DE2148682C3 - Anordnung für ein Speicherkraftwerk - Google Patents
Anordnung für ein SpeicherkraftwerkInfo
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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)
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.
40
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.
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GB4673670 | 1970-10-01 | ||
GB4673670 | 1970-10-01 | ||
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GB405971 | 1971-02-05 |
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