EP1250532B1 - Betriebsgebäude für eine anlage und verfahren zum betrieb eines betriebsgebäudes - Google Patents

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EP1250532B1
EP1250532B1 EP01909468A EP01909468A EP1250532B1 EP 1250532 B1 EP1250532 B1 EP 1250532B1 EP 01909468 A EP01909468 A EP 01909468A EP 01909468 A EP01909468 A EP 01909468A EP 1250532 B1 EP1250532 B1 EP 1250532B1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
chamber
pump
building
pump chamber
cooling water
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP01909468A
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English (en)
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EP1250532A2 (de
Inventor
Falko Schubert
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
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Publication of EP1250532B1 publication Critical patent/EP1250532B1/de
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04H—BUILDINGS OR LIKE STRUCTURES FOR PARTICULAR PURPOSES; SWIMMING OR SPLASH BATHS OR POOLS; MASTS; FENCING; TENTS OR CANOPIES, IN GENERAL
    • E04H5/00—Buildings or groups of buildings for industrial or agricultural purposes
    • E04H5/10—Buildings forming part of cooling plants
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/70—Suction grids; Strainers; Dust separation; Cleaning
    • F04D29/708—Suction grids; Strainers; Dust separation; Cleaning specially for liquid pumps
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T137/00—Fluid handling
    • Y10T137/8593—Systems
    • Y10T137/85978—With pump
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T137/00—Fluid handling
    • Y10T137/8593—Systems
    • Y10T137/86187—Plural tanks or compartments connected for serial flow
    • Y10T137/86212—Plural compartments formed by baffles

Definitions

  • the invention relates to a plant building for a plant, in particular for a power generation plant which has a Pump chamber and a cleaning chamber for cooling water has.
  • the invention further relates to a method of operation of the company building.
  • Cooling water necessary is the cooling of steam in a cooling tower a power plant.
  • This is generally the cooling water taken from a natural reservoir, for example a river or lake, first cleaned in the cleaning chamber, then arranged over the pump chamber with a there Pump to be pumped to plant components.
  • the delivery rate of the pumping system several cubic meters of cooling water per second. Accordingly voluminous are the flow paths, the cleaning facilities for cleaning the cooling water, the pump chamber and in particular the pump is formed.
  • Zuström the coolant to the pump crucial. In particular, this is a possible vortex-free inflow required in the pump.
  • the cleaning chamber and its outlet cross section usually very narrow and highly trained, whereas the cleaning chamber downstream of the cleaning chamber Pump chamber wide and flat and for example is designed as a covered pump chamber.
  • the cleaning chamber downstream of the cleaning chamber Pump chamber wide and flat and for example is designed as a covered pump chamber.
  • the coolant turbulence Around To prevent these turbulence or swirls to the training of surface or bottom vortices disturbing the pump is usually between the cleaning chamber and the pump chamber provided a calming section.
  • the factory building has a pump chamber for arranging a Pump for cooling water and a cleaning chamber on.
  • the factory building is an intake structure on a clear water with a number of inlet chambers designed so that the Water the individual inlet chambers evenly and as possible inverted vortex and that the bottom of the water by the inflowing water is not stirred up or damaged.
  • the invention is based on the object, a business building for a plant and a procedure for the operation of an operating building specify where safe plant operation guaranteed at low production costs of the plant is.
  • a pump chamber to the arrangement a pump for cooling water and a cleaning chamber, wherein the pump chamber is directly adjacent to the cleaning chamber connects, the pump chamber with the cleaning chamber Connected via an inlet opening to which a connects obliquely to the chamber side wall extending wall region and the flow area for the into the pump chamber inflowing coolant by means of one in the pump chamber mounted pump is tapered, leaving the coolant to avoid disturbing vortexes a flow velocity from about 2 to 3 m / s.
  • the invention is based on the surprising finding from that the cleaning chamber immediately in front of the pump chamber can be arranged, that is, the usual calming sections can be omitted without disturbing in the pump chamber Vortex, especially surface vortex occur.
  • the Avoidance of the vortices can namely already by the called functional geometric design of the pump chamber achieve that at a comparatively high flow rate leads.
  • This relationship between Flow velocity and vortex formation surprised because previously assumed that only exactly the opposite Way is promising, namely to avoid of whirling the lowest possible speed adjust.
  • the height of a sufficient flow velocity depends on several factors, especially of the amount of cooling liquid to be pumped.
  • a decisive advantage of this embodiment is to see that a discontinuation of the calming section at a reduced Construction volume of the company building and thus too clearly reduced production costs for the company building leads.
  • the chamber geometry can be designed such that the Operation the flow velocity of the cooling liquid during Entry into the pump chamber is increased.
  • the pump chamber designed for such a positioning of the pump, that by the displacing action of a pump tube a detachment of the flow from the wall in spite of the usually large expansion angle in the inflow of the pump chamber reliably prevented.
  • the flow cross section tapers for the coolant flowing into the pump chamber.
  • the diameter of the pump tube in a wide range varies, so both pumps with small pipe diameter and high impeller speed as well Pumps with large pipe diameter and low impeller speed can be used in the same chamber.
  • a low so-called “required holding pressure level” (NPSH) to avoid so-called cavitation, So the training and the abrupt collapse of vapor bubbles, is reached.
  • NPSH so-called "required holding pressure level”
  • the cleaning chamber Similar to the pump chamber in the inlet area to Pump chamber sloping side walls.
  • a cleaning device is preferably immediately before arranged and encloses the inlet opening of the pump chamber this completely. This cleaning device preferably has on its side facing away from the pump chamber Strömungsleitbleche on.
  • An alternative embodiment is preferably by the Achieved training of the pump as a concrete spiral housing pump, wherein the concrete spiral housing the chamber ceiling of the pump chamber forms.
  • the concrete spiral housing pump has it preferably via a suction tube, which projects into the pump chamber.
  • an operating building 2 for a in particular large-scale plant such as a Power plant for power generation, a pump chamber 4 and a Cleaning chamber 6, which directly above each other a common chamber wall 8 adjacent.
  • the cleaning chamber 6 and the pump chamber 4 are fluidically over an inlet opening 10 with each other in connection.
  • the pump chamber 4 is designed as a so-called covered pump chamber and has a chamber cover 28.
  • In the pump chamber 4 is a spaced from the chamber bottom 12 pump 14 with a pump tube 16 arranged. This is to form an annular gap 29 passed through the chamber ceiling 28.
  • the end of the pump tube 16 is closed by a suction bell 17 on.
  • the pump according to FIG. 1 is the pump according to FIG.
  • a cleaning device for the cooling water in the form of a filter or a Screen device 22 is arranged.
  • She is in particular as one so-called sieve belt machine trained. This has a circumferential Sieve belt with several sieve surfaces 24 on, in the Area of the inlet opening 10 for cleaning cooling water serve and in the upper part of the wire belt machine, for example be cleaned by spraying.
  • the sieve device 22 are preferably further not shown Cleaning devices upstream.
  • the cooling water is usually a natural reservoir removed, passes through an inflow opening 26 in the cleaning chamber 6, is cleaned there and then by the Inlet opening 10 is sucked into the pump chamber 4 of the pump 14.
  • the operating building 2 is in relation to the water level of the reservoir arranged such that when a natural Fluctuation of the water level between a high water level H and a low water level N the suction cup 17, so the inflow of the pump 14, sufficient covered with cooling water. Because with too little coverage the quality of the flow deteriorates Pump tube 16. This is especially true when the water level under the chamber ceiling 28 drops. This situation is therefore only for special cases of operation and for a limited Time is allowed, for example when starting the pump 14, when the water to the operating building 2 through a long Channel or a long pipe is supplied.
  • a sufficiently high coverage also helps the so-called cavitation to avoid, therefore, the training and the abrupt collapse of vapor bubbles to form a material damaging Pressure wave.
  • the illustrated embodiment of the pump chamber 4 as a covered pump chamber with the chamber ceiling 28 counteracts the formation of surface whirls.
  • FIG 3 which extends to the inlet opening 10 adjoining wall portion 30 obliquely to the chamber side wall 32, which in turn has a rear sloping Wall portion 30a merges into the chamber rear wall 34.
  • the longitudinal threshold 38 extends in the inflow direction 40 of the cooling water.
  • the Leitschwelle 36 serves in the first Line for diverting the coolant into the pump 14. See it is, as it can be seen from FIG 1, preferably something arranged in front of the pump axis 42.
  • the threshold threshold 36 and the longitudinal threshold 38 may have the same profile or different Profile or have different dimensions.
  • the longitudinal threshold 38 serves to prevent soil, swirl. It is continued in a wall sill 44, the extends vertically upwards on the chamber rear wall 34, but is spaced from the chamber ceiling 28 to a sufficient To allow flow around the pump 14 with coolant.
  • the wall sill 44 is essentially for the lighter Redirecting the flowing coolant to the pump.
  • the in 1 shows a dashed line. He serves to improve the diversion of the bottom flow and reduces the degree of turbulence the flow in this area.
  • the pump chamber 4 characterized in that they despite use even Boundary surfaces the flow does not change abruptly and in spite of the unusually high speed level achieved a low degree of turbulence in the pump tube 16.
  • bevels in critical areas can be the Pump chamber 4 therefore referred to as largely edge free become.
  • the typical flow paths of the cooling liquid are represented in the figures by dashed arrow lines.
  • the inclined front wall portion 30 avoids one Demolition of the flow from the chamber wall. This will not work last achieved by the displacement effect of the pump tube 14, which is determined by the size and position of the Pump 14 is determined in relation to the wall portions 30.
  • the flow cross-section for the cooling liquid reduced following the inlet opening 10, so that an increase in the flow rate occurs. This prevents on the one hand the demolition of the flow and helps thus already to avoid whirling. Due to the high Speed levels of the flow will also be easier and reliably achieves that no particular Form stationary flow vortex at the surface. Such stationary flow vortices only form then stable when a sufficiently steady flow occurs. This is precisely the essential feature of the chamber geometry, that such a comparatively calm flow is avoided.
  • the chamber ceiling leads 28 to improve the speed distribution in the pump tube 16.
  • longitudinal plates 50th arranged substantially perpendicular to the chamber bottom 12th are aligned.
  • side walls 52 of the cleaning chamber 6 to the inlet opening 10 bevelled.
  • the screening device 22 at its inlet opening 10 facing away from the end flow baffles 54 on, at the front of the screening device 22 straight or at an oblique angle to this are arranged at the edge.
  • fluidic connections 56 to the interior the pump chamber 4 is provided.
  • cooling water are removed from the pump chamber 4 without pumps must be introduced into the interior of the pump chamber 4, which negatively affect the flow of coolant.
  • the Fluidic connection 56 may also include measurements such as a level measurement, without affecting the flow in the pump chamber 4 are made.
  • a larger amount of cooling water can be removed. It flows the cooling water through the annular gap 29 between chamber ceiling 28th and pump tube 16.

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Abstract

Das Betriebsgebäude umfasst eine Reinigungskammer (6) und eine Pumpenkammer (4) mit einer Pumpe (14) für Kühlwasser, die sich unmittelbar an die Reinigungskammer (6) anschließt und eine derartige Kammergeometrie aufweist, dass beim Betrieb der Anlage störende Wirbel aufgrund einer hohen Strömungsgeschwindigkeit der Kühlflüssigkeit vermieden sind. Die unmittelbare Aneinanderanordnung der beiden Kammern führt zu reduzierten Kosten aufgrund des Wegfalls der bisher üblichen Beruhigungsstrecken.

Description

Die Erfindung betrifft ein Betriebsgebäude für eine Anlage, insbesondere für eine Anlage zur Energieerzeugung, das eine Pumpenkammer und eine Reinigungskammer für Kühlwasser aufweist. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betrieb des Betriebsgebäudes.
Bei einer industriellen Anlage, insbesondere bei einem Kraftwerk zur Energieerzeugung, ist für den Betrieb der Anlage Kühlwasser notwendig. Ein typisches Beispiel für den Einsatz von Kühlwasser ist das Abkühlen von Dampf in einem Kühlturm eines Kraftwerks. Hierbei wird im Allgemeinen das Kühlwasser aus einem natürlichen Reservoir entnommen, beispielsweise aus einem Fluss oder See, in der Reinigungskammer zunächst gereinigt, um dann über die Pumpenkammer mit einer dort angeordneten Pumpe zu Anlagenkomponenten gefördert zu werden. Bei großtechnischen Anlagen beträgt die Förderleistung des Pumpsystems mehrere Kubikmeter Kühlwasser pro Sekunde. Dementsprechend voluminös sind die Strömungswege, die Reinigungseinrichtungen zum Reinigen des Kühlwassers, die Pumpenkammer und insbesondere die Pumpe ausgebildet. Für einen sicheren und dauerhaften störungsfreien Betrieb der Pumpe ist das Zuströmverhalten der Kühlflüssigkeit zur Pumpe entscheidend. Insbesondere ist hierzu ein möglichst wirbelfreies Einströmen in die Pumpe erforderlich.
Konstruktionsbedingt ist die Reinigungskammer und deren Auslaßquerschnitt in der Regel sehr schmal und hoch ausgebildet, wohingegen die der Reinigungskammer strömungstechnisch nachgeschaltete Pumpenkammer breit und flach und beispielsweise als gedeckte Pumpenkammer ausgebildet ist. Bereits aufgrund dieser extrem unterschiedlichen Kammergeometrien sowie aufgrund von Einbauten in oder in Strömungsrichtung nach der Reinigungskammer erfährt die Kühlflüssigkeit Turbulenzen. Um zu verhindern, dass diese Turbulenzen oder Wirbel zu der Ausbildung von für die Pumpe störenden Oberflächen- oder Bodenwirbeln führen, ist gewöhnlich zwischen der Reinigungskammer und der Pumpenkammer eine Beruhigungsstrecke vorgesehen. Diese hat einen nicht unerheblichen Raumbedarf, was sich in den Kosten bei der Erstellung des Betriebsgebäudes negativ niederschlägt.
In dem Buch Lueger "Lexikon der Technik", 4. Auflage; Band 6: Lexikon der Energietechnik und Kraftmaschinen, A-K, hrsg. v. Rudolf von Miller, Deutsche Verlags-Anstalt GmbH, Stuttgart, 1965, Seiten 666-667 und Seiten 669-670, ist ein Betriebsgebäude für eine Anlage zur Energieerzeugung offenbart. Das Betriebsgebäude weist eine Pumpenkammer zur Anordnung einer Pumpe für Kühlwasser sowie eine Reinigungskammer auf. Das Betriebsgebäude ist als Einlaufbauwerk an einem freien Gewässer mit einer Anzahl von Einlaufkammern so ausgeführt, daß das Wasser den einzelnen Einlaufkammern gleichmäßig und möglichst wirbelfrei zuströmt und daß der Grund des Gewässers durch das einströmende Wasser nicht aufgewirbelt oder beschädigt wird.
In dem Artikel "Pumping stations and heavy duty raw water pumps for the cooling of industrial complexes and power plants" von Courcot, P., Goudy, G. and Lapray, J.F.; GEL Alstom Technical Review No. 12-1993; Paris; ISSN: 1148-2893 ist eine Pumpenanordnung offenbart, bei welcher eine sonst übliche Beruhigungsstrecke zwischen der Reinigungskammer und der Pumpenkammer entfallen kann, wobei jedoch ausschließlich eine rotierende Siebeinrichtung vorgesehen ist. Bei diesem Stand der Technik ist insbesondere die Bildung von störenden Wirbeln im Kühlwasserstrom nicht zuverlässig vermieden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Betriebsgebäude für eine Anlage sowie ein Verfahren zum Betrieb eines Betriebsgebäudes anzugeben, bei denen ein sicherer Anlagenbetrieb bei geringen Herstellungskosten der Anlage gewährleistet ist.
Zur erfindungsgemäßen Lösung der auf das Betriebsgebäude bezogenen Aufgabe weist dieses eine Pumpenkammer zur Anordnung einer Pumpe für Kühlwasser und eine Reinigungskammer auf, wobei die Pumpenkammer sich unmittelbar an die Reinigungskammer anschließt, wobei die Pumpenkammer mit der Reinigungskammer über eine Einlauföffnung verbunden ist, an die sich ein schräg zur Kammerseitenwand verlaufender Wandbereich anschließt und der Strömungsquerschnitt für die in die Pumpenkammer einströmende Kühlflüssigkeit mittels einer in der Pumpenkammer montierten Pumpe verjüngt ist, so dass die Kühlflüssigkeit zur Vermeidung von störenden Wirbeln eine Strömungsgeschwindigkeit von etwa 2 bis 3 m/s aufweist.
Die Erfindung geht hierbei von der überraschenden Erkenntnis aus, dass die Reinigungskammer unmittelbar vor der Pumpenkammer angeordnet sein kann, dass also die üblichen Beruhigungsstrecken entfallen können, ohne dass in der Pumpenkammer störende Wirbel, insbesondere Oberflächenwirbel, auftreten. Die Vermeidung der Wirbel lässt sich nämlich bereits durch die genannte zweckmäßige geometrische Ausgestaltung der Pumpenkammer erreichen, die zu einer vergleichsweise hohen Strömungsgeschwindigkeit führt. Dieser Zusammenhang zwischen Strömungsgeschwindigkeit und Wirbelausbildung überrascht, da bisher davon ausgegangen wird, dass lediglich genau der entgegengesetzte Weg Erfolg versprechend ist, nämlich zur Vermeidung von Wirbeln eine möglichst niedrige Geschwindigkeit einzustellen. Die Höhe einer ausreichenden Strömungsgeschwindigkeit hängt von mehreren Faktoren, insbesondere auch von der Menge der zu pumpenden Kühlflüssigkeit ab. Bei großindustriellen Anlagen mit einer Pumpkapazität von mehreren Kubikmetern pro Sekunde ist bisher eine Strömungsgeschwindigkeit von in etwa 0,5m/s in der Beruhigungsstrecke vorgesehen. Zur Vermeidung der Wirbel wird eine im Vergleich zu dieser Strömungsgeschwindigkeit höhere eingestellt, die insbesondere etwa zwischen 2-3 m/s beträgt.
Ein entscheidender Vorteil dieser Ausgestaltung ist darin zu sehen, dass ein Wegfall der Beruhigungsstrecke zu einem reduzierten Bauvolumen des Betriebsgebäudes und damit zu deutlich reduzierten Herstellungskosten für das Betriebsgebäude führt.
Die Kammergeometrie kann derart ausgestaltet sein, dass beim Betrieb die Strömungsgeschwindigkeit der Kühlflüssigkeit beim Eintritt in die Pumpenkammer erhöht wird.
Bei herkömmlichen Anlagen sowie bei der hier beschriebenen Anlage betragen die Strömungsgeschwindigkeiten für das Kühlwasser innerhalb einer in der Reinigungskammer angeordneten Reinigungsmaschine in etwa 1m/s. Während bei herkömmlichen Anlagen diese Strömungsgeschwindigkeit durch die Beruhigungsstrecken beim Zulauf zur Pumpenkammer auf etwa 0,5m/s reduziert wird, ist gemäß der vorliegenden Ausführungsform demgegenüber zur Ausbildung einer ausreichend hohen Strömungsgeschwindigkeit eine Erhöhung der Geschwindigkeit vorgesehen.
An eine Einlauföffnung, über die das Kühlwasser in die Pumpenkammer einströmt, schließt sich ein schräg zur Kammerseitenwand verlaufender Wandbereich an. Damit sind in der Pumpenkammer Rückströmräume vermieden, die eine typische Ursache für die Ausbildung von Wirbeln sind.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Pumpenkammer für eine derartige Positionierung der Pumpe ausgelegt, dass durch die verdrängende Wirkung eines Pumpenrohres ein Ablösen der Strömung von der Wand trotz des in der Regel großen Aufweitungswinkels im Einströmbereich der Pumpenkammer zuverlässig verhindert wird. -
Bei montierter Pumpe verjüngt sich der Strömungsquerschnitt für die in die Pumpenkammer einströmende Kühlflüssigkeit. Dabei ist es möglich, dass der Durchmesser des Pumpenrohres in einem großen Bereich variiert, so dass sowohl Pumpen mit kleinem Rohrdurchmesser und hoher Laufraddrehzahl als auch Pumpen mit großem Rohrdurchmesser und geringer Laufraddrehzahl in die gleiche Kammer eingesetzt werden können. Der Rohrdurchmesser und die Laufraddrehzahl werden dabei derart gewählt, dass eine niedrige sogenannte "erforderliche Haltedruckhöhe" (NPSH) zur Vermeidung der sogenannten Kavitation, also der Ausbildung und des abrupten Zusammenfalls von Dampfblasen, erreicht wird. Hierzu werden insbesondere der Abstand der Achsmitte der Pumpe von der Kammerrückwand sowie der Bodenabstand der Pumpensaugglocke als Funktion des Saugglockendurchmessers und der Kammergröße festgelegt.
Zur Vermeidung von Wand- und Bodenwirbeln und zur Erlangung eines akzeptablen Geschwindigkeitsprofiles im Pumpenrohr weist in bevorzugten Ausführungen die Pumpenkammer alternativ und bevorzugt in Kombination folgende Merkmale auf:
  • Eine in etwa senkrecht zu der Einströmungsrichtung des Kühlwassers verlaufende Leitschwelle am Kammerboden im Bereich der Pumpe, die insbesondere zur Strömungsumleitung in Richtung zur Pumpe dient;
  • Eine am Kammerboden angeordnete und in etwa in Richtung der Einströmungsrichtung verlaufende Längsschwelle als Strömungswiderstand für Bodenwirbel;
  • eine Fortführung der Längsschwelle an der Kammerrückwand als insbesondere senkrecht verlaufende Wandschwelle;
  • eine Beabstandung der Wandschwelle von einer Kammerdecke der Pumpenkammer, die als gedeckte Pumpenkammer ausgeführt ist, um zur Vermeidung von Wirbeln eine ausreichende Umströmung der Pumpe zu gewährleisten;
  • Die Kammerseitenwände gehen, ähnlich wie im Einlaufbereich, über schräg verlaufende Wandbereiche in die rückwärtigen Kammerwände über.
  • Der Kammerboden ist zur Kammerrückwand abgeschrägt.
  • In der Einlauföffnung zur Pumpenkammer sind insbesondere senkrecht zum Kammerboden verlaufende Längsbleche angeordnet.
  • Der Innenraum der Pumpenkammer ist bei Bedarf über eine strömungstechnische Verbindung von außen zugänglich, die zur weiteren Entnahme von Kühlwasser oder auch zur Messung von Kühlmitteleigenschaften herangezogen wird. Eine Kühlwasserentnahme ist beispielsweise zu Löschzwecken oder zu temporären Reinigungszwecken mittels Kühlwasser vorgesehen. Üblicherweise werden hierzu Pumpen in der Pumpenkammer oder in der Beruhigungsstrecke angeordnet. Diese wirken jedoch als Strömungswiderstand und sind oft ursächlich für die Ausbildung von Oberflächenwirbeln. Mit der strömungstechnischen Verbindung über die Kammerwand ist die Anordnung solcher Pumpen im Innenraum hinfällig.
  • Bei Verwendung von sogenannten Rohrgehäusepumpen, bei denen das Pumpenrohr durch eine Kammerdecke der Pumpenkammer geführt wird, können zusätzlich oder alternativ größere Mengen von Zusatzwasser oberhalb der Kammerecke abgezogen werden. Dieses Wasser verlässt die Pumpenkammer durch einen Ringspalt zwischen Pumpenrohr und Kammerdecke.
Neben den besonderen Vorkehrungen in der Pumpenkammer selbst sind gemäß bevorzugten Weiterbildungen auch in der Reinigungskammer wirbelvermeidende sowie strömungsberuhigende und -vergleichmäßigende Maßnahmen getroffen, die zur Vergleichmäßigung der Strömung beitragen. Hierzu weist die Reinigungskammer, ähnlich wie die Pumpenkammer im Einlaufbereich zur Pumpenkammer schräg verlaufende Seitenwände auf. Weiterhin ist eine Reinigungseinrichtung vorzugsweise unmittelbar vor der Einlauföffnung der Pumpenkammer angeordnet und umschließt diese vollständig. Diese Reinigungseinrichtung weist vorzugsweise an ihrer der Pumpenkammer abgewandten Seite Strömungsleitbleche auf.
Eine alternative Ausführungsform wird vorzugsweise durch die Ausbildung der Pumpe als eine Betonspiralgehäusepumpe erreicht, wobei das Betonspiralgehäuse die Kammerdecke der Pumpenkammer bildet. Die Betonspiralgehäusepumpe verfügt dabei vorzugsweise über ein Saugrohr, das in die Pumpenkammer hineinragt.
Zur Lösung der auf das Verfahren bezogenen Aufgabe wird gemäß der Erfindung bei einem Betriebsgebäude mit einer Pumpenkammer und einer darin angeordneten Pumpe für Kühlwasser sowie mit einer unmittelbar an die Pumpenkammer angrenzenden Reinigungskammer das Kühlwasser in der Reinigungskammer gereinigt und strömt anschließend in die Pumpenkammer ein mit einer Strömungsgeschwindigkeit von etwa 2 bis 3 m/s so dass störende Wirbel vermieden werden.
Die im Hinblick auf das Betriebsgebäude aufgeführten Vorteile und bevorzugten Ausführungsformen lassen sich sinngemäß auf das Verfahren übertragen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen jeweils in schematischen Darstellungen:
FIG 1
eine ausschnittsweise seitliche Schnittdarstellung durch ein Betriebsgebäude,
FIG 2
ebenfalls eine ausschnittsweise seitliche Schnittdarstellung durch ein Betriebsgebäude mit einer Betonspiralgehäusepumpe, und
FIG 3
eine Aufsicht auf einen horizontalen Schnitt durch eine Pumpenkammer.
Gemäß den Figuren 1 und 2 weist ein Betriebsgebäude 2 für eine insbesondere großtechnische Anlage, wie beispielsweise ein Kraftwerk zur Energieerzeugung, eine Pumpenkammer 4 sowie eine Reinigungskammer 6 auf, die unmittelbar aneinander über eine gemeinsame Kammerwand 8 angrenzen. Die Reinigungskammer 6 und die Pumpenkammer 4 stehen strömungstechnisch über eine Einlauföffnung 10 miteinander in Verbindung. Die Pumpenkammer 4 ist als sogenannte gedeckte Pumpenkammer ausgebildet und weist eine Kammerdecke 28 auf. In der Pumpenkammer 4 ist eine vom Kammerboden 12 beabstandete Pumpe 14 mit einem Pumpenrohr 16 angeordnet. Dieses ist unter Bildung eines Ringspalts 29 durch die Kammerdecke 28 geführt. In der Pumpenkammer 4 schließt sich endseitig am Pumpenrohr 16 eine Saugglocke 17 an. Im Unterschied zu der gewöhnlichen separaten Pumpe 14 gemäß FIG 1 ist die Pumpe gemäß FIG 2 als Betonspiralgehäusepumpe 14a ausgebildet. Diese weist ein Betonspiralgehäuse auf, welches durch in die Gebäudestruktur eingelegte Betonbauteile 19 oder durch die Gebäudestruktur selbst gebildet ist. Von der Betonspiralgehäusepumpe 14a erstreckt sich ein Saugrohr 20 mit endseitig angebrachter Saugglocke 17 in die Pumpenkammer 4, so dass die Saugglocke 17 in einer für den Betrieb günstigen Höhe ist.
In der Reinigungskammer 6 ist unmittelbar vor der Einlauföffnung 10 und diese vollständig überdeckend eine Reinigungseinrichtung für das Kühlwasser in Form eines Filters oder einer Siebeinrichtung 22 angeordnet. Sie ist insbesondere als eine sogenannte Siebbandmaschine ausgebildet. Diese weist ein umlaufendes Siebband mit mehreren Siebflächen 24 auf, die im Bereich der Einlauföffnung 10 zur Reinigung von Kühlwasser dienen und im oberen Bereich der Siebbandmaschine beispielsweise durch Ausspritzen gereinigt werden. Der Siebeinrichtung 22 sind vorzugsweise weitere nicht näher dargestellte Reinigungseinrichtungen vorgeschaltet.
Das Kühlwasser wird in der Regel einem natürlichen Reservoir entnommen, gelangt über eine Zuströmöffnung 26 in die Reinigungskammer 6, wird dort gereinigt und anschließend durch die Einlauföffnung 10 in die Pumpenkammer 4 von der Pumpe 14 eingesaugt. Das Betriebsgebäude 2 ist bezüglich des Wasserstandes des Reservoirs derart angeordnet, dass bei einer natürlichen Schwankung des Wasserspiegels zwischen einem hohen Wasserspiegel H und einem niedrigen Wasserspiegel N die Saugglocke 17, also der Einströmbereich der Pumpe 14, ausreichend mit Kühlwasser überdeckt ist. Denn bei einer zu geringen Überdeckung verschlechtert sich die Qualität der Strömung im Pumpenrohr 16. Dies trifft vor allem dann zu, wenn der Wasserspiegel unter die Kammerdecke 28 sinkt. Diese Situation ist daher nur für besondere Betriebsfälle und für eine begrenzte Zeit zulässig ist, beispielsweise beim Start der Pumpe 14, wenn das Wasser dem Betriebsgebäude 2 durch einen langen Kanal oder eine lange Rohrleitung zugeführt wird. Eine ausreichend hohe Überdeckung hilft zudem die sogenannte Kavitation zu vermeiden, also die Ausbildung und den abrupten Zusammenfall von Dampfblasen unter Ausbildung einer materialschädigenden Druckwelle. Die dargestellte Ausbildung der Pumpenkammer 4 als gedeckte Pumpenkammer mit der Kammerdecke 28 wirkt der Entstehung von Oberflächenwirbeln entgegen.
Die speziellen Vorkehrungen zur Vermeidung von Wirbeln werden im Folgenden anhand der FIG 1 und der FIG 3 erläutert. Wie der FIG 3 zu entnehmen ist, verläuft der sich an die Einlauföffnung 10 anschließende Wandbereich 30 schräg zur Kammerseitenwand 32, welche wiederum über einen hinteren schrägen Wandbereich 30a in die Kammerrückwand 34 übergeht. Auf dem Kammerboden 12 ist eine Leitschwelle 36 sowie eine Längsschwelle 38 angeordnet, die eine dreieckige Querschnittsfläche aufweisen und ein Kreuz bildend zueinander angeordnet sind. Die Längsschwelle 38 verläuft dabei in Einströmrichtung 40 des Kühlwassers. Die Leitschwelle 36 dient in erster Linie zum Umlenken der Kühlflüssigkeit in die Pumpe 14. Hierzu ist sie, wie es der FIG 1 zu entnehmen ist, bevorzugt etwas vor der Pumpenachse 42 angeordnet. Die Leitschwelle 36 und die Längsschwelle 38 können gleiches Profil oder unterschiedliches Profil bzw. unterschiedliche Abmessungen aufweisen. Die Längsschwelle 38 dient zur Verhinderung von Boden-, wirbeln. Sie wird in einer Wandschwelle 44 fortgeführt, die sich an der Kammerrückwand 34 senkrecht nach oben erstreckt, jedoch von der Kammerdecke 28 beabstandet ist, um ein ausreichendes Umströmen der Pumpe 14 mit Kühlflüssigkeit zu ermöglichen. Die Wandschwelle 44 dient im Wesentlichen zum leichteren Umlenken der strömenden Kühlflüssigkeit zur Pumpe hin.
Im rückwärtigen Bereich der Pumpenkammer 4 ist der Kammerboden 12 zu den hinteren Wandbereichen 30a und zu der Kammerrückwand 34 über einen Eckenausgleich 46 abgeschrägt, der in FIG 1 gestrichelt dargestellt ist. Er dient zur Verbesserung der Umleitung der Bodenströmung und verringert den Turbulenzgrad der Strömung in diesem Bereich. Generell zeichnet sich die Pumpenkammer 4 dadurch aus, dass sie trotz Verwendung ebener Begrenzungsflächen die Strömung nicht abrupt ändert und dadurch trotz des ungewöhnlich hohen Geschwindigkeitsniveaus einen geringen Turbulenzgrad im Pumpenrohr 16 erreicht. Durch die Anordnung von Schrägen in kritischen Bereichen kann die Pumpenkammer 4 daher als weitgehend kantenfrei bezeichnet werden. Die typischen Strömungswege der Kühlflüssigkeit sind in den Figuren durch gestrichelte Pfeillinien dargestellt. Auf einen Eckenausgleich im Bodenbereich der Einlauföffnung 10 ist gemäß FIG 1 verzichtet, da sich dort von selbst ein stabiler Strömungswirbel 48 ausbildet, der als sogenanntes "hydraulisches Kugellager" nach Art einer stabilen Walze wirkt, so dass die restliche Strömung über den Strömungswirbel 48 im Wesentlichen unbeeinflußt hinwegströmt. Eine Verkleinerung des Strömungswirbels 48 lässt sich z.B. durch eine maßvolle Abschrägung des Bodenbereiches der Einlauföffnung 10 erreichen.
Insbesondere der schräge vordere Wandbereich 30 vermeidet einen Abriss der Strömung von der Kammerwand. Dies wird nicht zuletzt durch die Verdrängungswirkung des Pumpenrohrs 14 erreicht, die maßgeblich durch die Größe und die Position der Pumpe 14 in Relation zu den Wandbereichen 30 bestimmt wird. Insbesondere ist der Strömungsquerschnitt für die Kühlflüssigkeit im Anschluss an die Einlauföffnung 10 verringert, so dass eine Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit eintritt. Dies verhindert zum einen den Abriss der Strömung und hilft damit bereits zur Vermeidung von Wirbeln. Aufgrund des hohen Geschwindigkeitsniveaus der Strömung wird zudem in einfacher und zuverlässiger Weise erreicht, dass sich keine insbesondere stationären Strömungswirbel an der Oberfläche ausbilden. Solche stationären Strömungswirbel bilden sich nämlich nur dann stabil aus, wenn eine ausreichend ruhige Strömung auftritt. Darin liegt gerade das wesentliche Merkmal der Kammergeometrie, das eine solche vergleichsweise ruhige Strömung vermieden ist. Bei normalem Wasserstand N führt die Kammerdecke 28 zu einer Verbesserung der Geschwindigkeitsverteilung im Pumpenrohr 16.
Um im besonders kritischen Bereich im Übergang zwischen Reinigungskammer 6 und Pumpenkammer 4 Störungen aus der Siebeinrichtung 22 wirksam zu unterbinden, sind hier Längsbleche 50 angeordnet, die im Wesentlichen senkrecht zum Kammerboden 12 ausgerichtet sind. Für eine geeignete Strömungsführung sind zudem die Seitenwände 52 der Reinigungskammer 6 zur Einlauföffnung 10 abgeschrägt. Weiterhin weist die Siebeinrichtung 22 an ihrem der Einlauföffnung 10 abgewandten Ende Strömungsleitbleche 54 auf, die an der Vorderseite der Siebeinrichtung 22 gerade oder unter einem schrägen Winkel zu dieser randseitig angeordnet sind.
In der Kammerwand 8, vorzugsweise im Bereich der Wandbereiche 30, sind strömungstechnische Verbindungen 56 zum Innenraum der Pumpenkammer 4 vorgesehen. Über diese kann Kühlwasser aus der Pumpenkammer 4 entnommen werden, ohne dass Pumpen in den Innenraum der Pumpenkammer 4 eingeführt werden müssen, die die Kühlmittelströmung negativ beeinflussen. Über die strömungstechnische Verbindung 56 können zudem Messungen, wie eine Füllstandsmessung, ohne Auswirkungen auf die Strömung in der Pumpenkammer 4 vorgenommen werden. Alternativ oder zusätzlich kann bei dem Ausführungsbeispiel gemäß FIG 1, also bei der Verwendung einer sogenannten Rohrgehäusepumpe, eine größere Menge von Kühlwasser entnommen werden. Dabei strömt das Kühlwasser durch den Ringspalt 29 zwischen Kammerdecke 28 und Pumpenrohr 16.
Durch die vorbeschriebenen Maßnahmen wird in zuverlässiger Weise die Ausbildung sowohl von Bodenwirbeln als auch von Oberflächenwirbeln vermieden. Maßgebend hierfür ist das hohe Geschwindigkeitsniveau in der Pumpenkammer 4. Neben dem wesentlichen Vorteil des Verzichts auf die Beruhigungsstrecke kann die Pumpenkammer 4 zudem mit einer vergleichsweise geringen Kühlwasser-Überdeckung der Pumpe 14 zuverlässig betrieben werden. Denn die Gefahr der Ausbildung von Oberflächenwirbeln ist im Vergleich zu herkömmlichen Ausgestaltungen deutlich reduziert. Selbst bei Unterschreiten des niedrigen Wasserspiegels N auf einen reduzierten Wasserspiegel R, der beispielsweise beim Anfahren unter Umständen auftritt und unter das Niveau der Kammerdecke 28 fallen kann, ist die Kühlwasserströmung in der Pumpenkammer 4 ausreichend stabil. Die notwendige Höhe der Überdeckung wird daher im Wesentlichen lediglich durch die Kavitationsproblematik bestimmt. Aufgrund der reduzierten Überdeckung verringert sich die notwendige Bauhöhe des Betriebsgebäudes 2, so dass die Herstellungskosten gering gehalten sind.

Claims (16)

  1. Betriebsgebäude (2) für eine Anlage, insbesondere für eine Anlage zur Energieerzeugung, mit einer Pumpenkammer (4) zur Anordnung einer Pumpe (14) für Kühlwasser und mit einer Reinigungskammer (6), wobei die Pumpenkammer (4) sich unmittelbar an die Reinigungskammer (6) anschließt,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpenkammer (4) mit der Reinigungskammer (6) über eine Einlauföffnung (10) verbunden ist, an die sich ein schräg zur Kammerseitenwand (32) verlaufender Wandbereich (30) anschließt und dass der Strömungsquerschnitt für die in die Pumpenkammer (4) einströmende Kühlflüssigkeit mittels einer in der Pumpenkammer (4) montierten Pumpe (14) verjüngt ist, so dass die Kühlflüssigkeit zur Vermeidung von störenden Wirbeln eine Strömungsgeschwindigkeit von etwa 2 bis 3 m/s aufweist.
  2. Gebäude (2) nach Anspruch 1, bei dem der Kammerboden (12) der Pumpenkammer (4) eine in etwa senkrecht zu der Einströmungsrichtung (40) des Kühlwassers verlaufende Leitschwelle (36) im Bereich der Pumpe (14) zur Strömungsumleitung in Richtung zur Pumpe (14) aufweist.
  3. Gebäude (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Kammerboden (12) der Pumpenkammer (4) eine in etwa in Richtung der Einströmungsrichtung (40) des Kühlwassers verlaufende Längsschwelle (38) als Strömungswiderstand für Bodenwirbel aufweist.
  4. Gebäude (2) nach Anspruch 3, bei der die Längsschwelle (38) an der Kammerrückwand (34) als Wandschwelle (44) fortgeführt ist.
  5. Gebäude (2) nach Anspruch 4, bei dem die Pumpenkammer (4) als gedeckte Pumpenkammer (4) mit einer Kammerdecke (28) ausgeführt ist, und bei dem die Wandschwelle (44) von der Kammerdecke (28) beabstandet ist.
  6. Gebäude (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Kammerseitenwände (32) über schräg verlaufende hintere Wandbereiche (30a) in die Kammerrückwand (34) übergehen.
  7. Gebäude (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Kammerboden (12) im rückwärtigen Bereich der Pumpenkammer (4) zu der Kammerwand (30a,32,34) abgeschrägt ist.
  8. Gebäude (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem in der Einlauföffnung (10) zur Pumpenkammer (4) Längsbleche (50) angeordnet sind.
  9. Gebäude (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Innenraum der Pumpenkammer (4) über eine strömungstechnische Verbindung (56) zugänglich ist.
  10. Gebäude (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Pumpenkammer (16) eine Kammerdecke (28) aufweist, durch die ein Pumpenrohr (16) unter Bildung eines Ringspalts (29) geführt ist, so dass aus der Pumpenkammer (4) über den Ringspalt (29) Kühlwasser abziehbar ist.
  11. Gebäude (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Reinigungskammer (6) im zur Pumpenkammer (4) orientierten Bereich schräg verlaufende Seitenwände (52) aufweist.
  12. Gebäude (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem in der Reinigungskammer (6) eine Reinigungseinrichtung (22) unmittelbar vor der Einlauföffnung (10) zur Pumpenkammer (4) angeordnet ist.
  13. Gebäude (2) nach Anspruch 12, bei dem an der Reinigungseinrichtung (22) ein Strömungsleitblech (54) angebracht ist.
  14. Gebäude (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Pumpe (14) als eine Betonspiralgehäusepumpe (14a) ausgebildet ist, wobei das Betonspiralgehäuse (18) die Kammerdecke (28) der Pumpenkammer (4) bildet.
  15. Gebäude (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das für eine Förderleistung in der Größenordnung von etwa einem bis mehreren Kubikmetern Kühlwasser pro Sekunde ausgebildet ist.
  16. Verfahren zum Betrieb eines Betriebsgebäudes (2) für eine Anlage, insbesondere für eine Anlage zur Energieerzeugung, wobei das Betriebsgebäude (2) eine Pumpenkammer (4) mit einer Pumpe (14) für Kühlwasser sowie eine unmittelbar an die Pumpenkammer (4) angrenzende Reinigungskammer.(6) aufweist, und wobei das Kühlwasser in der Reinigungskammer (6) gereinigt wird,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlflüssigkeit zur Vermeidung von Wirbeln in die Pumpenkammer (4) mit einer Strömungsgeschwindigkeit von etwa 2 bis 3 m/s einströmt.
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