NO810623L

NO810623L - PROCEDURE FOR AA REGULATING THE PUMP RATE FOR A PUMP / TURBIN INSTALLATION.

Info

Publication number: NO810623L
Application number: NO810623A
Authority: NO
Inventors: Jean Lieber
Original assignee: Charmilles Sa Ateliers
Priority date: 1980-02-26
Filing date: 1981-02-24
Publication date: 1981-08-27
Also published as: IT1144113B; YU34281A; ES8603217A1; IT8167259A0; ES499613A0; FR2476765A1; DE3107098A1; JPS56151276A

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte for regulering av pumpeytelsen for et pumpe/turbinanlegg som omfatter en turbin og en pumpe anordnet for felles rotasjon, idet turbinhjulet og pumpehjulet er anordnet på samme aksel. The present invention relates to a method for regulating the pump performance for a pump/turbine system comprising a turbine and a pump arranged for joint rotation, the turbine wheel and the pump wheel being arranged on the same shaft.

Denne oppfinnelse kan anvendes ved hydrauliske maskiner som omfatter et eneste spiralkammer som på den ene side er forbundet med fordeleren for en reaksjonsturbin og på den annen side med pumpens diffusor, slik som beskrevet i de sveitsiske patentskrifter nr. 335.293, 392.421 og 560.323. This invention can be used with hydraulic machines comprising a single spiral chamber which is connected on the one hand to the distributor for a reaction turbine and on the other hand to the pump's diffuser, as described in the Swiss patent documents Nos. 335,293, 392,421 and 560,323.

Oppfinnelsen kan også anvendes i forbindelse med hydrauliske maskiner som omfatter en aksjonsturbin av Pelton-type og en pumpe hvis diffusor er forbundet med en samlekanal som samtidig gjør tjeneste som fordeler for turbinen, slik som beskrevet i norsk patentansøkning nr. 79.3832. The invention can also be used in connection with hydraulic machines which comprise a Pelton-type action turbine and a pump whose diffuser is connected to a collecting duct which also serves as a distributor for the turbine, as described in Norwegian patent application no. 79.3832.

Fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen har som særtrekk The method according to the invention has a distinctive feature

at i det minste en del av det vann som pumpes av pumpehjulet inn i spiralkammeret eller samlekanalen føres gjennom turbinhjulet. Det er herved mulig å oppnå samme virkning som ved en pumpe med variabel ytelse som tillater regulering av den pumpede vannmengde for tilpassning f.eks. variable lekkasjer, eller avpassing av det elektriske energiforbruk i samsvar med den spillenergi som kan stilles til disposisjon for fordelingsnettet . that at least part of the water pumped by the impeller into the spiral chamber or collecting channel is passed through the turbine wheel. It is thereby possible to achieve the same effect as with a pump with variable output which allows regulation of the pumped water quantity for adaptation, e.g. variable leaks, or adjusting the electrical energy consumption in accordance with the residual energy that can be made available to the distribution network.

De vedføyde tegninger viser skjematisk og som eksempler to utførelsesformer av pumpe/turbin-anlegg som er egnet for ut-førelse av oppfinnelsens fremgangsmåte. Fig. 1 viser et aksialsnitt gjennom et anlegg som omfatter en reaksjonsturbin. Fig. 2 viser et aksialsnitt gjennom et anlegg som omfatter en aksjonsturbin. The attached drawings show schematically and as examples two embodiments of pump/turbine systems which are suitable for carrying out the method of the invention. Fig. 1 shows an axial section through a plant comprising a reaction turbine. Fig. 2 shows an axial section through a plant comprising an action turbine.

Det anlegg som er vist i fig. 1 omfatter et eneste spiralkammer 12, en turbin i et første nivå og en pumpe i et annet nivå. Turbinhjulet 15 og pumpehjulet 23 er anordnet på samme verti-kale aksel 13 med sine respektive innsugningsåpninger 14, 24 vendt'i motsatte retninger. Skovlene på disse hjul er anordnet for samme rotasjonsretning. The plant shown in fig. 1 comprises a single spiral chamber 12, a turbine in a first level and a pump in a second level. The turbine wheel 15 and the pump wheel 23 are arranged on the same vertical shaft 13 with their respective intake openings 14, 24 facing in opposite directions. The vanes on these wheels are arranged for the same direction of rotation.

Turbinhjulet 15 er anbragt hovedsakelig i midtplanet for spiralkammeret 12. Kanalen for vanntilførsel til turbinhjulet 15 er i sin helhet anbragt i det ringformede mellomrom mellom omkretsen av turbinhjulet og den indre sylinderflate for spiralkammeret. Tangensialt vanninnløp til spiralkammeret er opprettholdt uten forandring langs hele denne kanal. Forankringene av forfordeleren 4 for turbinen er utført i samsvar med de benyttede kriterier for reaksjonsturbiner. Det samme er tilfelle for ledeskovlene 5 som sammen utgjør turbinens bevegelige fordeler. Denne fordeler styres av den vanlige mekanisme, som utgjøres av en reguleringsring 11 som over et mellomliggende system av veivforbindelser 1 påvirker styre-tappene 2 for ledeskovlene 5. The turbine wheel 15 is placed mainly in the center plane of the spiral chamber 12. The channel for water supply to the turbine wheel 15 is entirely placed in the annular space between the circumference of the turbine wheel and the inner cylinder surface of the spiral chamber. Tangential water inflow to the spiral chamber is maintained without change throughout this channel. The anchorages of the front distributor 4 for the turbine are carried out in accordance with the criteria used for reaction turbines. The same is the case for the guide vanes 5, which together make up the turbine's movable advantages. This distributor is controlled by the usual mechanism, which consists of a regulation ring 11 which, via an intermediate system of crank connections 1, influences the control pins 2 for the guide vanes 5.

En sperreinnretnihg 3 av spjeltype gjør det mulig å skille A damper-type locking device 3 makes it possible to separate

det indre rom av spiralkammeret 12 fra det indre hulrom hvor turbinhjulet 15 roterer. De bevegelige ledeskovler 5 i fordeleren kan imidlertid fylle samme oppgave. Sperrespjeldet 3 er anordnet mellom forfordeleren 4 og ledeskovlene 5, men den kan også være anbragt mellom ledeskovlene 5 og turbinhjulet 15. the inner space of the spiral chamber 12 from the inner cavity where the turbine wheel 15 rotates. However, the movable guide vanes 5 in the distributor can fulfill the same task. The blocking damper 3 is arranged between the front distributor 4 and the guide vanes 5, but it can also be placed between the guide vanes 5 and the turbine wheel 15.

Pumpehjulet 23 ved siden av turbinhjulet 15 er i vesentlig grad aksialforskjøvet i forhold til median planet for spiralkammeret 12. The pump wheel 23 next to the turbine wheel 15 is substantially axially displaced in relation to the median plane of the spiral chamber 12.

Et aksellager 19 som danner føring for den felles aksel 13 samt en fast bærer 16 som bærer lagret, er innskutt mellom hjulene 15 og 23. Vendekanalen 7 som danner hydraulisk forbindelse mellom pumpehjulet 23 og spiralkammeret 12, er an ordnet langs omkretsen av den faste bærer 16. Forankringene 8 for denne bærer 16 danner sideveggene av vendekanalene 7. An axle bearing 19 which forms a guide for the common shaft 13 and a fixed carrier 16 which carries the bearing is inserted between the wheels 15 and 23. The turning channel 7 which forms a hydraulic connection between the impeller 23 and the spiral chamber 12 is arranged along the circumference of the fixed carrier 16. The anchorages 8 for this carrier 16 form the side walls of the turning channels 7.

Forskjellige ringkammere 17, 20 som omgir akslen er utformet Different annular chambers 17, 20 surrounding the shaft are formed

i den faste bærer 16 i forskjellige deler av lagret, samt står i forbindelse med omgivelsene ved hjelp av kanaler 18, in the fixed carrier 16 in different parts of the warehouse, as well as in connection with the surroundings by means of channels 18,

21 i veggene av forankringene 8 av den faste bærer. 21 in the walls of the anchorages 8 of the fixed carrier.

Denne sammenstilling av ringformede kammere 17, 20 har forskjellige arbeidsfunksjoner, slik som oljesirkulasjon i lagret, fjerning av lekkasjevann fra hjulskjøtene, kjøling eller dre-nering. This assembly of annular chambers 17, 20 has different work functions, such as oil circulation in the bearing, removal of leakage water from the wheel joints, cooling or drainage.

Pumpehjulet 2 3 er montert frittbærende ved den nedre ende av den felles aksel 13, med innsugningsåpningen 24 helt fri men likevel anordnet for vanntilførsel under de mest gunstige hydrauliske betingelser. The pump wheel 2 3 is mounted free-supporting at the lower end of the common shaft 13, with the intake opening 24 completely free but still arranged for water supply under the most favorable hydraulic conditions.

Den faste diffusor 9 for pumpen er anordnet ved omkretsen av pumpehjulet. Denne diffusor påvirker ikke retningen av tan-gensialkomponenten av vannutløpet fra pumpehjulet 23. Diffus sorens..- føringsbane og dens tilpasning til vendekanalene er utført på grunnlag av den teknikk som anvendes ved returkan-aler for flertrinnspumper. The fixed diffuser 9 for the pump is arranged at the circumference of the impeller. This diffuser does not affect the direction of the tangential component of the water outlet from the impeller 23. Diffusorens..- guide path and its adaptation to the turning channels is carried out on the basis of the technique used for return channels for multi-stage pumps.

Vendekanalene 7 som pumpens diffusor 9 munner ut i sørger for hydraulisk forbindelse og fortløpende vending av tangensial-komponenten av vannstrømmen mellom pumpehjulets periferi og spiralkammeret 12. Disse kanaler munner ut spiralkammeret 6 i en vinkel som gir vannstrømmen fra kanalene 7 en retning som ligger nær strømningsretningen for vannet i spiralkammeret. En sperreinnretning 10 av spjeldtypeer innskutt mellom omkretsen av pumpehjulet 23 og dets diffusor 9 og tillater avsperring av det indre rom i spiralkammeret 12 fra det hulrom hvor pumpehjulet 23 rotere. The turning channels 7 into which the pump's diffuser 9 opens ensure hydraulic connection and continuous turning of the tangential component of the water flow between the periphery of the pump impeller and the spiral chamber 12. These channels open out of the spiral chamber 6 at an angle which gives the water flow from the channels 7 a direction close to the direction of flow for the water in the spiral chamber. A shutter-type blocking device 10 is inserted between the circumference of the impeller 23 and its diffuser 9 and allows the inner space of the spiral chamber 12 to be blocked off from the cavity where the impeller 23 rotates.

Anlegget fungerer på følgende måte: The facility works as follows:

Når den energi som står til disposisjon for fordelingsnettet tillater pumping, vil den elektriske maskin (ikke vist) som er montert/på akslen 13 arbeide som motor og drive akslen 13 When the energy available to the distribution network allows pumping, the electric machine (not shown) which is mounted/on the shaft 13 will work as a motor and drive the shaft 13

i rotasjon. Det sperrespjeld 3 som er anordnet for å skille det indre rom i spiralkammeret 12 fra det hulrom hvor turbinen rotere er således stengt, således at turbinhjulet roterer i luft. Hvis sperrespjeldet 10 mellom omkretsen av pumpehjulet 23 og dets diffusor 9 er åpent, vil vann bli pumpet gjennom spiralkammeret 12 til anleggets høyereliggende vannforråd (ikke vist). in rotation. The check valve 3 which is arranged to separate the inner space in the spiral chamber 12 from the cavity where the turbine rotates is thus closed, so that the turbine wheel rotates in air. If the check valve 10 between the circumference of the impeller 23 and its diffuser 9 is open, water will be pumped through the spiral chamber 12 to the plant's higher water supply (not shown).

Når den vannmengde som skal pumpes pr. tidsenhet midlertidig When the amount of water to be pumped per unit of time temporarily

er mindre enn den nominelle pumpeytelse for anlegget eller den elektriske energi som står til disposisjon midlertidig er mindre enn den som forbrukes ved nominell pumpeytelse, kan sperrespjeldet 3 åpnes og deretter også gradvis turbinens ledeskovler 5, således at en stadig større vannmengde ledes gjennom turbinhjulet 15. Dette fører til et nedsatt elektrisk energiforbruk for pumpingen samt en reduksjon av den vannmengde som føres til det høyereliggende reservoar. Hvis det elektriske fordelingsnett krever all energi, avbrytes pumpingen ved at sperrespjeldet 10 lukkes, og den elektriske maskin drives da atter av turbinen 15 og fungerer som generator. is less than the nominal pump output for the plant or the electrical energy that is available is temporarily less than that consumed at nominal pump output, the check valve 3 can be opened and then also gradually the turbine's guide vanes 5, so that an increasingly large amount of water is led through the turbine wheel 15. This leads to a reduced electrical energy consumption for the pumping as well as a reduction in the amount of water that is fed to the higher-lying reservoir. If the electrical distribution network requires all the energy, the pumping is interrupted by closing the check valve 10, and the electrical machine is then driven again by the turbine 15 and functions as a generator.

Det anlegg som er vist i fig. 2 omfatter en elektrisk maskin The plant shown in fig. 2 comprises an electric machine

31 som er montert koaksialt på en vertikal aksel 32, hvorpå 31 which is mounted coaxially on a vertical shaft 32, on which

det også er anordnet et turbinhjul 33 for en Pelton-turbin samt hjulene 34, 35 for en totrinnspumpe. Innløpenéc36, 37 there is also a turbine wheel 33 for a Pelton turbine and the wheels 34, 35 for a two-stage pump. Inlet néc36, 37

for turbinen er på kjent måte forbundet med en fordeler 38 anordnet i nivå med turbinhjulet 33. Fordeleren 38 er på for the turbine is connected in a known manner with a distributor 38 arranged at the level of the turbine wheel 33. The distributor 38 is on

kjent måte tilsluttet en drivkanal. Vanngraven 39 for turbinhjulet 33 er utstyrt med en trykkluftkanal 40 som gjør det mulig å holde overflatenivået for det vann som avgis gjennom utløpskanalen 41 under turbinhjulet 33. known manner connected to a drive channel. The water trench 39 for the turbine wheel 33 is equipped with a compressed air duct 40 which makes it possible to maintain the surface level of the water which is discharged through the outlet duct 41 under the turbine wheel 33.

Diffusoren for den øvre pumpe er over slangeavsnitt 42 forbundet med turbinens fordeler 38, mens et sperrespjeld 43 er anordnet i nivå med diffusoren med det<:.>'-formål å avbryte vann-tilførselen fra pumpen til disse slanger i stengt stilling av sperrespjeldet 43. Pumpens innsugningsåpning 44 vender ut mot en mottrykkskanal 45. The diffuser for the upper pump is connected via hose section 42 to the turbine distributor 38, while a check valve 43 is arranged at the level of the diffuser with the<:.>' purpose of interrupting the water supply from the pump to these hoses in the closed position of the check valve 43 The pump's intake opening 44 faces a back pressure channel 45.

Anlegget.fungerer på følgende måte: The facility works in the following way:

Når det elektriske fordelingsnett stiller til disposisjon en energimengde som tillater pumping, vil den elektriske maskin 31 som er montert på akselen 32 fungere som motor og drive akslen 32 i rotasjon. Tilførsel av damp til turbinhjulet 33 gjennom innløpene 36, 37 blir da avbrutt, og hvis ventilen 43 When the electrical distribution network makes available an amount of energy that allows pumping, the electric machine 31 which is mounted on the shaft 32 will act as a motor and drive the shaft 32 in rotation. The supply of steam to the turbine wheel 33 through the inlets 36, 37 is then interrupted, and if the valve 43

i mottrykkskanalen 45 i forbindelse med innsugningsåpningen 4 4 for pumpene 35, 34 samt spjeldventilen 4 3 er åpen, vil vann blitpumpet gjennom fordeleren 38 i drivkanalen og vannreser-voaret (ikke vist) på oversiden av anlegget. in the back pressure channel 45 in connection with the intake opening 4 4 for the pumps 35, 34 and the butterfly valve 4 3 is open, water will be pumped through the distributor 38 in the drive channel and the water reservoir (not shown) on the upper side of the plant.

er mindre enn anleggets nominelle pumpeytelse eller den elektriske energi som er til disposisjon midlertidig er mindre enn energiforbruket ved nominell -pumpeytelse, kan innløpsorganene gradvis åpnes og rette mer eller mindre kraftige vannstråler mot turbinhjulet 33. Dette fører til nedsatt elektriske energiforbruk til pumpingen og en reduksjon av den vannmengde som drives opp til det høyereliggende reservoar. Hvis det elektriske fordelingsnett krever den tilgjengelige energi, avbrytes-pumpeprosessen, idet sperrespjeldet 43 og ventilen 46 gradvis stenges og den elektriske maskin 33, som nå fungerer som generator, drives av turbinhjulet 33 og avgir elektrisk energi til nettet. is less than the facility's nominal pumping performance or the electrical energy available is temporarily less than the energy consumption at nominal pumping performance, the inlet devices can be gradually opened and direct more or less powerful water jets towards the turbine wheel 33. This leads to reduced electrical energy consumption for pumping and a reduction of the amount of water that is pumped up to the higher-lying reservoir. If the electrical distribution network requires the available energy, the pumping process is interrupted, as the check valve 43 and the valve 46 are gradually closed and the electric machine 33, which now functions as a generator, is driven by the turbine wheel 33 and emits electrical energy to the network.

Ved en sådan hel eller delvis tilbakeføring av den pumpede vannmengde kan man i anlegg av foreliggende art sikre en kontinuerlig regulering av pumpeytelsen. Ved dette over-vinnes særlig forskjellige -iboende vanskeligheter i utstyr som vanligvis anvendes for regulering av pumpeytelsen, idet ovenfor nevnte tilbakeføring reguleres av fordeleren eller inn- løpene.* til turbinen. ,. For pumpehjulet sirkes således en konstant pumpeytelse tilsvarende optimal arbeidsfunksjon for pumpen. With such a full or partial return of the pumped water quantity, continuous regulation of the pump performance can be ensured in installations of the present type. In this way, various -inherent difficulties in equipment which are usually used for regulating the pump performance are overcome, as the above-mentioned return is regulated by the distributor or inlets* to the turbine. ,. For the impeller, a constant pump performance corresponding to optimal working function for the pump is thus ensured.

Claims

Method for regulating the pump performance in a pump/turbine system comprising a turbine and a pump arranged for joint rotation, the turbine wheel (15) and the pump wheel (23)

is arranged on the same shaft, while a single spiral chamber (12) is connected on one side to the distributor (5) for a reaction turbine and on the other side to the pump's diffuser (9) or a collection channel (42) in connection with said diffuser and which at the same time serves as a distributor (38) for an action turbine, characterized in that at least part of the water pumped by the impeller (23) into the spiral chamber (12) or the collection channel (42) is passed through the turbine wheel (15, 33).