DE2148682C3 - Anordnung für ein Speicherkraftwerk - Google Patents

Description

Soll mit der bekannten Anordnung aus dem Stillstand auf Stromerzeugung geschaltet werden, so wird die Antriebsturbine angelassen, wodurch sie sich mittels der synchronen selbstschaltenden Freilaufkupplung selbsttätig an den Generator-Motor ankuppelt und diesen auf Synchrondrehzahl bringt, so daß er an das Stromnetz angeschlossen werden kann. Da sowohl die schaltbare Zahnkupplung als auch die Hilfskupplung ausgerückt sind, befindet sich die Pumpe im Stillstand.

Soll von Stromerzeugung auf Pumpbetrieb umgeschaltet werden, so wird zunächst die Antriebsturbine abgeschaltet, wodurch sie sich mittels der synchronen selbstschaltenden Freilaufkupplung selbsttätig vom Generator-Motor trennt. Sobald die Antriebsturbine stillsteht, wird sie durch Einrücken der Hilfskupplung unter Betätigung der Drehvorrichtung mit der Pumpe gekuppelt und anschließend wieder angelassen, wodurch die Antriebsturbine, der sich selbsttätig über die synchrone selbstschaltende Freilaufkupplung wieder mit ihr kuppelnde Generator-Motor und die Pumpe gemeinsam auf Synchrondrehzahl gebracht werden. Nunmehr kann durch Betätigung der schaltbaren Zahnkupplung die Pumpe unmittelbar mit dem Generator-Motor gekuppelt, dieser auf Motorbetrieb geschaltet und die Antriebsturbine stillgesetzt werden, wodurch diese sich mittels der synchronen selbstschaltenden Freilaufkupplung selbsttätig vom Generator-Motor trennt und auch die Hilfskupplung selbsttätig ausrückt und somit auch die Pumpe von der Antriebsturbine trennt.

Soll vom Pumpenbetrieb auf Stromerzeugung umgeschaltet werden, so wird zunächst die Antriebsturbine angelassen, wodurch die Hilfskupplung, sobald die Antriebsturbine die Pumpe zu überholen versucht, selbsttätig einrückt und dadurch die Antriebsturbine mit der Pumpe kuppelt. Da die Antriebsturbine, sobald sie den Generator-Motor zu überholen versucht, sich über die synchrone selbstschaltende Freilaufkupplung selbsttätig an den Generator-Motor ankuppelt, werden nunmehr dieser und die Pumpe synchron von der Antriebsturbine angetrieben und die dadurch von Drehmoment entlastete schaltbare Zahnkupplung kann ausgerückt werden. Gleichzeitig wird die Hilfskupplung auf beidseitigen Freilauf umgeschaltet, so daß sie bei auslaufender Pumpe selbsttätig ausrückt und dadurch die Pumpe von dir Antriebsturbine trennt. Danach wird der nunmehr über die synchrone selbstschaltende Freilaufkupplung nur noch mit der Antriebsturbine gekuppelte Generator-Motor auf Generatorbetrieb umgeschaltet.

Die bekannte Anordnung hat sich im Betrieb gut bewährt und sich hinsichtlich ihrer Funktion stets als absolut zuverlässig erwiesen. Aus den vorstehenden Darlegungen über Aufbau und Betriebsweise der bekannten Anordnung geht jedoch hervor, daß dieselbe hinsichtlich ihrer Gesamtanlage kompliziert, konstruktiv aufwendig und folglich auch in der Herstellung teuer ist und viel Raum beansprucht. Folglich ist der zur Erstellung der vorzugsweise in Kavernenbauart ausgeführten Anlage erforderliche Kapitalaufwand erheblich. Insbesondere die Hilfskupplung stellt bei der bekannten An- Ordnung einen erheblichen Kostenfaktor dar. In betrieblicher Hinsicht ergeben sich durch das Erfordernis der Betätigung der Hilfskupplung und den zwecks ihrer Betätigung erforderlichen zeitweiligen Antrieb der Pumpe durch die Antriebsturbine zwangsläufig Verlust- ^fi5 zeiten, durch welche die für die einzelnen Umschaltvorgänge der Anlage ohnehin erforderlichen Schaltzeiten zwangsläufig verlängert werden. Pumpenspeicherwer ke dienen jedoch in erster Linie zur Aufnahme von Spitzenlasten im Verbundbetrieb, weshalb ihre rasche Zu- und Abschaltungsmöglichkeit eine besonders wichtige Grundforderung darstellt.

Es liegt die Aufgabe vor, bei Speicherkraftwerken der eingangs dargelegten allgemeinen Bauart die Umschaltzeiten von Generatorbetrieb auf Pumpbetrieb bzw. Verdichterbetrieb und umgekehrt zu verkürzen.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruches 1 aufgeführten Merkmale gelöst.

Gegenüber der oben dargelegten bekannten Anordnung bringt die erfindungsgemäße Anordnung den technischen Fortschritt, daß dadurch der Gesamtaufbau solcher Anlagen wesentlich vereinfacht wird und insbesondere die komplizierte, kosten- und raumaufwendige Hilfskupplung in Fortfall kommt, so daß der für die Erstellung solcher Anlagen erforderliche Kapitalaufwand bei gleicher Zuverlässigkeit der Anlage im Betrieb verringert werden kann. Einen ganz wesentlichen Fortschritt stellt aber auch der Umstand dar, daß bei der erfindungsgemäßen Anordnung die zur Ausführung der notwendigen Umschaltvorgänge erforderlichen Einzelschaltvorgänge wesentlich vereinfacht und hinsichtlich ihrer Anzahl gegenüber der bekannten Anordnung wesentlich verringert sind, so daß sich die für die Umschaltungen erforderlichen Schaltzeiten wesentlich verkürzen, wodurch ein sehr viel besserer Spitzenlast- und Verbundbetrieb ermöglicht wird.

Die Unteranspriiche 2 und 3 beinhalten zweckmäßige Weiterbildungen des Gegenstandes nach Anspruch 1.

In der US-PS 32 14 915 ist ein zweistufiges Pumpspeicher-Wasserkraftwerk beschrieben, bei welchem im Generatorbetrieb wahlweise aus einem Hochdruckspeicherbecken über einen Pumpspeichersatz in ein Niederdruckspeicherbecken oder aus diesem über einen weiteren Pumpspeichersatz in ein Ausgleichbekken oder vom Hochdruckspeicherbecken über die hintereinandergeschalteten Pumpen-Turbinen des der Hochdruckstufe zugeordneten Pumpspeichersatzes unmittelbar in das Ausgleichbecken gearbeitet und im Pumpbetrieb wahlweise vom Niederdruckspeicherbekken in das Hochdruckspeicherbecken oder vom Ausgleichbecken in das Niederdruckspeicherbecken oder vom Ausgleichbecken über die hintereinandergeschalteten beiden Pumpen-Turbinen des der Hochdruckstufe zugeordneten Pumpspeichersatzes unmittelbar in das Hochdruckspeicherbecken gefördert werden kann. Bei dieser bekannten Anlage bestehen sowohl der dem Hochdruckspeicherbecken zugeordnete als auch der dem Niederdruckspeicherbecken zugeordnete Pumpspeichersatz jeweils aus einem drehrichtungsumsteuerbaren Generator-Motor, der einerseits fest mit einer drehrichtungsumsteuerbaren Pumpen Turbine gekuppelt und andererseits über eine Freilaufkupplung mit einer Turbine oder einer drehrichtungsumsteuerbaren Pumpen-Turbine kuppelbar ist. Wegen der Drehrichtungsumsteuerbarkeit sowohl des Generator-Motors als auch der bekanntlich mit schlechterem Wirkungsgrad als reine Turbinen bzw. reine Pumpen arbeilenden Pumpen-Turbinen ist jedoch diese bekannte Anordnung mit der erfindungsgemäßen Anordnung bzw. der aus der CH-PS 4 59 104 bekannten Anordnung nicht vergleichbar.

Was die Anwendung der erfindungsgemäßen Anordnung auf pneumatische Speicherwerke mit Gasturbine und Verdichter anbelangt, so ist dem Fachmann bereits bekannt, daß Verdichter bestimmter Bauart durch Ein-

laß von Druckgas als Gasturbinen gleichen Drehsinns betreibbar sind.

Zwei Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Anordnung für ein Speicherkraftwerk werden nachstehend an Hand der Zeichnungen in ihren Einzelheiten beschrieben, in welchen

F i g. 1 eine schematische Seitenansicht eines Pumpenspeicherwerkes in erfindungsgemäßer Anordnung zeigt,

F i g. 2 einen schematischen Axialhalbschnitt einer schaltbaren Zahnkupplung zeigt, die beispielsweise in der in F i g. 1 dargestellten Anordnung Verwendung finden kann, wobei die Figur die Kupplung in ausgerücktem Zustand in größerem Maßstab zeig!.,

Fig.3 einen ähnlichen Schnitt wie Fig.2 wiedergibt, der jedoch die schaltbare Zahnkupplung in eingerücktem Zustand zeigt, und

F i g. 4 eine schematische Seitenansicht eines Druck luftspeicherkraftwerkes in erfindungsgemälier Anordnung wiedergibt.

Das in F i g. 1 dargestellte Pumpspeicherwerk weist eine in einem Drehsinn betreibbare Wasserturbine 1, einen in gleichem Drehsinn betreibbaren Generator-Motor 2 und eine in gleichem Drehsinn betreibbare Pumpe 3 auf. Die Welle der Wasserturbine 1 ist über eine synchronisierende selbstschaltende Freilaufkupplung 4 treibend mit dem einen Wellenende des Generator-Motors 2 verbunden. Diese synchronisierende selbstschaltende Freilaufkupplung rückt dann selbsttätig ein, wenn die Wasserturbine 1 das Bestreben hat, den Generator-Motor 2 in dessen normalem Drehsinn zu überholen, und rückt selbsttätig aus, wenn der Generator-Motor 2 die Wasserturbine 1 in deren normalem Drehsinn überholt. Das andere Ende der Generator-Motorwelle ist über eine weitere Zahnkupplung 5 treibend mit der Welle der Pumpe 3 gekuppelt, welche freiläuft, wenn der Generator-Motor 2 in seinem normalen Drehsinn relativ zur Pumpe 3 umläuft, und welche einrückt, wenn der Generator-Motor 2 versucht, in einem zu seinem normalen Drehsinn entgegengesetzten Drehsinn relativ zur Pumpe 3 umzulaufen. Die Zahnkupplung 5 ist in ihren Einzelheiten in den F i g. 2 und 3 dargestellt.

Die Zahnkupplung 5 rückt also mit anderen Worten immer dann ein, wenn die Pumpe 3 das Bestreben hat, den Generator-Motor 2 im normalen Drehsinne zu überholen. Wenn die Zahnkupplung 5 eingerückt ist, dann muß sie jedoch im normalen Drehsinn Drehmoment vom Generator-Motor 2 auf die Pumpe 3 übertragen. Dies ist eine zu der soeben geschilderten Wirkungsweise der Zahnkupplung 5 in Widerspruch stehende Bedingung.

Die Zahnkupplung 5 weist deshalb ein Kupplungsteil 30 mit einem Verriegelungs-Innenzahnkranz 31 auf, welches einen Kupplungsring 32 hält, der seinerseits einen Kupplungs-Innenzahnkranz 33 und einen Klinkenkranz 34 aufweist, dessen Klinken mit einem Klinken-Außenzahnkranz 35 eines axial-schraubend verschiebbaren Kupplungsteils 36 zusammenwirken. Das Kupplungsteil 36 weist einen Kupplungs-Außenzahnkranz 37 auf und greift mit einem Innensteilgewinde 38 in ein Außensteilgewinde 39 eines weiteren Kupplungsteils 40 ein. Das Kupplungsteil 40 hält einen Ring 41. welcher seinerseits mit einem geraden Außenkeilkranz 42 versehen ist, welch letzterer in einen entsprechenden geraden Innenkeilkranz 43 eines Teils 44 einer Verriegelungsmuffe 44, 45, 46, 47, 48 eingreift, deren Teil 44 einen Verriegelungs-Außenzahnkranz 49 aufweist. Der Teil 48 der Verriegelungsmuffe weist einen Hemm-Innenzahnkranz 50 auf, und das Kupplungsteil 40 hält mit geringem Radialspiel einen Hemmring 57, der seinerseits einen Hemm-Außenzahnkranz 51 auf weist. Der Hemmring 57 weist außerdem einen Innen zahnkranz 58 auf, der axial-verschiebbar in den Außenzahnkranz 59 des axial-schraubend verschiebbaren Kupplungsteils 36 eingreift. Die Teile 44,45 und 46 der Verriegelungsmuffe sind so geformt, daß sie zusammen

ίο einen Druckmittelzylinder bilden, in welchem ein Kolben 52 axial verschiebbar ist, welch letzterer von dem axial unverschiebbaren Kupplungsteil 40 gehalten wird. Über Kanäle 53, 54 und 55 wird Drucköl in den durch Pfeile angedeuteten Richtungen in den Zylinder einge-

■ 5 führt, so daß Zylinder und Kolben als Druckmittelpresse wirken, wodurch die Verriegelungsmuffe 44 ... 48 in Zahneingriff mit dem Kupplungsteil 30 geschoben wird. Drucköl wird außerdem in den durch Pfeile angedeuteten Richtungen der Kupplung zugeführt. Ein in den Zeichnungen nicht dargestellter Servomechanismus wirkt auf eine Gabel 56 und wird dazu benutzt, die Einrückung der Verriegelungszahnkränze 31 und 49 ineinander einzuleiten, während die Einrückung der Kupplung dadurch vollendet wird, daß Drucköl in die Druck- mittelpresse eingeführt wird.

Die Wirkungsweise der Zahnkupplung 5 ist folgende: Es sei zunächst angenommen, daß die Zahnkupplung 5 sich in dem in F i g. 2 dargestellten ausgerückten Zustande befinde und daß die Maschinenanlage stillstehe.

Eine Betätigung des Servomechanismus in dem Bestreben, die Verriegelungsmuffe 44 ... 48 in Zahneingriff mit dem Kupplungsteil 30 zu bringen, bewirkt eine gegenseitige stirnseitige Anlage der Zähne des Hemmzahnkranzes 50 und derjenigen des Hemmzahnkranzes

51. Dadurch wird eine Verschiebung der Verriegelungsmuffe 44 ... 48 verhindert. Wenn das Kupplungsteil 30 relativ zu dem Kupplungsteil 40 in einem zu dem normalen Drehsinn entgegengesetzten Drehsinn umläuft, greifen die Klinken 34 die Zähne des Klinkenzahnkran zes 35, wonach bei weiterer Drehung des Kupplungs teils 30 eine axial-schraubende Verschiebung des Kupplungsteils 36 in Richtung des gegenseitigen Eingriffe: der Kupplungszahnkränze 33 und 37 bewirkt wird Zwischen dem Zahnkranz 58 und dem Außenzahn· kranz 59 ist genügend Umfangsspiel vorgesehen, se daß eine Überlastung der Klinken 34 vermieden ist Während die Zähne des Klinkenzahnkranzes 35 ir axialer Richtung aus der Anlage an den Klinken 34 herausgleiten und während die Zahnflanken der Kupp-

lungszahnkränze 33 und 37 in gegenseitige Überdekkung kommen, vermindert sich das Umfangsspiel zwi sehen den Zahnkränzen 58 und 59 auf den Wert NuI und eine weitere axial-schraubende Verschiebung de: axial-schraubend verschiebbaren Kupplungsteils 36 be wirkt folglich eine Drehung des Hemmringes 57 relativ zum Kupplungsteil 40, so daß nunmehr die Zähne dei Hemmzahnkränze 50 und 51 sich mit Bezug aufeinander Zahn-auf-Lücke ausrichten und auch die Zähne dei Verriegelungszahnkränze 31 und 49 Zahn-auf-Lückc ausgerichtet werden, so daß sie einrücken können Folglich kann nunmehr der Servomechanismus eine Verschiebung der Verriegelungsmuffe 44 ... 48 bewir ken, wodurch die Zähne des Außenzahnkranzes 49 ir einen vorläufigen Eingriff mit den Zähnen des Innen kranzes 31 kommen, wobei diese Verschiebung aus reicht, um den Kolben 52 bis an denjenigen Teil de: Zylinders heranzuführen, an welchem dieser mit Bezu{ auf den Kolben n-;r wenig Radialspiel hat Eine Ver

Schiebung der Verriegelungsmuffe 44 ... 48 in vollen Zahneingriff wird dadurch bewirkt, daß der Druckmittelpresse Drucköl zugeführt wird, wodurch die Verriegelungszahnkränze 31 und 49 in die voll eingerückte Stellung gebracht werden, welche in F i g. 3 der Zeichnungen gezeigt ist und in welcher die Gleitflächen der Gabel 56 unbelastet sind.

Wird nunmehr das Kupplungsteil 30 relativ zum Kupplungsteil 40 im normalen Drehsinn in Umlauf versetzt, so bewirkt die Drehmomentumkehr eine Bewegung des Verriegelungszahnkranzes 31 in Flankenberührung mit dem Außenzahnkranz 49 und es wird auch bewirkt, daß die Kupplungszahnkränze 33 und 37 mit Bezug zueinander relative Winkelstellungen einnehmen, in welchen sie von Drehmoment entlastet sind. Nunmehr wird also Drehmoment vom Kupplungsteil 30 über die Verriegelungszahnkränze 31 und 49 und die geraden Keilkränze 42 und 43 auf das Kupplungsteil 40 übertragen, so daß also die eigentliche Kupplung vollständig drehmomententlastet ist.

Zum Zwecke der Kupplungsausrückung muß zuerst eine Drehmomentumkehr herbeigeführt werden, so daß eine Entlastung der Verriegelungszahnkränze 31 und 49 eintritt und diese mittels des Servomechanismus auseinander ausgerückt werden können. Diese Drehmomentumkehr wird dadurch erzeugt, daß die Drehzahl des Kupplungsteils 30 relativ zu dem Kupplungsteil 44... 48 in normalem Drehsinne vermindert wird oder das Kupplungsteil 30 relativ zum Kupplungsteil 40 rückwärts gedreht wird. Die Druckölzufuhr zur Druckmittelprcsse wird sodann abgesperrt und der Servomechanismus wird im Sinne einer Verschiebung der Verriegelungsmuffe 44 ... 48 bis in die voll ausgerückte Stellung betätigt, welche in F i g. 2 gezeigt ist.

Wendet man sich nunmehr wiederum der F i g. 1 zu, so vollzieht sich die Tätigkeit des dargestellten Pumpspeicherwerkes, wenn man von dessen Stillstand ausgeht, in welchem die Kupplungen 4 und 5 ausgerückt sind, folgendermaßen:

Zunächst wird in die Antriebsturbine 1 Wasser eingelassen, um diese in normalem Drehsinne zu betreiben. Die Drehung der Turbinenwelle relativ zur Welle des Generator-Motors 2 bewirkt eine Einrückung der Freilaufkupplung 4, so daß der Generator-Motor 2 durch die Antriebskraft der Antriebsturbine bei normaler Drehrichtung schnell auf seine volle Drehzahl gebracht wird, bei welcher das Synchronisieren vorgenommen und der Generator-Motor zwecks Erzeugung elektrischer Energie an das Netz angeschlossen werden kann. Wünscht man in diesem Zustand auf einen synchronen Kompensationsbetrieb des Generator-Motors überzugehen, so wird die Antriebsturbine 1 abgestellt, worauf die Freilaufkupplung 4 selbsttätig ausrückt, so daß nunmehr der Generator-Motor 2 weiter umläuft. Während dieser Tätigkeiten steht die Pumpe 3 still, da die ausgekuppelte und unverriegelte Zahnkupplung 5 überholt.

Wird nun vom Generatorbetrieb auf Pumpbetrieb umgeschaltet, so wird die Antriebsturbine 1, falls sie läuft abgestellt und der Generator-Motor 2 vom Netz getrennt, wobei die Verzögerung der umlaufenden Maschinenteile dadurch unterstützt wird, daß ein elektrisches Bremssystem vorgesehen ist, dessen Kennlinie so verläuft, daß, wenn der Generator-Motor 2 zum Stillstand kommt, eine unmittelbar darauf erfolgende Umkehr der Drehrichtung des Generator-Motors relativ zu der stillstehenden Welle der Pumpe 3 eintritt, die hinwiederum bewirkt, daß die synchronisierende Zahnkupplung S einrückt, worauf dieselbe verriegelt wird, so daß nunmehr der Generator-Motor 2 in beiden Drehrichtungen drehfest mit der Pumpe 3 gekuppelt ist.

Wenn so die Pumpe 3 in beiden Drehrichtungen drehfest mit dem Generator-Motor 2 gekuppelt ist, dann wird Wasser in die Antriebsturbine 1 eingelassen, um die Antriebsturbine und mit ihr den Generator-Motor 2 und die Pumpe 3 auf volle Betriebsdrehzahl zu bringen. Der Generator-Motor wird daraufhin mit dem

ίο Netz so synchronisiert, daß er als Motor arbeitet. Die Antriebsturbine 1 wird sodann abgeschaltet, was zur Folge hat, daß die Freilaufkupplung 4 ausrückt und der Generator-Motor 2 weiter umläuft und die Pumpe 3 über die eingerückte und verriegelte Zahnkupplung 5

is antreibt.

Um vom Pumpbetrieb auf Generatorbetrieb überzugehen, wird das Auslaßventil der Pumpe 3 geschlossen und der Generator-Motor 2 vom Netz getrennt, worauf eine schnelle Verzögerung der umlaufenden Maschinenteile eintritt. Wenn sich das zwischen dem Generator-Motor 2 und der Pumpe 3 wirksame Drehmoment unter der Wirkung des elektrischen Bremssystems umkehrt, wird der mit der Zahnkupplung S verbundene Servomechanismus betätigt, welcher die Verriegelungs-

2s muffe 44 ... 48 in die ausgerückte Stellung verschiebt, und wenn diese sich in ausgerückter Stellung befindet, wird in die Antriebsturbine 1 Wasser eingelassen, worauf die Freilaufkupplung 4 bei erreichtem Drehsynchronismus selbsttätig einrückt und die Antriebsturbine 1 den Generator-Motor 2 antreibt und wobei die Zahnkupplung 5 ausrückt Die Antriebsturbine I beschleunigt sodann den Generator-Motor zur Erzeugung elektrischer Energie auf die volle elektrische Synchrondrehzahl mit dem Netz. Da die Zahnkupplung 5 ausgerückt ist, überholt der Generator-Motor 2 die Pumpe 3, die stehenbleibt.

Eine abgewandelte Maßnahme zur Einrückung und zur Verriegelung der Zahnkupplung 5 zwischen dem Generator-Motor 2 und der Pumpe 3 in beiden Drehrichtungen zum Zwecke des Pumpbetriebes besteht darin, die Welle der Pumpe 3 in normaler Drehrichtung in Umlauf zu setzen, wodurch die Zahnkupplung 5 in eingerückte Stellung verschoben wird und in dieser eingerückten Stellung verriegelbar ist Die erforderliche Drehung der Pumpenwelle kann dadurch erreicht werden, daß Druckwasser in die Pumpe eingelassen wird, welches auf das Pumpenrad in einem Drehsinn wirkt, in welchem die Pumpenwelle in dem gewünschten Drehsinn in Umlauf gesetzt wird.

Eine weiter abgewandelte Möglichkeit die Welle der Pumpe 3 im Sinne der Einrückung der Zahnkupplung 5 zu drehen, besteht darin, einen Wetlendrehantrieb vorzusehen, der beispielsweise als Ratschenantrieb ausgebildet sein kann und in einem Drehsinn wirksam ist,

SS welcher dem normalen Drehsinn der Pumpe 3 während des Pumpbetriebes entspricht

Es wird nunmehr Bezug auf F i g. 4 der Zeichnungen genommen. Das dort dargestellte Druckluftspeicherwerk weist eine Gasturbine Γ, einen Generator-Motor 2' und einen Verdichter 3' auf. Die Gasturbine Γ ist über eine synchronisierende selbstschaltende Freilaufkupplung 4' gleicher Konstruktion wie die oben beschriebenen Freilaufkupplung 4 mit dem Generator-Motor 2' gekuppelt Der Generator-Motor 2' ist über

6s eine Zahnkupplung 5' gleicher Konstruktion wie die oben beschriebene Zahnkupplung 5 mit dem Verdichter 3' verbunden. Außerdem weist die Anlage einen Hilfsmotor 60 auf, welcher mit der Welle des Verdich-

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tcrs 3' über eine synchronisierende selbstschaltende Freilaufkupplung 61 gekuppelt ist, die selbsttätig einrückt, wenn der Hilfsmotor 60 das Bestreben hat, relativ zum Verdichter in normalem Drehsinn umzulaufen und die selbsttätig ausrückt, wenn der Verdichter 3' den Hilfsmotor 60 überholt. Der Hilfsmotor 60 hat eine kleine Leistung.

Die Wirkungsweise des Druckluftspeicherkraftwerkes ist die folgende, wobei wiederum von einem Stillstand der Anlage ausgegangen wird, in welchem alle drei Kupplungen ausgerückt sind.

Der Hilfsmotor 60 wird eingeschaltet und seine Drehung bewirkt, daß die Freilaufkupplung 61 einrückt und der Verdichter von dem Hilfsmotor 60 angetrieben wird, welcher eine Höchstdrehzahl von beispielsweise 1500 U/min hat. Die Drehung der Verdichterwelle relativ zu der Welle des Generator-Motors 2' bewirkt eine Einrückung der Zahnkupplung 5', worauf dieselbe verriegelt wird und damit der Generator-Motor 2' in beiden Drehrichtungen drehfest mit dem Verdichter gekuppelt ist, so daß der Generator-Motor 2' ebenfalls von dem Hilfsmotor 60 angetrieben wird und somit eine Drehzahl von 1500 U/min erreicht.

Wenn die Anlage weiterhin im Verdichterbetrieb betrieben werden soll, so wird die Gasturbine Γ gestartet, wozu man in der Brennkammer die vom Verdichter 3' gelieferte Druckluft benutzt, welche nunmehr in ausreichender Menge von dem Verdichter 3' geliefert wird. Wenn die Drehzahl der Gasturbine Γ so hoch wird, daß dieselbe das Bestreben hat, den Generator-Motor 2' zu überholen, dann rückt die Freilaufkupplung 4' ein, und wenn die Drehzahl des Generator-Motors 2' und des damit über die Zahnkupplung 5' gekuppelten Verdichters die Drehzahl des Hilfsmotors 60 übersteigt, dann rückt die Freilaufkupplung 61 aus und der Hilfsmotor 60 kann abgeschaltet werden. Die Gasturbine beschleunigt sich weiter auf eine Drehzahl von beispielsweise 3000 U/min und der Generator-Motor 2' und der Verdichter 3' werden ebenfalls auf diese Drehdie eingerückte Zahnkupplung 5', wobei die von den Verdichter 3' gelieferte Druckluft nunmehr zur vollei Aufladung des Druckluftspeichers benutzt wird.

Um vom Verdichterbetrieb auf den Generatorbe trieb überzugehen, wird der Generator-Motor 2' von Netz getrennt und der Hilfsmotor 60 eingeschaltet, wo nach er sich schnell auf 1500 U/min beschleunigt. Wenr die Drehzahl des Generator-Motors 2' und des Ver dichters 3' das Bestreben hat, unter 1500 U/min abzu sinken, dann rückt die Freilaufkupplung 61 ein und dei Hilfsmotor 60 beginnt den Verdichter 3' und den Gene rator-Motor 2' anzutreiben. Die Verriegelung dei Zahnkupplung 5' wird folglich entlastet und die Zahn kupplung wird entriegelt, bleibt jedoch eingerückt, di der Verdichter 3' den Generator-Motor treibt. Wird so dann die Gasturbine Γ angelassen, wozu wiederun Druckluft aus dem Druckluftspeicher verwendet wire dann rückt, wenn die Drehzahl der Gasturbine diejen ge des Generator-Motors, beispielsweise als* 1500 U/min übersteigt, die Freilaufkupplung 4' ein, si daß nunmehr der Generator-Motor 2' wiederum voi der Gasturbine Γ angetrieben wird und die Zahnkupp lung 5' ausrückt. Der Hilfsmotor 60 wird sodann abge stellt und kommt zur Ruhe und der Verdichter 3 kommt ebenfalls zur Ruhe. Wenn die Gasturbine eine Drehzahl von 3000 U/min erreichii hat, wird dei Generator-Motor 2' wieder an das Netz angeschlossen um nunmehr als Generator zu arbeiten, der von de Gasturbine Γ angetrieben wird.

Um vom Generatorbetrieb auf Verdichterbetriel überzugehen, wird der Hilfsmotor 60 eingeschaltet, de den Verdichter schnell auf 1500 U/min beschleunig! Der Generator-Motor 2' wird sodann vom Netz abg trennt und die Brennstoffzufuhr zur Gasturbine Γ win vermindert, so daß der Generator-Motor 2' und d Gasturbine Γ sich verzögern. Wenn die Drehzahl d< Generator-Motors auf 1500 U/min abgefallen ist, dan rückt die Zahnkupplung 5' ein und bleibt danach in di sem Zustand verriegelt. Die Brennstoffzufuhr zur Ga

zahl beschleunigt, da die beiden Kupplungen 4' und 5' 40 turbine Γ wird sodann erhöht, wodurch der Generatoi

eingerückt sind. Wenn diese Drehzahl erreicht wird, wird der Generator-Motor 2' an das Netz angeschlossen, um als Motor zu arbeiten, und die Gasturbine Γ wird abgestellt, worauf die Freilaufkupplung 4' ausrückt und überholt. Der Generator-Motor 2' läuft bei 3000 U/min weiter und treibt den Verdichter 3' über Motor 2' wieder auf eine Drehzahl von 3000 U/min schleunigt wird, bei welcher er sodann an das Netz a geschlossen wird. Die Gasturbine Γ wird sodann abge stellt und die Freilaufkupplung 4' rückt selbsttätig au Der Generator-Motor 2' treibt auch weiterhin den Vei dichter 3'.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Anordnung für ein Jpeicherkraftwerk mit einer Antriebsturbine, einem von dieser antreibbaren Generator-Motor gleichen Drehsinns und einer Pumpe bzw. einem Verdichter gleichen Drehsinns, die bzw. der mit dem Generator-Motor über eine schaltbare Zahnkupplung kuppelbar ist, welche geeignet ist, in eingerückter Stellung Drehmoment in beiden Drehrichtungen zu übertragen, sowie mit einer Drehvorrichtung zur Erzeugung einer Relativdrehung zwischen Pumpe bzw. Verdichter und Generator-Motor zwecks Ermöglichung der Einrückung der Kupplungszahnkränze bei ausgerückter Zahnkupplung, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungszahnkränze (33, 37) selbsttätig (38, 39) miteinander'zum Eingriff kommen, wenn der Generator-Motor (2, 2') versucht, relativ zur Pumpe (3) bzw. zum Verdichter (3') in entgegengesetztem Drehsinn umzulaufen oder wenn die Pumpe bzw. der Verdichter versucht, relativ zum Generator-Motor in normalem Drehsinn umzulaufen, und daß schaltbare (53 ... 56) Mittel (44 ... 49) zur Verhinderung der Ausrückung der Kupplungszahnkränze vorgesehen sind.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehvorrichtung eine die elektrische Bremsung der Generator-Motorwelle (30) bewirkende Bremseinrichtung ist, welche die Dreh- richtung der Generator-Motorwelle, nachdem diese auf Stillstand abgebremst worden ist, so weit umkehrt, daß die Kupplungskränze (33, 37) ineinander einrücken.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehvon ichtung die in der Anlage verwendete Pumpe (3) ist, der über ein Steuerorgan Druckwasser zuführbar ist.

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Die Erfindung betrifft eine Anordnung für ein Speicherkraftwerk nach dem Oberbegriff des An-•pruchs 1. Eine derartige Anordnung ist aus der CH-PS 59 104 bekannt.

Bei dieser bekannten Anordnung ist die Antriebsturbine über eine synchrone selbst schaltende Freilaufkupplung mit dem Generator-Motor kuppelbar, die selbsttätig einrückt, wenn die Antriebsturbine den Ge- so nerator-Motor zu überholen versucht, und die selbsttätig ausrückt, wenn der Generator-Motor die Antriebsturbine zu überholen versucht. Die Antriebsturbine ist außerdem über eine die hohle Generator-Motorwelle durchdringende Verbindungswelle und eine an deren freiem Wellenende koaxial innerhalb der schaltbaren Zahnkupplung angeordnete Hilfskupplung mit der Pumpe kuppelbar. Diese Hilfskupplung ist eine zweiseitig wirkende Freilaufkupplung, die mittels einer pneumatischen Schalteinrichtung entweder auf zweiseitigen Freilauf, in welchem sie einen freien relativen Umlauf der Turbinenwelle und der Pumpenwelle in beiden Drehrichtungen gestattet, oder auf einseitigen Freilauf schaltbar ist, in welchem sie selbsttätig einrückt, wenn die Turbinenwelle die Pumpenwelle zu überholen versucht, bzw. selbsttätig ausrückt, wenn die Pumpenwelle versucht, die Turbinenwelle zu überholen. Hinsichtlich ihrer Bauart ist die Hilfskupplung eine selbstschaltende Synchronkupplung mit einer längs eines Steilgewindes der Turbinenwelle zwischen Axialanschlägen axialschraubend verschiebbaren Kupplungsmuffe, deren Kupplungszahnkranz in einen Kupplungs-Gegenzahnkranz der Pumpenwelle ein- bzw. aus diesem ausrückbar ist Die Kupplungsmuffe ist außerdem mit zwei beiderseits des Kupplungszahnkranzes angeordneten, gegensinnigen Gesperreklinkensätzen ausgestattet, die mit dem Kupplungs-Gegenzahnkranz der Pumpenwelle derart zusammenwirken, daß bei Relativdrehung der Turbinenwelle und der Pumpenwelle die Kupplungsmuffe relativ zur Turbinenwelle axial-schraubend aus ihrer in einer Grenzstellung eingenommenen einen Freilaufstellung eingriffrichtig über die Einsgriffstellung der beiden Kupplungszahnkränze in die ihrer anderen Grenzstellung zugeordnete entgegengesetzte Freilaufstellung verschoben wird. Die pneumatisch betätigte Schalteinrichtung der Hilfskupplung weist eine drehfest und axial verschiebbar mit der Kupplungsmuffe verbundene Verriegelungsmuffe mit Innenzahnkranz auf, welch letzterer in demjenigen Freilaufzustand der Kupplung, in welchem die in normalem Drehsinn umlaufende Pumpenwelle die Turbinenwelle überholen kann, durch Axialverschiebung der Verriegelungsmuffe in einen weitlückigen Außenzahnkianz der Turbinenwelle einrückbar ist, wodurch die Hilfskupplung in ihren einseitigen Freilaufzustand geschaltet wird, in welchem sie selbsttätig einrückt, wenn die Turbinenwelle die Pumpenwelle zu überholen versucht, und selbsttätig ausrückt, wenn die Pumpenwelle die Turbinenwelle zu überholen versucht. Die Drehvorrichtung der bekannten Anordnung ist in einen Außenzahnkranz der Pumpenwelle einrückbar und dient dazu, die Pumpenwelle langsam in ihrem normalen Drehsinn in Umlauf zu setzen, um bei stillstehender Antriebsturbine und stillstehender Pumpe die Hilfskupplung in den Freilaufzustand bringen zu können, in welchem die in normalem Drehsinn umlaufende Pumpenwelle die Turbinenwelle überholen kann, falls sich die Hilfskupplung zufällig in demjenigen Freilaufzustand befinden sollte, in welchem die in normalem Drehsinn umlaufende Antriebsturbinenwelle die Pumpenwelle überholen kann.

Die zur Kupplung des Generator-Motors mit der Pumpe dienende schaltbare Zahnkupplung ist eine nichtsynchrone Kupplung und folglich nur dann einrückbar, wenn die Kupplungszahnkränze genau auf Lücke stehen und die Kupplung beim Einrücken keine Drehmomentlast aufzunehmen braucht, wie auch ihre Ausrückung nur in drehmomententlastetem Zustand möglich ist. Zweck der Hilfskupplung ist infolgedessen, ein synchrones Schalten der schaltbaren Zahnkupplung bei umlaufender Generator-Motor- und Pumpenwelle zu ermöglichen. Dies wird dadurch erreicht, daß die Pumpe durch Einrücken der Hilfskupplung mit der den Generator-Motor antreibenden Antriebsturbine gekuppelt und damit zwangläufig die Generator-Motorwelle und die Pumpenwelle in gleichem Drehsinn auf gleiche Drehzahl gebracht werden, so daß nunmehr die zur unmittelbaren Kupplung dieser beiden Wellen dienende schaltbare Zahnkupplung ohne Schwierigkeit geschaltet werden kann, wenn ihre Kupplungszahnkränze Zahn auf Lücke aufeinander ausgerichtet sind.

Die auf die Pumpenwelle wirkende Drehvorrichtung ermöglicht also mittelbar eine Einrückung der Kupplungszahnkränze der schaltbaren Zahnkupplung, indem sie durch Drehung der Pumpenwelle relativ zur Generator-Motorwelle zunächst eine Schaltung der Hilfskupplung ermöglicht.