DE3032023A1

DE3032023A1 - Verfahren zur steuerung von zweistufigen hydraulischen pumpen-turbinen.

Info

Publication number: DE3032023A1
Application number: DE19803032023
Authority: DE
Inventors: Sachio Yokohama Kanagawa Tsunoda
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1979-08-28
Filing date: 1980-08-25
Publication date: 1981-03-12
Also published as: JPS5634972A; US4344735A; CH651633A5; DE3032023C2; JPS6113112B2

Description

Firma TOKYO SHIBAURA DENKI KABUSHIKI KAISHA, 72, Horikawa-Cho, Saiwai-Ku, Kawasaki-Shi, Kanagawa-Ken, Japan

Verfahren zur Steuerung von zweistufigen hydraulischen

Pumpen-Turbinen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer zweistufigen hydraulischen Maschine, insbesondere ein Verfahren zum Betreiben einer zweistufigen hydraulischen Pumpen-Turbine, die mit konstanter Geschwindigkeit und unter einer gleichbleibenden Betriebsbedingung betrieben wird, wobei in der Pumpen-Turbine bewegliche Leitschaufeln an den jeweiligen Druckstufen angeordnet sind, die durch eine Rückführleitung in Reihe geschaltet sind.

Allgemein sind in einer einstufigen Pumpen-Turbine eine Mehrzahl beweglicher Leitschaufeln ringförmig zwischen einer Läuferkammer und einer Wirbelkammer eines Spiralgehäuses angeordnet, und es ist an einem Einlaßteil der Wirbelkammer, und zwar stromaufwärts von dieser gelegen, ein Ventil angeordnet. Die durch den Läufer fließende Wassermenge kann durch Einstellung des Öffnungsgrades der Leitschaufeln gesteuert werden, nachdem das Einlaßventil vollständig geöffnet worden ist.

Dieses Steuerverfahren ist für den Betrieb einer einstufigen hydraulischen Pumpen-Turbine sehr geeignet und leicht anwendbar, um

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den hydraulischen -Wirkungsgrad und die Betrxebsstabilität der Pumpen-Turbine zu erhöhen.

In einer mehrstufigen hydraulischen Pumpen-Turbine jedoch, in der die jeweiligen Stufen durch eine Rückführleitung in Reihe geschaltet sind, ist es äußerst schwierig, Leitschaufeln und einen Mechanismus für deren Betätigung in jeder Stufe anzuordnen, und zwar wegen konstruktiver Probleme und wegen Betriebsproblemen. Deshalb wird tatsächlich in bekannten mehrstufigen hydraulischen Pumpen-Turbinen die Strömungsmenge durch Einstellung der Öffnung des Einlaßventils gesteuert, das stromaufwärts des Spiralgehäuses angeordnet ist.

In letzter Zeit sind die Anforderungen an mehrstufige hydraulische Pumpen-Turbinen erhöht worden, und zwar mit Rücksicht auf die Erfordernisse für die Installierung einer Pumpenspeicheranlage großer Höhe. Insbesondere ist es erforderlich, ein Verfahren zum Betrieb einer Pumpen-Turbine mit einer kleinen Stufenzahl (z.B. zweistufig) zu entwickeln, in welchem die bewegbaren Leitschaufeln und ein Betätigungsmechanismus für diese leicht am Aussenumfang des Läufers jeder Stufe angeordnet werden können.

Fig. 1 zeigt eine typische zweistufige hydraulische Pumpen-Turbine, die mit konstanter Geschwindigkeit betrieben wird. Ein Läufer 2 einer Hochdruckstufe und ein Läufer 3 einer Niederdruckstufe sind axial mit Abstand voneinander auf einer gemeinsamen Welle der Pumpen-Turbine angeordnet. Der obere Läufer 2 ist mit oberen

um und unteren Abdeckungen 4 und 5 abgedeckt,/eine Läuferkammer 8 der Hochdruckstufe zu bilden, während der untere Läufer 3 mit oberen und unteren Abdeckungen 6 und 7 abgedeckt ist, um eine

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Läuferkammer 9 der Niederdruckstufe zu bilden. Die beiden Läuferkammern 8 und 9 sind miteinander durch eine Rückführleitung 10 verbunden. Auf der Außenseite der Läuferkammer 8 ist ein Spiralgehäuse 11 mit einer Wirbel- oder Spiralkammer 12 vorgesehen, das mit der Läuferkammer 8 verbunden ist. Ein Einlaßteil der Wirbelkammer 12 ist an ein Druckrohr 14 über ein Einlaßventil 13 angeschlossen. Mehrere bewegbare Leitschaufeln 15 und 16, deren Öffnungsgrade einstellbar sind, sind ringförmig an den äußeren Umfangsteilen der Läufer 2 und 3 der Hoch- und Niederstufen angeordnet. Die Leitschaufeln jeder Stufe sind mit nicht dargestellten Betätigungsvorrichtungen verbunden, und zwar über eine Steuervorrichtung zum Betreiben der Pumpen-Turbine unter normaler Bedingung.

Die oben beschriebene zweistufige hydraulische Pumpen-Turbine wird in folgender Weise als Turbine betrieben:

Aus dem Druckrohr 14 dem Zentrifugalgehäuse 11 über das Einlaßventil 13 zugeführtes Wasser durchsetzt nacheinander die beweglichen Leitschaufeln 15, den Läufer 2, die Rückführleitung 10, die beweglichen Leitschaufeln 16 und den Läufer 3. Das Wasser wird dann über ein Saugrohr 17 in einen nicht gezeigten Abzugsgraben abgegeben. Wenn andererseits die hyraulische Pumpen-Turbine als Pumpe mit gleicher Geschwindigkeit arbeitet wie bei dem Betrieb als Turbine, strömt das durch den Läufer 3 aufgepumpte Wasser von dem Saugrohr 17 zum Druckrohr 14, und zwar in einer der oben genannten Richtung entgegengesetzte Richtung.

Die gesamten hydraulischen Charakteristiken der zweistufigen hydraulischen Pumpen-Turbine können erhalten werden durch Kombi-

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nation der hydraulischen Charakteristiken der entsprechenden Druckstufen. Um die bei einer zweistufigen hydraulischen Pumpen-Turbine auftretenden Probleme erfassen zu können, ist es deshalb besser, im voraus die Probleme bezüglich der hydraulischen Charakteristiken einer einstufigen hydraulischen Pumpen-Turbine zu diskutieren.

Fig. 2 zeigt in Verbindung mit einer einstufigen hydraulischen Pumpen-Turbine Kurven, welche die Verhältnisse zwischen den Wirkungsgraden bei jedem Öffnungsgrad der Leitschaufeln und bei Einheits-Drehgeschwindigkeiten von N/</"h7 und H/yfll zeigen, wenn die Pumpen-Turbine als Turbine bzw. als Pumpe arbeitet, wobei die verwendeten Ausdrücke folgendes bedeuten: N Umdrehungen pro Minute der Pumpen-Turbine, H_t(m): das Turbinen-Netto-Gefalle, ijt: der Turbinenwirkungsgrad bei Betrieb als Turbine; H (m) wirksame Pumpen-Förderhöhe,ηp: Pumpenwirkungsgrad bei Betrieb der Pumpen-Turbine als Pumpe.

Wie sich aus Fig. 2 ergibt, stimmt die Rotationsgeschwindigkeit

Punkt

N/VH. am wirksamsten / als Turbine nicht mit der Drehgeschwindigkeit NyV! am wirksamsten Punkt als Pumpe überein, und es ist po

N/Vh immer größer als Ν//Ή. . Dies ist ein unvermeidliches Problem der hydraulischen Charakteristiken einer umkehrbaren hydraulischen Pumpen-Turbine mit einer einzigen Geschwindigkeit.

Im tatsächlichen Betrieb einer hydraulischen Pumpen-Turbine besteht zwischen diesen Einheits-Drehgeschwindigkeiten folgende Be ziehung:

?i3/5. 1.04 -1.16 (D

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Diese Beziehung zeigt, daß die Drehgeschwindigkeit Ν/νΐϊ am wirksamsten Punkt als Pumpe von der Drehgeschwindigkeit N/«/h. _ am wirksamsten Punkt als Turbine beträchtlich abweicht. Insbesondere muß in einem Pumpenspeicherwerk, das mit einem vorbestimmten normalen Wasserspiegel betrieben wird, die Pumpen-Turbine bei Betrieb als Turbine mit gleicher Drehgeschwindigkeit unter einer Bedingung betrieben werden, bei welcher ein geringerer hydraulischer Betriebswirkungsgrad vorhanden ist, wenn die hydraulische Pumpen-Turbine als Pumpe mit einer Drehgeschwindigkeit unter wirksamster oder im wesentlichen wirksamster Bedingung betrieben werden soll.

Im folgenden werden Probleme der hydraulischen Charakteristiken unter der Normal-Betriebsbedingung einer zweistufigen hydraulischen Pumpen-Turbine beschrieben, die mit Läufern mit gleichen Außendurchmessern (z.B. D. = D„ in Fig. 1) an den entsprechenden Stufen versehen ist, wobei die Diskussion über die einstufige hydraulische Pumpen-Turbine, wie sie vorher in bezug auf Fig. beschrieben ist, in Betracht gezogen ist.

In Fig. 3 bezeichnet H₁ den Turbinen-Netto-Druck in einer Hochdruckstufe, H„: den Turbinen-Netto-Druck in einer Niederdruckstufe, Q: die Wasserströmungsmenge, Qq: die Wasserströmungsmenge bei Betrieb bei normaler Wasserhöhe (Normalbedingung O) a_Q:den Öffnungsgrad der Leitschaufeln in jeder Stufe unter der Bedingung O, a (η = 1, 2, 3, ·..): den Öffnungsgrad größer als a_Q unter einer anderen Bedingung, a-n (n = 1, 2, 3, ...): Öffnungsgrad kleiner als a_ unter einer anderen Bedingung, Δτ^ : die relative Wirkungsgraddifferenz in bezug auf den höchsten Turbinenwirkungsgrad. In Fig. 3 stellt eine Abszisse ein Strömungsmengenverhältnis Q/Q_o

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dar, und es stellt eine Ordinate die wirksamen Druckverhältnisse H./Η.» und Η_/Η₂₀ in den Hoch- bzw. Niederdruckstufen dar. Fig.3 zeigt somit die Beziehung zwischen den hydraulischen Charakteristiken der wirksamen Druckhöhe und der Strömungsmenge. Somit kann der gesamte Turbinen-Netto-Druck einer zweistufigen hydraulischen Pumpen-Turbine durch Addition der Turbinen-Netto-Drücke der jeweiligen Stufen erhalten werden.

Unter der Normalbedingung O (Fig. 3) als Turbine, in welcher die jeweiligen Stufen unter hydraulisch äquivalenten Bedingungen durch volle öffnung des Einlaßventils 13 betrieben werden, ergeben sich folgende Beziehungen in bezug auf die Turbinen-Netto-Drücke der einzelnen Stufen.

^H10 ^{+ H}20 " ^H0

^H10 " ^H20 " ^H0^/2

(2)

Dabei sind H₁₀ und H₃₀ Turbinen-Netto-Drücke der Hoch- und Niederdruckstufen und H₀ der gesamte Turbinen-Netto-Druck.

Es wird aber darauf hingewiesen, daß die Normalbedingung 0 jeder Druckstufe in einem Arbeitsbereich von der wirksamsten Bedingung (das ist Δΐ) = 0) entfernt ist, wenn die Pumpen-Turbine als Turbine mit niedrigem Druck betrieben wird. In diesem Bereich wird die Pumpen-Turbine als Turbine mit erhöhter Einheits-Drehgeschwindigkeit und mit einem niedrigen hydraulischen Wirkungsgrad betrieben, und es wird eine Wasser-Trennungs-Erscheinung hervorgerufen, wodurch eine örtliche Sekundärströmung erzeugt wird, die zu Kavitation, Vibration und Geräuschentwicklung führt. Außerdem treten die Wasser-Trennungs-Erscheinung und die örtliche Sekundärströmung oft zu einer Zeit auf, wenn der Druck an der Auslaßseite

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des Läufers niedriger ist als an dessen Einlaßseite. Bei einer zweistufigen hydraulischen Pumpen-Turbine ist der Druck an der Auslaßseite der Niederdruckstufe beträchtlich niedriger als derjenige an der Auslaßseite der Hochdruckstufe (entsprechend der Einlaßseite der Niederdruckstufe). Deshalb ist es wichtig zu bestimmen, wie der Betrieb der Niederdruckstufe einer zweistufigen hydraulischen Pumpen-Turbine, die unter gleichbleibender Bedingung als Turbine arbeitet, stabil gesteuert werden kann.

Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens zum Steuern des Öffnungsgrades der Leitschaufeln einer zweistufigen hydraulischen Pumpen-Turbine in bezug auf die Änderungen eines Arbeitsdruckes und der Betriebslast, um so die Pumpen-Turbine hydraulisch stabil unter der gleichbleibenden Bedingung betreiben zu können.

Die Erfindung besteht in einem Verfahren zur Steuerung einer mit konstanter Geschwindigkeit unter einer gleichbleibenden Bedingung rotierenden zweistufigen hydraulischen Pumpen-Turbine, in welcher Hoch- und Niederdruckstufen über eine Rückführleitung miteinander verbunden sind und bei der die Öffnungsgrade beweglicher Leitschaufeln der Hoch- und Niederdruckstufen veränderbar sind. Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungsgrade der Leitschaufeln der Hoch- und Niederdruckstufen gleichmäßig auf gleiche Größe gesteuert werden, wenn die zweistufige hydraulische Pumpenturbine als Pumpe arbeitet, und daß sie unabhängig voneinander auf unterschiedliche Größen gesteuert werden, wenn die Pumpen-Turbine als Turbine arbeitet, und zwar in Übereinstimmung mit einer Änderung einer Betriebsbedingung während des gleichbleibenden Betriebes.

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Die Erfindung ist im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 schematisch einen Längsschnitt durch eine typische zweistufige hydraulische Pumpen-Turbine, auf die die Erfindung anwendbar ist,

Fig. 2 eine grafische Darstellung der hydraulischen Charakteristiken der als Turbine bzw. als Pumpe arbeitenden hydraulischen Pumpen-Turbine,

Fig. 3 eine grafische Darstellung der hydraulischen Charakteristiken der als Turbine arbeitenden Pumpen-Turbine, und zwar an den entsprechenden Stufen, wenn das erfindungsgemäße Steuerverfahren auf die hydraulische Pumpen-Turbine nach Fig. 1 angewandt wird,

Fig. 4 eine grafische Darstellung einer Beziehung zwischen einem Arbeitsdruck und einem Öffnungsgrad der Leitschaufeln, wenn die hydraulische Pumpen-Turbine als Turbine arbeitet,

Fig. 5 eine grafische Darstellung einer Beziehung zwischen Belastung und Öffnungsgrad der Leitschaufeln, wenn die Pumpen-Turbine als Turbine arbeitet,

Fig. 6 grafische Darstellungen, welche die hydraulischen Charakte- und 7

ristiken zeigen, wenn die Pumpen-Turbine als Pumpe arbeitet, und

Fig. 8 Blockdiagramme, welche die Steuereinrichtungen für die

Steuerung der Leitschaufeln der hydraulischen Pumpen-Turbine zeigen, wenn diese unter gleichbleibender Bedingung arbeitet.

Fig.4 zeigt bei einer Steuerungsart gemäß der Erfindung die Beziehung zwischen dem Öffnungsgrad der Leitschaufeln einer zwei-

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stufigen hydraulischen Pumpen-Turbine und der Änderung der Wasserhöhe, d.h. des Druckes, in jeder Druckstufe.

In Fig. 4 ist angenommen, daß ein gesamter Turbinen-Netto-Druck H sich von einem normalen Druck H_n auf einen niedrigen Druck H

(J m

ändert und daß sich die Wasserströmungsmenge Q von einer normalen Bedingung O auf eine in gewissem Umfange verringerte Bedingung A ändert. In diesem Falle wird der Öffnungsgrad a der beweglichen Leitschaufel 15 der Hochdruckstufe in Übereinstimmung mit einem geometrischen Ort O ■> A₁ gesteuert, wobei der Öffnungsgrad der Leitschaufeln 15 unter der Bedingung A₁ größer ist als unter der Bedingung A, und es wird der Öffnungsgrad a der Leitschaufeln 16 der Niederdruckstufe in Übereinstimmung mit dem geometrischen Ort O -> A„ gesteuert, wobei der Öffnungsgrad der Leitschaufeln 16 unter der Bedingung A» kleiner ist als unter der Bedingung A. Somit werden die Öffnungsgrade der Leitschaufeln 15 und 16 der Hoch- und Niederdruckstufen unabhängig voneinander durch unterschiedliche Steuer-Betriebsarten gesteuert.

Die Öffnungsgrade der Leitschaufeln der jeweiligen Druckstufen entlang der geometrischen Orte O ·*· A₁ und O ■* A₂ werden nach folgender Beziehung gesteuert:

+ H₂ = H

wobei H der gesamte Turbinen-Netto-Druck und H₁ und H die Turbinen-Netto-Drücke der Hoch- und Niederdruckstufen sind.

Fig. 3 zeigt die hydraulischen Charakteristiken entsprechender Stufen in einem Fall, in welchem die Öffnungsgrade der Leitschau

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fein der entsprechenden Stufen gemäß der Erfindung unabhängig voneinander durch verschiedene Steuer-Betriebsarten gesteuert werden, wobei die Änderung des Druckes so ist, wie es in Fig. gezeigt ist. Aus Fig. 3 ergibt sich, daß die Betriebsbedingung der Hochdruckstufe, die normalerweise mit beträchtlich höherem Druck an der Auslaßseite des Läufers dieser Stufe unter einer hydraulisch stabilen Bedingung betrieben wird, durch einen Bereich entlang dem geometrischen Ort der Bedingung O ·»» A₁ auf dem Niederdruck-Arbeitsbereich läuft, und zwar mit höherer Einheitsgeschwindigkeit und mit niedrigerem hydraulischen Wirkungsgrad im Vergleich mit einem Fall eines Betriebes entlang dem geometrischen Ort O -* A unter der Standard-Bedingung. Andererseits durchläuft die Betriebsbedingung der Niederdruckstufe, die normalerweise mit beträchtlich niedrigerem Druck auf der Auslaßseite des Läufers dieser Stufe unter einer hydraulisch unstabilen Bedingung betrieben wird, einen Bereich auf dem Hochdruck-Betriebsbereich, in welchem die Pumpen-Turbine mit niedrigerer Einheitsgeschwindigkeit im Vergleich mit einem Fall rotiert, in dem sie entlang O ■* A unter der Standard-Bedingung arbeitet. Somit arbeitet die Pumpen-Turbine mit verbessertem hydraulischen Wirkungsgrad. Infolgedessen kann entsprechend dem oben beschriebenen Steuerverfahren die zweistufige hydraulische Pumpen-Turbine

bei gleichbleibendem Betrieb hydraulisch stabil betrieben werden im Vergleich mit einem Fall, in dem die Öffnungsgrade der Hoch- und Niederdruckstufen entsprechend den gleichen Steuer-Betriebsarten gleich gesteuert werden.

Ein Verfahren zum Steuern des Öffnungsgrades der Leitschaufeln in einem Falle, in dem die zweistufige hydraulische Pumpen-Turbine als Turbine arbeitet, wobei sich der Druck nicht ändert, da-

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gegen die gesamte Betriebsbelastung verändert wird, ist im folgenden anhand von Fig. 5 beschrieben.

Wenn eine Wasserströmungsmenge Q sich entlang einer Ortskurve O ■► B verändert, was eine Verlegung einer Bedingung bedeutet, und wenn sich die Betriebslast P von P„ auf P verändert, wäh-

0 m

rend der gesamte Turbinendruck auf H_Q gehalten wird, wird der Öffnungsgrad a der Leitschaufeln 15 der Hochdruckstufe entlang der Ortskuve O -^ B. gesteuert, in der der Öffnungsgrad a so gehalten wird, daß er größer ist als derjenige einer Steuerung entlang der Ortskurve O ->B, wobei aber der Öffnungsgrad a der Leitschaufeln 16 der Niederdruckstufe entlang der Ortskurve O ■> B„ gesteuert wird, wobei der Öffnungsgrad so gehalten wird, daß er kleiner ist als bei einer Steuerung entlang der Ortskurve O > B unter der Standard-Bedingung. Somit werden die Öffnungsgrade der Leitschaufeln 15 und 16 der Hoch- und Niederdruckstufen entsprechend verschiedenen Steuer-Betriebsarten gesteuert.

Die Öffnungsgrade der Leitschaufeln der jeweiligen Druckstufen entlang der Ortskurven O - B₁ und O - B~ werden gesteuert, indem die folgende Beziehung zwischen den Turbinen-Netto-Drücken aufrechterhalten wird:

= H

Fig. 3 zeigt auch die Ortskurven, welche die hydraulischen Charakteristiken der jeweiligen Stufen für einen Fall darsteifen, in welchem die Öffnungsgrade der Leitschaufeln in Übereinstimmung mit den Steuer-Betriebsarten nach Fig. 5 in Verbindung mit der Änderung der Belastung P gesteuert werden . Wie sich aus Fig.

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3 ergibt, durchsetzt die Betriebsbedingung der Hochdruckstufe, die üblicherweise bei einem beträchtlich hohen Druck auf der Aus-r laßseite des Läufers dieser Stufe unter einer hydraulisch stabilen Bedingung betrieben wird, einen Bereich entlang der Ortskurve der Bedingung O > B₁ im Niederdruck-Betriebsbereich, in welchem die Pumpen-Turbine mit höherer Einheits-Geschwindigkeit und mit einem geringeren hydraulischen Wirkungsgrad im Vergleich mit einem Fall rotiert, in welchem die Pumpen-Turbine entlang der Ortskurve O -V B der Standard-Bedingung betrieben wird. Andererseits durchsetzt die Betriebsbedingung der Niederdruckstufe, die normalerweise bei einem beträchtlich niedrigen Druck an der Auslaßseite des Läufers dieser Stufe unter einer hydraulisch instabilen Bedingung betrieben wird, einen Bereich des Hochdruck-Betriebsbereiches, in welchem die Pumpen-Turbine mit einer niedrigeren Einheits-Geschwindigkeit rotiert als in einem Fall, in welchem sie entlang der Ortskurve O -> B unter der Standard-Bedingung betrieben wird, so daß die Pumpen-Turbine mit verbesserten» Wirkungsgrad arbeitet. Gemäß dem oben beschriebenen Steuerverfahren kann die zweistufige hydraulische Pumpen-Turbine hydraulisch besser stabil bei gleichbleibendem Betrieb betrieben werden im Vergleich mit

einem Fall, in welchem die Leitschaufeln der Hoch- und Niederdruckin

stufen/gleicher Weise durch die gleiche Steuer-Betriebsart gesteuert werden.

Obwohl die vorhergehende»· Beschreibung sich auf ein Ausführungsbeispiel der Erfindung bezieht, in welchem die hydraulischen Charakteristiken der jeweiligen Stufen bei normaler Betriebsart als Turbine im wesentlichen miteinander gleich sind, betrifft der Gegenstand der Erfindung die relative Steuerung der Öffnungsgrade der Hoch- und Niederdruckstufen, wobei die Niederdruckstufe in

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einem hydraulisch stabilen Bereich arbeitet. Es soll deshalb erwähnt werden, daß die vorliegende Erfindung auch eine Ausführung umfaßt, in welcher der Öffnungsgrad der Leitschaufeln der Niederdruckstufe so gesteuert wird, daß er gleich oder größer ist als derjenige der Hochdruckstufe, wenn die hydraulischen Charakteristiken der jeweiligen Stufen voneinander verschieden sind.

Im folgenden soll ein Verfahren gemäß der Erfindung zur Steuerung des Öffnungsgrades von beweglichen Leitschaufeln einer zweitstufigen hydraiischen Pumpen-Turbine beschrieben werden, wenn diese als Pumpe unter der Normalbedingung betrieben wird. Die Beschreibung erfolgt im Zusammenhang mit den Fig. 6 und 7.

Fig.6 zeigt eine grafische Darstellung, in welcher die Öffnungsgrade a der beweglichen Leitschaufeln 15 und 16 der Hoch- und Niederdruckstufen entlang einer Ortskurve O ·> C gleich gesteuert werden, wobei ein gesamter wirksamer Pumpendruck H vom Normaldruck H_Q auf einen Druck H geändert wird. Die Beziehung zwischen dem gesamten effektiven Pumpendruck H und den wirksamen Pumpendrücken H₁ und H„ der Hoch- und Niederdruckstufen in dem Zwischenpunkt dieser Ortskurve O 4 C ist folgende:

+ H₂ = H

(5)

Fig . 7 zeigt die Ortskurven der Betriebsbedingungen, die auf den hydraulischen Charakteristiken der entsprechenden Druckstufen in einem Falle basieren, bei welchem die Öffnungsgrade a der Leitschaufeln beider Druckstufen gleichzeitig in Übereinstimmung mit der in Fig. 6 gezeigten Steuerbetriebsart gesteuert werden. *»·

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ORIGINAL INSPECTED

In Fig. 7 bezeichnet H₁ einen wirksamen Piain pendruck in der Hochdruckstufe, H^: einen wirksamen Pumpendruck in der Niederdruckstufe, Q: eine Strömungsmenge, H₁-, H_?_ und Q-: die Werte ents prechend H₁, H„ und Q zur Zeit einer vorbestimmten normalen Betriebsbedingung (Punkt O in Fig. 7), in welchem die jeweiligen Stufen unter im wesentlichen gleichen hydraulischen Bedingungen betrieben werden. a„ bezeichnet den Öffnungsgrad der Leitschaufeln jeder Stufe bei einer vorbestimmten Normalbedingung, a₁: den Öffnungsgrad der Leitschaufeln größer als a„, a.: den Öffnungsgrad der Leitschaufeln kleiner als a₀ und Δη: die relative Betriebs-Wirkungsgraddifferenz bei einem Betrieb als Pumpe in bezug auf den höchsten Wirkungsgrad.

Nach den in Fig. 7 gezeigten Charakteristiken werden die beweglichen Leitschaufeln 15 und 16 der Hoch- und Niederdruckstufen gleichmäßig gesteuert, so daß sie entlang der Ortskurve O ■> C auf der Einhüllenden der hydraulischen Charakteristik betrieben werden, wenn sich der Arbeitsdruck verändert. Wie sich aus Fig. ergibt, wird die Pumpen-Turbine hydraulisch stabil als Pumpe betrieben, und zwar unter der Normalbedingung O. In einem Falle, in dem die Leitschaufeln um einen größeren oder kleineren Grad als der Grad bei der Normalbedingung geöffnet werden, wird eine Wasser-Trennerscheinung oder ein örtlicher Sekundärstrom hervorgerufen. Somit werden entsprechend der obenbeschriebenen Steuerbetriebsart die Hoch- und Niederdruckstufen hydraulisch stabil als Pumpe betrieben, wobei gleichzeitig ein hoher Wirkungsgrad erreicht wird.

Die beweglichen Leitschaufeln einer zweistufigen hydraulischen Pumpen-Turbine, die als Turbine oder als Pumpe betrieben wird,

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können durch eine Steuervorrichtung gesteuert werden, wie sie in Fig. 8 gezeigt ist. Diese Vorrichtung enthält in Kombination eine Wasserhöhen-Einstellvorrichtung 21, eine Leitschaufel-Reguliervorrichtung 22 und Leitschaufeln 15 und 16, wodurch der Öffnungsgrad der Leitschaufeln entsprechend der Änderung der Wasserhöhe (das ist der Betriebsdruck) gesteuert wird. Oder es kann die Pumpen-Turbine durch ein Steuersystem gesteuert werden, wie es in Fig. 9 gezeigt ist. Dieses Steuersystem enthält in Kombination eine Last-Justiervorrichtung 2 3, eine Leitschaufel-Reguliervorrichtung 22 und Leitschaufeln 15,16, um den Öffnungsgrad der Leitschaufeln in Abhängigkeit von der Änderung der Last zu steuern.

Wie vorher beschrieben, werden gemäß der Erfindung in einer mit konstanter Geschwindigkeit unter einer gleichbleibenden Bedingung rotierenden, als Turbine betriebenen zweistufigen Pumpen-Turbine die Öffnungsgrade der Leitschaufeln der entsprechenden Stufen unabhängig gesteuert, während sie im Betrieb als Pumpe an den jeweiligen Stufen gleich gesteuert werden, wenn sich der Wasserspiegel oder die Betriebslast ändert.

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L e e r s e i t e

Claims

PATENTANSPRÜCHE

Verfahren zur Steuerung einer mit konstanter Geschwindigkeit unter einer gleichbleibenden Bedingung rotierenden zweistufigen hydraulischen Pumpen-Turbine, in welcher Hoch- und Niederdruckstufen über eine Rückführleitung miteinander verbunden sind und bei der die Öffnungsgrade beweglicher Leitschaufeln der Hoch- und Niederdruckstufen veränderbar sind, dadurch gekennzeichnet,

, der

daß die Öffnungsgrade Leitschaufeln der Hoch- und Niederdruckstufen gleichmäßig auf gleiche Größe gesteuert werden, wenn die zweistufige hydraulische Pumpen-Turbine als Pumpe arbeitet, und daß sie unabhängig voneinander auf unterschiedliche Größen gesteuert werden, wenn die Pumpen-Turbine als Turbine arbeitet, und zwar in Übereinstimmung mit einer Änderung einer Betriebsbedingung während des gleichbleibenden Betriebes.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Öffnungsgrad der Leitschaufeln der Niederdruckstufe so gesteuert wird, daß er gleich oder größer ist als derjenige der Hochdruckstufe, wenn die zweistufige hydraulische Pumpen-Turbine als Tur

bine arbeitet.

Bankhaus Merck Finck & Co Mun
'BLZ 7OOjG4O0j Konto Nr 254 649

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Bankhaus H Aulhauser München (BLZ 7OO306OOi Konto Nr 261300

Postscheck München

(BLZ 7OQlOOBOi Konto Nr 20904 8QO

TELEGR CABLE PATENTSENIQR
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Betriebsbedingung ein Wasserstand ist.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Betriebsbedingung eine Belastung der hydraulischen Pumpen-Turbine ist.

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