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Vorrichtung zur Sicherung des Weiterbetriebes der Wasserturbine -
eines elektrischen Kraftwerkes Die Erfindung betrifft Wasserturbinen elektrischer
Kraftwerke, .deren Regler von einem Elektromotor angetrieben w-ir-d, der unmittelbar
oder über einen Wandler von,dem Netz gespeist wird, auf .das der mit der Turbine
gekuppelte Generator arbeitet. Diese unmittelbare Speisunig des Motors für das Reglerperndel
ist als billiger Ausweg bekannt. Man spart dadurch nämlich einen besonderen Stromerzeuger,
der unmittelbar mit der Turbine gekuppelt ist und nur den Reglermotor speisen soll.
Diese billigere Ausführung hat aber den Nachteil, daß bei Spannungsstörungen oder
wenn das Netz abgeschaltet wird, das Reglerpendel stehenbleibt. D ies würde zur
Folge haben, daß idiie Turbine bei Entlastung durchweht. Um das zu verhindern, wurde
bisher durch eine besondere Vorrichtung der Wasserzulauf zu der Turbine vollständig
gesperrt, sobald der Regler s;tehenbleibt. Damit hat man zwar eine Sicherheit gegen
das Durchgehen;, !aber es ergibt sich Idier neue Nachteil, daß man in jedem -dieser
Fälle die Maschine aus dem Stillstand neu hochfahren sowie den Stromerzeuger von
neuem mit dem Netz parallel schalten und synchronisieren muß.
Die
Erfindung will die einfache und billige Speisung dies Antriebsmotors für den Regler
,unmittelbar vom Stromerzeuger oder vom Netz beibehalten. aber den Nachteil beseitigen,
daß bei jeder Störung die Turbine stillgesetzt werden muß. Dies wird durch eine
mechanisch auf das Regelgestänge der Turbine wirkende Stellvorrichtung erreicht.,
die bei Spannungs:sfiörungen im elektrischen Netz das Regelgestänge der Turbine
in eine bestimmte Lage einstellt. Die Stellvorrichtung wirkt mechanisch auf das
Regelgestän:g° und wird durch einen besonderen Hilfsmoor verstellt. Dieser Hilfsmotor
kann z. B. ein mit Öldruck beaufschlagter Druckkolben sein. Er wird :durch ein elektrisches
Relais, z. B. über ein Steuerventil, gesteuert. Das Relais spricht bei Spannungsstörungen
an. Die Stellung, in die das Regelgestänge durch d1° Stellvorrichtung eingestellt
wird, entspricht einer Turbinendrehzahl, die man trotz der Spannungsstörung aufrechterhalten
will. Man wird diese Stellung entweder so wählen, d.aß bei ihr der Turbine so viel
Wasser zugeführt wird, daß sie mit unveränderter Betriebsdrehzahl leer läuft oder
unter Umständen auch so viel, daß der Betrieb mit voller Last aufrechterhalten bleibt.
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Besonders bei großen Kraftwerken kommt es vor, daß bereits bei Spannungsabsenkungen,
also bei nicht vollständigem Ausbleiben der Spannung, die Sicherheitsvorrichtung
eingreifen muß. Für solche Fälle kann die Stellvorrichtung nach der Erfindung mit
einem Sperrglied versehen «-erden, das sie zunächst in einer Lage festhält, die
der Vollastöffnung der Turbine entspricht. Das Sperrglied wird ebenso wie die Stellvorrichtung
ferngesteuert und kann nach Bedarf ausgerückt werden, so daß nunmehr die Stellvorrichtung
das Regelgestänge in eine Lage bringt, hei der diie Turbine leer läuft.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch
angegeben. Abb. i ist ein Schema der Regelanordnung mit nur einer Stellvorrichtung;
Abb. 2 ist ein Schema mit einer Stellvorrichtrung und, einem Sperrglied.
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i ist die Turbine mit dem Stellring 2 für die Leitschaufeln 3, der
bei Drehung in der Pfeilrichtung d. die Turbine öffnet.. Durch das Gestänge 5 wird
dieser Stellring von dem Servomotorkolben 6 bewegt. Dieser Kolben wird: durch Drucköl
entweder aus der Leitung 7 oder der Leitung 8 beaufschlagt, :die beide an das Hauptsteuerventil
9 angeschlossen sind und von diesem je nach der Stellung des Ventils abwechselnd
mit Drucköl aus der Zuleitung io gespeist oder beide abgesperrt werden. Das Ventil
wird über das Gestänge ii von dem Regler 12 bewegt und durch die Rückführung 13
von dem Kolben 6 in seine Ruhelage zurückgeführt. Der durch einen (nicht gezeichneten)
von Hand zu verstellenden Lasteinsteller veränderbare Regler 12 wird durch einen
Elektromotor 1.4 angetrieben, der über die Leitungen 15 und 16 an die Spannung des
Netzes 17 angeschlossen ist. Der von der Turbine i angetriebene Generator 18 kann
:durch einen Sich-erheitsscbalter i9 abgeschaltet werden, der selbsttätig abschaltet,
sobald der über die Leitungen 16 an das Netz 17 angeschlossene Elektromagnet 2o
spannungslos wird.
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Sobald also die Spannung im Netz 17 verschwindet, wird der Schalter
i9 den Generator 18 abschalten und damit die Turbine i entlasten. Zugleich beginnt
der Reglermotor 1.:1, stehenzubleiben. Dadurch fallen die Glewiclite des Reglers
12 zusammen, und dier Regler wirkt in dem Sinne einer weiteren Öffnung dies Leitschaufelapparates
3. Die Turbine würde also durchgehen.
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Um dies zu verhindern, ist gemäß der Erfindung eine Stellvorrichtung
21 ,angebracht, deren Kolben von einer Feder 22 gegen die verschiebbare Welle des
Reglefs 12 gedrückt wird, so daß diese in eine Stellung gelangt, die der Leerlauföffnlung
des Leitapparates 3 entspricht. Die Turbine läuft demnach ohne Last mit ihrer Leerlaufdrehzahl
weiter und braucht nicht stillgesetzt zu werden.
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Im normalen Betrieb soll der Kolben der Stellvorrichtung 2:1 die Reglung
nicht beeinflussen. Er wird deshalb über die Leitung 23 von dem Nebensteuerventil2.I
mit Drucköl beaufschlagt, solange der den Kolben des Nebensteuerventils 2.4 bewegende
Elektrotnagllet 25 über die Leitungen 26 und 16 vom Netz 17 Spannung erhält. Dann
ist der Kolben des Ventils 2d. angehoben, so d@aß die Leitung 23 mit der Druckölzuleitung
io verbunden ist. Wenn der Elektromagnet 25 spannungslos wird, kommt dien Kolben
des Ventils 2.1 in eine Stellung, in der er die Leitung 23 mit der Ölableitung 27
verbindet. Dann sinkt der Öldruck unser dem Kolben der Stellvorrichtung 2i, so d:aß
die Feder 22 wirksam wird. Über die Leitung 28 kann beim normalen Betriebszustand
der Turbine das Lecköl der Ste11vorrichtung 21 entweichen.
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In der Abb. 2 sind alle bisher beschriebenen Teile mit gleicher Bezeichnung
dargestellt. Sie sind. aber noch ergänzt durch ein Sperrglied 29, das in
eingerücktem Zustande nur eine Teilbewegung der Stellvorrichtung 21 zuläßt. Es wird
durch eine Feder 30 unter die Stellvorrichtung 21 geschoben, sobald der Öldruck
aus der Leitung 31 aufhört. Diese ist an ein: zweites Nebensteuerventil 32 angeschlossen,
das die Leitung 31 entweder an die Zuleitung io oder über die Leitungen 33
und
28 an: die Ableitung 27 anschließt. Dieses Ventil wird von: einem Elektromagneten
34 bewegt, der jedoch nicht an die Netzspannung angeschlossen ist, sondern mit Hilfe
eines (nicht gezeichneten) Schalters oder Relais an eine vom Netz unabhängige Stromquelle
nach Bedarf angeschlossen werden kann.
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Um die Arbeitisweise der Einrichtung zu erklären, werden vier Fälle
behandelt.
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i. Nach Ab:b. i Betrieb bei Vollast: Der Leitapparat isst weit geöffnet;
-die Turbine läuft mit der Nenndrehzahl. In diesem Augenblick hört die Spannung
im Netz, z. B. durch Kurzschluß, auf. Der Schalter i9 wird durch den Elektromagneten
2o ausgeschaltet. Der Regliermotar 14 bleibt stehen, die Gewichte des Reglers 12
fallen zusammen. Das Ventil 9 -verbinidet die Leitung 8 mit der Leitung i o, so
diaß der Kolben 6- sich hebt und den Leitapparat noch weiter zu öffnen sucht. Der
Elektromagnet 25 fällt ab, weil er gleichfalts spannungslos geworden ist, und das
Ventil 24 verbindet die Leitung 23 mit der Ableitung 27, so daß der Druck unter
dem Kolben der Stellvorrichtung oi aufhört und die Feder 22 den Kolben bis zum Anschlag
nach unten drückt. Dadurch wird die verschiebbare Welle des Reglers 12 mit dem Gestänged'rebpunkt
so weit verstellt,daß ,d,erVentil@lcolben 9 die Leitung 8 sperrt und statt ihrer
die Leitung 7 an die Zuleitung io anschließt. Der Kalben 6 senkt sich so weit, daß
dier Leitapparat bis auf die Leerlaufstellung geschlossen wird.
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2. Nach Abb. i Betrieb bei geringer Last: Der Leitapparat ist wenig
geöffnet; die Turbine läuft mit. Nenndrehz:a:hl. Die Vorgänge spielen sich genau
so. ab wie beim vorigen Beispiel, nur der Leitapparat bewegt sich zwischen ,seiner
gerinigen Anfangsöffnung und der Vodliastbffnung, bis er, genau wie vorher, in die
Ijeerlaufstellung zurückgeführt wird, nachdem die Stellvorrichtung 21 eingegriffen
hat.
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3. Nach Abb. 2 Betrieb bei Vollast: Wenn die Turbine bei nur teilweissem
Spannungsabfaj@l, der bereits genügt, um den Reglermotor 14 langsamer laufen zu
lassen, noch mit einer bestimmten, Last in Betrieb bleiben soll, wird beim normalen,
Betrieb-,der Elektromagnet 34 abgeschaltet. Dann verbindet das Ventil 32 die Leitung
3.1 mit der Ableitung 33, 28, 27, und die Feder 30 drückt den K'ol'ben 29 uniber
.den Kolben 21, so daß beim Abfallen id-es El"elctromag-neten 25 und der dadurch
bewirkten Verstellung des Ventils 24 der Kolben 2i nur so weit sinken kann, daß
er den Regler nicht bis in die Leerlaufstellung drückt, sondern nur bis in eine
mittlere Stellung, bei der derLeitupparat halb geöffnet. ist.
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4. Nach Abb. 2 Betrieb bei geringer Last: Dabei ist- der Regler von
vornherein so weit gesenkt, d'aß beim Absinken der Netzspannung und Eingreifen der
Stellvorrichtung 21 diese nur einen sehr kleinen Weg zu machen hat, bis sie durch
das Sperrglied 29 aufgehalten wird:.
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Man kann den Elektromagneten 34 in beliebiger Weise betätigen. Selbstverständlich
kann man. ihn auch selbsttätig an die vom Netz unabhängigeHilfs.spannung anschließen,
sobald die Netzspannung nicht nur absinkt, sondern völlig verschwindet. Nachträglich
würde dann das Spi°rrgl:ied 29 zurückgezogen, so .daß nunmehr die Stel:lvorricbtung
ein Schließen der Leitvorrichtun,- bis zum Leerlauf der Turbine veranlaßt.