DE587694C

DE587694C - Hydroelektrische Speicheranlage mit gemeinsamer Druckleitung fuer Turbine und Pumpe

Info

Publication number: DE587694C
Application number: DEK121915D
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1931-09-02
Filing date: 1931-09-02
Publication date: 1933-11-07

Description

Hydroelektrische Speicheranlage mit gemeinsamer Druckleitung für Turbine und Pumpe Bei bekannten hydroelektrischen Speicheranlagen mit gemeinsamer Druckleitung für Turbine und Pumpe und einem während des Betriebes entlastet verstellbaren Umsteuerorgan, welches je nach seiner Einstellung die Druckleitung mit der Pumpe bzw. Turbine verbindet und dabei gleichzeitig die andere Leitung gegen die Druckleitung und während des Phasenschieberbetriebes sowohl die Pumpen- als auch die Turbinenleitung gegen die Druckleitung absperrt, bereitet die Umschaltung vorn Turbinen- auf den Pumpenbetrieb oft erhebliche Schwierigkeiten, da die Umsteuerorgane zu ihrer Verstellung einen großen Kraftaufwand erfordern oder in vielen °Fällen nicht genügend dicht halten. Es ist zwar bereits bekannt, mit dem Umsteuerorgan Absperrorgane für die nicht im Betrieb befindliche Anschlußleitung zusammenzubauen. Da jedoch bei diesen bei der Umschaltung gleichzeitig das Umsteuerorgan mit den mit ihm verbundenen Absperrorganen gedreht wird, kann ein Absperren der an die Umsteuervorrichtung angeschlossenen Leitungen während des Umsteuerns nicht eintreten.
Die Erfindung bezweckt, diese Nachteile durch Anwendung eines vöm Umsteuerorgan getrennten Absperrorgans zu beheben, das erst dann ein Verstellen des Umsteuerorgans ermöglicht, wenn es vor diel Druckleitung geschwenkt und dadurch die Druckleitung abgesperrt ist. Dadurch ergibt sich der Vorteil, daß nicht nur mindestens eine an die Umsteuervorrichtung angeschlossene Leitung abgesperrt und das Umsteuerorgan entlastet werden kann, sondern daß auch verhindert wird, daß während des Umsteuervorgangs Flüssigkeit in nicht gewünschter Richtung, z B. zur leer laufenden Pumpe, fließt.
Die Erfindung ist auf der Zeichnung an Hand einiger schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele zur Veranschaulichung gebracht.
Fig. i zeigt den Grundriß einer nach der Erfindung ausgebildeten Speicheranlage, während in Fig.2 bis 6 verschiedene Bauarten der Umsteuervorrichtung dargestellt sind.
In der Gesamtanordnung der Speicheranlage (Fig. i) stellt z die Turbine, 2 die Pumpe dar, welche unmittelbar mit dem Motorgenerator 3 gekuppelt sind und ständig mitlaufen. Die Leitungen q. und 5 führen von der Turbine i bzw. Pumpe :2 zu der gemeinsamen Druckleitung 6 und können durch die Umsteuervorrichtung 7 abwechselnd mit der Druckleitung 6' verbunden oder gegen diese abgesperrt werden. Die gezeichnete Stellung der Umsteuervorrichtung 7 entspricht dem Turbinenbetrieb. Dabei strömt das Druckwasser aus dem nicht gezeichneten Hochbehälter in Richtung des Pfeiles 8 zur Turbine i und gibt in dieser seine aufgespeicherte Energie ab. Der Motorgenerator 3 ist dann imstande, die z. B. während des Tages auftretenden Belastungsspitzen des elektrischen Netzes zu decken. Während dieses Betriebes befindet sich kein Wasser in der Pumpe 2, so daß diese leer mitläuft.
Bei sehr geringer Belastung des Netzes, also z. B. während der Nacht, wird durch Umschalten der Umsteuervor richtung 7 die Turbine auf Leerlauf geschaltet und die Pumpe 2 mit der Druckleitung 6 in Verbindung gesetzt. Die Pumpe wird in diesem Fall vom Motorgenerator angetrieben und fördert die während des Tages verbrauchte Wassermenge in Richtung des Pfeiles q wieder in den Hochbehälter. In den Übergangszeiten, in denen vom Motorgenerator 3 weder Leistung aufgenommen noch abgegeben wird, werden sowohl die Turbine i als auch die Pumpe 2 durch die Umsteuervorrichtung 7 von der Druckleitung abgeschlossen. Der Motorgenerator läuft dann als Synchronmotor und dient zur Verminderung des Blindstroms im elektrischen Netz (Phasenschieberbetrieb).
Die Umsteuervorrichtung 7, die beispielsweise in einer Ausführungsform aus Fig.2 ersichtlich ist, weist außer der als Umsteuerorgan dienenden Klappe U ein Absperrorgan A auf. Das Umsteuerorgan U ist um die Achse ib drehbar4 angeordnet und schließt entweder die zur Pumpe führende Leitung 5 oder die zur Turbine führende Leitung 4 ab. Um das Umstenerorgan U verstellen zu können, wird jeweils durch Drehen des Absperrorgans A um die Achse i i in die strichpunktiert gezeichnete Lage die Druckleitung 6 abgesperrt. Das in der Turbinenleitung befindliche Wasser fließt dann durch die Turbine ab, während sich die Umsteuervorrichtung 7 und die Leitung 4 mit Luft füllen, welche durch das Luftventil 12 einströmt. Das Umsteuerorgan U ist nun vollständig entlastet und kann ohne großen Kraftaufwand gedreht werden.
Zur besseren. Abdichtung des Absperrorgans A ist ein beweglicher Dichtungsring 13 vorgesehen, welcher im Gehäuse 14 geführt ist und in an sich bekannter Weise durch Unterdrucksetzen des Raums 15, z. B. mit Hilfe von Druckwasser, auf das AbsperrorganA gepreßtwird. Die äußere Fläche i6 des Absperrorgans A ist als Kugel ausgebildet, während seine innere F läche i7 und ebenso die Fläche 18 des Umsteuerorgans A so geformt sind, daß der Flüssigkeitsstrom unter Vermeidung toter Räume eine sanfte Umlenkung erfährt.
Die als Umsteuerorgan dienende Klappe U kann, wie Fig. 3 zeigt, auch durch zwei Klappen U1 und Uz ersetzt werden. Diese letztere Ausbildung ergibt den Vorteil, daß die Druckleitung 6 während des Phasenschieberbetriebes gegen die Pumpen- und Turbinenleitungen sowohl durch das Absperrorgan A als auch durch die Umsteuerorgane Ui (gestrichelte Lage) und U2, also doppelt abgedichtet ist.
Fig. 4 zeigt eine Umsteuerv orrichtung mit kugeligem Gehäuse, in welchem das Absperrorgan A als konzentrische Kugelhaube drehbar gelagert ist. Das Umsteuerorgari U ist in diesem Fall als Rohrkrümmer ausgebildet. Die Drehachse i9 des Umsteuerorgans steht senkrecht auf der die Achsen der drei an die Umsteuervorrichtung angeschlossenen Leitungen 4., 5 und 6 enthaltenden Ebene, während die. Drehachse 2o des Absperrorgans A dazu, wie aus dem Grundriß gemäß Fig. 5 ersichtlich ist, einen Winkel von 45° bildet. Alle. drei Leitungsanschlüsse 4, 5 und 6 sind mit beweglichen Dichtungsringen 2i, 22 und 23 versehen, welche durch Unterdrucksetzen der entsprechenden Räume.24, 25 und 26 dichtend auf das Umsteuerorgan U oder auf die Absperrvorrichtung A gepreßt werden können.
Die in Fig. 4 und 5 dargestellte Umsteuervorrichtung wird folgendermaßen verstellt: Zunächst wird durch Entlasten des Raums 26 der bewegliche Dichtungsring 23 zurückgezogen, worauf das Absperrorgan A nach oben gedreht werden kann und beim darauffolgenden Wiederanpressen des Ringes 23 die Druckleitung 6 dichtend absperrt. Nun können auch die Dichtungsringe 21 und 22 vom Umsteuerorgan U abgehoben werden, so daß dieses im entlasteten Zustand im Sinne des Uhrzeigers gedreht werden kann, bis der Rohrkrümmer eine Verbindung zwischen der Druckleitung 6 und der Leitung 5 herstellt. Sobald dies der Fall ist und die Dichtungsringe 21 und 22 wiederum angepreßt worden sind, kann das Absperrorgan A bei gleichzeitigem Abheben des Dichtungsringes 23 wiederum in die gezeichnete Lage` zurückgedreht werden. Nachher braucht nur noch der Dichtungsring 23 bis zum Umsteuerorgan U vorgeschoben zu werden, so daß der Wasserstrom geschlossen aus der Uinsteuervorrichtung in die Druckleitung übertritt.
Gemäß Fig. 6 besteht das Umsteuerorgan aus einem Rohrkrümmer U, welcher in der Führung 27 gelagert ist und um eine Achse 28, die mit der Achse der Druckleitung 6 zusammenfällt, gedreht werden kann. Beim Übergang von der Druckleitung 6 zum Rohrkrümmer ist ein beweglicher Dichtungsring 23 vorgesehen, der entweder auf das Absperrorgan A oder auf das Umsteuerorgan U gepreßt -werden kann und im letzteren Fall zugleich als Wasserführung dient. Die Anschlüsse der Leitungen 4 und 5 sind dagegen mit festen Dichtungsringen 2,9 und 30 versehen. Die Abdichtung erfolgt hier dadurch, daß das Umsteuerorgan U in Richtung der Drehachse 28 verschoben und dadurch auf die Dichtungsringe 29 und 3o angepreßt bzw. für den Umsteuervorgang von diesen abgehoben werden kann.
Sobald die Druckleitung 6 durch das Absperrorgan A abgeschlossen ist, wird der Raum 31 unter dem Kolben 32 unter Druck gesetzt und dadurch das Umsteuerorgan von den Dichtungsringen 29 und 3o abgehoben. Es kann dann mit Hilfe der Zahnstange 33 und des Zahnsegments 34 um 18o° gedreht und nachher durch Entlasten des Raums 31 wiederum auf die Dichtungsringe 29 und 30 aufgesetzt werden.
Es! besteht auch die Möglichkeit, den Raum 31 ständig unter Druck zu lassen, z. B. dadurch, daß er mit der Druckleitung 6 in Verbindung steht. Das Umsteuerorgan U wird in diesem .Fall angehoben und entlastet, sobald die Druckleitung durch das Absperrorgan A abgeschlossen wird und der von unten auf den Kolben 32 wirkende Druck überwiegt. Wenn nachher das Absperrorgan A wiederum zurückgedreht wird, senkt sich das Umsteuerorgan selbsttätig unter dem Einfluß des von der Druckleitung her wirkenden Wasserdrucks.
Das als Kugelhaube ausgebildete Absperrorgan A könnte natürlich auch mit einer dem Leitungsquerschnitt entsprechenden Öffnung versehen sein, welche bei geöffneter Stellung als Wasserführung dient und einen glatten Übergang zwischen der an die Umsteuervorrichtung angeschlossenen Leitung und dem Umsteuerorgan herstellt.
In den Fällen, in denen die Pumpe zwei getrennte Laufräder besitzt und durch zwei getrennte Leitungen an die Umsteuervorrichtung angeschlossen ist, wird das Umsteuerorgan so ausgebildet bzw. durch so viele Organe ersetzt, daß nicht nur die zur Turbine führende, sondern auch jede der zur Pumpe führenden Leitungen abwechselnd oder gleichzeitig abgesperrt bzw. mit der Druckleitung verbunden werden können.
Die Verstellung der Umsteuervorrichtung kann durch Handbetrieb oder durch elektrische oder hydraulische Steuerung erfolgen. Zweckmäßig wird auch eine Schnellschlußsteuerung vorgesehen, welche bei Stromunterbrechung während des Pumpenbetriebes entweder in Abhängigkeit vom Strom selbst oder von der Drehzahl oder von der Strönnungsgeschwindigkeit in der Druckleitung der Pumpe ausgelöst wird. Die Steuerung kann z. B. als Fernsteuerung auch so ausgebildet sein, daß durch eine einfache Schaltbewegung die Organe des Schiebers selbsttätig in der gewünschten Reihenfolge verstellt werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Hydroelektrische Speicheranlage mit gemeinsamer Druckleitung für Turbine und Pumpe und einem während des Betriebes entlastet verstellbären Umsteuerorgan, welches j e nach seiner Einstellung die Druckleitung mit der Pumpe bzw. Turbine verbindet und dabei gleichzeitig die andere Leitung gegen die Druckleitung und während des Phasenschieberbetriebes sowohl die Pumpen- als auch die Turbinenleitung gegen die Druckleitung absperrt, gekennzeichnet durch ein vom Umsteuerorgan (U in Fig. 2, q, bis 6 bzw. Ui, U2 in Fig.3) getrenntes Absperrorgan (A), das erst dann ein Verstellen des Umsteuerorgans ermöglicht, wenn es vor die Druckleitung (6) geschwenkt und dadurch die Druckleitung abgesperrt ist.
2. Speicheranlage nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenfläche (i7) des Absperrorgans (A) und eine Fläche (i8) an dem als Klappe ausgebildeten Umsteuerorgan (U) eine zusammenhängende Führung für die durchströmende Flüssigkeit bilden (Fig. 2).
3. Speicheranlage nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Umsteuerorgan mehrere Klappen verwendet werden (Fig. 3). q..
Speicheranlage nach Anspruch i, gekennzeichnet durch mindestens einen beweglichen Dichtungsring (23), der während des Umsteuervorgangs auf das Absperrorgan, während des Normalbetriebes dagegen auf das Umsteuerorgan dichtend gepreßt wird und in diesem Fall zugleich als Wasserführung dient (Fig. q. bzw. 6).
5. Speicheranlage nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das Absperrorgan (A) als Kugelhaube ausgebildet und mit einer dem Leitungsquerschnitt entsprechenden Öffnung versehen ist.
6. Speicheranlage nach Anspruch i, q. und 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Umsteuerorgan beim Betriebe durch den Druck der durchströmenden Flüssigkeit auf die Dichtungsflächen an der Turbinen-bzw. Pumpenleitung gepreßt, beim Schließen des Absperrorgans dagegen durch einen an die Druckleitung (6) angeschlossenen Hilfsmotor (31, 32) von diesen Dichtungsflächen in Richtung seiner Drehachse abgehoben wird.
7. Speicheranlage nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das Absperrorgan in Abhängigkeit vom elektrischen Strom von der Drehzahl der Maschine oder von der Strömungsgeschwindigkeit in der Druckleitung in an sich bekannter Weise im Sinne eines Schnellschlußorgans geschlossen wird.