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Kreiselmaschinenaggregat für hydraulische Speicherung Die Erfindung
betrifft ein Kreiselmaschinenaggregat für hydraulische Speicherung, welches aus
abwechselnd betriebener Pumpe und Turbine besteht. Gemäß der Erfindung ist ein für
das Pumpen- und das Turbinenlaufrad im wesentlichengemeinsamerRadbodenvorgesehen,
der an seinem Umfang die Arbeitsräume der Pumpe gegen die der Turbine abdichtet.
Vorteilhaft ist eine zwischen dem Druckraum der Pumpe und dem Druckraum der Turbine
vorgesehene Trennwand vorhanden, die weiter noch zweckmäßig als eine in der Richtung
der Wellenachse ungefähr schraubenförmig verlaufende Wand ausgebildet wird. Ferner
kann bei Aggregaten mit Leitschaufelregelung und gleicher Leitschaufelzahl für Turbine
und Pumpe die Verstellung je einer Leitschaufel der Pumpe und einer Leitschaufel
der Turbine mittels derselben Welle erfolgen.
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Auf der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes
schematisch dargestellt.
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Fig: i erläutert eine Ausführungsform mit senkrechter Welle.
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Fig. 2 zeigt einen Schnitt nach der Linie I-I der Fig. _.
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Fig.3 veranschaulicht eine weitere Ausführungsform mit waagerechter
Welle und mit gemeinsamem Druckraum für Turbine und Pumpe.
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Nach Fig. i ist eine elektrische Maschine i mit senkrechter Welle
im Maschinensaal 2 des Krafthauses 3 aufgestellt. Im Fundament des Krafthauses 3
befindet sich das Kreiselmaschinenaggregat q., das durch die Welle 5 mit der elektrischen
Maschine i verbunden ist. Das Kreiselmaschinenaggregat q. besteht aus abwechselnd
betriebener Pumpe und Turbine. Im Gehäuse 6, das ein- oder mehrteilig sein kann,
ist zwischen dem Druckraum 8 der Pumpe und dem Druckraum 9 der Turbine eine Trennwand
7 vorgesehen. Die Druckräume 8 und 9 sind gemeinsam an das Druckrohr 1o, das zu
einem nicht eingezeichneten Speicherbecken führt, angeschlossen. Ihnen ist das Abschlußorgan
i1 vorgeschaltet, das wahlweise je einen der Druckräume 8, 9 vom Druckrohr 1o abschließt.
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Das Gehäuse 6 umschließt das Pumpenleitrad i2, das mit dem Pumpendruckraum
8 in Verbindung steht, und das Turbinenleitrad 13, das mit dem Turbinendruckraum
9 in Verbindung steht. Innerhalb der Leiträder 12, 13 befinden sich die auf der
Welle 5 befestigten Laufräder 14 für die Pumpe und 15 für die Turbine, die einen
gemeinsamen Laufradboden 29 aufweisen, der an seinem Umfang die druckseitigen Räume
der Pumpe gegen die druckseitigen Räume der Turbine abdichtet. Diese druckseitigen
Räume umfassen alle Räume von den Laufradaustritten bis einschließlich des gemeinsamen
und der-getrennten Druckräume. An das Pumpenlaufrad 14 ist das Pumpensaugrohr 16
und an das Turbinenlaufrad 15 das Turbinensaugrohr 17 angeschlossen.
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Beim Turbinenbetrieb wird die Klappe i1 zum Abschluß des Pumpendruckraumes
8 in die gestrichelte Lage umgelegt. Hierauf werden der Druckraum 8 und das Saugrohr
16 in der Nähe der Pumpe in - bekannter Weise, z. B. mittels Druckluft, Auspumpen
o. dgl. entleert.
Dabei wird das Saugrohr 16 je nach der Höhe des
Unterwasserspiegels gegenüber dem Kreiselmaschinenaggregate .¢ für das Auspumpen
mittels eines Abschlußorganes 1g abgeschlossen. Wird nun das Abschlußorgan 18 geöffnet
und durch das zufließende Wasser das Kreiselmaschinenaggregat 4 als Turbine in Betrieb
gesetzt, wobei es die elektrische Maschine x antreibt, so läuft das Pumpenlaufrad
14 ohne wesentliche Leistungsverluste in einem mit Luft gefüllten Raum leer mit.
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Beim Pumpenbetrieb muß die elektrische Maschine i, sofern sie eine
Synchronmaschine ist, auf die Betriebsdrehzahl gebracht werden, bevor sie als Motor
auf das Netz geschaltet werden kann. Hierfür läßt man z. B. das Kreisehnaschinenaggregat
4 in der oben beschriebenen Weise als Turbine laufen. Läuft die elektrische Maschine
als Motor, so wird das Abschlußorgan 18 geschlossen und die Umschaltklappe 1i zum
Abschluß des Turbinendruckraumes g in die gezeichnete Lage umgelegt. Gleichzeitig
wird das Abschlußorgan 1g geöffnet und der Pumpendruckraum 8 in bekannter Weise
entlüftet, so daß er sich mit Wasser anfüllt. Saugt nun die Pumpe an, so kann das
Abschlußorgan 18 geöffnet werden. Mit dem Entlüften des Pumpendruckraumes 8 werden
der Druckraum g und das Saugrohr 17 der Turbine in bekannter Weise entleert, so
daß das Turbinenlaufrad in einem Luftraum leer mitlaufen kann.
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Der Druckraum 8 nach Fig. 2 hat die Form eines Spiralgehäuses mit
einem in Richtung entgegen dem Uhrzeigersinn abnehmenden Querschnitt und der darüber
befindliche Druckraum g diejenige eines Spiralgehäuses mit einem im Uhrzeigersinn
abnehmenden Querschnitt. Diese Gehäuseanordnung ergibt sich infolge der Zuleitung
des Betriebsmittels in den Druckraum der Pumpe und der Ableitung des Betriebsmittels
aus dem Druckraum der Turbine, die derart erfolgen, daß sowohl während des Pumpenbetriebes
als auch während des Turbinenbetriebes die Welle der Kreiselmaschine den gleichen
Drehsinn hat.
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Bei der Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes nach Fig. 3 ist
eine waagerechte Welle 2o und ein nicht unterteilter Druckraum 21 für Pumpe und
Turbine vorgesehen. Beim Turbinenbetrieb erfolgt der Abschluß der Pumpe vom Druckraum
21 durch den Ringschieber 22, der gleichzeitig als Regelorgan der Pumpe dienen kann,
wobei ein von einem nicht eingezeichneten Hilfsmotor verstelltes Gestänge 23 zur
Anwendung kommt. Beim Pumpenbetrieb erfolgt der Abschluß der Turbine vom Druckraum
21 durch die drehbaren Leitschaufeln 24, die in bekannter Weise durch Hebel 25 und
das Zwischenstück 26 mit dem Regulierring 27, der durch das Gestänge 28 verstellt
wird, verbunden sind und zur Leistungsregelung der Turbine dienen. Die Abdichtung
axn Umfang des Laufradbodens 2g dichtet jeweils die druckseitigen Räume des in Betrieb
befindlichen Teiles gegen die druckseitigen Räume des leerlaufenden Teiles ab.
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Die Entleerung des nicht in Betrieb befindlichen Teiles erfolgt in
an sich bekannter Weise. Bei gleicher Leitschaufelzahl für Pumpe und Turbine kann
weiter die Verstellung einer Leitschaufel der Pumpe und einer Leitschaufel der Turbine
mittels derselben Welle erfolgen und diese die gleiche, beiden Leitschaufeln gemeinsame
Drehachse aufweisen. Auch können für die Turbine oder für die Pumpe oder für beide
Ringschieber sowohl als Abschlußorgan als auch als Regelorgan verwendet werden.
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Durch den der Pumpe und der Turbine gemeinsamen Laufradboden 29 ergibt
sich der Vorteil, daß die durch das in Betrieb befindliche Laufrad strömende Flüssigkeit
das andere wirksam kühlt und außerdem auch das aus dem in Betrieb befindlichen Teile
durch die gemeinsame Abdichtung zwischen den druckseitigen Räumen der beiden Laufräder
durchtretende Spaltwasser zur Kühlung des leerlaufenden Laufrades beiträgt. Auch
wird unter Beibehaltung der sowohl für Pumpe als für Turbine günstigsten Strömungsführung
eine gedrängte Bauart, insbesondere eine günstige Baulänge des Gesamtaggregates
erzielt.
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Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die dargestellten Ausführungen.
Statt daß der der Pumpe und der Turbine gemeinsame Laufradboden bei Ausbildung des
Pumpen- und Turbinenlaufrades als Doppelrad in einem Stück hergestellt ist, kann
der gemeinsame Laufradboden zwei- oder mehrteilig ausgeführt sein und ein Teil mit
dem Pumpenlaufrad, ein anderer Teil mit dem Turbinenlaufrad verbunden und das Ganze
durch Verschraubung o. dgl. zum gemeinsamen Laufradbodenzusammengestellt sein. Es
können die Stirnwände des Gehäuses in einer senkrechten Ebene zur Wellenachse verlaufen,
während die spiralförmig ausgebildeten Druckräume für Pumpe und Turbine durch eine
in der Richtung der Wellenachse ungefähr schraubenförmige Wand getrennt werden.
Ferner kann das Gehäuse als Kesselgehäuse ausgebildet sein. Beim entgegengesetzten
Drehsinn für Pumpe und Turbine kann der gemeinsame Druckraum die Form eines Spiralgehäuses
haben.