Kraftwerk, beispielsweise für Bahnbetriebe. Bei Kraftwerken im allgemeinen, insbe sondere solchen für Walzwerke, Förderv or- richtungen, Bahnbetriebe usw., treten hohe, in der Regel aber nur kurze Zeit andauernde, Belastungsspitzen auf. Diese Belastungs- spitzen sollen die Kraftwerke derart bewäl tigen können, dass der Abfall der Drehzahl der Generatoren, bezw. der Abfall der Strom frequenz ein vorgeschriebenes Mass nicht überschreitet.
Um diesen Bedingungen zu genügen. mussten sowohl die P'rimä.r-Kraftmaschinen- anlagen, aus auch die Generatoren bisher so bemessen sein, dass sie bei Vollast, bezw. bei Überlast die Belastungsspitzen eben noch zu decken vermochten,, oder es mussten Reserve kraftanlagen vorgesehen werden, deren Pri- märkraftmaschinen und Generatoren die Be lastungsspitzen aufzunehmen hatten.
Beide Verfahren haben schwerwiegende Mängel: Die gra.ftanhge wird in Anbe tracht der relativ kleinen mittleren Belastung gross und teuer, selbst wenn sie in hohem Masse überlastbar ist. Die Koste4 für die Verzin- sung und die Amortisation solcher Anlagen sind relativ hoch. Wird das Netz normal be ansprucht, so arbeitet die Kraftanlage mit einer. relativ kleinen Teilbelastung. Da durch sinkt der Wirkungsgrad der Kraft anlage, und sie arbeitet infolgedessen un ökonomisch.
Die Maschinenanlage ist somit sowohl in der Anschaffung, als auch infolge der höheren Verzinsung und der höheren Amortisation bei mittelmässigen Wirkungs graden, im Betrieb wesentlich teurer als gleichmässig belastete Kraftwerke gleicher mittlerer Leistung.
Die Mängel werden durch den Erfin dungsgegenstand vermieden.
Die Erfindung bezieht,sieh auf ein elek trisches Kraftwerk, zum Beispiel für Walz werke, Fördervorrichtungen, Bahnbetriebe usw. und besteht darin;
dass die Primär kraftmaschinenanlage in der Hauptsache der mittleren, die Generatoranlage hingegen der maximalen Belastung des Netzes entspre- ,chen:d bemessen ist, und -dass ausser der für die Einhaltung der vorgeschriebenen Gleich- förmigkeit bestimmten Schwungmasse ein(- zusätzliche, zur Deckung der Belastungs spitze bestimmte Schwungmasse vorhanden ist.
Ein Beispiel des Erfindungsgegenstandes ist auf der Zeichnung dargestellt.
Fig. 1 stellt in graphischer Darstellung den zeitlichen Verlauf der Belastung eines Bahnkraftwerkes, Fig. 2 die dabei auftreten den Schwankungen der Generatordrehzaiil dar; Fig. 3 zeigt in schematischer Darstellung eine Kraftanlage für ein Bahnkraftwerk nach der Erfindung; Fig. 4 stellt eine Variante dar.
In Fig. 1 bedeutet a die Belastungskurve in Funktion der Zeit, die Gerade b die Höhe der mittleren Belastung. Die Kurve c in Fig.2 stellt die infolge der Belastungs schwankungen (Kurve a, Fig. 1) auftreten den Schwankungen der Drehzahlen der Ge neratoren bezw. der Stromfrequenzzahl dar.
In Fig. 3 bedeuten 1 die Zylinder einer für 100 KW Normalleistung, bezw. 125 KW Spitzenleistung bemessenen Kolbenkraft maschine, 2 die dazu gehörende Kurbel welle. Mit der Kolbenkraftmaschine ist ein entsprechend bemessener Schwungradgene- rator 3 gekuppelt.. Die Leistung des Gene- rators 3 wird durch die Leitungen 4 und 5, sowie 6 und 7 auf das Bahnleitungsnetz übertragen.
Durch die Leitungen 8 und 9 ist der Generator 3 ausserdem noch mit einem grösseren, zur Aufnahme der Belastungs spitzen bemessenen Generator 10 von rund 300 KW, elektrisch gekuppelt,, auf dessen Welle 18 das als zusätzliche,Sehwungsmasse dienende Schwungrad 11 'angeordnet ist. 12 und 13 sind die Erreger für die beiden Gene ratoren 3 und 10.
Die Kraftanlage arbeitet wie folgt: Der in Fig. 1 dargestellte Belastungsver lauf ist durch den Bahnbetrieb gegeben. Die mittlere Belastung des Netzes ist ebenfalls bekannt und wird durch die Gerade b dar gestellt. Sie beträgt im vorliegenden Fall 100 KW: Die Belastungsspitzen überschrei ten normalerweise nicht den vierfachen Be- trag der mittleren Belastung und dauern durchschnittlich nicht mehr als zwei Mi nuten. Es wird an das Kraftwerk die For derung gestellt, da.ss es solchen Belastungs spitzen mit einem Frequenzabfall bez #. einem Abfall der Generatordrehzahlen, von höchstens vier Prozent genügen muss.
Diese Bedingungen, sowie die folgenden Zahlenangaben beziehen sich selbstver ständlich nur auf das vorliegende Ausfüh rungsbeispiel. In der Praxis ändern sich die hier angegebenen Grössen von Fall zu Fall und' in weitgehendstem Masse.
Bei normaler Belastung. zum Beispiel 80 KW, betrage die Drehzahl der Kolben kraftmaschine 200 T/min. Die elektrische Leistung des Generators 3 (Fig. 3) geht zum grössten Teil über die Leitung 6 und 7 an das Netz und zu einem kleinen Teil über die Leitungen 8 und 9 an den Generator 10 über, der als Elektromotor geschaltet ist und sich mit dem Schwungrad 11 zusammen mit zum Beispiel 1000 T/min. dreht.
Tritt nun, zum Beispiel bei gleichzeitigem An fahren mehrerer Züge, eine Bela.stunggs.pitze in der Höhe von 400 K@@r auf, so wird der normal für 100 KW bemessene Generator :3 und die ihn antreibende Kolbenmaschine, da sie der Belastung von 400 KW nicht ge wachsen sind, an Drehzahl verlieren. Der mit der schweren Schwungmasse 11 direkt gekuppelte Generator 10, der für eine Lei stung von 300 KW bemessen ist, dreht sieh vorerst unverändert mit 1000 T/min. weiter.
Infolge des Drehzahlabfalles des Generators 3 wird nun ohne weiteres oder aber durch die Wirkung automatischer Schalter (je nachdem, welche Stromart verwendet wird) der Generator 10, der bisher als Elektro motor wirkte, als Generator umgeschaltet. so dass er nunmehr durch das. Schwungrad 11 an(retrieben wird und die zur Deckung der Belastungsspitze fehlenden 300 KW abgibt.
Infolge dieser Arbeitsabgabe an das 1\ etz sinkt zwar die Drehzahl des Schwungrades 11 allmählich. Das Schwungrad 11 ist aber derart bemessen, dass seine Drehzahl inner halb der normal vorkommenden Belastungs- spitzen, den höchstzulässigen Abfall von zum Beispiel vier Prozent nicht überschreitet. Sobald die Belastung des Netzes den Nor malbetrag von 80 KW wiederum erreicht hat-, steigt die Drehzahl des Generators 3 wiederum auf ihren normalen. Betrag.
Der bisher als Generator geschaltete Generator 10 wird nun ohne weiteres oder durch auto- inatisch wirkende Schalter wiederum als Mo tor umgeschaltet. Ein Teil :der vom Gene rator 3 gelieferten Energie wird nun dazu benützt, um die Drehzahl des Schwungrades 11, welche infolge der Belastungsspitze ui n rund vier Prozent, das heisst auf 9;6 T/min. gefallen war, wieder auf den normalen Be trag von 1000 T/min. zu erhöhen.
Sobald diese Drehzahl wieder erreicht ist, geht nur noch soviel Energie vom Generator 3 an den Generator 10 über, als nötig ist, um die Drehzahl des Schwungrades 11 und des Generators 10 auf 1000 T'/min. zu erhalten. Die dafür beanspruchte Leistung hat im wesentlichen nur die Lager- und die Luft reibungsverluste zu decken. Der Rest der Leistung des Generators 8 wird an das Lei tungsnetz abgegeben.
Nach Fig. 4 kann die zusätzliche Schwungmasse der Kraftanlage auch aus einem Schwungrad 14 bestehen, das n:it Hilfe der Zahnräder 15 und 16 mechanisch mit der Kolbenkraftmaschine gekuppelt ist. In diesem Fall muss auch der zusätzliche Generator 10 mechanisch mit der Welle der Kolbenkra.ftmaschine verbunden werden, sei es, dass er mit dem zusätzlichen Schwung rad 14 oder mit der Welle der Kolbenkraft maschine zusammengekuppelt wird. Um das Anfahren der Kolbenkraftmaschine zu er leichtern, empfiehlt es sich, das Zahnrad 15 durch eine I@upplung 17 mit der Welle des Schwungrades 14 zu verbinden.
Ausserdem ist es auch möglich, den Generator 3 und den zusätzlichen Generator 10 für die Be- la:stungsspitzen zu einem einheitlichen Ag gregat zu vereinigen.
Es kann somit ein Kraftwerk von 100 KW mittlerer Belastung, das bisher zur Deckung dier Belastungsspitzen durch eine Primärkraftmaschinenanlage von 400 KMT Höchstleistung betrieben werden musste, nach der Erfindung mit einer Primärkraft maschinenanlage von nur 100 KW Normal leistung, bezw. von 125 KW Spitzen leistung angetrieben werden.
Die gewaltige Energiemenge, die sich auf diese Weise in Schwungrädern aufspeichern lässt, kann wie folgt abgeschätzt werden: Be trägt die Drehzahl der Kolbenmaschine 200 T/min., diejenige des zusätzlichen Schwungrades 1000 T/min., und ist das Trägheitsmoment der zusätzlichen Schwung- masse 11 mit dem Generator 10 zusammen sechsmal so gross wie dasjenige des Genera- tors 3 mit dien rotierenden Teilen der Kolben kraftmaschine zusammen, so beträgt die ki netische Energie, mit andern Worten,
die Energiespeicherfähigkeit des Schwungrades 11 und des Generators 10 zusammen 6 mal 25, das heisst 150 mal soviel, als diejenige des Generators 3 und der Kurbelwelle 2 zu sammen, welche schon an sich nicht un beträchtlich ist.
Die Speicherfähigkeit der Kraftanlage kann durch Vergrösserung der Umfangs geschwindigkeit der zusätzlichen Schwung masse bis zur höchstzulässigen Grenze und durch Zusammenkuppeln mehrerer Schwung- massen in weitgehendstem Masse vergrössert werden.
Es empfiehlt sich, den primären Gene rator 3 und die unmittelbar mit ihm verbun dene Schwungmasse nur derart zu bemessen, als es für den gleichförmigen Gang der Kolbenkraftmaschine gerade nötig ist. Da- durch wird das Zusammenarbeiten bezie hungsweise das. Parallellaufen der beiden Genertoren 3 und 1.0 und das Ein spielen aufeinander nach grösseren Bela- stungswechseln, wesentlich erleichtert.
Das aus dem Generator 10 und der Schwungmasse 11 bestehende Aggregat spielt infolge seiner grösseren Energie die führende Rolle. Der Generator 3 und die Kraftmaschine müssen sich deshalb möglichst störungslos an den Generator 10 anpassen können. Das beschriebene Verfahren lässt sich mit beliebigen Stromarten, wie Gleichstrom, Wechselstrom usw. durchführen. An Stelle von Kolbenmaschinen können selbstver ständlich auch Turbinen oder sonstige Kraftmaschinen verwendet werden.
Das Anfahren und die Erregung der Generatoren im Betrieb kann nach bekannten Gesichtspunkten vor sich gehen.
Die beiden Generatoren 3 und IM werden normalerweise, wie im Ausführungsbeispiel beschrieben, elektrisch oder mechanisch mit einander gekuppelt. Grundsätzlich könnte die Kupplung aber auch auf hydraulischem oder magnetischem Wege erfolgen. Ebenso können die zusätzlichen Schwungmassen 11 hydraulische mit der Primärkraftmaschinen- anlage gekuppelt sein.