DE968315C - Pumping system - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Pumpanlage mit einer aus einem unteren Gewässer auf ein oberes Niveau fördernden Zentrifugalpumpe (Hauptpumpe), der eine im Untergewässer arbeitende, von einer aus der Hauptpumpe gespeisten Turbine angetriebene Zubringerpumpe vorgeschaltet ist. Die Anlage kommt besonders in Verbindung mit Speicherkraftwerken in Betracht, bei denen Wasser aus dem sogenannten Untergewässer oder Unterwasser mittels elektrischer, besonders während der Nacht zur Verfügung stehender Überschußenergie in ein oberes Sammelbecken gefördert wird. Das Untergewässer kann z. B. ein See, ein Fluß, ein künstliches Ausgleichsbecken oder ein für die Anlage besonders gebauter Kanal sein.The invention relates to a pumping system with one of a lower body of water on centrifugal pump (main pump) conveying the upper level, which is a working in the underwater, A feeder pump driven by a turbine fed by the main pump is connected upstream is. The system is particularly suitable in connection with storage power plants those water from the so-called underwater or underwater by means of electrical, especially Excess energy available during the night is pumped into an upper collecting basin will. The underwater can e.g. B. a lake, a river, an artificial compensation basin or a for the system will be a specially built canal.

I. Bekannte AnlagenI. Known plants

a) Bei einer ersten bekannten Anlage der erwähnten Art ist lediglich eine Zentrifugalpumpe eingebaut, also auf eine Zubringerpumpe verzichtet; dabei ist die Zentrifugalpumpe unterhalb des Spiegels des unteren Gewässers angeordnet.a) In a first known system of the type mentioned, there is only a centrifugal pump built-in, i.e. dispensed with a feed pump; the centrifugal pump is below the Arranged in the mirror of the lower body of water.

b) Bei einer zweiten bekannten Bauart sind eine Zentrifugalpumpe als Hauptpumpe und eine davorgeschaltete Zubringerpumpe benutzt; die Hauptpumpe liegt dort oberhalb des Spiegels des unteren Gewässers.b) In a second known design, a centrifugal pump is used as the main pump and an upstream pump Feed pump used; the main pump is there above the level of the lower one Body of water.

c) Bei einer dritten bekannten Anlage schließlich sind eine schnell laufende Hauptpumpe, nämlich eine Zentrifugalpumpe, und eine davorgeschaltete, auf gleicher Höhe liegende, langsam laufende, zumc) Finally, in a third known system, there is a high-speed main pump, namely a centrifugal pump, and an upstream, at the same height, slowly running, for

Ansaugen geeignete Zubringerpumpe oberhalb des Unterwassers, aus dem die Zubringerpumpe ansaugt, angeordnet; die Zubringerpumpe ist dort über ein auf gleicher Höhe wie Haupt- und Zubringerpumpe liegendes Flüssigkeitsgetriebe, dessen treibende Hälfte von der Hauptpumpe mechanisch in Drehung versetzt und das von der Zubringerpumpe mit Kupplungsflüssigkeit gespeist wird, angetrieben. Suction suitable feeder pump above the underwater from which the feeder pump draws, arranged; the feeder pump is there on the same level as the main and feeder pump Horizontal fluid transmission, the driving half of which is mechanical from the main pump set in rotation and which is fed with clutch fluid from the feeder pump, driven.

II. Erfindungsgemäße AnlageII. Plant according to the invention

Die Erfindung besteht demgegenüber darin, daß auch die Hauptpumpe unterhalb des Spiegels des unteren Gewässers angeordnet ist. Die Bedienung der Anlage, vor allem das Anfahren, wird dann besonders einfach. Man braucht nur den Antriebsmotor für die Hauptpumpe einzuschalten; die Zubringerpumpe kommt selbsttätig in Betrieb. Der Zubringerdruck wird in dem Maße stetig größer, wie es der zunehmenden Drehzahl der Hauptpumpe entspricht und wie es zum Verhindern von Kavitation in ihr erforderlich ist. Die richtigen Druckverhältnisse stellen sich also selbsttätig ein.The invention consists in the fact that the main pump below the level of the lower body of water is arranged. The operation of the system, especially the start-up, then becomes particularly easy. You only need to switch on the drive motor for the main pump; the feeder pump starts up automatically. The feed pressure increases accordingly steadily increasing as it corresponds to the increasing speed of the main pump and how it is to prevent it of cavitation in it is required. The correct pressure conditions are set automatically a.

as Im Gegensatz zu den unter I, a) erwähnten bekannten Anlagen mit lediglich einer unterhalb des Unterwassers liegenden Zentrifugalpumpe läßt sich bei der erfindungsgemäßen Anlage wegen des mit wachsender Drehzahl selbsttätig steigenden Zulaufdruckes der Hauptpumpe, ohne daß Kavitationen entstehen, hohe Drehzahl erreichen, selbst wenn die Hauptpumpe nur wenig unterhalb des Unterwasserspiegels angeordnet wird.as In contrast to the known ones mentioned under I, a) Systems with only one centrifugal pump lying below the underwater can be in the system according to the invention because of the inlet pressure which automatically increases with increasing speed of the main pump can reach high speed without cavitation, even if the main pump is placed just below the underwater level.

Die Verwendung einer Zubringerpumpe in Verbindung mit einer unterhalt) des Untergewässers liegenden Zentrifugalpumpe (Hauptpumpe) bringt ferner eine Einsparung beim Bau der Fundamente mit sich. Die Hauptpumpe braucht dann nämlich nicht besonders weit unterhalt) des Spiegels des Unterwassers zu liegen.The use of a feeder pump in connection with an upkeep) of the underwater lying centrifugal pump (main pump) also brings savings in the construction of the foundations with himself. The main pump then does not need to be very far below the level of the To lie underwater.

Soll dagegen bei den bekannten Anlagen nach I, a) ohne Zubringerpumpe ausreichender Zulaufdruck erzielt werden, so muß eine verhältnismäßig tiefe Baugrube für die einzige Zentrifugalpumpe ausgehoben werden, damit der nötige statische Druck erreicht wird. Aber selbst bei Verwendung einer schnell laufenden Zentrifugalpumpe als einziger, verhältnismäßig tief unterhalb des Unterwassers liegender Pumpe kann Kavitation nicht in jedem Fall vermieden werden; unter Umständen tritt sie bei raschem Anfahren oder bei sehr hohen Betriebsdrehzahlen trotzdem ein, weil die Pumpe nicht so tief gelegt werden kann, daß der statische Druck für derartige Fälle mit Sicherheit ausreicht. Benutzt man andererseits eine langsam laufende Pumpe als einzige, unterhalb des Unterwassers liegende Pumpe, um auf eine Zubringerpumpe verzichten zu können, oder eine langsam laufende Pumpe als oberhalb des Unterwassers liegende Hauptpumpe in Verbindung mit einer Zubringerpumpe, um auf Tieflegung der Hauptpumpe verzichten zu können, so hat man verhältnismäßig hohe Kosten für die langsam laufende Pumpe und ihren Antriebsmotor in Kauf zu nehmen, weil bekanntlich langsam laufende Pumpen bei gleicher Leistung wesentlich größeren Durchmesser haben und die zugehörigen Antriebsmotoren entsprechend stark ausgebildet sein müssen.On the other hand, in the known systems according to I, a) without a feed pump, there should be sufficient inlet pressure be achieved, a relatively deep excavation must be for the single centrifugal pump excavated so that the necessary static pressure is achieved. But even when used a high-speed centrifugal pump as the only one, relatively deep below the underwater with the pump lying down, cavitation cannot be avoided in every case; in certain circumstances it occurs anyway when starting up quickly or at very high operating speeds because the pump cannot be set so low that the static pressure is definitely sufficient for such cases. On the other hand, if you use a slow running pump as the only one below the underwater Horizontal pump, in order to be able to do without a feeder pump, or a slowly running one Pump as the main pump located above the underwater in connection with a feeder pump, in order to be able to dispense with lowering the main pump, one has proportionally to accept high costs for the slow-running pump and its drive motor, because it is well known Slow-running pumps with the same output have a much larger diameter and the associated drive motors must be designed to be correspondingly strong.

Bei der erfindungsgemäßen Anlage wird nur die erste, durch die Zubringerpumpe gegebene Möglichkeit, Kavitationserscheinungen in der Hauptpumpe, insbesondere einer schnell laufenden Zentrifugalpumpe, zu vermeiden, ausgenutzt, während die zweite, durch die an sich gegebene Möglichkeit, die Hauptpumpe oberhalb des Unterwasserspiegels anzuordnen, nicht verwendet wird. Im Gegensatz zu den unter I, b) und I, c) erwähnten bekannten Anlagen bleiben dann die Hauptpumpe und die von der Zubringerpumpe zu ihr führende Zubringerleitung, wenn die Anlage außer Betrieb ist, mit Wasser angefüllt, so daß jederzeit ohne besondere Maßnahmen angefahren werden kann und nicht erst die Luft aus Zubringerleitung und Hauptpumpe ausgetrieben und Zubringerleitung und Hauptpumpe wie bei den Anlagen nach I b) oder Zubringerpumpe, Zubringerleitung, Hauptpumpe und zwischen Haupt- und Zubringerpumpe liegendes Flüssigkeitsgetriebe wie bei den Anlagen nach I, c) mit Wasser angefüllt zu werden brauchen. Folglich können beim Anfahren keine Wasserschläge mehr entstehen, wie sie bei den Anlagen nach I, b) und I, c) mitunter vorkommen, wenn die Luft aus Zubringerleitung und Hauptpumpe bzw. aus Zubringerpumpe, Zubringerleitung, Hauptpumpe und Flüssigkeitsgetriebe nicht vollständig ausgetrieben ist.In the system according to the invention, only the first possibility, given by the feeder pump, is Cavitation phenomena in the main pump, especially a high-speed centrifugal pump, to avoid being taken advantage of while the second, by the inherent possibility of the Arranging the main pump above the underwater level is not used. In contrast to the known systems mentioned under I, b) and I, c) then remain the main pump and that of the feeder pump to it when the system is out of operation Filled with water, so that it can be approached at any time without special measures and not only expelled the air from the feeder line and main pump and feeder line and main pump as with the systems according to I b) or feeder pump, feeder line, main pump and Fluid gear located between main and feed pump as in the systems according to I, c) need to be filled with water. As a result, water hammer can no longer occur when starting up arise, as they sometimes occur in the systems according to I, b) and I, c) when the air from the feeder line and main pump or from the feeder pump, feeder line, main pump and fluid transmission not completely driven out is.

Fällt die Zubringerpumpe aus irgendeinem Grund einmal aus, so läuft die Hauptpumpe nicht wie bei den Anlagen gemäß I, b) und I, c) leer. Es ist dann allerdings — sofern die Anlage nicht stillgesetzt werden kann — so lange mit genügend niedriger, keine Kavitationsgefahr mit sich bringender Drehzahl zu fahren, bis die Störung behoben ist.If the feeder pump fails for any reason, the main pump will not run as with the systems according to I, b) and I, c) empty. It is then, however, provided that the system is not shut down can be - as long as it is sufficiently lower, there is no risk of cavitation Speed until the fault is eliminated.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist die Hauptpumpe zweiflutig ausgebildet, und das Treibwasser für die Turbine ist aus zwei entsprechenden, beiderseits einer gemeinsamen Mittelstufe liegenden Umlenkkanälen entnommen.In one embodiment of the invention, the main pump and the motive water are designed with two flows for the turbine is made up of two corresponding, lying on both sides of a common intermediate stage Removed deflection channels.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel mit einem in der Druckleitung angeordneten Absperrorgan liegt das Absperrorgan unterhalt) des Gewässerspiegels. Es wird dann verhindert, daß sich in dem zwischen Hauptpumpe und Absperrorgan liegenden Abschnitt der Druckleitung Luft befindet, die beim Anfahren durch Wirbelungen in die Pumpe gelangen könnte.In a further embodiment with a shut-off element arranged in the pressure line if the shut-off device is maintained) the water level. It is then prevented from becoming there is air in the section of the pressure line between the main pump and the shut-off device, which could get into the pump due to turbulence during start-up.

Ein Ausführungs"beispiel des Erfindungsgegenstandes ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt.An embodiment example of the subject matter of the invention is shown in simplified form in the drawing.

Aus einem unteren Gewässer 1 fördert die Pumpanlage durch die Förderleitung 2 (Druckleitung) Wasser auf ein oberes Niveau. Als Hauptpumpe dient eine schnell laufende, zweiflutige Zentrifugalpumpe 3, der das Wasser durch die Zubringerleitung 4, 5 mittels einer als langsam laufende Schraubenpumpe ausgebildeten Zubringer-The pumping system delivers from a lower body of water 1 through the delivery line 2 (pressure line) Water to an upper level. A high-speed, double-flow pump is used as the main pump Centrifugal pump 3, which the water through the feeder line 4, 5 by means of a slow running screw pump trained feeder

pumpe 6 zugeführt wird. Die Hauptgruppe 3 wird durch den Elektromotor 7 und die Zubringerpumpe 6 durch eine Freistrahlturbine 8 angetrieben. Die Hauptpumpe 3 ist unterhalb des Spiegels des unteren Gewässers 1 angeordnet, so daß die Zubringerleitung 4, 5 und die Hauptpumpe 3 ständig mit Wasser angefüllt sind. Die Turbine 8 ist über Leitungen 13, 14 von der Hauptpumpe 3 gespeist. Diese Speiseleitungen sind bei 11, 12 an zwei entsprechenden Umlenkkanälen der Hauptpumpe angeschlossen, die beiderseits vor einer gemeinsamen Mittelstufe liegen. Die vollständig unterhalb des Spiegels des Gewässers 1 liegende Zubringerpumpe 6 hat einen als Schraubenrad mit axialem Durchfluß ausgebildeten Läufer 9. In der Druckleitung 2 ist ein Absperrorgan 10 eingebaut, das ebenfalls tiefer als der Spiegel des unteren Gewässers ι liegt.pump 6 is supplied. The main group 3 is made up of the electric motor 7 and the feeder pump 6 driven by a free jet turbine 8. The main pump 3 is below the level of the lower body of water 1 arranged so that the feeder line 4, 5 and the main pump 3 are constantly filled with water. The turbine 8 is over Lines 13, 14 are fed from the main pump 3. These feed lines are at 11, 12 at two corresponding ones Diverting channels of the main pump connected, both sides in front of a common Intermediate level lie. The feeder pump lying completely below the level of the body of water 1 6 has a rotor 9 designed as a helical gear with axial flow. In the pressure line 2 a shut-off device 10 is installed, which is also deeper than the level of the lower body of water ι lies.

Die Hauptpumpe 3 ist senkrecht aufgestellt, ihre Welle steht also senkrecht. Sie kann dann auf einer verhältnismäßig kleinen Fläche aufgestellt werden, so daß die Arbeiten für das Eingraben der Pumpe nicht zu umfangreich werden.The main pump 3 is set up vertically, so its shaft is vertical. You can then on one relatively small area to be erected, so that the work for burying the pump don't get too big.

Die Wirkungsweise ist folgende: Wenn die Anlage in Betrieb genommen werden soll, ist das Absperrorgan 10 geschlossen. Der Motor 7 und damit die Hauptpumpe werden eingeschaltet. Sie erzeugt nunmehr in der Druckleitung 2 vor dem Organ 10 einen Druck, der größer ist als der normale Förderdruck. Durch die Leitungen 13, 14 erhält die Turbine 8 Druckwasser, so daß sie angetrieben und die Zubringerpumpe 6 in Drehung versetzt wird. Durch die Zubringerpumpe wird der Zubringerdruck vor der Hauptpumpe 3 um so mehr erhöht, je weiter die Drehzahl der Hauptpumpe 3 steigt, bis ein »stabiler Leerlaufbetrieb« erreicht ist, der sich bei höchster Drehzahl der Pumpe 3 einstellt. Nunmehr wird das Absperrorgan 10 geöffnet, so daß das Wasser durch die Druckleitung 2 auf ein oberes Niveau gefördert wird.The mode of operation is as follows: If the system is to be put into operation, that is Shut-off valve 10 closed. The motor 7 and thus the main pump are switched on. You generated now in the pressure line 2 in front of the organ 10 a pressure which is greater than normal Delivery pressure. The turbine 8 receives pressurized water through the lines 13, 14 so that it is driven and the feed pump 6 is set in rotation. By the feeder pump the higher the speed of the main pump, the more the feed pressure upstream of the main pump 3 increases 3 increases until a "stable idle mode" is reached, which is at the highest speed of the Pump 3 stops. Now the valve 10 is opened so that the water through the Pressure line 2 is promoted to an upper level.

An der genannten Förderarbeit hat die Zubringerpumpe 6 nur einen geringen Teil, nämlich etwa S bis 10%, zu leisten. Die in ihr umgesetzte Leistung ist somit eine kleiner Bruchteil der von dem Elektromotor 7 erzeugten Leistung.The feeder pump 6 only has a small part in the aforementioned delivery work, namely about S to 10%. The power implemented in it is therefore a small fraction of that of the electric motor 7 generated power.

Die Verwendung der Zubringerpumpe 6 bringt auch eine Einsparung beim Bau der Fundamente mit sich. Die Hauptpumpe 3 braucht bei Verwendung einer Zubringerpumpe nicht besonders weit unterhalb des Spiegels des Gewässers 1 zu liegen. Wollte man dagegen ohne Zubringerpumpe ausreichenden Zulaufdruck erzeugen, so müßte eine tiefe Baugrube für die Hauptpumpe ausgehoben werden, damit man den nötigen statischen Druck erhält. Bei Verwendung einer schnell laufenden Zentrifugalpumpe als Hauptpumpe könnte aber auch dann Kavitation nicht in jedem Fall vermieden werden. Verwendet man andererseits eine langsam laufende Pumpe als Hauptpumpe, um auf eine Zubringerpumpe oder auf Tieferlegung der Hauptpumpe verzichten zu können, so hat man verhältnismäßig hohen Kosten für Pumpe und Antriebsmotor zu bezahlen, weil bekanntlich langsam laufende Pumpen bei gleicher Leistung wesentlich größeren Durchmesser haben und die zugehörigen Antriebsmotoren entsprechend stark ausgebildet sein müssen.The use of the feeder pump 6 also brings savings in the construction of the foundations with himself. The main pump 3 does not need particularly far when using a feed pump to lie below the level of the body of water 1. If, on the other hand, you wanted enough without a feeder pump To generate inlet pressure, a deep excavation would have to be dug for the main pump to get the necessary static pressure. When using a fast running However, even then, centrifugal pump as the main pump could not always avoid cavitation will. On the other hand, if you use a slow-running pump as the main pump to get on To be able to do without a feeder pump or lowering the main pump, then you have to be proportionate To pay high costs for the pump and drive motor, because slow-running pumps are known to be essential for the same performance have a larger diameter and the associated drive motors are designed to be correspondingly strong must be.

Die neue Pumpanlage eignet sich besonders für Speicherkraftwerke, bei denen Wasser aus einem unteren Gewässer in ein oberes Sammelbecken mittels elektrischer Überschußenergie gefördert wird, die besonders während der Nacht zur Verfügung steht. Das Gewässer 1 kann z. B. ein See, ein Fluß, ein künstliches Ausgleichsbecken oder ein hierfür besonders gebauter Kanal sein.The new pumping system is particularly suitable for storage power plants that use water from a Lower water in an upper collecting basin promoted by means of excess electrical energy which is available especially during the night. The body of water 1 can, for. B. a lake, be a river, an artificial compensation basin or a specially built canal.

Claims (3)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Pumpanlage mit einer aus einem unteren Gewässer auf ein oberes Niveau fördernden Zentrifugalpumpe (Hauptpumpe), der eine im Untergewässer arbeitende, von einer aus der Hauptpumpe gespeisten Turbine angetriebene Zubringerpumpe vorgeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß auch die Hauptpumpe unterhalb des Spiegels des unteren Gewässers angeordnet ist.1. Pump system with a conveying from a lower body of water to an upper level Centrifugal pump (main pump), the one working in the underwater, from one of the Main pump-fed turbine-driven feeder pump is connected upstream, characterized in that that the main pump is also located below the level of the lower body of water. 2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptpumpe zweiflutig und mehrstufig ausgebildet und das Treibwasser für die Turbine aus zwei entsprechenden, beiderseits einer gemeinsamen Mittelstufe liegenden Umlenkkanälen entnommen ist.2. Installation according to claim 1, characterized in that the main pump has two flows and designed in several stages and the motive water for the turbine from two corresponding, on both sides is taken from a common middle stage lying deflection channels. 3. Anlage nach Anspruch 1 oder 2 mit einem in einer von der Hauptpumpe zum oberen Niveau führenden Druckleitung angeordneten Absperrorgan, dadurch gekennzeichnet, daß das Absperrorgan unterhalb des Gewässerspiegels liegt.3. Plant according to claim 1 or 2 with one in one of the main pump to the upper Level-leading pressure line arranged shut-off device, characterized in that the The shut-off device is below the water level. In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 675882, 350787; schweizerische Patentschrift Nr. 287 345;
französische Patentschrift Nr. 536948; i°5Considered publications:
German Patent Nos. 675882, 350787; Swiss Patent No. 287 345;
French Patent No. 536948; i ° 5 Ritter, Flüssigkeitspumpen, 1938, S. 93;
Add is on, Centrifugal and other Rotodynamic Pumps, 1948, S. 345, 371, 402, 403.Ritter, Fluid Pumps, 1938, p. 93;
Add is on, Centrifugal and other Rotodynamic Pumps, 1948, pp. 345, 371, 402, 403. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings 1 709 875/79 1.58 1 709 875/79 1.58