Wasserkraftanlage mit mindestens einer Turbine mit regelbarem Einlassorgan und zusätzlichem Sicherheitsabschlussorgan Wird der von einer Turbine einer Wasserkraftanlage angetriebene elektrische Generator vom Netz getrennt, so wird die Turbine entlastet und ihre Drehzahl steigt an. Normalerweise greift dann eine auf den Drehzahlanstieg ansprechende Regeleinrichtung ein, welche ein regel bares Einlassorgan der Turbine, z.
B. den regelbaren Leitapparat einer Francisturbine, zum Schliessen ver- anlasst. Nachdem die Drehzahl einen gewissen Höchst wert erreicht hat, sinkt sie wieder ab und es stellt sich schliesslich eine stationäre Leerlaufdrehzahl ein.
Es kann aber vorkommen, dass infolge einer Störung in der Regeleinrichtung oder im Leitapparat sich dieser normale Schliessvorgang nicht abspielen kann. Eine be kannte Massnahme, die dazu dient, auch in diesem Fall den Betriebswasserzufluss zur Turbine abzusperren, be steht darin, dass ein zusätzliches, in der Zuleitung zur Turbine eingebautes Sicherheitsabschlussorgan, z. B. ein Kugelschieber, geschlossen wird, sobald die Drehzahl etwas über den erwähnten normalen Höchstwert ansteigt.
Diese Sicherheitsabschlussorgane üben aber erst im letzten Teil ihres Schliessweges eine wesentliche Drossel wirkung auf das durchströmende Wasser aus, und es muss überdies die Schliessgeschwindigkeit begrenzt wer den mit Rücksicht auf den sich ergebenden Druckan stieg in der Zuleitung. Es ist daher möglich, dass die Drehzahl der Turbine bis zur vollen Wirkung des Sicher- heitsabschlussorgans sich bis zur Durchgangsdrehzahl erhöht. Dieser abnormale Betriebszustand ist uner wünscht, da sich dabei oft Vibrationen einstellen.
Besonders ungünstig kann sich aber der beschrie bene Vorgang dann auswirken, wenn zwei oder mehrere Turbinen in einer Wasserkraftanlage vorhanden sind, welche bei einer Abschaltung der ganzen Anlage vom Netz gleichzeitig entlastet werden. Tritt nun bei einer dieser Turbinen eine Störung auf, während die Leitappa- rate der andern Turbinen normal schliessen, so steht diese eine Turbine, bei der der Leitapparat nicht schliesst, unter einem erhöhten Gefälle, weil die Vermin derung des Wasserzuflusses zu den andern Turbinen einen Druckanstieg in der Zuleitung verursacht.
Dies bewirkt, dass ihre Durchgangsdrehzahl über den Wert erhöht wird, den sie hätte, wenn die andern Turbinen nicht schliessen würden. Ein freier Anstieg der Dreh zahl könnte somit zu einer Überbeanspruchung des Läu fers führen, sofern nicht dieser Sonderfall durch mit erhöhten Anlagekosten verbundene, stärkere Dimen- sionierung der beanspruchten Teile berücksichtigt ist.
Die Erfindung betrifft nun eine Wasserkraftanlage mit mindestens einer Turbine mit regelbarem Einlass- organ und zusätzlichem Sicherheitsabschlussorgan und bezweckt, im Falle einer Entlastung der Turbine auch bei Versagen des regelbaren Einlassorgans oder seiner Steuerorgane eine unerwünschte oder sogar unzulässige Drehzahlerhöhung der Turbine zu vermeiden.
Die Er findung besteht darin, dass eine Steuervorrichtung vor gesehen ist, welche bei oder kurzfristig nach Entlastung der Turbine ein Schliessen des Sicherheitsabschluss- organs veranlasst, wenn das regelbare Einlassorgan nicht oder zu langsam schliesst.
In Fig. 1 der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer Wasserkraftanlage nach der Erfindung vereinfacht dargestellt. Fig. 2 dient ferner zur Erläuterung der Wir kung der erfindungsgemässen Massnahme bei einer mit mehreren Wasserturbinen ausgerüsteten Wasserkraft anlage.
Gemäss Fig. 1 wird ein elektrischer Generator 1 von einer Francisturbine 2 mit regelbarem Eintrittsleitappa- rat 3 angetrieben. Das Betriebswasser strömt der Tur bine 2 durch eine Leitung 4 mit eingebautem, als Sicher heitsabschlussorgan dienenden Kugelschieber 5 zu. Der Leitapparat 3 der Turbine 2 steht unter dem Einfluss eines auf Drehzahländerung ansprechenden Reglers 6 mit Stellmotor 7, dessen Bewegung über eine vertikale Welle 8 auf einen zur Betätigung des Leitapparates 3 dienenden Regulierring 9 übertragen wird.
Zur Betätigung des Kugelschiebers 5 dient ein hydraulischer Stellmotor 10, dessen Verstellbewegung in bekannter Weise vermittels Zahnstange und Zahn segment auf den Drehkörper des Kugelschiebers 5 über tragen wird. Der Zu- und Abfluss von Druckmittel zum bzw. vom Stellmotor 10 wird durch ein Steuerventil 11 beherrscht. Das Steuerventil 11 steht über eine Steuer leitung 12 ebenfalls unter dem Einfluss des Reglers 6,
der hierfür ausser dem Drehzahlregler für die Betätigung des Leitapparates 3 gegebenenfalls einen besondern Sicherheitsregler aufweisen kann.
Der Regler 6 ist nun so eingestellt, dass er bei einer Entlastung der Turbine oder noch besser kurzfristig dar nach durch Weitergabe eines Impulses über die Steuer leitung 12 das Steuerventil 11 in eine Lage bringt, in welcher dieses über den Stellmotor 10 eine Schliess- bewegung des Kugelschiebers 5 veranlasst. Dieser Vor gang kann z.
B. bei einer um einige Prozente höheren Drehzahl als die normale Betriebsdrehzahl eingeleitet werden, vorzugsweise bei einer Drehzahl, die etwas höher ist als jene Drehzahl, bei der normalerweise eine Schliessbewegung des Leitapparates 3 der Turbine ver anlasst wird.
Mit dem Übertragungsmechanismus vom Stellmotor 7 zum Regulierring 9 ist ein in einem Zylinder 13 ver schiebbarer Kolben 14 verbunden. Der Zylinder 13 ent hält Steuerflüssigkeit, und einer der Zylinderräume, der mit 15 bezeichnet ist, steht über eine Leitung 16 mit dem Steuerventil 11 in Verbindung. Im Kolben ist eine die beiden Zylinderräume verbindende, als Drosselstelle wirkende Bohrung 17 angebracht.
Die Anordnung ist so getroffen, dass sich bei einer Schliessbewegung des Leitapparates 3 der Kolben 14 in Richtung gegen den Zylinderraum 15 bewegt. Im Steuer ventil 11 ist ferner dafür gesorgt, dass ein Druckanstieg in der Leitung 16 dem Einfluss des Reglers 6 über die Steuerleitung 12 entgegenwirkt. Wegen der Drosselung des Abflusses der Steuerflüssigkeit aus dem Zylinder raum 15 durch die Bohrung 17 steigt bei einer Schliess- bewegung des Leitapparates 3 der Druck im Zylinder raum 15 und in der Steuerleitung 16 an, und zwar um so mehr, je rascher sich der Leitapparat 3 bewegt.
Die Bohrung 17 ist nun so bemessen, dass bei normaler Reaktion des Leitapparates 3 der Druckanstieg hin reicht, um das Steuerventil 11 entgegen dem Einfluss des Reglers 6 in seiner Ausgangslage zu halten bzw. dieses in seine Ausgangslage zurückzubringen, falls es sich schon verstellt hätte. Es ergibt sich somit, dass das Sicherheitsabschlussorgan, nämlich der Kugelschieber 5, nur zum Schliessen veranlasst wird, wenn das regelbare Einlassorgan, nämlich der Leitapparat 3, nicht oder zu langsam schliesst.
Tritt dieser Fall ein, so wird mit dem Schliessen des Kugelschiebers 5 nicht zugewartet, bis der normalerweise zu erwartende höchste Drehzahlanstieg überschritten ist, sondern der Kugelschieber 5 übernimmt mit höchstens geringer Verzögerung die Funktion des Leitapparates 3,
so dass trotz des Versagens des letztern die Drehzahl erhöhung in mässigen Grenzen gehalten und ein Anstieg bis zur Durchgangsdrehzahl der Turbine vermieden wird.
Dies ist von besonderer Bedeutung, wenn zwei oder mehrere Turbinen in der Anlage parallel geschaltet sind und bei einer Entlastung der ganzen Anlage der regel bare Leitapparat einer der Turbinen nicht ordnungs- gemäss schliesst. Wie eingangs erwähnt, wird dann in folge des durch das Schliessen der Leitapparate der übrigen Turbinen erzeugten Druckanstiegs in der Zu leitung auch diese eine Turbine unter ein erhöhtes Ge- fälle gesetzt und so auch ihre Durchgangsdrehzahl über den sonst zu erwartenden Wert erhöht. Diese Verhält nisse werden im folgenden anhand der Fig. 2 erläutert.
In Funktion der Zeit t nach der Entlastung sind Be rechnungsresultate für den Druckstoss, d. h. die Gefälls- erhöhung d h (Kurven a1, b1, cl) und für die Drehzahl n (Kurven a2, bQ, c,) in Prozenten des Normalgefälles bzw. der Normaldrehzahl für eine Anlage mit vier Francis- turbinen aufgetragen.
Die Kurven a1, a, beziehen sich auf den Fall, dass die Leitapparate aller vier Turbinen ordnungsgemäss schliessen. Die horizontale Linie n* be zeichnet die Durchgangsdrehzahl beim normalen Nutz gefälle. Die Kurve a, liegt weit darunter. Die Kurve b1 gibt den Gefällsverlauf an, wenn der Leitapparat einer der Turbinen nicht schliesst und auch das Sicherheits- abschlussorgan nicht eingreift.
Der Druckstoss ist dann etwas geringer, bewirkt aber trotzdem, dass die Drehzahl dieser einen Turbine gemäss Kurve b, über die Linie n* ansteigt, die ohne den Druckstoss die obere Grenze bil den würde. Die Kurven cl und c@ beziehen sich schliess- lich auf den Fall, dass, wie oben beschrieben, das Sicher- heitsabschlussorgan die Funktion des nicht ordnungs- gemäss schliessenden Leitapparates übernimmt.
Der Druckstoss gemäss Kurve cl ist etwas kleiner als nach a1, da das Sicherheitsabschlussorgan weniger rasch schliesst als die Leitapparate der übrigen Turbinen. Die Drehzahl steigt dementsprechend gemäss Kurve c. etwas über jene gemäss Kurve a2 an, bleibt aber wesentlich unter der Durchgangsdrehzahl n*.
Die Erfindung wurde vorstehend anhand einer Was serkraftanlage mit Francisturbinen erläutert. Sie lässt sich aber in gleicher Weise für Aktions- und Reaktions turbinen anwenden, wobei auch Turbinen eingeschlos sen sind, welche zeitweise als Pumpen betrieben werden (Pumpenturbinen). Zur Veranlassung des Schliessens des Sicherheitsabschlussorgans bzw. zur Gegenwirkung, wenn das regelbare Einlassorgan ordnungsgemäss arbei tet, können statt hydraulischer Steuermittel auch mecha nische oder elektrische Steuermittel an sich bekannter Art verwendet werden.