DE1258810B - Device with launch turbine for starting up a storage pump or pump turbine - Google Patents

Description

Einrichtung mit Anwurfturbine zur Inbetriebsetzung einer Speicherpumpe oder Pumpenturbine Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Inbetriebsetzung einer Speicherpumpe oder Pumperiturbine mit einer als Überdruckturbine ausgeführten, aus der Druckleitung der Speicherpumpe bzw. Pumpenturbine gespeisten, unter dem gleichen Gefälle wie diese arbeitenden und auf gleicher Achse wie diese angeordneten Anwurfturbine.Device with launch turbine for starting up a storage pump or pump turbine The invention relates to a device for commissioning a storage pump or pump turbine with an overpressure turbine, fed from the pressure line of the storage pump or pump turbine, under the same gradient as these working and arranged on the same axis as these Launch turbine.

Bei einer bekannten Einrichtung dieser Art zur Inbetriebsetzung einer Speicherpumpe ist die Anwurfturbine als Freistrahlturbine ausgeführt, deren mit einem regulierbaren Abschlußorgan versehenes Einlaufrohr an die Druckleitung der Speicherpumpe an-CI geschlossen ist.In a known device of this type for commissioning a Storage pump, the launch turbine is designed as a free jet turbine, whose with an adjustable closure member provided inlet pipe to the pressure line of the Storage pump connected to CI is closed.

Es ist indessen zu berücksichtigen, daß bei Speicheranlagen die hydraulischen Maschinen in der Regel, insbesondere bei Aufstellung mit vertikaler Achse, erheblich unter dem tiefsten Unterwasserspiegel angeordnet sind. Die Verwendung einer Freistrahlturbine als Anwurfturbine ist dann insofern nachteilig, als das zum Anwerfen erforderliche Betriebswasser in den Pumpensumpf des Kraftwerkes abfließt und von dort mit besonderen Pumpen in das Unterbecken hochgepumpt werden muß, Dieser Nachteil könnte zwar dadurch umgangen werden, daß die Abflußleitung des Freistrahlturbinengehäuses in das Unterbecken geführt würde. Um zu vermeiden, daß das Freistrahllaufrad im Wasser umläuft, müßte dann das Freistrahlturbinengehäuse durch Druckluft vom anstehenden Unterwasser frei gehalten werden. Dies wäre aber sehr umständlich und wegen des großen Luftverbrauches auch kostspielig.However, it must be taken into account that the hydraulic Machines, especially when installed with a vertical axis are arranged below the deepest underwater level. The use of a free jet turbine as a starting turbine is then disadvantageous insofar as that which is required for starting Process water flows into the pump sump of the power plant and from there with special Pumps in the lower basin must be pumped up, this disadvantage could indeed be thereby be bypassed that the discharge line of the free jet turbine housing in the lower basin would be led. To avoid that the free jet impeller revolves in the water, would have to Then the free jet turbine housing is freed from the underwater by means of compressed air being held. But this would be very cumbersome and because of the large amount of air it consumes also costly.

Bei der obenerwähnten Einrichtung wird zwar auch in Betracht gezogen, statt der Freistrahlturbine eine überdruckturbine als Anwurfturbine zu vervienden. Das Laufrad einer auf gleicher Achse angeordneten und für das gleiche Gefälle wie die anzuwerfende Pumpe in üblicher Weise ausgelegten Francis-Turbine würde aber bei wesentlich geringerer Durchtrittsmenge einen Außendurchmesser erhalten, der nur wenig kleiner wäre als der Außendurchmesser des Pumpenlaufrades. Die Anwurfturbine würd#e somit Abmessungen von ähnlicher Größenordung wie die anzuwerfende Pumpe aufweisen, was die Befolgung dieses Vorschlages nicht empfehlenswert erscheinen läßt.In the case of the above-mentioned device, it is also considered instead of the free jet turbine, an overpressure turbine can be used as a launch turbine. The impeller of a arranged on the same axis and for the same gradient as the pump to be started would, however, be designed in the usual manner with a much smaller amount of passage obtained an outer diameter that would be only a little smaller than the outer diameter of the pump impeller. The launch turbine would thus have dimensions of a similar order of magnitude as the pump to be started, which makes following this suggestion inadvisable.

Aufgabe der Erfindung ist nun, die Inbetriebsetzungseinrichtung so auszulegen, daß sie bei verhältnismäßig kleinem Raumbedarf eine Tieflegung der Anwurfturbine gestattet unter Vermeidung der geschilderten Nachteile, die sich bei Tieflegung einer Freistrahlturbine ergeben würden. Bei einer Einrichtung der eingangs beschriebenen Art ist gemäß der Erfindung diese Anwurfturbine als Francis-Turbine mit so kleinem Außendurchmesser der Schaufelung des Laufrades ausgeführt, daß deren Umfangsgeschwindigkeit ti bei Betriebsdrehzahl der Speicherpumpe bzw. Pumpenturbine höchstens den Wert 0,5 - Vi-gH erreicht, also stets wesentlich kleiner ist als die normale Umfangsgeschwindigkeit einer mit günstigstem Wirkungsgrad arbeitenden Francis-Turbine. Hierbei ist mit H das Nettogefälle, unter dem die Anwurfturbine arbeitet, und mit g die Beschleunigung des freien Falles bezeichnet.The object of the invention is now to design the start-up device so that it allows the launch turbine to be lowered with a relatively small space requirement while avoiding the disadvantages described which would result if a free jet turbine were lowered. In a device of the type described at the beginning, according to the invention, this launch turbine is designed as a Francis turbine with such a small outer diameter of the blades of the impeller that its peripheral speed ti at operating speed of the storage pump or pump turbine reaches a maximum value of 0.5 - Vi-gH, that is, it is always significantly lower than the normal peripheral speed of a Francis turbine operating with the most favorable degree of efficiency. Here, H denotes the net gradient under which the launch turbine works, and g denotes the acceleration of the free fall.

Da eine Speicherpumpe oder Pumpenturbine normalerweise mit einer Umfangsgeschwindigkeit der Laufradschaufelung in der Größenordnung u arbeitet, erhält hierbei das Laufrad der auf gleicher Achse und unter dem gleichen Gefälle arbeitenden Anwurfturbine einen wesentlich kleineren Durchmesser als das Laufrad der Speicherpumpe oder Pumpenturbine. Trotzdem ist es möglich, die für den Durchtritt des Betriebswassers erforderlichen Querschnitte zu erhalten, da die Anwurfturbine für eine wesentlich kleinere Leistung ausgelegt werden muß als die anzutreibende Speicherpumpe oder Pumpenturbine.As a storage pump or pump turbine normally operates at a peripheral speed the impeller blade works in the order of magnitude u, the impeller receives in this case the launch turbine working on the same axis and under the same gradient a much smaller diameter than the impeller of the storage pump or pump turbine. Nevertheless, it is possible to use those required for the process water to pass through To get cross-sections, since the launch turbine for a much smaller power must be designed as the storage pump or pump turbine to be driven.

Die Auslegung gemäß Erfindung hat zwar zur Folge, daß die Anwurfturbine bei normaler Betriebsdrehzahl der anzutreibenden Maschine in einem Punkt der Kennlinie arbeitet, welcher weit unterhalb des Betriebspunkts mit bestem Wirkungsgrad liegt. Die Einbuße an Wirkungsgrad kann aber in Kauf genommen werden, da die Anwurfturbine nur während einer verhältnismäßig kurzen Zeit arbeitet. Überraschenderweise ergibt sich dagegen sogar der Vorteil, daß das Anfahrd#rehmoment mit steigender Drehzahl bis zur Betriebsdrehzahl der anzutreibenden Pumpe bzw. Pumpenturbine weniger rasch abnimmt als bei einer normal ausgelegten Turbine, -so daß die Betriebsdreh.zahl in kürzerer Zeit erreicht werden kann.The design according to the invention has the consequence that the launch turbine at normal operating speed of the machine to be driven at one point on the characteristic curve works, which is far below the operating point with the best efficiency. The loss of efficiency can, however, be accepted because the launch turbine only during a relatively short time. Surprisingly On the other hand, there is even the advantage that the starting torque increases with Speed up to the operating speed of the pump or pump turbine to be driven is less decreases rapidly than with a normally designed turbine, so that the operating speed can be achieved in less time.

Da, wie erwähn4 Speicherpumpen oder Pumpenturbinen in der Regel zur Verhinderung von Kavitation tiefer als der Unterwasserspiegel eingebaut werden, ist es vorteilhaft, das Abflußrohr für das Betriebswasser der Anwurfturbine in das Saugrohr der Pumpe bzw. Pumpenturbine einmünden zu lassen, da damit in einfacher Weise auch die Anfahrturbine unter den Gegendruck des Unterwassers gesetzt und so die Kavitationsgefahr auch in dieser Turbine vermindert wird.Since, as mentioned, storage pumps or pump turbines are usually used Prevent cavitation from being installed deeper than the underwater level, it is advantageous to insert the drain pipe for the process water of the start-up turbine into the To let the suction pipe of the pump or pump turbine open out, as this is easier We also put the approach turbine under the back pressure of the underwater and so on the risk of cavitation is also reduced in this turbine.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes vereinfacht dargestellt. Es zeigt F i g. 1 den Maschinensatz eines Pumpspeicherwerkes mit der Einrichtung zu dessen Inbetriebt2 setzung, F i g. 2 einen Ausschnitt aus F i g. 1 in größerem Maßstab mit arialem Längsschnitt durch die Anwurfturbine.An exemplary embodiment of the subject matter of the invention is shown in simplified form in the drawing. It shows F i g. 1 the machine set of a pumped storage plant with the device for its commissioning, F i g. 2 shows an excerpt from FIG. 1 on a larger scale with an arial longitudinal section through the launch turbine.

Der Maschinensatz des Pumpspeicherwerkes be- steht aus einer Pumpenturbine 1 mit vertikaler Welle, mit Saugrohr 2, Spiralgehäuse 3 und Druckleitung 4 und einer mit ihr gekuppelten elektrischen Maschine 5, die als Generator oder als Motor arbeiten kann. Unter dem Saugrohr 2 ist eine als Francis-Turbine ausgebildete Anwurfturbine 6 mit Laufrad 7 und Gehäuse 8 angeordnet. Das Laufrad 7 (F i g. 2) ist über eine Antriebswelle 9 mit dem Läufer der Pumpenturbine 1 verbunden. Die Antriebswelle 9 ist von einem wasserdichten Rohr 10 umgeben, welches das Saugrohr 2 mit dem Gehäuse 8 der Anwurfturbine 6 hydraulisch verbindet. Im Rohr 10 ist ein wassergeschmiertes Lager 11 zur Führung der Antriebswelle 9 angeordnet. Es erübrigt sich hier das Vorsehen einer Stopfbüchse beim Durchtritt der Pumpenwelle durch das Saugrohr 2. Die Antriebswelle 9 ist zwischen dein Saugrohr 2 und dem Lager 11 mit einer lösbaren Kupplung 12 versehen. Am K-upplungs-ZD teil der Pumpenwelle ist eine Stillstandsdichtung 13 angebracht.The machine set of the pumping storage power plant con- sists of a pump turbine with a vertical shaft 1, with the intake manifold 2, spiral housing 3 and pressure line 4 and that can work as a generator or as a motor with a coupled their electric machine. 5 A launch turbine 6 designed as a Francis turbine with an impeller 7 and housing 8 is arranged below the suction pipe 2. The impeller 7 ( FIG. 2) is connected to the rotor of the pump turbine 1 via a drive shaft 9 . The drive shaft 9 is surrounded by a watertight pipe 10 which hydraulically connects the suction pipe 2 to the housing 8 of the launch turbine 6. A water-lubricated bearing 11 for guiding the drive shaft 9 is arranged in the tube 10. There is no need here to provide a stuffing box when the pump shaft passes through the suction pipe 2. The drive shaft 9 is provided with a releasable coupling 12 between the suction pipe 2 and the bearing 11. A standstill seal 13 is attached to the coupling ZD part of the pump shaft.

Das Betriebswasser für die Anwurfturbine 6 wird an einer nicht gezeigten Stelle der Druckleituna 4 C C der Pumpenturbine 1 entnommen und über eine Leitung 14 mit eingebautem regulierbarem Abschlußorgan 15 der Anwurfturbine 6 zugeleitet. Austrittseitig schließt an die Anwurfturbine 6 ein mit einem Abschlußorgan 16 versehcnes Abflußrohr 17 an, welches an einer Stelle 18 in das Saugrohr 2 der Pumpenturbine IL einmündet.The process water for the launch turbine 6 is taken from the pressure line 4 C C of the pump turbine 1 at a point (not shown) and fed to the launch turbine 6 via a line 14 with a built-in adjustable closing element 15 . On the outlet side, the throw-off turbine 6 is adjoined by a discharge pipe 17 provided with a closing element 16 , which discharges at a point 18 into the suction pipe 2 of the pump turbine IL.

Die beschriebene Bauart gibt die Möglichkeit, nach Schließen der Abschlußorganr, 15 und 16 sowie der Stillstandsdichtung 13 am Eintritt der Welle in das Saugrohr 2 und nach Lösen der Kupplung 12 die Anwurfturbine 6 als Ganzes auszubauen, ohne daß das Saugrohr 2 der Pumpenturbine, 1 entleert werden muß.The design described gives the possibility, after closing the closure members 15 and 16 and the standstill seal 13 at the entry of the shaft into the suction pipe 2 and after loosening the coupling 12 , to remove the throwing turbine 6 as a whole without the suction pipe 2 of the pump turbine 1 being emptied must become.

Das Laufrad 7 der als Francis-Turbine ausgeführten Anwurfturbine 6 hat einen verhältnismäßig kleinen Eintrittsdurchmesser D. Dieser Durchmesser D ist so bemessen, daß beim Anwerfen der Pumpenturbine 1 und der mit ihr grekuppelten elektrischen Maschine 5 die Umfangsgeschwindigkeit u = iT - D - n/60 (mit n = Drehzahl pro Minute) höchstens etwa den Wert erreicht. Die spezifische Umfangs-Z, oleschwindigkeit liegt demnach stets wesentlich unter der normalen spezifischen Umfangsgeschwindigkeit einer mit günstigem Wirkungsgrad arbeitenden Francis-Turbine. Unter Verzicht auf günstigen Wirkungsgrad ist somit das Laufrad 7 der Anwurfturbine 6 so ausgelegt, daß es die für rasches Anwerfen erforderliche hohe Drehmomentenentwicklung bei kleinen Abmessungen erreicht.The impeller 7 of the launching turbine 6 , designed as a Francis turbine, has a relatively small inlet diameter D. This diameter D is dimensioned so that when the pump turbine 1 and the electrical machine 5 coupled to it are started, the peripheral speed u = iT - D - n / 60 (with n = speed per minute) at most about the value reached. The specific circumferential Z, oil speed is therefore always significantly below the normal specific circumferential speed of a Francis turbine operating with a favorable degree of efficiency. With no favorable efficiency, the impeller 7 of the launching turbine 6 is designed so that it achieves the high torque development required for rapid launching with small dimensions.

Nach dem Hochfahren des Maschinensatzes 1 bis 5 und dem Anlegen der elektrischen Maschine ans Netz werden zweckmäßig die, beiden Abschlußorgane 15 und 16 geschlossen und das Gehäuse 8 der Anwurfturbine 6 entleert. An der Welle 9 ist unterhalb des wassergeschmierten Lagers 11 ein Spritzring 19 angebracht, der im Betrieb bei entleertem Gehäuse 8 der Anwurfturbine 6 den Eintritt von Leckwasser in das Gehäuse 8 verhindert. Das vom Spritzring 19 abgeschleuderte Leckwasser wird durch eine Leitung 20 abgeführt.After the machine set 1 to 5 has been started up and the electrical machine has been connected to the network, the two closing elements 15 and 16 are expediently closed and the housing 8 of the launch turbine 6 is emptied. A splash ring 19 is attached to the shaft 9 below the water- lubricated bearing 11 , which, when the housing 8 of the throwing turbine 6 is empty, prevents leakage water from entering the housing 8 during operation. The leakage water thrown off by the splash ring 19 is discharged through a line 20.

Wie aus F i g. 2 zu ersehen ist, besitzt die Anwurfturbine 6 keinen regulierbaren Leitapparat. An dessen Stelle wird zur Regulierung der Wassermenge der Anwurfturbirte 6 das in deren Wasserweg eingebaute regulierbare Abschlußorgan 15 verwendet.As shown in FIG. 2 can be seen, the launch turbine 6 does not have an adjustable diffuser. In its place, the adjustable closing element 15 built into its waterway is used to regulate the amount of water of the Anwurfturbirte 6.

Die, beschriebene Einrichtung kann grundsätzlich in gleicher Weise verwendet werden, wenn statt der Pumpenturbine 1 eine Speicherpumpe, d. h. eine nur als Pumpe verwendbare hydraulische Maschine vorgesehen ist, die bei der Inbetriebsetzung durch die Anfahrturbine vom Stillstand auf Synchrondrehzahl zu bringen ist, um mit der elektrischen Maschine ge- kuppelt werden zu können.The device described can in principle be used in the same way if, instead of the pump turbine 1, a storage pump, i. H. a usable only as a pump hydraulic machine is provided which is to be brought to synchronous speed with the start-up by the Anfahrturbine from standstill to be overall coupling with the electrical machine to be able to.

Claims (2)

Patentansprüche: 1. Einrichtung zur Inbetriebsetzung einer Speicherpumpe oder Pumpenturbine mit einer als überdruckturbine ausgeführten, aus der Druckleitung der Speicherpumpe bzw. Pumpenturbine gespeisten, unter dem gleichen Gefälle wie diese arbeitenden und auf gleicher Achse wie diese an-eordneten Anwurfturbine, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß die Anwurfturbine als Francis-Turbine mit so kleinem Außendurchmesser der Schaufelung des Laufrades ausgeführt ist, daß deren Umfangsgeschwindigkeit (u) bei Betriebsdrebzahl der Speicherpumpe bzw. Pumpenturbine höchstens den Wert 0,5 - #2-gH erreicht, also stets wesentlich kleiner ist als die normale Umfangsgeschwindigkeit einer mit günstigstem C t2 Wirkungsgrad arbeitenden Francis-Turbine. 1. A device for commissioning of a pump-turbine or pump turbine with a designed as over-pressure turbine, is fed from the pressure line of the pump-turbine or pump turbine, under the same gradient as this working and on the same axis as this eordneten to-initiation turbine, d a d u rch g e - indicates that the throwing turbine is designed as a Francis turbine with such a small outer diameter of the blades of the impeller that its peripheral speed (u) at the operating speed of the storage pump or pump turbine reaches a maximum of 0.5 - # 2-gH, i.e. always is significantly smaller than the normal peripheral speed of a Francis turbine operating with the most favorable C t2 efficiency. 2. Einrichtung nach Anspruchl, dadurch gekennzeichnet, daß das Abflußrohr (17) der Anwurfturbine (6) für das Betriebswasser in das Saugrohr (2) der Pumpe bzw. Pumpenturbine (1) einmündet. 3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebswelle (9) der Anwurfturbine für den Einbau unter dem Saucrrohr (12) einer anzuwerfenden Pumpe bzw. Pumpenturbine (1) mit vertikaler Welle von einem wasserdichten Rohr (10) umhüllt ist, welches das Saugrohr (2) mit dem Gehäuse (8) der Anwurfturbine (6) hydraulisch verbindet, und daß in diesem Rohr (10) ein wassergeschmiertes Lager (11.) zur Führung der Antriebswelle (9) angeordnet ist. 4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß an der Antriebswelle (9) unterhalb des wassergeschmierten Lagers (11) ein Spritzring (19) angebracht ist, der im Betrieb bei entleertem Gehäuse (8) der Anwurfturbine (6) den Eintritt von Leckwasser aus dem Saugrohr (2) der Pumpe bzw. Pumpenturbine (1) in das Gehäuse (8) der Anwurfturbine (6) verhindert. 5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebswelle (9) zwischen dem Saugrohr (2) der Pumpe bzw. Pumpenturbine (1) und dem Führungslager (11) eine lösbare Kupplung (12) aufweist. 6. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Regulierung der Wassermen-e der Anwurfturbine (6) an Stelle eines regulierbaren Leitapparates in an sich bekannter Weise ein anderes regulierbares Abschlußorgan (15) im Wasserweg eingebaut ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 597 710, 487 511. 2. Device according to Claiml, characterized in that the discharge pipe (17) of the Wurfturbine (6) for the process water opens into the suction pipe (2) of the pump or pump turbine (1). 3. Device according to claim 1, characterized in that the drive shaft (9) of the throwing turbine for installation under the Saucrrohr (12) of a pump or pump turbine (1) to be thrown is enveloped with a vertical shaft of a watertight tube (10) which the suction pipe (2) hydraulically connects to the housing (8) of the throwing turbine (6) , and that a water-lubricated bearing (11) for guiding the drive shaft (9) is arranged in this pipe (10). 4. Device according to claim 3, characterized in that a splash ring (19) is attached to the drive shaft (9) below the water- lubricated bearing (11) , which in operation with the empty housing (8) of the throwing turbine (6) the entry of leakage water from the suction pipe (2) of the pump or pump turbine (1) into the housing (8) of the launch turbine (6) . 5. Device according to claim 4, characterized in that the drive shaft (9) between the suction pipe (2) of the pump or pump turbine (1) and the guide bearing (11) has a releasable coupling (12). 6. Device according to claim 1, characterized in that for regulating the water flow of the throwing turbine (6) in place of an adjustable diffuser in a manner known per se, another regulatable closing element (15) is installed in the waterway. Considered publications: German Patent Specifications Nos. 597 710, 487 511.