Einrichtung für das Zu- und Abschalten einer Pumpe während des Betriebes bei hydraulischen Speicherkraftanlagen mit als Motor-Generator ausgebildetem elektrischem Teil. Die Erfindung betrifft eine Einrichtung für das Zu- und Abschalten einer Pumpe während des Betriebes bei hydraulischen Speicherkraftanlagen mit als Motor-Genera tor ausgebildetem elektrischem Teil.
Bei derartigen Anlagen werden vielfach sogenannte Verbundkupplungen vorgesehen, sobald das Zu- und Abschalten von Pumpen grösserer Leistung in Betracht kommt, da Verbundkupplungen ein Ein- und Ausrücken der Pumpen auch bei voller Umdrehungszahl des Motor-Generators erlauben. Solche Ver bundkupplungen setzen sich aus einer hydraulischen Strömungskupplung, die den anzutreibenden Teil von Null auf eine der Betriebsdrehzahl beliebig nahe Drehzahl durch Strömungswirkung hinauf zu beschleu nigen hat, und einer mechanischen Kupplung zusammen. Die Strömungskupplung ist wäh rend des eigentlichen Betriebes jeweils auszu schalten, was am einfachsten durch Entleeren derselben erreichbar ist.
Ist die mechanische Kupplung der Ver bundkupplung beispielsweise als Klauen kupplung ausgebildet, welche Art von me chanischer Kupplung Gewähr für die zuver lässigste Verriegelung bietet, so darf diese Klauenkupplung erst ein- oder ausgerückt werden, nachdem die hydraulische Strö mungskupplung in der Lage ist, bei Synchro nismus der Umdrehungszahl beider Ma schinen eine Leistung aufzubringen, die der Leerlaufarbeit der gefüllten Pumpe ent spricht. Zum.
Zwecke einer solchen Leistungs erzeugung wird die Strömungsktip-plung mit einem mit der Antriebsmaschine, also dem Motor-Generator, .gekuppelten Pumpenrad und einem .mit der anzutreibenden Maschine, also der Pumpe, ge#kuppelten Turbinenrad ausgestattet, wobei das Pumpenrad eine Flüssigkeit veranlasst, ,durch dasselbe und .das Turbinenrad zu kreisen.
Die 'Räder solcher Strömungskupplungen erhalten bei grösseren lSpeicherkraftanlagen gewaltige Abmessungen, denn beträgt die Arbeitsaufnahme der Pumpe zum Beispiel 30000 PS, so erfordert deren Leerlaufarbeit im gefüllten Zustand etwa 10000 PS. Nimmt man an, dass der kombinierte Wirkungsgrad des Turbinen- und Pumpenrades der Ver bundkupplung etwa 65% beträgt, so ist dann an der Welle der Pumpen-Antriebsmaschine eine Arbeitsleistung von etwa 15000 PS auf zubringen.
Tritt während des Pumpenbetriebes der Fall ein, dass aus irgend einem Grunde die Stromlieferung des Netzes, an dem die An triebsmaschine der Pumpe läuft, zurückgeht, so muss für eine Entlastung dadurch gesorgt. werden, dass die Pumpe bis zur Mindestlei stung herunterreguliert wird. Diese Mindest leistung beträgt im erwähnten Beispiel 10000 PS. Um eine vollständige Entlastung der Antriebsmaschine zu erreichen, ist die Pumpe abzuschalten. Hierzu muss die hydrau lische Kupplung wieder in Tätigkeit gesetzt werden, da das Abschalten der Pumpe erst erfolgen kann, nachdem das Drehmoment zwischen Pumpen- und Antriebsseite der Kupplung gleich gross geworden ist, das heisst mit andern Worten, es müssen im Augenblick des Abschaltens an der Welle der Antriebs maschine etwa 15000 PS abgegeben werden.
Das ist in bezug auf das Netz ein recht un günstiges Erfordernis, weil, nachdem bereits eine Entlastung auf 10000 PS erfolgt ist, nochmals eine Leistungsteigerung um 5000 PS eintritt, die unter Umständen ein Heraus fallen der Antriebsmaschine zur Folge haben kann.
Der eben besprochene Nachteil wird be hoben, wenn bei einer Einrichtung, die für das Zu- und Abschalten einer Pumpe während des Betriebes bei Anlagen der eingangs er wähnten Art dient und welche eine ein- und ausrückbare mechanische Kupplung zwi schen Pumpen-Antriebsmaschine und Pumpe aufweist, gemäss vorliegender Erfindung in Verbindung mit der Pumpenwelle eine Hilfs turbine vorgesehen wird, die mit Druckwasser der Speicheranlage betrieben wird und welche mindestens die nötige Leistung aufbringen kann, um die jeweils erforderliche Leerlauf arbeit der Pumpe überwinden zu können. Diese Hilfsturbine bezieht dann die Energie aus der Druckleitung der (Speicheranlage und vermeidet daher jegliche zusätzliche Be lastung der Pumpen-Antriebsmaschine wäh rend des Abkuppelns der Pumpe.
Vom Augenblicke an, wo die Hilfsturbine einge schaltet wird, ist sie imstande, die jeweils zu überwindende gesamte Leerlaufarbeit der Pumpe zu leisten, so dass das Aufbringen die ser Leerlaufarbeit dem Motor-Generator ab genommen wird und letzterer infolgedessen während des Abschaltens der Pumpe nicht aus dem Tritt fallen wird. Beim Ausfallen des Stromes kann die Hilfsturbine sogar in die Lage -kommen. Energie an den Motor- Generator abzugeben,
so dass ein Abfallen der Drehzahl bezw. das Rückwärtslaufen der Pumpe und -das Arbeiten derselben als Tur bine verhindert werden kann.
Der Wirkungsgrad -der Hilfsturbine, das heisst der Wasserverbrauch beim Anlassen des Maschinensatzes, ist wegen der geringen Dauer .der Benutzung für die Wirtschaftlich- keit der Speicheranlage von untergeordneter Bedeutung. Somit kann die Hilfsturbine mit festem Leitapparat versehen werden, und sie braucht nur so gross bemessen zu werden, da.ss sie lediglich in der Lage ist, die erforderliche Leerlaufarbeit zu erzeugen.
Auf der beiliegenden Zeichnung ist eine Ausführung der Erfindung beispielsweise veranschaulicht, und zwar zeigt die Abbil dung teilweise in :Seitenansicht und teilweise im Schnitt eine einen Teil der als Motorgenerator ausgebildeten An triebsmaschine dieser Pumpe, sowie eine zwi schen diesen Maschinen angeordnete Einrich tung zum Zu- und Abschalten der Pumpe während des Betriebes.
1 bezeichnet den als Motor-Generator aus gebildeten elektrischen Teil der hy.drau- lischen Speicherkraftanlage, deren zur Kraft abgabe dienende Hauptturbine der Einfach heit halber nicht dargestellt ist. 2 ist eine Speicherpumpe mit doppelseitigem Zulauf; die beiden Saugrohre dieser Pumpe sind mit 3 und 4 und deren Druckleitung ist mit 5 be zeichnet. Ein Schieber 6 beherrscht die Ver bindung zwischen Pumpe 2 und Druckleitung 5, welche mit einem nicht gezeigten Speicher becken in Verbindung steht. 13 bezeichnet eine ausrückbare mechanische Kupplung, welche die Welle des Motor-Generators 1 mit der Welle der Pumpe 2 zu kuppeln gestattet.
Mit der pumpenseitigen Hälfte dieser Kupp lung 13 ist das Laufrad einer Hilfsturbine 7 fest verbunden, die als Freistrahlturbine aus gebildet ist. Das Einlaufrohr 8 der Hilfstur bine 7 ist über einen einstellbaren Schieber 9 an die Druckleitung 5 angeschlossen. 14 be zeichnet das Ablaufrohr der Hilfsturbine 7, die also mit Druckwasser der Speicheranlage betrieben werden kann und so bemessen ist, dass sie die nötige Leistung aufbringen kann, um die Leerlaufarbeit der Pumpe überwinden zu können. 12 ist ein zum Ein- und Aus rücken der mechanischen Kupplung 13 die nender Servomotor. Um erforderlichenfalls das Wasser aus dem Gehäuse der Hilfsturbine 7 mit Druckluft pressen zu können, ist eine Druckluftleitung 16 an das Gehäuseinnere angeschlossen.
Ferner ist eine Entleerungslei tung 17 vorgesehen, durch die allfällig zu zuführendes Spritzwasser und sonstiges im Turbinengehäuse sich ansammelndes Wasser in den nicht gezeigten Sickerwasserkanal ab geleitet werden kann. Zur Erhöhung der Be triebssicherheit ist in das Ablaufrohr 14 noch ein Absperrschieber 15 eingebaut, der nach Abschluss der Düse für den Freistrahl ge schlossen wird, um ein Ansteigen des Was sers im Gehäuse der Hilfsturbine 7 zu ver hindern, falls der Unterwasserspiegel so hoch ansteigen kann, dass das Turbinenrad Gefahr läuft, vom Wasser berührt zu werden.
Bei stillstehender Pumpe 2 sind die Schie- ber 6 und 9 geschlossen und die mechanische Kupplung 13 ist ausgerückt. Ist nun mög lichst rasch, das heisst ohne Stillsetzen des Motorgenerators 1, vom Kraftbetrieb auf den Pumpenbetrieb überzugehen, so wird vorerst die nicht gezeigte Düsennadel der Hilfstur bine 7 in die Lage gebracht, in welcher sie eine Beaufschlagung des Laufrades der Hilfsturbine 7 gestattet. Bei noch abgesperrt bleibendem Schieber 6 wird hierauf der Schieber 9 geöffnet, so dass dann Druck wasser aus dem Speicherbecken der Hilfstur bine 7 zuströmen kann, die nun anfängt Lei stung abzugeben. Diese Hilfsturbine 7 ist, wie erwähnt, so bemessen, dass sie die ge samte Schaltleistung, das heisst die Leerlauf arbeit selbst der gefüllten Pumpe 2, auf bringen kann.
Erreicht der aus Hilfsturbine 7 und Pumpe 2 bestehende Maschinensatz die normale Drehzahl des Motorgenerators 1, das heisst der Antriebsmaschine für die einzu schaltende Pumpe 2, so wird die mechanische Kupplung 13 eingerückt und hierauf der Schieber 9 geschlossen, sowie die Düsennadel der Freistrahlturbine 7 in die Schliesslage gebracht. Sobald der Schieber 6 geöffnet ist, kann die Förderung der Pumpe 2 beginnen. Mit Hilfe der Leitung -17 ist jetzt für eine Entleerung des Gehäuses der von der Pumpe 2 mitgenommenen Hilfsturbine 7 zu sorgen, damit ihr Laufrad nur in Luft zu laufen braucht.
Die Hilfsturbine 7 kann als Sicherheits einrichtung ,verwendet werden, um ein Durch gehen der Pumpe 2 bezw. ein Umkehren ihrer Drehrichtung zu verhindern, wenn,dafür ge sorgt wird:, dass bei unzulässiger Verminde rung der Pumpendrehzahl oder beim Aus fallen des :Stromes der Absperrschieber 9, welcher den Zutritt des Druckwassers zur Hilfsturbine 7 beherrscht, und die Düsen nadel selibsttätig .geöffnet werden.
Die Gegenstand der Erfindung bildende Einrichtung ermöglicht den weiteren .grossen Vorteil zu .erreichen, dass eine aus S;peieher- turbine, .Motorgenerator und ;Speicherpumpe bestehende Gruppe nicht brachzuliegen braucht, wenn die Speicherturbine in Repa ratur sich befindet, da die Speicherpumpe bereits mit Hilfe der Hilfsturbine 7, also ohne Inanspruchnahme der Speicherturbine, auf ,die B;etriebs,drehzahl -des Motorgenerators gebracht werden kann.
Währen.dbeim Vorsehen einer Verbund kupplung mit hydraulischer,Strömungskupp- lung das Pumpenrad der letzteren beim Tur- binenhetrieb ständig leer mitläuft und daher dauernde Reibungsverluste bedingt, fallen diese Verluste bei Anwendung des Erfin dungsgegenstandes ganz weg, weil beim Tur binenbetrieb das Laufrad der Hilfsturbine überhaupt nicht mitläuft.
Anstatt des dargestellten Freistrahllauf rades kann für die Hilfsturbine auch ein Überdrucklaufrad in Frage kommen. Als ausrückbare mechanische Kupplung kann zum Beispiel eine Reibungs- oder Klauen kupplung vorgesehen werden. Gewünschten falls können die mechanische Kupplung und das Laufrad der Hilfsturbine auch räumlich getrennt angeordnet werden, indem letzteres an irgend einer Stelle der Pumpenwelle an gebracht werden kann.