BG113168A - Water conservation power plant with controlled suction head - Google Patents

Water conservation power plant with controlled suction head Download PDF

Info

Publication number
BG113168A
BG113168A BG113168A BG11316820A BG113168A BG 113168 A BG113168 A BG 113168A BG 113168 A BG113168 A BG 113168A BG 11316820 A BG11316820 A BG 11316820A BG 113168 A BG113168 A BG 113168A
Authority
BG
Bulgaria
Prior art keywords
pump
water
motor
suction
valve
Prior art date
Application number
BG113168A
Other languages
Bulgarian (bg)
Other versions
BG67418B1 (en
Inventor
Георги Стоилов
Димов Стоилов Георги
Димо Стоилов
Георгиев Стоилов Димо
Original Assignee
Технически Университет - София
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Технически Университет - София filed Critical Технически Университет - София
Publication of BG113168A publication Critical patent/BG113168A/en
Publication of BG67418B1 publication Critical patent/BG67418B1/en

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B13/00—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates
    • F03B13/06—Stations or aggregates of water-storage type, e.g. comprising a turbine and a pump
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B11/00—Parts or details not provided for in, or of interest apart from, the preceding groups, e.g. wear-protection couplings, between turbine and generator
    • F03B11/002—Injecting air or other fluid
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B15/00—Controlling
    • F03B15/005—Starting, also of pump-turbines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B3/00—Machines or engines of reaction type; Parts or details peculiar thereto
    • F03B3/10—Machines or engines of reaction type; Parts or details peculiar thereto characterised by having means for functioning alternatively as pumps or turbines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B3/00—Machines or engines of reaction type; Parts or details peculiar thereto
    • F03B3/10—Machines or engines of reaction type; Parts or details peculiar thereto characterised by having means for functioning alternatively as pumps or turbines
    • F03B3/106—Machines or engines of reaction type; Parts or details peculiar thereto characterised by having means for functioning alternatively as pumps or turbines the turbine wheel and the pumps wheel being mounted in adjacent positions on the same shaft in a single casing
    • 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/20—Hydro energy
    • 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/16—Mechanical energy storage, e.g. flywheels or pressurised fluids

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
  • Other Liquid Machine Or Engine Such As Wave Power Use (AREA)
  • Control Of Water Turbines (AREA)

Abstract

The invention relates to a power plant for production of electricity and for the storage of hydropower via three machines assembled to a horizontal or a vertical shaft: a water turbine which, by means of a coupling, drives a generator which can also act as a motor and get connected to a single-stage or multistage pump. According to the invention there is a third sleeve of the discharge line consisting of a third shut-off valve and at least one suction injector (ejector) installed in the suction pump to control the pressure, speed and rotation of the water in front of the pump impeller by injecting high water drop and simultaneous suction of water from the lower reservoir. These improvements eliminate the need for the known starting devices and installations, and ensure switching on and off of the motor-pump without disturbing the parts of the plant and the power system, allowing for effective regulation of the motor load in real time according to the changes in economic and technical conditions on the electricity market.

Description

ВОДОЗАПАСЯВАЩА ЕЛЕКТРОСТАНЦИЯ С УПРАВЛЯЕМ СМУКАТЕЛЕН НАПОРWATER SAVING POWER PLANT WITH CONTROLLED SUCTION PRESSURE

ОПИСАНИЕDESCRIPTION

Област на техникатаField of technology

Описваното изобретение представлява подобрения към запасяващите водна енергия електростанции с агрегати от три машини: турбина, генератор/мотор и помпа, сглобени към общ вертикален или хоризонтален вал.The present invention represents improvements to hydropower storage power plants with units of three machines: turbine, generator / motor and pump, assembled to a common vertical or horizontal shaft.

Предшестващо състояние на техникатаBACKGROUND OF THE INVENTION

Водните електростанции с помпено енергийно запасяване (ВЕСПЕЗ)1 са най-евтиния и универсален източник на балансираща/регулираща електроенергия и всички видове спомагателни услуги в съвременните електроенергийни системи (EEC) [II. 1], [П.2].Hydropower plants with pumped energy storage (VESPEZ) 1 are the cheapest and universal source of balancing / regulating electricity and all types of ancillary services in modern electricity systems (EEC) [II. 1], [P.2].

При електропроизводствен режим запасената в горния водоем водна енергия движи турбината, която върти електромагнитен генератор, за да произвежда и вкарва в мрежата толкова електроенергия, колкото е зададена от диспечера на EEC.In the power generation mode, the water energy stored in the upper reservoir is driven by a turbine that rotates an electromagnetic generator to produce and introduce into the grid as much electricity as specified by the EEC dispatcher.

При електропотребителски режим генераторът работи като мотор, който използва електроенергия от мрежата, за да върти помпата, която издига водата от долния в горния водоем.In power mode, the generator operates as a motor that uses mains electricity to rotate the pump, which raises the water from the lower to the upper reservoir.

В една ВЕСПЕЗ може да има няколко агрегата от различно съчетани машини. Известните агрегати се типизират в два основни вида, въпреки наличието на изключения [1.1], [1.2], [П.З].In one VESPEZ there can be several units from differently combined machines. The known aggregates are typed in two main types, despite the existence of exceptions [1.1], [1.2], [P.Z].

Първият вид съставлява агрегат от две машини: обратим генератор/мотор и обратима турбина/помпа.The first type consists of a unit of two machines: a reversible generator / motor and a reversible turbine / pump.

Вторият вид съставлява агрегат от три машини: турбина, генератор/мотор и помпа. Предмет на подобрения в това изобретение е този втори вид.The second type consists of a unit of three machines: turbine, generator / motor and pump. An object of improvements in this invention is this second type.

1 Популярно наричани в България „помпено акумулиращи водни електроцентрали“ - ПАВЕЦ. 1 Popularly called in Bulgaria "pumped storage hydropower plants" - PAVEC.

2/92/9

При двата вида агрегати пускането на турбината и генератора е бързо и не предизвиква смущения в EEC, а след синхронизиране вкарваната в мрежата мощност се регулира с голяма скорост в широк работен диапазон.With both types of units, the start-up of the turbine and the generator is fast and does not cause interference in the EEC, and after synchronization the power input to the network is regulated at high speed in a wide operating range.

За разлика от пускането на турбината и генератора, всяко развъртане на мотора и помпата предизвиква ударни натоварвания на агрегата и на EEC, водещи до чести повреди. За избягване на претоварвания се прилагат специални средства: развъртащ мотор или развъртаща турбина, пусков трансформатор или пусков превключвател, честотен преобразувател и пр. Освен това за намаляване на пусковото натоварване водата от работното колело на помпата трябва да е изпразнена, за което е необходима инсталация със сгъстен въздух.Unlike starting the turbine and generator, each rotation of the motor and pump causes shock loads on the unit and the EEC, leading to frequent damage. To avoid overloads, special means are used: rotary motor or rotary turbine, starting transformer or starting switch, frequency converter, etc. In addition, to reduce the starting load, the water from the pump impeller must be drained, which requires installation with compressed air.

Непосредствено след включване на мотора към мрежата нагнетеният въздух се освобождава от помпата и се отварят клапите на напорния тръбопровод и изпускателя. За няколко секунди моторът се натоварва рязко до пълната мощност, определена от дебита и напора на помпата. Този товар е практически нерегулируем през цялото време на работа на помпата. С други думи моторът не е отзивчив към измененията на честотата и другите условия в електрическата мрежа, например претоварвания или случайни смущения.Immediately after connecting the motor to the mains, the compressed air is released from the pump and the valves of the discharge line and the outlet are opened. In a few seconds, the motor is loaded sharply to full power, determined by the flow and head of the pump. This load is practically unregulated throughout the operation of the pump. In other words, the motor is not responsive to changes in frequency and other electrical conditions, such as overloads or accidental disturbances.

Помпите се усъвършенстват от откриването им през средните векове насам. Правени са предложения за усъвършенстване на конструкциите и функционирането им. Едни разкриват методи и апарати за подобряване на ефективността и сигурността, например [1.3] - [1.7], други представят устройства за облекчаване на пусковия процес [1.8], трети - за регулиране мощността на помпата [1.9], [1.10] и пр.Pumps have been perfected since their discovery in the Middle Ages. Suggestions have been made for improving the structures and their functioning. Some disclose methods and apparatus for improving efficiency and safety, for example [1.3] - [1.7], others present devices to facilitate the starting process [1.8], others - to regulate the power of the pump [1.9], [1.10], etc.

Голямото разпространение на пресекваеми генератори от възобновяеми първоизточници в съвременните и бъдещи EEC увеличава изискванията за отзивчивост и надеждност към ВЕСПЕЗ. Като отговор тримашинните агрегати се усъвършенстват чрез два подхода: i) тъй нареченотоThe widespread use of renewable generators from renewable sources in modern and future EEC increases the requirements for responsiveness and reliability to VESPEZ. In response, three-machine units are improved through two approaches: (i) the so-called

3/9 „хидравлично късо съединение“ (едновременна работа на турбината и помпата) и п) агрегати с изменяема скорост на въртене [П.З], [II.4], [1.11].3/9 "hydraulic short circuit" (simultaneous operation of the turbine and the pump) and n) units with variable speed of rotation [P.Z], [II.4], [1.11].

Нашето изобретение предлага трети подход, чрез който се облекчава пускането и се повишава ефективността, сигурността и отзивчивостта на тримашинните хидроагрегати в помпен режим, без да се влошават показателите в турбинен режим.Our invention proposes a third approach that facilitates commissioning and increases the efficiency, safety and responsiveness of three-machine hydraulic units in pump mode without deteriorating in turbine mode.

Техническа същност на изобретениетоTechnical essence of the invention

Изобретението се отнася за станция с поне един агрегат от три машини: водна турбина, която чрез съединител задвижва генератор, можещ да работи като мотор и да върти едностъпална или многостъпална помпа чрез друг съединител. Трите машини може да са сглобени чрез хоризонтален или вертикален вал.The invention relates to a station with at least one unit of three machines: a water turbine, which by means of a coupling drives a generator capable of operating as a motor and rotating a single-stage or multistage pump by means of another coupling. The three machines can be assembled by means of a horizontal or vertical shaft.

При известните тримашинни агрегати напорният тръбопровод от горния водоем се разклонява на два ръкава непосредствено преди агрегата. Единият ръкав спуска водата до турбината, а по другия ръкав помпата изкачва обратно водата от долния към горния водоем. По време на работа в режим на хидравлично късо съединение част от изпомпената вода протича през турбината.In the case of known three-machine units, the discharge line from the upper reservoir branches into two hoses immediately before the unit. One sleeve lowers the water to the turbine, and on the other sleeve the pump raises the water back from the lower to the upper reservoir. During operation in hydraulic short circuit mode, some of the pumped water flows through the turbine.

Нашето изобретение допълва известната хидравлична схема с още един ръкав на напорния тръбопровод.Our invention complements the known hydraulic scheme with another sleeve of the pressure line.

Разкриваният трети ръкав представлява тръбопровод, клапан и един или набор от впръсквачи-смукачи (ежектори), който се монтира в смукателя на помпата между работното колело и спирателната клапа на смукателния тръбопровод.The open third sleeve is a pipe, a valve and one or a set of suction injectors (ejectors), which is mounted in the pump suction between the impeller and the shut-off valve of the suction line.

Едната функция на впръсквач-смукача е да впръсква вода от напорния тръбопровод и едновременно да изсмуква вода от долния водоем. Другата му функция е да изменя налягането и скоростта на водата пред работното колело на помпата, а третата - да придаде въртеливост на потока пред работното колело.One function of the suction injector is to inject water from the discharge line and at the same time to suck water from the lower reservoir. Its other function is to change the pressure and speed of the water in front of the impeller of the pump, and the third is to give the flow in front of the impeller.

4/94/9

Разкриваното изобретение създава възможност за пускане на помпата без прекомерно натоварване на частите на агрегата и без смущаващо въздействие върху EEC, както и за регулиране товара на мотора според икономическите и технически условия в пазара на електроенергия.The disclosed invention makes it possible to start the pump without overloading the parts of the unit and without disturbing the EEC, as well as to regulate the load of the motor according to the economic and technical conditions in the electricity market.

Разкриваните подобрения заменят спомагателните инсталации и апарати при известните станции, използвани за пускане на мотора и помпата, както и за регулиране на тяхната мощност. Освен това предполагаме, че енергийните загуби при работа на тримашинен агрегат с трети ръкав са по-малки от загубите при известното „хидравлично късо съединение“.The discovered improvements replace the auxiliary installations and devices at the known stations used for starting the motor and the pump, as well as for regulating their power. In addition, we assume that the energy losses during the operation of a three-sleeve three-machine unit are smaller than the losses in the known "hydraulic short circuit".

Пояснения на приложените фигуриExplanations of the attached figures

За улеснение фигурите показват само основните части на станцията, които са достатъчни за изясняване на предлаганите подобрения, без да се илюстрират сградните части, лагерните опори и останалите съставляващи.For convenience, the figures show only the main parts of the station, which are sufficient to clarify the proposed improvements, without illustrating the building parts, bearing supports and other components.

Фиг.1 показва основните части на едно осъществяване на разкриваната станция, чрез символи и контури, проектирани върху въображаема вертикална равнина, преминаваща по оста на трите машини: турбина, генератор/мотор и помпа.Fig. 1 shows the main parts of an embodiment of the revealed station, by means of symbols and contours projected on an imaginary vertical plane passing along the axis of the three machines: turbine, generator / motor and pump.

Фиг.2 показва друго осъществяване на помпената част от същата станция чрез друг тип впръсквач-смукач.Fig. 2 shows another embodiment of the pump part of the same station by another type of injector-sucker.

Фиг.З представя трето осъществяване на помпената част от същата станция чрез трети тип впръсквач-смукач.Fig. 3 shows a third embodiment of the pump part of the same station by a third type of suction injector.

Примери за изпълнение на изобретениетоExamples of the invention

Подобно на известните, разкриваната чрез Фиг. 1 станция се състои от горен 1 и долен 2 водоеми, водовземна и водовливна кула 3 в горния водоем 1, напорен тръбопровод 4, турбина 5, генератор/мотор 6, помпа 7, изпускателен тръбопровод 8 на турбината 5, смукателен тръбопровод 9 на помпата 7, водовливна кула 10 и водовземна кула 11 от долния водоем 2. Съединителят 12а съединява вала на турбината 5 към вала на генератора/мотора 6, а съединителят 12b съединява вала на помпата към валаLike the known ones, revealed by FIG. 1 station consists of upper 1 and lower 2 reservoirs, water intake and water tower 3 in the upper reservoir 1, pressure line 4, turbine 5, generator / motor 6, pump 7, exhaust pipe 8 of the turbine 5, suction line 9 of the pump 7 , a water tower 10 and a water intake tower 11 from the lower reservoir 2. The coupling 12a connects the turbine shaft 5 to the generator / motor shaft 6, and the coupling 12b connects the pump shaft to the shaft

5/9 на генератора/мотора 6. Клапани 13а и 13b отделят турбината съответно от напорния и изпускателен тръбопровод, а клапани 13с и 1 Зе отделят помпата съответно от напорния и смукателен тръбопровод.5/9 of the generator / motor 6. Valves 13a and 13b separate the turbine from the discharge and discharge lines respectively, and valves 13c and 1b separate the pump from the discharge and suction lines respectively.

Новата съществена част, която характеризира разкриваната станция, е третия ръкав 14 на напорния тръбопровод, който води водата с високото налягане от водоем 1 или от изхода на помпата, през спирателния клапан 13d и през впръсквача-смукач (ежектора) 15 към входа на работното колело на помпата 7.The new essential part, which characterizes the opened station, is the third sleeve 14 of the pressure line, which leads the high pressure water from the reservoir 1 or from the pump outlet, through the shut-off valve 13d and through the suction injector 15 to the inlet of the impeller. of the pump 7.

Оперирането на впръсквача-смукач се управлява от устройство 17, което въздейства на регулиращата игла 18, както и върху спирателните клапани 13c, 13d и 13е. На илюстрираната реализация регулиращата игла 18 служи едновременно и като затварящ клапан на впръсквача-смукач.The operation of the suction injector is controlled by a device 17 which acts on the adjusting needle 18 as well as on the shut-off valves 13c, 13d and 13e. In the illustrated embodiment, the adjusting needle 18 also serves as a shut-off valve of the suction injector.

По външната повърхност на изхода на впръсквача-смукач са разположени пластинчати ребра 19, които имат еволвентна форма, подобна на формата на лопатките на работното колело. Оптималният брой на ребрата е равен на броя на лопатките на работното колело. Тези пластинчати ребра изменят надлъжната посоката на водния поток и го завъртат така, че към момента на достигане до челните ръбове на лопатките, водните частици да се движат успоредно на лопатъчните повърхности. Така се намаляват завихрянията и кавитациите върху смукателната част на работното колело.On the outer surface of the outlet of the suction injector are arranged plate ribs 19, which have an involute shape similar to the shape of the impeller blades. The optimal number of ribs is equal to the number of impeller blades. These plate ribs change the longitudinal direction of the water flow and rotate it so that by the time they reach the leading edges of the blades, the water particles move parallel to the blade surfaces. This reduces vortices and cavitation on the suction part of the impeller.

Управляващото устройство 17 е част от непоказана автоматизирана подсистема за управляване на станцията, която съчетава изискванията на автоматичната система за регулирането на честотата и обменните мощности в EEC с ограничителните условия на водоемите или техническите възможности на машините.The control device 17 is part of an unseen automated station control subsystem which combines the requirements of the automatic system for the regulation of frequency and exchange power in EEC with the restrictive conditions of the reservoirs or the technical capabilities of the machinery.

Разкриваните подобрения по хидравличната схема създават следните подобрения при опериране/работа:The revealed improvements in the hydraulic scheme create the following improvements in operation / operation:

- Развъртането на мотора 6 и съединената към него помпа 7 от покой до синхронни обороти става леко и бързо чрез развъртане на съединената към- The rotation of the motor 6 and the pump 7 connected to it from rest to synchronous revolutions is done easily and quickly by turning the connected to

6/9 мотора 6 турбина 5 при затворен клапан 13е към смукателния тръбопровод от долния водоем и отворени напорни клапани 13d към смукателя и 13с към нагнетателя на помпата, както и отворен впръсквач-смукач 15 защото тогава водният напор на изхода и смукателния напор на входа на работното колело на помпата са еднакви и не се изкачва вода през помпата, което води до почти нулев товар на мотора.6/9 motor 6 turbine 5 with closed valve 13e to the suction line from the lower reservoir and open pressure valves 13d to the suction and 13c to the pump supercharger, as well as open suction injector 15 because then the water pressure at the outlet and the suction pressure at the inlet of the impeller of the pump are the same and no water rises through the pump, resulting in almost zero load on the motor.

- След достигане на синхронни обороти и включване на мотора 6 към мрежата, турбината 5 се отсъединява чрез съединителя 12а и се спира. В работа на празен ход остават съединените мотор и помпа. От там насетне дебитът на изпомпваната вода и съответстващия товар на мотора могат да се регулират чрез управляващото устройство 17. Например координирано притваряне на впръсквач-смукача 15 и отваряне на клапана 13е води до увеличаване на натоварването на помпата и мотора защото се намалява впръскваната вода с високо налягане а се увеличава засмукваната вода от долния водоем, чрез което се намалява налягането на водата пред работното колело на помпата и се увеличава дебита на издигнатата в горния водоем вода. Обратният процес (на разтоварване на помпата и мотора) става чрез координирано отваряне на впръсквача-смукача 15 и притваряне на клапана 13е.- After reaching synchronous speeds and connecting the motor 6 to the mains, the turbine 5 is disconnected via the coupling 12a and stopped. The connected motor and pump remain idle. From there, the flow rate of the pumped water and the corresponding motor load can be regulated by the control device 17. For example, coordinated closing of the suction injector 15 and opening of the valve 13e leads to an increase in the pump and motor load because the injected water is reduced. pressure a increases the water sucked from the lower reservoir, which reduces the water pressure in front of the pump impeller and increases the flow of water raised in the upper reservoir. The reverse process (of unloading the pump and the motor) takes place by coordinated opening of the suction injector 15 and closing of the valve 13e.

- При пълно отваряне на впръсквача-смукача 15 и затваряне на клапана 1 Зе се възвръща работата на празен ход. Тогава може да се изключи мотора и да се затвори помпата или да се развърти турбината и да се съедини с въртящия се мотор, за да се премине към производствен режим, при който се отсъединява помпата чрез съединителя 12b.- When the suction injector 15 is fully opened and the valve 1 Ze is closed, idle operation is restored. The motor can then be switched off and the pump closed or the turbine can be turned and connected to the rotating motor to switch to a production mode in which the pump is disconnected via the coupling 12b.

- При пълно затваряне на впръсквача-смукача 15 (и/или спирателния клапан 13d) и при пълно отваряне на клапана 13е към смукателния тръбопровод, помпата изкачва вода с максимален дебит от долен към горен водоем, а моторът консумира максимална мощност от мрежата както обикновена помпа с неуправлявано засмукване.- When the suction injector 15 is completely closed (and / or the shut-off valve 13d) and when the valve 13e is fully opened to the suction line, the pump draws water with maximum flow from the lower to the upper reservoir and the motor consumes maximum power from the mains like a normal pump with uncontrolled suction.

7/97/9

В други осъществявания могат да се използват разновидни впръсквачсмукачи. Тяхната конструкция се избира в зависимост от големината на смукателя на помпата, диапазона на напора и дебита, както и други хидравлични показатели.In other embodiments, a variety of suction injectors may be used. Their design is chosen depending on the size of the pump suction, the range of head and flow, as well as other hydraulic parameters.

Например на Фиг.2 е илюстриран впръсквач-смукач (ежектор), при който продължението на напорния тръбопровод 14 завършва във вътрешен на смукателя 16 тороид 20. Притокът на вода от напорния тръбопровод се регулира чрез клапан 13 d. От отворите 21 по горната повърхност на тороида водата с високо налягане се ускорява между вътрешната повърхност 22 на смукателя и външната повърхност 23 на обърнат конус. По горния ръб на тази повърхност 23 са закрепени пластинчати ребра 19а за завъртане на водния поток. Средният кръг на тороида служи като проток на засмукваната от долния водоем вода. Светлият отвор на протока се регулира или затваря чрез игления затвор 24 на управляващото устройство 25, което управлява притока на вода от долния водоем като част от управляващата станцията подсистема.For example, Fig. 2 illustrates a suction injector (ejector) in which the extension of the discharge line 14 terminates in a toroid 20 internal to the suction unit 16. The flow of water from the discharge line is regulated by a valve 13 d. From the holes 21 on the upper surface of the toroid, high pressure water is accelerated between the inner surface 22 of the suction cup and the outer surface 23 of the inverted cone. On the upper edge of this surface 23 are attached plate ribs 19a for rotating the water flow. The middle circle of the toroid serves as a flow of water sucked from the lower reservoir. The light opening of the duct is regulated or closed by the needle shutter 24 of the control device 25, which controls the flow of water from the lower reservoir as part of the control station subsystem.

При осъществявания с голям диаметър на смукателя и големи дебити на помпата може да се използват няколко впръсквач-смукачи, паралелно разположени в смукателя. Например Фиг. 3 илюстрира смукател 16, около който е опасан външен тороид 26, водещ водата с високо налягане към прости коляно-тръбни впръсквач-смукачи 27, дебитът през които се регулира едновременно чрез клапана 13d. Впръсквач-смукачите са наклонени по посоката на завъртане на работното колело за да придават необходимата завъртяност на движението на водата, преди нейното засмукване от лопатките.In embodiments with a large suction diameter and large pump flow rates, several suction injectors can be used in parallel located in the suction. For example, FIG. 3 illustrates a suction cup 16 surrounded by an external toroid 26 leading high pressure water to simple elbow-tube suction injectors 27, the flow through which is regulated simultaneously by the valve 13d. The injectors are tilted in the direction of rotation of the impeller to give the required rotation to the movement of the water before it is sucked in by the blades.

Приложение (използване) на изобретениетоApplication of the invention

Разкритата водно електрическа станция с помпено енергийно запасяване конкурира известните тримашинни агрегати с хоризонтален или вертикаленThe open hydroelectric power station with pump energy storage competes with the famous three-machine units with horizontal or vertical

8/9 вал, които се използват като източник на балансираща/регулираща енергия и спомагателни услуги.8/9 shaft, which are used as a source of balancing / regulating energy and ancillary services.

Недостатъците на излаганото подобряване са необходимостта от оразмеряване на смукателя на помпата 16 и клапана 13е за издържане на целия напор от горния водоем, както и увеличените хидравлични загуби в смукателя на помпата.The disadvantages of the above improvement are the need to dimension the suction pump 16 and the valve 13e to withstand all the pressure from the upper reservoir, as well as the increased hydraulic losses in the pump suction.

Предимствата на излаганото подобряване са:The advantages of the presented improvement are:

- пускане и спиране на помпата без ударни натоварвания на частите на машините и без смущения в EEC като резултат от практически еднакво налягане на водата на входа и на изхода на работното колело на помпата;- starting and stopping the pump without impact loads on the machine parts and without disturbances in the EEC as a result of practically equal water pressure at the inlet and outlet of the pump impeller;

- развъртане и включване на мотора-помпата без спомагателни пускови устройства, прилагани в известните ВЕСПЕЗ (пусков мотор или пускова турбина, честотен преобразувател, пусков трансформатор или превключвател на напрежението, инсталация за изтласкване на водата от помпата чрез сгъстен въздух и пр.);- turning and switching on the motor-pump without auxiliary starting devices, applied in the known VESPEZ (starting motor or starting turbine, frequency converter, starting transformer or voltage switch, installation for expelling water from the pump through compressed air, etc.);

-регулиране товара на мотора в реално време според нуждите на електроенергийната система от балансираща/регулираща енергия и спомагателни услуги, в зависимост от икономическите и технически условия в пазара на електроенергия.-regulation of the motor load in real time according to the needs of the power system of balancing / regulating energy and auxiliary services, depending on the economic and technical conditions in the electricity market.

9/99/9

Цитирани източнициCited sources

I. Патентни документиI. Patent documents

[1.1]. Georg Hutarew, Pumped Storage Power Plant, US3891860, June 24, 1975;[1.1]. Georg Hutarew, Pumped Storage Power Plant, US3891860, June 24, 1975;

[1.2]. Manfred Stummer, Water Power Plant Comprising a Branch Part, US20140369825A1, Dec. 18, 2014;[1.2]. Manfred Stummer, Water Power Plant Comprising a Branch Part, US20140369825A1, Dec. 18, 2014;

[1.3]. A.E. Guy, Pumping Apparatus, US820779, May 15, 1906;[1.3]. A.E. Guy, Pumping Apparatus, US820779, May 15, 1906;

[1.4]. J.O'F. Clark, Rotary Feed Centrifugal Pump, US 1608547, Nov.30, 1926;[1.4]. J.O'F. Clark, Rotary Feed Centrifugal Pump, US 1608547, Nov.30, 1926;

[1.5]. M.Schwarz, Centrifugal Pump and Compressor, US2656096, Oct. 20, 1953;[1.5]. M. Schwarz, Centrifugal Pump and Compressor, US2656096, Oct. 20, 1953;

[1.6]. Derek Hartland, Hydraulic Pumps and Reversible Pump Turbines, US3238534, March 1, 1966;[1.6]. Derek Hartland, Hydraulic Pumps and Reversible Pump Turbines, US3238534, March 1, 1966;

[1.7]. Kawano et al., Pump Device and Pump System, US9574571B2, Feb. 21, 2017;[1.7]. Kawano et al., Pump Device and Pump System, US9574571B2, Feb. 21, 2017;

[1.8]. Bernd Mayer, Martin Giese, Francis-Type Pump for a Hydroelectric Power Plant, US20130266445A1, Oct.lO, 2013;[1.8]. Bernd Mayer, Martin Giese, Francis-Type Pump for a Hydroelectric Power Plant, US20130266445A1, Oct.lO, 2013;

[1.9]. L.F.Moody, Rotary Pump with Adjustable Gate, US1322810, Nov.25, 1919;[1.9]. L.F.Moody, Rotary Pump with Adjustable Gate, US1322810, Nov.25, 1919;

[I.10].B .J.Kime, Centrifugal Pump, US1353915, Sep.28, 1920;[I.10] .B .J.Kime, Centrifugal Pump, US1353915, Sep.28, 1920;

[1.11]. Sakayori, Akihiro et al, HITACHI LTD., Variable-Speed Pumped-Storage Power Generating System, EP0243937A1, 1987;[1.11]. Sakayori, Akihiro et al, HITACHI LTD., Variable-Speed Pumped-Storage Power Generating System, EP0243937A1, 1987;

II. Непатентни документиII. Non-patent documents

[II. 1]. Modeling and Analysis of Value of Advanced Pumped Storage Hydropower in the United States, Argon National Laboratory/DIS-14/7, June 2014;[II. 1]. Modeling and Analysis of Value of Advanced Pumped Storage Hydropower in the United States, Argon National Laboratory / DIS-14/7, June 2014;

[П.2]. J.P. Deane, B.P. 0 Gallachoir, E.J. McKeogh, Techno-economic review of existing and new pumped hydro energy storage plant, Elsevier, Renewable and Sustainable Energy Reviews 14 (2010) 1293-1302;[P.2]. J.P. Deane, B.P. 0 Gallachoir, E.J. McKeogh, Techno-economic review of existing and new pumped hydro energy storage plant, Elsevier, Renewable and Sustainable Energy Reviews 14 (2010) 1293-1302;

[П.З]. Giovanna Cavazzini, Juan Ignacio Perez-Diaz, Technological Developments for Pumped-Hydro Energy Storage, EERA Report, May 2014;[P.Z]. Giovanna Cavazzini, Juan Ignacio Perez-Diaz, Technological Developments for Pumped-Hydro Energy Storage, EERA Report, May 2014;

[П.4]. Juan I. Perez-Diaz et al, Trends and challenges in the operation of pumpedstorage hydropower plants, Elsevier, Renewable and Sustainable Energy Reviews 44 (2015) 767-784.[P.4]. Juan I. Perez-Diaz et al, Trends and challenges in the operation of pumpedstorage hydropower plants, Elsevier, Renewable and Sustainable Energy Reviews 44 (2015) 767-784.

Claims (6)

ПретенцииClaims 1. Водна станция за производство на електроенергия и за запасяване на водна енергия, която се състои от горен и долен водоем със съответни водовливни и водовземни съоръжения, напорен тръбопровод и три машини, сглобени към хоризонтален или вертикален вал (водна турбина, електромагнитен генератор/мотор и едностъпална или многостъпална помпа) с изпускателен тръбопровод на турбината и смукателен тръбопровод на помпата, която станция се характеризира с:1. Water station for the production of electricity and for the storage of water energy, consisting of an upper and a lower reservoir with appropriate water and water intake facilities, a pressure pipeline and three machines assembled to a horizontal or vertical shaft (water turbine, electromagnetic generator / motor) and a single-stage or multistage pump) with a turbine exhaust line and a pump suction line, which station is characterized by: - един ръкав от напорния тръбопровод към входа на турбината, който провежда водата от горния водоем през спирателна клапа до направляващия апарат и работното колело на турбината или служи за „хидравлично късо съединение“ ;- one sleeve from the discharge line to the inlet of the turbine, which conducts the water from the upper reservoir through a shut-off valve to the guide apparatus and the impeller of the turbine or serves as a "hydraulic short circuit"; - втори ръкав от напорния тръбопровод към изхода на помпата, който отвежда изпомпената вода през спирателна клапа към горния изравнител или служи за „хидравлично късо съединение“;- a second sleeve from the discharge line to the pump outlet, which leads the pumped water through a shut-off valve to the upper equalizer or serves as a "hydraulic short circuit"; - трети ръкав от напорния тръбопровод, който провежда вода от напорния тръбопровод през трета клапа към поне един впръсквач-смукач (ежектор), инсталиран в смукателя на помпата, който чрез струя от напорния тръбопровод изсмуква вода от долния водоем и регулира налягането, скоростта и въртеливостта на водата пред работното колело на помпата или служи за „хидравлично късо съединение“;- a third hose from the discharge line, which conducts water from the discharge line through a third valve to at least one suction injector installed in the pump suction unit, which sucks water from the lower reservoir through a jet from the discharge line and regulates pressure, speed and rotation on the water in front of the pump impeller or serves as a "hydraulic short circuit"; - един съединител на вала на турбината с вала на генератора/мотора и друг съединител на вала на генератора/мотора с вала на помпата, които могат да са в съединено или свободно състояние независимо един от друг;- one turbine shaft connector with the generator / motor shaft and another generator / motor shaft connector with the pump shaft, which can be in a connected or free state independently of each other; - координирано функциониране на всички части на станцията.- coordinated operation of all parts of the station. 2. Метод за пускане (развъртане и включване) на мотора и съединената към него помпа, който се характеризира с развъртане на съединената към мотора турбина от покой до синхронни обороти при:2. A method of starting (rotating and switching on) the motor and the pump connected to it, which is characterized by rotating the turbine connected to the motor from rest to synchronous speed at: - затворена клапа между помпата и нейния смукателен тръбопровод,- closed valve between the pump and its suction line, 2/32/3 - отворена клапа между напорния тръбопровод и нагнетателя на помпата, - отворена клапа между напорния тръбопровод и впръсквач-смукача (ежектора) на помпата,- open valve between the discharge line and the pump supercharger, - open valve between the discharge line and the suction injector (ejector) of the pump, - отворен впръсквач-смукач (ежектор), след което моторът се възбужда и включва към мрежата, турбината се отсъединява чрез съединителя и се спира, а в работа остават съединените мотор и помпа, чийто товар се регулира съгласно следващите методи.- open injector-sucker (ejector), after which the motor is excited and connected to the network, the turbine is disconnected through the clutch and stopped, and the connected motor and pump remain in operation, the load of which is regulated according to the following methods. 3. Метод за натоварване на помпата-мотора, който се характеризира чрез координирано притваряне на впръсквач-смукача (ежектора) и отваряне на клапата към смукателния тръбопровод при непрестанен контрол на дебита и скоростта на впръскваната вода с високо налягане и засмукваната вода от долния водоем, налягането, скоростта и въртеливостта на водата пред работното колело на помпата, във функция от диспечираната мощност на мотора и дебита на запасяваната вода.3. A method of loading the pump-motor, which is characterized by coordinated closing of the suction injector (ejector) and opening of the valve to the suction line with continuous control of the flow and velocity of the injected high pressure water and the water sucked from the lower reservoir, the pressure, speed and rotation of the water in front of the impeller of the pump, as a function of the dispensed power of the motor and the flow rate of the stored water. 4. Метод за работа на мотора при максимален товар и изкачване на вода от долен към горен водоем с максимален дебит, който се характеризира чрез пълно затваряне на впръсквач-смукача (ежектора) и/или на клапата към напорния тръбопровод и пълно отваряне на клапата към смукателния тръбопровод на помпата.4. Method of operating the engine at maximum load and ascent of water from the lower to the upper reservoir with maximum flow, which is characterized by complete closing of the injector-sucker (ejector) and / or the valve to the discharge line and full opening of the valve to the suction line of the pump. 5. Метод за разтоварване на помпата-мотора, който се характеризира чрез координирано отваряне на впръсквач-смукача (ежектора) и притваряне на клапата към смукателния тръбопровод при непрестанен контрол на дебита и скоростта на впръскваната и засмукваната вода, налягането, скоростта и въртеливостта на водата пред работното колело на помпата, във функция от диспечираната мощност на мотора и дебита на запасяваната вода.5. Method for unloading the pump-motor, which is characterized by coordinated opening of the injector-sucker (ejector) and closing the valve to the suction line with continuous control of the flow and velocity of the injected and sucked water, pressure, speed and rotation of the water in front of the impeller of the pump, as a function of the dispensed power of the motor and the flow rate of the stored water. 6. Метод за спиране и за изключване на мотора и съединената към него помпа или за преминаване към електропроизводствен режим, който се характеризира чрез отваряне на впръсквач-смукача (ежектора) и спирателната клапа към напорния тръбопровод при едновременно затваряне6. Method for stopping and switching off the motor and the pump connected to it or for switching to an electric production mode, which is characterized by opening the suction injector (ejector) and the shut-off valve to the discharge line at the same time closing 3/3 на клапата към смукателния тръбопровод на помпата до установяване 60 работата на празен ход, след което в зависимост от заданието моторътпомпата се изключва или се преминава към електропроизводствен режим чрез развъртане на турбината, нейното съединяване към въртящия се мотор и отсъединяване на помпата, извършвано чрез съответните съединители.3/3 of the valve to the suction line of the pump until 60 idling is established, after which, depending on the setpoint, the motor pump is switched off or switched to electrical production mode by turning the turbine, its connection to the rotating motor and disconnecting the pump. via the appropriate connectors.
BG113168A 2017-12-11 2020-06-19 Water storage power plant with controlled suction pressure BG67418B1 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/BG2017/000031 WO2019113654A1 (en) 2017-12-11 2017-12-11 Water storage electric power plant with controlable suction head

Publications (2)

Publication Number Publication Date
BG113168A true BG113168A (en) 2020-10-15
BG67418B1 BG67418B1 (en) 2022-02-28

Family

ID=66818728

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
BG113168A BG67418B1 (en) 2017-12-11 2020-06-19 Water storage power plant with controlled suction pressure

Country Status (2)

Country Link
BG (1) BG67418B1 (en)
WO (1) WO2019113654A1 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102022201063A1 (en) * 2022-02-01 2023-08-03 Schluchseewerk Aktiengesellschaft Starting equipment, machine set and method for starting a machine set
PL443019A1 (en) * 2022-12-01 2024-01-03 Instytut Maszyn Przepływowych Im. Roberta Szewalskiego Polskiej Akademii Nauk Machinery system of a pumped-storage power plant with hydraulic coupling

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH399371A (en) * 1962-07-20 1965-09-15 Escher Wyss Ag Device with launch turbine for starting up a storage pump or pump turbine
CH577632A5 (en) * 1974-07-09 1976-07-15 Charmilles Sa Ateliers
US4991397A (en) * 1988-07-12 1991-02-12 Varsa Istvan S Hydraulic turbine with virtual head drop and method for its manufacture
DE102011105685A1 (en) * 2011-06-22 2012-12-27 Voith Patent Gmbh Pump turbine plant

Also Published As

Publication number Publication date
WO2019113654A1 (en) 2019-06-20
BG67418B1 (en) 2022-02-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3376022A1 (en) Method for operating hydraulic machine and corresponding installation for converting hydraulic energy into electrical energy
CN104121049B (en) Pressurized air electric energy storing system
CN106499005B (en) A kind of water supply pump station feedback control system
BG113168A (en) Water conservation power plant with controlled suction head
US20100270801A1 (en) Electricity storage and recovery system
CN104500293A (en) Brushless multi-working-condition direct-current electrically-driven pump
CN115419542A (en) Pumped storage unit
CN102606374A (en) Adjustable low-pressure water turbine special for cooling tower
US3403888A (en) Reversible pump turbines
CN108131248B (en) Hydraulic wind generating set low wind speed starting system
US20200232441A1 (en) Method for Starting a Hydroelectric Turbine
CN104405457B (en) A kind of energy gradient utilization system of back pressure turbine heat supply
CN105202937A (en) Cavitation-free low-noise condenser vacuumizing energy-saving device
CN102966559A (en) Novel water pumping and power generation hydroturbine pump
CN204238990U (en) A kind of energy gradient utilization system of back pressure turbine heat supply
CN110663153B (en) Hydroelectric power plant for regulating the frequency of an electrical network and method for operating same
Stoilov et al. Water Storage Electric Power Plant with Controllable Suction Head
CN207935032U (en) A kind of low wind speed activation system of hydraulic pressure wind power generator group
US3226083A (en) Reversible pump turbines
CN218844472U (en) Oil pressure power generation system
CN219176581U (en) Water and electricity hybrid power intelligent pump
Isbăşoiu et al. Using standard pumps as turbines
CN218816729U (en) Adjusting device for reducing surge amplitude of surge chamber in load reduction process of pumped storage power station
CN219472239U (en) Lifting and filling pump station to water pumping energy storage power station
CN101951216A (en) Regulating method of reverse-running electricity generation of water pump of pump station