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Hydraulische Speicheranlage mit Pumpe, Turbine und Motorgenerator
Die bei hydraulischen. Speicheranlagen Verwendurig findenden Strömungskupplungen,
bei denen die leistungsübertragende Flüssigkeit in einem Kreislauf geführt wird,
haben den Nachteil, daß die Flüssigkeit sich durch Reibungsverlustenergien, die
ganz erlieblich sind, erwärmt und zum Übertragen vonverhältnismäßig kleinenLeistungen
große Übertragungsorgane benötigt werden.
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Es ist an sich bekannt, den Kreislauf solcher Strömungskupplungen
an. eine Druckwasserleitung anzuschließen, die aus der Speicheranlage gespeist wird.
Obwohl dem Pumpenteil solcher Strömungskupplungen die l"eistungsübertragendeFlüssigkeit
unter höherem Druck zugeführt wird, ergibt sich dadurch,' daß diese Flüssigkeit
auch aus dem Turbinenteil mit demselben Druck austritt, kein höheres in der Turbine
auszunutzendes Gefälle als dasjenige, das durch die Hilfspumpe erzeugt wird. Außerdem
entsteht der iNTachteil, daß das ganze Gehäuse der Strömungskupplung-für den in
der Druckleitung herrschenden Druck zu bemessen ist.
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Es sind Speicheranlagen bekannt, bei denen die Inbetriebsetzung der
. Speicherpumpe durch eine mit dem Pumpenlaufrad zu einem Körper vereinigte Hilfswässerturbine
erfolgt. Es ist ferner bei solchen Anlagen, die für das Zu- und Abschalten der Pumpe-während
des Betriebes mit dem als Motorgenerator ausgebildeten elektrischen Teil eine ein-und
aitsrückbare mechanische Kupplung zwischen Pumpenantriebsmaschine und Pumpe aufweisen,
nicht neu, in Verbindung mit der Pumpenwelle eine Hilfsturbine vorzusehen, die mit
Druckwasser aus der Speicheranlage betrieben wird. Solche Anlagen haben aber den
Nachteil, daß bei kleinerem Gefälle, wie es z. B. noch für Mitteldruckanlagen zur
Verfügung steht, eine große Hilfsturbine benötigt wird, da das Druckwasser der Speicheranlage
nur unter niedrigem Druck steht, oder daß überhaupt das Inbetriebsetzen von der
Größe eines bestimmten Druckgefälles abhängig ist. Wenn z. B. bei einer Speicheranlage
das Sammelbecken leer oder nur wenig gefüllt ist, kann überhaupt nicht eingekuppelt
werden: Die Erfindung bezieht sich auf eine hydraulische Speicheranlage mit Pumpe,
Turbine und Motorgenerator, bei welcher in Verbindung mit der Hauptpumpenwelle eine
Hilfsturbine und in Verbindung mit der die Pumpe antreibenden Welle, z. B. des Motorgenerators,
eine Hilfspumpe vorgesehen ist, und besteht darin, daß die Hilfspumpe in an sich
bekannter Weise unter dem Druck des Speicherwassers steht und die Hilfsturbine das
Wasser nach der Energieabgabe durch eine Leitung ins Freie abfließen läßt.
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Durch die Anwendung der an sich bei Strömungskupplungen bekannten
Hilfspumpe, welche das Druckwasser für den Antrieb der Turbine erzeugt und durch
Druckwasser aus der Speicheranlage gespeist wird, ergibt sich der Vorteil, daß sich
der Druck des Betriebswassers für die Turbine gegenüber bekannten Ausführungen bedeutend
steigert und die Abmessungen der Hilfsturbine dadurch
wesentlich
verkleinert werden. Außerdem ist die Hilfspumpe, da sie mit Druckwasser gespeist
wird, unabhängig von der Höhe des Saugwasserspiegels; die sonst gefürchteten Kavitationserscheinungen
werden also mit Sicherheit vermieden. Ferner ergibt sich der Vorteil, daß ein Inbetriebsetzen
der Speicherpumpe auch dann möglich ist, wenn einmal das Speicherbecken der Anlage
vollständig entleert sein sollte, da dann die Hilfsturbine durch Druckwasser von
der Hilfspumpe betrieben werden kann, welche in diesem Ausnahmefall aus einem Saugwasserbehälter
gespeist wird.
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Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes ist auf der Zeichnung
schematisch dargestellt.
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Fig. i zeigt den allgemeinen Aufbau einer Speicheranlage.
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Fig. 2 ist ein Schnitt durch eine mit einer Reibungskupplung zusammenarbeitende
Hilfsturbine und Hilfspumpe.
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Der als Motorgenerator i ausgebildete elektrische Teil der Speicheranlage
treibt als Motor arbeitend die Welle 2 der Pumpe 3 und wird durch die Welle 4 von
der Turbine 5 angetrieben. Zwischen der Pumpe 3 und der Antriebsmaschine ist eine
Hilfsturbine 6 und eine ein- und ausrückbare, die treibende Welle 4 mit der angetriebenen
Welle 2 verbindende Kupplung 7 vorgesehen. Nach der Erfindung ist der Hilfsturbine
6 eine Hilfspumpe 8 vorgeschaltet, welche das Druckwasser für den Antrieb der Hilfsturbine
erzeugt und durch Druckwasser aus der Speicheranlage gespeist wird. Der Antrieb
der Hilfspumpe kann nicht nur, wie in Fig. i gezeigt, durch den Motorgenerator erfolgen,
sondern auch durch eine davon getrennte oder davon unabhängige Kraftmaschine.
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Wenn der elektrische Teil i der Speicheranlage als Generator zu arbeiten
hat, wird er durch das der Turbine 5 über die Druckleitung io zugeführte Wasser
angetrieben. Das Abschlußorgan i i in der Wasserzuführungsleitung 12 zur Hilfspumpe
8 ist geschlossen, die Kupplung 7 ausgekuppelt, so daß die Pumpe 3, deren Druckleitung
13 durch das Organ 14 abgeschlossen ist, stillsteht. Zum Übergang auf Pumpenbetrieb
wird das Abschlußorgan 15 der Turbinendruckleitung io geschlossen, der elektrische
Teil i als Motor geschaltet und das Organ i i in der Zuführungsleitung 12 zur Hilfspumpe
8 geöffnet. Die Hilfspumpe 8, die auf der Antriebswelle 2 angeordnet ist, erzeugt
nun das Druckwasser für den Antrieb der Hilfsturbine 6, aus welcher dieses, nachdem
es seine Energie abgegeben hat, durch die Leitung 16 abfließt.
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Der Kupplungsvorgang ist in Fig.2, welche die Vereinigung des aus
Pumpe und Turbine bestehenden Hilfsaggregates mit einer Reibungskupplung darstellt,
näher erläutert: Das durch den W asserzuführungsstutzen dem auf der Antriebswelle
4 befestigten Pumpenlaufrad 8 zugeführte Wasser gibt seine Energie an das Turbinenlaufrad
6 ab, welches mit dem auf der angetriebenen Welle 2 vorgesehenen Teil 2o der Kupplung
verbunden ist. Mit der Antriebswelle ¢ sind Kupplungskörper2i verbunden, derenWangen
22 mit entsprechenden Wangen 23 des angetriebenen Teiles 2o der Kupplung zusammenarbeiten.
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Die Kupplungskörper 2i, deren Wangen 22 sich über den ganzen Umfang
erstrecken können, sind auf einem am Bund 25 der treibenden Welle 4 befestigten
Körper 26 auf Gleitstücken 24 derart gelagert, daß eine ax-iale Verschiebung der
Kupplungskörper 2i, die im üngekuppelten Zustand durch Federn 36 gegeneinander gezogen
werden, möglich ist.
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Der zwischen den Kupplungskörpern 21 gcbildete Raum steht durch eine
Bohrung 27 mit einem Raum 28 in Verbindung, dem durch die `Bohrung- 29 der Welle
4 beim Kupplungsvorgang eine Flüssigkeit, z. B. Wasser, zugeführt wird. Durch dieses
Wässer, werden unter der Wirkung der Fliehkraft die Kupplungskörper o -i auseinandergepreßt
und die Wangen 22 des treibenden Teiles an die Wangen 23 des angetriebenen Teiles
der Kupplung gedrückt. Dadurch wird die Welle 2 mitgenommen, wenn die Drehzahl des
durch die Turbine 6 angetriebenen Teiles der Kupplung mit derjenigen des antreibenden
Teiles der Welle 4 angenähert übereinstimmt.
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Nachdem die-Pumpe auf ihre Betriebsdrehzahl gebracht ist, wird die
Hilfspumpe 8 durch Schließen des Organs ii außer Betrieb gesetzt und läuft leer
mit. , Um die Kupplung wieder auszuschalten, wird nach Schließen des Organs 14 der
Hebel 3o nach rechts gezogen. Damit wird die Stange 31, deren Ende 32 als Ventil
arbeitet, nach unten gezogen, wodurch die öffnung 33 freigegeben und das zwischen
den Kupplungskörpern 2 i befindliche Druckmittel durch die Öffnung 35 in den Saugraum
der Turbine ausfließen kann. Infolge verminderter Anpressung zwischen den Kupplungswangen
des treibenden und des angetriebenen Teiles wird die Pumpe nicht mehr mitgenommen.
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Vorteilhaft werden die Hilfsturbine, die Hilfspumpe und die Kupplung,
welche natürlich auch als starre Kupplung, z. B. als Klauenkupplung, ausgebildet
sein kann, in einem Gehäuse miteinander vereinigt, so daß trotz der durch die Vorschaltung
der Hilfspumpe
erreichten Unabhängigkeit vom Wasserstande im Speicher
die Kupplungseinrichtung nicht wesentlich größer wird.
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Wenn das Speicherbecken der Anlage vollständig entleert sein sollte,
kann die Hilfsturbine 6 durch Druckwasser von der Hilfspumpe 8 betrieben werden,
welche in diesem Ausnahmefall aus einem Saugwasserbehälter gespeist wird. Beim Übergang
auf den Pumpenbetrieb wird dann an Stelle des Abschlußorgans t r in der Zuführungsleitung
12 das Abschlußorgan 37 der Saugleitung 38 zur Hilfspumpe 8 geöffnet.