CH427699A - Pumpspeicheraggregat mit einer Pumpenturbine, deren Läufer bei Pump-bzw. Turbinenbetrieb entgegengesetzte Drehrichtung hat - Google Patents

Description

      Pumpspeicheraggregat    mit einer Pumpenturbine, deren Läufer bei Pump- bzw.     Turbinenbetrieb     entgegengesetzte Drehrichtung hat    Die Erfindung betrifft ein Turbinenaggregat mit  einer Pumpenturbine, deren Läufer bei Pump- bzw.

    Turbinenbetrieb entgegengesetzte Drehrichtung hat, und  einem Motor/Generator, dessen     Induktor    mittels     eines     zwischengeschalteten Wendegetriebes Drehzahl und  Drehrichtung dauernd beibehält, dadurch gekennzeich  net, dass der Läufer der immer     gefüllten    Pumpenturbine  mit dem Induktor des     Motor/Generators    über zwei     be-          triebsschaltbare    hydraulische Kupplungen, von denen  die eine     Drehrichtungsumkehr    bewirkt,

       und    über je ein  mit der     jeweils        eingeschalteten    Kupplung in Serie lie  gendes Planetengetriebe mit unterschiedlichem     überset-          zungsverhältnis    im     Sinne        kraftschlüssiger    hydraulischer       Momentenübertragung    verbunden ist.  



  Pumpenturbinen     grösserer    Leistungen mit nur einem  Laufrad für     Fall-    bzw. Druckhöhe über etwa 25 m sind  bisher nur solche bekannt geworden, bei denen die  Drehrichtung beim     übergang    von Turbinen- auf Pum  penbetrieb, oder umgekehrt, geändert werden muss.  



  Wird bei beiden     Betriebsarten    nur mit ein und der  selben     Synchrondrehzahl    des     Motor/Generators    gefahren,  müssen Abstriche der hydraulischen Wirkungsgrade in  Kauf genommen werden. Wenn die     Pumpenturbine     direkt starr mit dem Motor/Generator gekuppelt wird, so  erschwert das sehr hohe Schwungmoment des     Motor/-          Generators    das Hochfahren und Abbremsen     seines        In-          duktors    bei wesentlicher Erhöhung der Umschaltzeiten.  



  Die bisherigen mechanischen und elektrischen  Bremsverfahren erfordern, neben anderen Nachteilen,  zu lange Auslaufzeiten bis zum Stillstand.  



  Die bisher bekannt gewordenen     Pumpspeicheraggre-          gate    machen     beim    Hochfahren das     Entleeren    der Pum  penturbine bis zur Synchronisation erforderlich, weil  sonst die     Anfahrleistung    zu gross wird. Das Entleeren  und     Wiederfüllen    der Pumpenturbine hat einrichtungs  mässige und insbesondere betriebliche Erschwerungen  zur Folge, die überdies verlängerte     Umschaltzeiten    be  dingen.  



  Die     Erfindung    ermöglicht es, einen Motor/Generator  mit gleichbleibender Drehzahl und Drehrichtung mit    einer Pumpenturbine so zu kuppeln, dass mit der Kupp  lungseinrichtung die Drehzahl und Drehrichtung der  Pumpenturbine zwischen Pump- und Turbinenbetrieb  geändert und das Bremsen aus dem Turbinenbetrieb       durchgeführt    werden können.  



  Die     Erfindung    soll nachstehend an einem Ausfüh  rungsbeispiel näher erläutert werden.  



  Eine     Maschine    1     als    Motor/Generator ist über ein  koaxiales,     hydraulisch        betriebsschaltbares    Getriebe 2  mit einer Pumpenturbine 3 gekuppelt. Der     Motor/Gene-          rator        ist    eine für Wasserkraftwerke nach Leistung und       Wechselstromdrehzahl    standardisierte Synchronma  schine, die ständig nur in .einer Drehrichtung läuft.

   Die  Pumpenturbine stellt eine     2-flutige    Ausführung dar,  deren Drehzahlen für den Pump- und Turbinenbetrieb  bezüglich des jeweiligen optimalen Wirkungsgrades bei  entgegengesetzter Drehrichtung verschieden     sind.     



  Das Getriebe besteht aus einem mechanischen     2-tei-          ligen    Planetenteil und einem hydraulischen,     3-teiligen     Kupplungsteil. Die beiden Planetengetriebe 4 und 5 sind  nur     konstruktiv    ineinander gebaut, bezüglich der       Momentenübertragung    aber mechanisch unabhängig  voneinander. Beim Planetengetriebe 4 ist der Steg als       Planetenradträger    ruhend und links im Getriebegehäuse  festgesetzt. Beim Planetengetriebe 5 ist das äussere Son  nenrad ruhend     und    am Steg des Planetengetriebes 4  festgesetzt.

   Die     Ritzel    der beiden Planetengetriebe 4 und  5 sind untereinander und mit der Welle der Maschine 1  fest gekuppelt.  



  Mit der Welle des     Pumpenturbinenläufers    ist     eine          2-seitig    ausgebildete hydraulische     Kupplungshälfte    6 fest  verbunden und auf deren     Wellenstumpf        fliegend    ange  ordnet. Auf beiden Seiten dieser     Kupplungshälfte    6 sind  je eine Kupplungshälfte 7     und    8 angeordnet, die auf dem  Wellenstumpf drehbar sind.

   Die     Kupplungshälfte    8 ist  mit dem äusseren Sonnenrad des Planetengetriebes 4,  die     Kupplungshälfte    7 mit dem Steg als     Planetenradträ-          ger    des     Planetengetriebes    5 fest verbunden. Das äussere  Sonnenrad des Planetengetriebes 5 ist ruhend und mit  dem     feststehenden    Steg des Planetengetriebes fest ver-      Bunden.  Unabhängig von der gleichbleibenden Turbodreh  zahl und Drehrichtung des     Motor/Generators    sind die  Drehzahlen der Pumpenturbine für Pump- bzw.

   Turbi  nengetriebe zu     wählen.    Da die beiden Drehzahlüberset  zungen auf die gleiche     Achsrichtung        zwischen    Motor/  Generator und Pumpenturbine     zurückgeführt    werden  muss,     muss    eine koaxiale Anordnung in Form von Pla  netengetrieben gewählt werden, in d     enen    die Drehrich  tung einmal durch feststehendes Sonnenrad,     andermal     durch feststehenden Steg als Planetenträger verschieden  gestaltet werden kann. Die untereinander verbundenen       Ritzel    der beiden Getriebe sind fest mit dem Induktor  des     Motor/Generators    verbunden.

   Mit dem sich drehen  den     Sonnenrad    des ersten Getriebes und dem Steg als  Planetenträger des zweiten Getriebes ist je     eine        Hälfte     zweier     hydraulischer    Kupplungen fest verbunden. Diese  beiden     Hälften    haben eine     gemeinsame,    zweiseitige       hydraulische    Kupplungshälfte, die fest mit dem Läufer  der Pumpenturbine verbunden ist.  



  Die Massen der     Kupplungshälften        können    zwecks  Erhöhung des     Induktor-Schwungmomentes    beliebig     ver-          grössert    werden. Je nach dem     Füllungszustand    der  hydraulischen Kupplungen können über     Handbedienung     bzw. Automatik sämtliche     Anfahr-,    Betriebs- und  Bremsbedingungen nach nachstehendem Ausführungs  beispiel erfüllt werden.

   Das hydraulische     Füllmittel    der  beiden Kupplungen arbeitet ohne Mengenverlust im  Kreislauf, aus welchem die     Schlupfverlustwärme    genau  wie bei den beiden Getriebestufen,     zwecks    thermischer  Weiterverwendung zu Heizungszwecken u. ä. zurückge  wonnen werden kann.  



  Die technischen und ökonomischen Auswirkungen  sind in folgender Weise zu     beurteilen:     Es können die gleichen Umschaltzeiten bei Verwen  dung von Pumpenturbinen erreicht werden wie bei der  klassischen Anordnung mit getrennter Pumpe und Tur  bine. Es geht kein Betriebswasser bei den Umschaltun  gen verloren.  



  Kompressoren für     Ausblaseluft    und Druckhaltung  werden nicht benötigt.  



  Bei     Kurzschluss    im Motor/Generator reisst die  hydraulische Kupplung ab.  



  Es     enthält    eine besondere     Anwerfvorrichtung    für den       Pumpbetrieb    der gefüllten     Pumpturbine.    Die hydrauli  schen Bremsvorgänge sind betrieblich einwandfrei,  schnell und sicher. Die Verwendung von standardisier  ten Motor/Generatoren mit Turbodrehzahlen wird  vereinfacht, indem dieselben selten hochgefahren und  nicht für verschiedene Drehrichtungen bzw. Drehzahlen  gebaut werden müssen. Die     hydraulischen    Wirkungs  grade der     Pumpenturbine    sowohl im Pump-, als auch  Turbinenbetrieb sind etwa so hoch wie bei der klassi  schen Anordnung.  



  Es kann     Phasenschieberbetrieb    durchgeführt wer  den, ohne dass die Pumpenturbine     ausgeblasen    werden  muss. Der hierbei     stillstehende    Läufer der Pumpentur  bine wird betrieblich geschont und braucht nicht zusätz  lich gekühlt zu werden.

   Dadurch,     dass    die Pumpentur  bine zum     Pumpbetrieb    mit der hydraulischen Kupplung  gefüllt hochgefahren werden kann, vollzieht sich der Be  triebsübergang bis zu Förderung erschütterungsfreier,  sicherer und schneller als bei allen bisherigen Verfah  ren, wobei die hydraulische Kupplung überdies     stoss-          und        schwingungsdämpfend    wirkt, was auch     für    den lau  fenden Betrieb zutrifft.  



  Die     Gesamtanlage        wird    bezüglich     Übersichtlichkeit,            Handbedienung    und Automatik vereinfacht, wodurch  sich die Betriebssicherheit und der Bedienungsfaktor  verbessern. Die Anlagekosten werden etwa die gleichen  sein wie bei starr gekuppelter Pumpenturbine mit den  erforderlichen Nebenanlagen.  



  Die Verringerung des     Induktorgewichtes    durch An  wendung von Turbodrehzahlen ermöglicht die Verklei  nerung der     Hubkräfte    der     Maschinenhauskräne    und       ihrer    Abmessungen.  



  Die     mit    Hilfe -dieser     Getriebe-Kupplungsanordnung     durchführbaren Betriebsschaltungen haben zur Voraus  setzung,     dass    einerseits der Induktor der Maschine 1       stets    ununterbrochen in ein und derselben Drehrichtung  netzsynchron läuft und andererseits die Pumpenturbine  immer     mit    Wasser gefüllt bleibt.  



  1.     B;        triebsart:    Anfahren der Maschine 1 zum syn  chronen Leerlauf und     Phasenschieberbetrieb.    Kupplung  6-8 ist ohne     Ölfüllung    und belüftet, Kupplung 6-7 ist  mit Öl     gefüllt.    Pumpenturbine 3 wird hydraulisch im       Leerlauf-Turbinenbetrieb    hochgefahren, bis der Induk  tor der Maschine 1 die Synchrondrehzahl erreicht hat.       Anschliessend    wird Maschine 1 im     Leerlauf-Generator-          betrieb    mit dem Netz elektrisch     synchronisiert.     



  Wird anschliessend Kupplung 6-7 entleert, so läuft  Maschine 1 im     Phasenschieberbetrieb,    wobei der     Pum-          penturbinenläufer    zum Stehen     kommt.     



  z. Betriebsart: Turbinenbetrieb aus Phasenschieber  betrieb. Kupplung 6-7     wird    gefüllt, wobei der Pumpen  turbinenläufer bis zur vollen Leistung im     Generatorbe-          trieb    in gleicher Drehrichtung hochgefahren wird.  



  3. Betriebsart: Pumpenbetrieb aus     Phasenschieber-          betrieb.    Kupplung 6-8 wird gefüllt, wobei der Pumpen  turbinenläufer in umgekehrter Drehrichtung zum Induk  tor unter steigender Lastaufnahme im Motorbetrieb bis       zum    vollen     manometrischen        Pumpen-Druck    hochgefah  ren wird.  



  4.     Betriebsaxt:    Turbinenbetrieb aus Pumpenbetrieb.  Gleichzeitig werden Kupplung 6-8 entleert und Kupp  lung 6-7 gefüllt. Hierbei tritt hydraulische Bremsung  des     Pumpenturbinenläufers    bis zu dessen Stillstand     in     der Kupplung 6-7 auf. Hierauf wird derselbe sofort in  entgegengesetzter Drehrichtung mit steigender Lastauf  nahme im     Generatorbetrieb    hochgefahren.  



  5. Betriebsart:     Pumpbetrieb    aus Turbinenbetrieb.  Gleichzeitig werden Kupplung 6-7 entleert und Kupp  lung 6-8     gefüllt.    Hierbei tritt hydraulische Bremsung  des     Pumpenturbinenläufers    in der Kupplung 6-8 bis zu  dessen Stillstand auf. Hierauf erfolgt sofortiges Hoch  fahren desselben in umgekehrter Drehrichtung zum In  duktor unter steigender Lastaufnahme im Motorbetrieb  bis zum vollen     manometrischen        Pumpen-Druck.     



  6.     Betriebsart:    Phasenschieber aus Turbinenbetrieb.  Kupplung 6-7 wird entleert und belüftet.     Pumpenturbi-          nenläufer    kommt zum Stillstand.  



  7. Betriebsart:     Phasenschieberbetrieb    aus     Pumpbe-          trieb.    Kupplung 6-8 wird entleert und belüftet.     Pum-          penturbinenläufer    kommt zum     Stillstand.     



  Aus Gründen oder Übersichtlichkeit sind die normal  notwendigen hydraulischen und elektrischen Schaltvor  gänge an der     Pumpturbine    3 und Maschine 1 weggelas  sen worden. Praktisch werden sie über Automatik paral  lel zu den     vorbeschriebenen    Schaltvorgängen durchge  führt.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH I Pumpspeicheraggregat mit einer Pumpenturbine, deren Läufer bei Pump- bzw. Turbinenbetrieb entgegen- gesetzte Drehrichtung hat, und einem Motor/Generator, dessen Induktor mittels eines zwischengeschalteten Wendegetriebes Drehzahl und Drehrichtung dauernd beibehält, dadurch gekennzeichnet, dass der Läufer der immer gefüllten Pumpenturbine mit dem Induktor des Motor/Generators über zwei betriebsschaltbare hydrau lische Kupplungen, von denen die eine Drehrichtungs- umkehr bewirkt,

   und über je ein mit der jeweils einge schalteten Kupplung in Serie liegendes Planetengetriebe mit unterschiedlichem übersetzungsverhältnis im Sinne kraftschlüssiger hydraulischer Momentenübertragung verbunden ist.

   PATENTANSPRUCH II Verfahren zum Betrieb des Pumpspeicheraggregates nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei hydraulischen Kupplungen beim Umschalten des Läufers der Pumpenturbine von der einen auf die andere Drehrichtung wechselseitig gleichzeitig gefüllt bzw. entleert werden, so dass der Läufer der Pumpen turbine infolge auftretender hydraulischer Verwirbe- lungsbremsung der zu füllenden und Belüftung der zu entleerenden Kupplung zum Stehen kommt.