CH432421A - Verfahren zum Betrieb einer Strömungsmaschine und Strömungsmaschine zum Durchführen des Verfahrens - Google Patents

Description

  Verfahren zum Betrieb einer Strömungsmaschine und Strömungsmaschine  zum     Durchführen    des Verfahrens    Bei Strömungsmaschinen mit     verschwenkbaren        Leit-          schaufeln    ohne     überdeckung    ist es bereits bekannt,  letztere von positiven Öffnungswinkeln auf negative  Öffnungswinkel     durchzuschwenken    (als Öffnungswinkel  werden hierbei die spitzen Winkel zwischen der ge  schlossenen und den jeweils offenen     Leitschaufelstel-          lungen    bezeichnet), um eine     Drehrichtungsumkehr    des  Laufrades zu erzielen.

   Dieses Verfahren konnte sich  aber für ein ohne Unterbrechen der Strömung erfolgen  des Umsteuern von     flüssigkeitsbeaufschlagten    Maschinen  der genannten Art, beispielsweise an Wasserturbinen,  bislang nicht durchsetzen, da sich infolge der grossen  Änderung der Strömungsrichtungen während des Um  steuervorganges und der damit verbundenen unstabilen       Strömungsverhältnisse    starke Erschütterungen und Ge  räusche einstellten.  



  Erfindungsgemäss wird nun für derart umsteuerbare  Strömungsmaschinen für Flüssigkeiten ein Betriebsver  fahren vorgeschlagen, bei dem während des Durch  schwenkvorganges der     Leitschaufeln    von     positiven        öff-          nungswinkeln    auf negative Öffnungswinkel und/oder  umgekehrt der in Strömungsrichtung vor dem Laufrad  befindlichen Strömung Luft zugeführt wird. Zweck  mässigerweise erfolgt dieses     Luftzuführen    entweder durch  mehrere oder alle Leitschaufeln oder in ein     stromauf-          wärts    der Leitschaufeln vorgesehenes     Spiralgehäuse    oder  aber durch den Gehäusedeckel, z.

   B. durch den Turbi  nendeckel einer Wasserturbine.  



  Diese nur     während    des     Umsteuervorganges    erfol  gende Luftzufuhr mindert wegen des zeitlich nur sehr ge  ringen     Umfanges    den     Gesamtwirkungsgrad    der flüssig  keitsbeaufschlagten Strömungsmaschine nicht, macht  aber ein ohne Strömungsunterbrechung erfolgendes Um  steuern durch     Leitschaufel-Verschwenken,    insbesondere  bei Wasserturbinen, erst praktisch brauchbar, indem  die sonst auftretenden Erschütterungen     undi    Geräusche  weitgehend vermieden werden.

      Besonders vorteilhaft eignet sich dieses Verfahren  zum Betrieb von umkehrbaren Pumpenturbinen, da hier  bei beim Übergang von Turbinen- auf Pumpenbetrieb  das Laufrad auf eine entgegengesetzte Drehrichtung  gebracht werden muss. Bei einer solchen Pumpenturbine  kann für das Umschalten von Turbinen- auf Pumpen  betrieb zuerst durch     Durchschwenken    der Leitschaufeln  von     Vorwärts-Turbinenbetrieb    auf     Rückwärts-Turbi-          nenbetrieb    umgesteuert und anschliessend die Lauf  raddrehzahl durch Fremdantrieb auf die     Pumpen-Nenn-          drehzahl    erhöht werden.

   Infolge des     Durchschwenkens     der Leitschaufeln auf negative Öffnungswinkel bremst  sich das Turbinenlaufrad in der     Vorwärtsdrehrichtung     schnell selbst ab und beschleunigt sich sofort in der  entgegengesetzten Drehrichtung, so     dass    der Fremdan  trieb lediglich die verhältnismässig     geringe    Drehzahl  differenz zwischen der durch die Turbine selbst erreich  baren höchsten Rückwärts-Drehzahl und der     Pumpen-          Nenndrehzahl    zu überbrücken braucht.

   Bisher erfolgte  dieses Umschalten umständlicher und zeitraubender,  derart, dass zuerst die Turbine im     Vorwärtsbetrieb    durch  eine gesonderte Bremse bis auf Null abgebremst und  hierauf durch den Fremdantrieb (Elektromotor oder  besondere     Anwurfturbine)    von     Null    bis auf die Pumpen  drehzahl hochgefahren werden musste.  



  Die zum Durchführen der vorgenannten Verfahren  dienende Strömungsmaschine mit     überdeckungslosen     und von einem     Verstellbereich    mit positiven Schaufel  öffnungswinkeln auf negative Öffnungswinkel durch  schwenkbaren Leitschaufeln, wird     zweckmässigerweise     so ausgebildet, dass der stromaufwärts des Laufrades  befindliche Strömungskanal eine Luftzuführung mit Ab  sperrorgan aufweist und dass letzteres mit der Verstell  einrichtung für die Leitschaufeln derart in Steuerver  bindung steht, dass das Absperrorgan bei den dem       übergangsbereich    zwischen den positiven und negativen       Öffnungswinkeln    entsprechenden     Leitschaufelstellungen         geöffnet ist.

   Auf diese Weise werden Fehlschaltungen  vermieden und das Bedienungspersonal in seiner Auf  merksamkeit entlastet.  



  Das Zuführen von Luft in die Strömung einer  Wasserturbine im Bereich hinter dem Laufrad oder an  den Leitschaufeln ist wohl an sich schon bekannt,  jedoch zu einem anderen Zwecke, nämlich, um die im  normalen Dauerbetrieb bei Teil- oder Überlast im Sau  rohr entstehenden     Druckschwankungen    zu dämpfen so  wie eine rotationsbehaftete     Laufrad-Abströmung    zu ver  meiden oder zu     mindern.    Auch der Ort dieser Stör  quellen ist ein anderer wie beim Gegenstand der Er  findung, denn die     erfindungsgemässen        Massnahmen    sollen  insbesondere im Bereich der     Leit-    und     Laufradbe-          schaufelungen    wirksam sein.

   Des weiteren     darf    bei den  bekannten     Ausführungen    die Luftzufuhr nur gering  sein, damit der Wirkungsgrad der Turbine nicht allzu  sehr verschlechtert wird.     Gemäss    der     Erfindung    ist  dagegen eine weit stärkere Dosierung der Luftzufuhr  zulässig, da diese nur     während    eines kurzen     übergangs-          betriebes    erfolgt.  



  Bei einer anderen     vorbekannten    Turbinenausfüh  rung wird ebenfalls     dauernd:    Luft in die Wasserströmung  eingeführt, und     zwar        zum    Zweck einer Belüftung des       Flusswassers    und der Beschleunigung der biologischen  Wasserreinigung. Diese Art der Luftzufuhr hat offen  sichtlich überhaupt keinen Zusammenhang mit der  vorliegenden Erfindung.  



  Nachstehend wird die Erfindung anhand der Zeich  nung an dem Ausführungsbeispiel einer     Pumpenturbine     erläutert. Hierbei zeigen:       Fig.    1 einen Vertikalschnitt durch eine vertikal  achsige     Pumpenturbine    und       Fig.    2 einen etwa horizontalen Schnitt durch die       Schaufelungen.     



  Das Laufrad 1 der in der Drehrichtung umkehrbaren  Pumpenturbine weist im wesentlichen radial durch  strömte     Laufradschaufeln    2 auf und treibt bei norma  lem Turbinenbetrieb - also bei     Vorwärts-Drehrichtung     über die Welle 3 den elektrischen Generator 4 an.  Die Leitschaufeln 5 sind mit     Hilfe    der verlängerten       Schaufelzapfen    6 und der     Schaufelhebel    7     verschwenk-          bar.    Diese Hebel 7 sind über eine Stange 8     und    den  Hebel 9 mit einem Absperrorgan 10     (hier    als Dreh  schieber ausgebildet) bewegungsabhängig gekuppelt.

   Der  Drehschieber 10 steuert die Luftzufuhr von dem stets  mit Druckluft gefüllten     Windkessel    11 über die Lei  tungsteile 12a und 12b in das     Spiralgehäuse    13 der  Pumpenturbine. Abweichend davon könnte die Luft  zufuhr in die Wasserströmung auch über die Leitungen  12a,     12b    und 14 an einer Stelle des Turbinendeckels 15  oder über die Leitungen 12a und 16 an den     Leit-          schaufeln    5     erfolgen.     



  Der Horizontalschnitt nach     Fig.    2 zeigt ausser den       Laufradschaufeln    2 und den     verschwenkbaren        Leit-          schaufeln    5 noch die letzteren benachbarten ortsfesten       Stützschaufeln    (Traversen) 17.

   Bei normalem Turbi  nenbetrieb und     gemäss    Pfeil 21 in     Vorwärtsdrehrichtung     rotierendem Laufrad     strömt    das Wasser in Richtung  des Pfeiles 18 zu, ferner werden dann alle Leitschaufeln  5 innerhalb des Bereiches 19 bis 20 mit positiven     öff-          nungswinkeln    + a um etwa 20-25      verschwenkbar    (ge  zeichnete Stellung), und zwar entsprechend der     ge-          wünschten        Wasserdurchflussmenge.     



  Um auf Pumpenbetrieb überzugehen, werden die       Leitschaufeln    5 über die geschlossene     Stellung    5" hinaus    in die strichpunktiert gezeichnete Stellung 5' mit nega  tivem Öffnungswinkel - a     verschwenkt    (Winkeleinstel  lung 22), so dass infolge der sich ändernden Strömungs  verhältnisse die     Laufradschaufeln    2 und das Laufrad 1  zuerst bis auf Null abgebremst und anschliessend in der  entgegengesetzten Richtung 23 beschleunigt werden.

    Bei diesem Umsteuern treten im Bereich der     Leit     und     Laufradschaufelungen    5 bzw. 2 sehr starke Strö  mungsänderungen, und als Folge davon,     unstabile        Strö-          mungsverhältnisse,    Erschütterungen und Geräusche auf,  die bisher unter Umständen ein derartiges Umsteuern       unmöglich    machten. Durch die während dieser Zeit  durch die Leitungen 12a, 12b bzw. 12a, 12b, 14 oder  12a, 16 in die Strömung eingeführte Luft werden diese  Schwierigkeiten vermieden.  



  Sobald das Laufrad 1 etwa die höchste Rückwärts  drehzahl (in Drehrichtung 23) im Eigenbetrieb erreicht  hat - diese Drehzahl liegt in der Regel bei etwa 80  der     Pumpennenndrehzahl    und darüber je nach Pumpen  typ - wird auf Fremdantrieb umgeschaltet und das       Laufrad    1 bis auf die     Pumpennenndrehzahl    hochge  fahren. Ausserdem werden nunmehr die     Leitschaufeln     wieder in die Arbeitsstellung 5 zurückgeschwenkt, in  der sie bei dem nun folgenden Pumpenbetrieb mit  einer Flüssigkeitsströmung gemäss Pfeil 24 verbleiben.

    Nach diesem Umsteuern wird die Luftzufuhr durch  die Leitungen 12, 12b, 14 und 16 wieder abgesperrt,  da sie während des normalen Pumpen- und     Turbinen-          betriebes    nicht erforderlich ist und     während    dieser Be  triebszeit den Wirkungsgrad der Anlage verschlechtern  würde.

   Um hiervon abweichende wirkungsmindernde  Fehlschaltungen in der Luftzuführung sicher zu ver  hindern, sind die Hebel 7 der     Leitschaufel-Verstellein-          richtung        derart    über die Stange 8 mit dem Hebel 9  am Drehschieber 10 gekuppelt, dass die Luftleitungen  12a, 12b, 14 und 16 bei den     Leitschaufelstellungen     im Winkelbereich zwischen 19 und 20 geschlossen sind  (dies entspricht dem normalen     Turbinen-Vorwärtsbe-          trieb    und dem normalen Pumpenbetrieb)

   und in dem       Leitschaufel-Verstellbereich    zwischen 20 bis 22 - der  dem     Umsteuervorgang    von     Vorwärts-    auf     Rückwärts-          Turbinenbetrieb    und von diesem auf Pumpenbetrieb ent  spricht - geöffnet ist.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCHI Verfahren zum Betrieb einer Strömungsmaschine für Flüssigkeiten, insbesondere einer Pumpenturbine, mit verschwenkbaren Leitschaufeln ohne Überdeckung, die von einem Verstellbereich mit positiven Winkeln zwischen den geöffneten Stellungen und der Schliess stellung der Leitschaufeln auch auf negative Schaufel öffnungswinkel durchschwenkbar sind, dadurch gekenn zeichnet, dass während des Durchschwenkvorganges der Leitschaufeln (5) von positiven (19, 20, + a) auf ne gative Öffnungswinkel (22, - a) und/oder umgekehrt der in Strömungsrichtung vor dem Laufrad (1, 2)

   be- findlichen Strömung Luft zugeführt wird. UNTERANSPRÜCHE 1. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch ge kennzeichnet, dass die Luft durch mehrere oder alle Leitschaufeln (5) zugeführt wird. 2. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch ge kennzeichnet, dass die Luft in ein stromaufwärts der Leitschaufeln (5) vorgesehenes Spiralgehäuse (13) ein geführt wird. 3. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch ge kennzeichnet, dass die Luft durch den Gehäusedeckel (15) zugeführt wird. 4.

   Verfahren nach Patentanspruch I, zum Betrieb einer umkehrbaren Pumpenturbine, dadurch gekenn zeichnet, dass für das Umschalten von Turbinen - auf Pumpenbetrieb zuerst die Pumpenturbine durch Leit- schaufel-Durchschwenken von Vorwärts-Turbinenbe- trieb auf Rückwärts-Turbinenbetrieb umgesteuert wird und dass anschliessend die Laufraddrehzahl durch Fremdantrieb auf die Pumpen-Nenndrehzahl erhöht wird.

   PATENTANSPRUCH 1I Strömungsmaschine für Flüssigkeiten, insbesondere Pumpenturbine zum Durchführen des Verfahrens nach Patentanspruch I, mit Leitschaufeln ohne Überdeckung, die von einem Verstellbereich mit positiven Schaufel öffnungswinkeln auch auf negative Schaufelöffnungs- winkel durchschwenkbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass der stromaufwärts des Laufrades (1, 2) befindliche Strömungskanal eine Luftzuführung (12a, 12b, 14, 16) mit einem Absperrorgan (10) aufweist und dass dieses Absperrorgan (10) mit der Verstelleinrichtung (6, 7) für die Leitschaufeln (5)

   derart in Steuerverbindung (8, 9) steht, dass es bei den dem Übergangsbereich (Winkel bereich 20-22) zwischen den positiven und negativen öffnungswinkeln entsprechenden Leitschaufelstellungen geöffnet ist.