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Hydroelektrische Speichermaschinengruppe Unter einer hydroelektrischen
Speichermaschinen.gruppe versteht man bekanntlich die Zusammenfassung von Wasserturbine,
elektrischer Maschine und Pumpe zu einem Maschinensatz, bei welchem die Pumpe zwecks
Wasseraufspeicherung von der als Motor arbeitenden elektrischen Maschine angetrieben
wird, und bei dem umgekehrt die Turbine das aufgespeicherte Wasser wieder nutzbar
macht zur Energielieferung durch die dann als Generator arbeitende elektrische Maschine.
Als elektrische Maschinen werden vorzugsweise Motorgeneratoren, d. h. Synchronmaschinen
oder synchronisierte Asynchronmaschinen verwendet, die sowohl als Motor als auch
als Generator und im Bedarfsfalle als Phasenschieber arbeiten können. Unter anderem
kommen für eine Speiohergruppe eine Pumpe und eine Turbine zur Aufstellung, die
mit dem Motorgenerator auf der gleichen Welle sitzen. Da bei dieser Ausführung idie
Drehrichtung für die Pumpe und die Turbine die gleiche ist, müssen die Schaufelungen
der hydraulischen Maschinen entgegengesetzt gerichtet sein. Bei Ausführung mit Spiralgehäusen
erhalten diese daher entgegengesetzte Windung.
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Zur Vereinfachung dieser Speichermaschinengruppen wurde nun bereits
vorgeschlagen, die Turbine als Pumpe zu verwenden unter Umkehrung der Drehrichtung
des Motorgenerators. Um aber bei dieser Ausführungsart beim Pumpbetrieb die erforderliche
Druckhöhe zu erzielen und um für jede Betriebsart, das heißt sowohl den Pumpbetrieb
als auch den Turbinenbetrieb, jeweils den besten Wirkungsgrad zu erreichen, - ist
es nötig, die hydraulische Maschine beim Pumpbetrieb mit einer je nach den Verhältnissen
wm etwa 2o bis 40 °1o höheren Drehzahl laufen zu lassen als beim Turbinenbetrieb.
Bekannt ist, hierfür ein Geschwindigkeitswechselge= triebe vorzusehen. Diese Ausführung
des Speichermaschinenaggregates besitzt den Nachteil, daß beim Übergang von der
einen Betriebsart auf die andere der MotoTgeneraüor vom Netz abgeschaltet, die Gruppe
auf Stillstand abgebremst und alsdann in entgegengesetzter Richtung wieder beschleunigt
werden muß. Dies bedingt einen beträchtlichen Zeitverlust. und einen zusätzlichen
Energieaufwand, erfordert für den Pumpbetrieb eine besondere Anwurfvorrichtung für
.die hydraulische Maschine und macht eine Polumschaltung des Motorgenerators nötig.
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Die vorliegende Erfindung bezweckt die Beseitigung der mit der Verwendung
einer einzigen umkehrbaren hydraulischen Maschine verbundenen genannten Nachteile.
Sie besteht darin, daß .die hydraulische Maschine durch ein Geschwindigkeitswechsel-
und Wendegetriebe mit dem Motorgenerator verbunden
ist, so daß
also sowohl die Drehrichtung der- hydraulischen Maschine umgekehrt als auch ihre
Drehzahl verändert werden kann, während die Drehrichtung und -die Drehzahl des Motorgenerators
gleichbleibben. Dadurch wird es möglich, die hydraulische Maschine sowohl als Turbine
in der einen Drehrichtung als auch als Pumpe in der andern Drehrichtung jeweils
wie bekannt mit der günsti'-sten Drehzahl arbeiten zu lassen, den Motorgenerator
dagegen in unveränderlicher Drehrichtung und Drehzahl zu erhalten. Das Wechselgetriebe
wird .dabei wie bei der bekannten Ausführung so ausgeführt, daß die Erreichung verschiedener
Drehzahlen möglich ist, wie sie zur Erzielung der in jedem Fall günstigsten hydraulischen
Verhältnisse nötig sind.
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Der Motorgenerator der Speichergruppe kann selbstverständlich in Zeiten,
da weder Turbinenbetrieb noch Pumpenbetrieb. nötig ist, als Phasenschieber zur Verbesserung
des elektrischen Leistungsfaktors benutzt werden. Zur tunlichen Herabsetzung von
mechanischen Verlusten wird das Getriebe daher vorteilhaft :so ausgeführt, !daß
es in gleichfalls bekannter Weise das Abschalten der hydraulischen Maschine zuläßt,
und der Motorgenerator allein in Betrieb gehalten werden. kann.
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In der Zeichnung veranschaulichen die Abb. i bis 5 Ausführungsbeispiele
des Erfindungsgegenstandes.
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Abb. i stellt eine schematische Darstellung einer Speichermaschinengruppe
gemäß der Erfindung, bestehend aus einem Motorgenerator, einer hydraulischen Maschine
und einem Wechsel- und Wendegetriebe in vertikaler Anordnung dar.
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Abb. 2 zeigt schematisch den Aufriß bzw. Ouerschnitt und Abb.3 den
schematischen Grundriß einer Ausführungsform des Wechsel-und Wendegetriebes.
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In den Abbildungen bedeuten i den Motorgenerator, 2 die hydraulische
Maschine, 3 das Wechsel- und Wendegetriebe, q. die mit dem Motorgenerator; 5 die
mit der umkehrbaren hydraulischen Maschine verbundene Welle, 6 ein auf die Welle
q. aufgekeiltes Zahnrad, mit welchem die Zahnräder 7 und 8 kämmen. Jedes dieser
letzteren Zahnräder ist je fest verbunden mit der einen Hälfte der Kupplung i i
bzw. 12, mit welcher es leer auf der Vorgelegewelle 9 bzw. io läuft, während die
Zahnräder 13 bzw. 14. mit der andern Hälfte der Kupplung i i bzw. 12 auf den Vorig?legewellen
9 bzw. io fest aufgekeilt sind. Das Zahnrad 13 greift: direkt in das Zahnrad i 5,ein,
wodurch der als Pumpe arbeitenden hydraulischen Maschine bei eingerückter Kupplung
i i die Leistung im Drehsinn und mit der Drehzahl der Welle q. zugeführt wird. Zur
Entlastunig der Zahnräder 7 und 13 kann .auch eine Verriegelungsvorrichtung 16 zwischen
den beiden Zahnrädern 6 und 15 vorgesehen werden. Ist dagegen die Kupplung i i aus-und
die Kupplung 12 eingerückt, so wird die Leistung von der als Turbine arteiternden
hydraulischen Maschine durch Welle 5 und Zahnraid 15 auf das Zwischenrad 17, von
diesem über das Zahnrad 1q., durch Welle io und Kupplung i2 auf das Zahnrad 8 und
durch Rad 6 und. Welle q. zu der als Generator arbeitenden elektrischen Maschine
übertragen, jedoch im entgegengesetzten Drehsinn der Welle 5 und mit einer andern,
dem Turbinenbetrieb angepaßten Drehzahl der hydraulischen Maschine. 18 ist ein feststehendes
Lagerkreuz. Durch wechselweises Schalten der Kupplungen ii und 12 ist es somit möä
lich; bei gleichbleibender Drehrichtung und Drehzahl der Welle q. bzw. des Motorgenerators
die Drehrichtung und Drehzahl der Welle 5 bzw. der hydraulischen Maschine zu verändern.
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Abb. q. zeigt schematisch eine Ausführungsart einer Speichermaschinengruppe
gemäß der Erfindung mit einem raschlaufenden Motorgenerator i g. Auf der Welle 2o
des Motorgenerators fest aufgekeilt sitzt Rad 2 i und die eine Hälfte von
Kupplung 22. Auf der gleichen Welle 2o sitzt lose die zweite Hälfte der Kupplung
22, verbunden mit Rad 23. Letzteres steht im Eingriff mit Rad 2.4, welches auf Welle
25 der hydraulischen Maschine 26 aufgekeilt ist. Rad 21 ist auch, wie Abb. 5 im
Grundriß zeigt, mit Rad 27 im Eingriff, welches mit der einen Hälfte der Kupplung
30 fest auf Welle 28 sitzt. Auf dieser Welle 28 sitzen lose, aber miteinander
verbunden, die zweite Hälfte der Kupplung 30 und Rad 29, welch letzteres
in Rad 24. eingreift.
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Der Betrieb mit einer Speichermaschinengruppe nach einer Anordnung,
wie sie Abb.4 und 5 darstellen, gestaltet sich wie folgt: Beim Turbinenbetrieb wind
die Leistung von der hydraulischen Maschine 26 durch Welle 25 und Rad 24 über Rad
29 und die eingerückte Kupplung 30 durch Welle 28 auf Rad 27, von diesem auf Rad
2i 'und.durch Welle 2o auf den Motorgenerator i9 übertragen. Die Drehrichtung der
hydraulischen Maschine und des Motorgenerators sind gleich. Die Kupplung 22- bleibt
dabei ausgerückt. Beim Pümpbetrieb ist die Kupplung 3o aus-, Kupplung 22 dagegen
eingerückt. Die Leistung geht somit vom Motorgenerätar i9 durch Welle 2o, Kupplung
22, Rad 23, Rad 24 und Welle .25 in die hydraulische Maschine 26. Letztere erhält
dabei entgegengesetzte Drehrichtung und ihre Drehzahl kann größer als
beim
Turbinenbetrieb gehalten werden nach Maßgabe der Erfordernisse. In der Zeichnung
sind die Drehrichtungen mit T für den Turbinenbetrieb und mit P für den Pumpbetrieb
bezeichnet.
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Durch Verwendung verschiedener ZAvischengetriebe 21, 27 und 29- ist
es möglich, die hydraulische Maschine mit verschiedenen Drehzahlen laufen zu lassen,
d. h. sie verschiedenen Druckhöhen anzupassen. Als Kupplungen i i und 12 bzw. 22
und 30 können beliebige Schaltkupplungen, vorzugsweise solche mit mechanischer Verriegelung
verwendet werden.
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Um das Umschalten von der einen Betriebsart auf die andere zu erreichen
und zu vereinfachen, und um die Umsteuerorgane für das Wechsel- und Wendegetriebe
möglichst klein zu halten, ist es vorteilhaft, das Wasser mittels Druckluft vom
Laufrad der hvdraulischen Maschine fernzuhalten. Das in Abb. i gezeichnete Wechsel-
und Wendegetriebe 3 kann anstatt als Zahngetriebe auch ,als an sich bekanntes hydraulisches
Strömungsgetriebe ausgebildet sein.