurch der
über ein Umschaltschütz geschlossene Stromkreis den Hilfsmotor Ml betätigt und durch
Anheben des Servomotorkolbens die kürzere Elektrode wieder außer Kontakt setzt,
während gleichzeitig der Motor M2 die Turbine geöffnet hat. Erst bei weiterem Ansteigen
des Wasserspiegels wird wieder Kontakt gegeben und damit ein weiteres Anheben der
Elektroden und Öffnen der Turbine bewirkt, bis der Wasserstand sich senkt und zur
Erreichung des Normalwasserstandes N der umgekehrte Vorgang eintritt. Sinkt der
Wasserspiegel unter die Höhe der Elektrode E2, so tritt der umgekehrte Vorgang ein,
bis der Normalstand wieder erreicht ist. Die Rückführung in die Normallage der Elektroden,
welche dem Normalwasserstand entspricht, erfolgt durch die Rückführungsbremse, deren
Bewegungen so einstellbar sind, daß ein zu schnelles Öffnen bzw. Schließen der Turbine
vermieden wird. Die Einstellung der Geschwindigkeit kann in gewissen Fällen durch
eine vom Gestänge des Servomotorkolbens bzw. der Elektroden aus gesteuerte Drosselstelle
D- geregelt werden.
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Abb.3 zeigt die Anordnung von festen Elektroden in einem BehälterB
mit künstlich veränderlichem Wasserstand. Mit dieser Einrichtung wird die gleiche
Wirkungsweise wie bei der Anordnung mit beweglichen Elektroden erzielt. Der Wasserstand
im Behälter B, welcher durch eine Öffnung, gegebenenfalls
mit einer
Drosselstelle D, mit dem Betriebswasser der Anlage in Verbindung steht, wird bei
fallendem oder steigendem Wasserstand mit den Elektroden die Kontaktgebung einleiten.
Statt daß sich nun die Elektroden dem Wasserstand nähern bzw. entfernen, wird durch
eine Vorrichtung, z. B. eine Pumpe P mit Motor, der Wasserspiegel in dem Behältern
gegenüber den festen Elektroden durch Entnahme oder Einpumpen von Wasser gesenkt
oder gehoben. Die Drisselstelle D wirkt in der gleichen Weise wie die Dämpfung der
vorbeschriebenen Rückführbremse in Abb. z verzögernd auf den Reguliervorgang ein.