CH648906A5

CH648906A5 - Verfahren und vorrichtung zum betrieb einer pumpenturbine im kennlinienbereich zwischen teillast- und rueckwaertspumpenbetrieb.

Info

Publication number: CH648906A5
Application number: CH6461/80A
Authority: CH
Inventors: Dieter Klemm; Peter Ulith
Original assignee: Voith Gmbh J M
Priority date: 1979-09-01
Filing date: 1980-08-27
Publication date: 1985-04-15
Also published as: FR2464382A1; IT8068212A0; JPS5638573A; SE441540B; SE8005891L; YU41217B; US4419047A; ES8103802A1; AT367176B; DE2935480C3; ES494054A0; ATA351980A; DE2935480B2; GB2057585B; FR2464382B1; IT1129119B; DE2935480A1; GB2057585A; YU215480A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Pum- We™ nämlich einfeIne Leitschaufeln auf eine grössere Öffnung penturbine im Kennlinienbereich zwischen Teillast- und Rück- a's le ™ Verband stehenden Leitschaufeln gebracht werden, wärtspumpenbetrieb, wobei die verschiedenen Betriebszustände 45 Sen^gt für die synchronen Leitschaufeln eine kleinere Öffnung, durch Verändern der Leitschaufelöffnung hergestellt werden. um auf den gleichen Wasserstrom und auf gleiche Drehzahl wie

Es ist bekannt, Pumpenturbinen zum Turbinenbetrieb wie bei synchroner Öffnung aller Leitschaufeln zu kommen. Da jede andere Reaktionsturbine durch gleichmässiges Öffnen der kleine Leitradöffnungen immer stabile Kennlinien zeigen, wird Leitschaufeln anzufahren. Dabei wird das Laufrad vom Stillstand diese Weise eine Kennlinie, die bei synchronen Leitschaufeln bis zur Nenndrehzahl beschleunigt. Bei Erreichen des Leerlauf- 50 instabil ist, durch einzelne vorgeöffnete Leitschaufeln stabili-betriebes bei Leerlauföffnung der Leitschaufeln kann der Motor- siert-

generator synchronisiert und an das elektrische Netz geschaltet Gemfs e"f bevorzugten Weiterbildung des erfindungsge-werden. Durch weiteres Öffnen der Leitschaufeln geht dann die mässen Verfahrens werden dann, wenn mehr als eine Leitschau-Maschine in den Turbinenbetrieb über und gibt Leistung ab. Die aus synchronen Verband herausgenommen ist, die aus Kennlinien von Pumpenturbinen laufen bei der Darstellung z. B. 55 dem Verband herausgenommenen Leitschaufeln polarsymme-im n',-Q' ,-Diagramm (Einheitsdrehzahl über Einheitswasser- tnsch a,nSeordnet- Vorzugsweise werden dabei zwei gegenüber-strom) mit zunehmendem n'L immer steiler. Sie können sógar liegende Leitschaufeln aus dem Verband herausgenommen, senkrecht verlaufen oder eine negative Neigung haben. Dies Aufgrund des erfindungsgemässen Verfahrens ist es möglich,

bedeutet, dass die Charakteristik der Maschine in diesen Berei- einwandfrei und in ausreichend kurzer Anfahrzeit zu synchroni-chen unstabil werden kann. 60 sieren und die ans Netz geschaltete Maschine vollkommen stabil

Ein Ausschnitt aus dem Vierquadrantenkennlinienfeld einer im Leerlauf und bei Teillast zu betreiben. Die Gefahr, dass die bekannten Pumpenturbine ist in der Fig. 1 dargestellt. Diese Maschine im Rückwärtspumpenbetrieb arbeitet, ist beseitigt. Es zeigt Kennlinien für verschiedene Leitradöffnungen ai bis a5, ergibt sich als weiterer Vorteil, dass bei einem Betriebsübergang wobei die hier gezeigte grosse Öffnung a^ noch zum Synchronisie- vom Phasenschieberbetrieb zum Turbinenbetrieb die kurzzeitig ren verwendet wird. Mit L ist die Leerlauflinie für den Turbinen- 65 auftretende Leistungsaufnahme erheblich reduziert und bei betrieb bei einem Moment M = 0 bezeichnet. Unterhalb der geeigneter Steuerung vermieden werden kann.

Leerlauflinie L setzen sich die Kennlinien a zunächst im söge- Eine zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens nannten Bremsbetrieb fort, bei dem das Laufrad Leistung auf- geeignete Leiteinrichtung mit Leitschaufeln, die durch einen

gemeinsamen Regelring verstellt werden, ist erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet, dass zur Voröffnung der aus dem synchronen Verband herausgenommenen Leitschaufeln ein zwischen dem Regelring und der Leitschaufel angeordneter, die Zuordnung zwischen Regelringstellung und Leitschaufelstellung ändernder hydraulischer Servomotor dient. In einer vorteilhaften Ausführungsart der erfindungsgemässen Leiteinrichtung ist der Lenker der aus dem synchronen Verband herausgenommenen Leitschaufel längenveränderbar ausgebildet.

Gemäss einer vorteilhaften weiteren Ausbildungsmöglichkeit wirkt der Regelring auf einen lose um die Leitschaufelachse schwenkbaren Hebel, der über einen gesondert steuerbaren hydraulischen Servomotor den fest mit dem Leitschaufelzapfen verbundenen Leitschaufelhebel verschwenkt.

Bei einer mit Einzelservomotorregelung ausgerüsteten Leiteinrichtung ist in vorteilhafter Weise eine Einrichtung zum Aufaddieren eines zusätzlichen Voröffnungssollwertes auf den Öffnungssollwert für die synchrone Leitschaufelöffnungsrege-lung vorgesehen.

Die Erfindung ist im folgenden in Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt:

Fig. 1, wie schon oben erwähnt, einen Ausschnitt aus einem Vierquadrantenkennlinienfeld einer Pumpenturbine nach dem Stand der Technik;

Fig. 2 einen entsprechenden Ausschnitt eines Kennlinienfeldes einer gemäss der Erfindung betriebenen Pumpenturbine;

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines regelringgesteuer-ten Leitapparates einer Pumpenturbine mit einer Einrichtung nach der Erfindung;

Fig. 4 in schematischer Darstellung eine Alternativausbildung eines regelringgesteuerten Leitapparates, und

Fig. 5 im Blockschaltbild die erfindungsgemässe Einrichtung für einen einzelservomotorgesteuerten Leitapparat.

Im Gegensatz zu den Kennlinien der Fig. 1, welche, wie schon oben erwähnt, Kennlinien eines Leitapparates zeigen, bei welchem sämtliche Leitschaufeln synchron gesteuert werden, zeigt Fig. 2 Modellversuchen entnommene Kennlinien eines entsprechenden Leitapparates, bei welchem jedoch einige Leitschaufeln gegenüber den übrigen Leitschaufeln vorgeöffnet werden. Es sind auch hier wieder Kennlinien an bis au dargestellt. Es ist klar zu erkennen, dass diese Kennlinien eine absolut stabile Charakteristik aufweisen. Jedem n'rWert einer Kennlinie ist nur ein einziger Q'rWert zugeordnet.

In Fig. 3 sind schematisch zwei regelringgesteuerte Leitschaufeln dargestellt, und zwar ist die Leitschaufel 6 im normalen

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synchronen Verband mit dem Regelring 7. Sie wird über den Lenker 8 und den Leitschaufelhebel 9 durch Verdrehen des Regelringes 7 in Pfeilrichtung 10 geöffnet und durch Verdrehen in Pfeilrichtung 11 geschlossen. Die Leitschaufel 12 dagegen kann aus dem synchronen Verband herausgenommen werden. Der ihr zugeordnete Lenker 13 greift an einem lose um den Leitschaufelzapfen 14 schwenkbaren Doppelhebel 15 an, der an seinem andern freien Ende über einen hydraulischen Stellmotor 16 auf dem eigentlichen mit dem Leitschaufelzapfen 14 fest verbundenen Leitschaufelhebel 17 einwirkt. Über Druckleitung 18, Magnetventil 19 und Verstärkerventil 20 kann dem durch den Regelring 7 zugeordneten Istwertsignal ein Überlagerungssignal zugeführt werden. Damit ist es möglich, die Leitschaufel 12 und weitere über die Druckleitung 21 angeschlossene, mit entsprechenden Antrieben versehene Leitschaufeln vorzuöffnen.

Ein weiteres Steuerventil 23 dient für eine Endlagenregelung, welche ein Übersteuern der vorgeöffneten Leitschaufel 12 über die maximale Öffnung hinaus verhindert, wenn bei maximaler Voröffnung die weitere Öffnung im Verband durch den Regelring 7 erfolgt. Ausser den den maximalen Öffnungswinkel begrenzenden normalen Anschlägen 24 an sämtlichen Leitschaufeln ist an den vorzuöffnenden Leitschaufeln ein weiterer Anschlag 25 vorgesehen, gegen welchen der Steuerstift des Steuerventils 20 anschlägt, wenn bei Voröffnung der Leitschaufel 12 die Steuerung über den Regelring 7 den maximalen Öffnungswert überschreitet. Durch den Anschlag wird das Steuerventil 20 auf Schliessen gesteuert.

Eine weitere Möglichkeit der Herausnahme einer Leitschaufel aus dem Verband bei regelringgesteuerten Leitschaufeln ist in Fig. 4 dargestellt, wobei die gleichen Teile mit den in Fig. 3 verwendeten Bezugszeichen versehen sind. Der an dem Leitschaufelhebel 26 angreifende Lenker 27 für die aus dem synchronen Verband herausnehmbare Leitschaufel 12 ist als hydraulischer Stellzylinder längenveränderlich ausgebildet. Die Steuerung dieses Stellzylinders kann in der gleichen Weise wie bei der Ausführung gemäss Fig. 3 erfolgen.

In der Fig. 5 ist schliesslich noch eine Steuerung der vorzuöffnenden Schaufeln bei solchen Leitapparaten dargestellt, welche eine Einzelleitschaufelregelung mit einem elektrischen Primärregler aufweisen, etwa gemäss der DE-PS 2204804 der Anmelderin. Der Öffnungssollwert in dem Glied 28 wird über die Leitung 29 den im Verband verbindlichen Schaufeln zugeführt. Die Grösse der Voröffnung der vorzuöffnenden Schaufeln wird über das Glied 30 zugeführt und den Werten von dem Glied 28 in dem Addierglied 31 zuaddiert und über 32 den vorzuöffnenden Leitschaufeln als Sollwert zugeführt.

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2 Blatt Zeichnungen

Claims

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PATENTANSPRÜCHE nimmt und der Wasserstrom in Turbinenfliessrichtung weiter abbremst, bis schliesslich kein Wasser mehr durch die Turbine

1. Verfahren zum Betrieb einer Pumpenturbine im Kennli- fliesst. Daran anschliessend geht die Maschine unterhalb der nienbereich zwischen Teillast- und Rückwärtspumpenbetrieb, Abszisse in einen Pumpenbetrieb in Turbinendrehrichtung, d. h. wobei die verschiedenen Betriebszustände durch Verändern der 5 in einen sogenannten Rückwärtspumpenbetrieb über, bei dem Leitschaufelöffnung hergestellt werden, dadurch gekennzeich- das Wasser trotz Turbinendrehrichtung des Laufrades in Pum-net, dass wenigstens vorübergehend wenigstens eine Leitschaufel penfliessrichtung gefördert wird (siehe auch Fuji-Elektric-

aus dem synchronen Verstellverband herausgenommen und vor- Review, Vol. 24, No. 2, auf Seite 42, Fig. 8, und auf Seite 44, Fig.

geöffnet wird. 12)-
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem mehr als eine Leit- 10 Die Kennlinien können, wie aus dem Diagramm der Fig. lzu schaufei aus dem synchronen Verband herausgenommen ist, ersehen, im Brems- und Rückwärtspumpenbetrieb teilweise eine dadurch gekennzeichnet, dass polarsymmetrisch angeordnete S-förmige Charakteristik aufweisen; das führt ebenfalls zu einem Leitschaufeln aus dem Verband herausgenommen werden. unerwünschten instabilen Verhalten der Pumpenturbinbe. Die
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass Folge eines solchen unerwünschten instabilen Betriebsverhaltens zwei gegenüberliegende Leitschaufeln aus dem Verband heraus- is besteht darin, dass das Synchronisieren beim Hochfahren zum genommen werden. Turbinenbetrieb erschwert oder sogar unmöglich gemacht wird
4. Leiteinrichtung zur Durchführung des V erf ahrens nach und dass ein längerer Betrieb im Leerlauf nicht möglich ist, weil einem der Ansprüche 1 bis 3, mit Leitschaufeln, die durch einen z- B • kleinste unvermeidliche Druckschwankungen zu einem gemeinsamen Regelring verstellt werden, dadurch gekennzeich- plötzlichen «Überschnappen» in einen Betriebspunkt mit Leinet, dass zur Voröffnung der aus dem synchronen Verband 20 stungsaufnahme führen können. Auch wird beim Übergang vom herausgenommenen Leitschaufel (12) ein zwischen dem Regel- Phasenschieberbetrieb in Turbinendrehrichtung mit in Luft ring (7) und der Leitschaufel (12) angeordneter, die Zuordnung umlaufendem Laufrad zum Turbinenbetrieb, wenn die Turbine zwischen Regelringstellung und Leitschaufelstellung ändernder wieder gefüllt und der Kugelschieber geöffnet worden ist, beim hydraulischer Servomotor (16; 27) dient. Öffnen des Leitapparates der nicht vermeidbare vorübergehende
5. Leiteinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, 25 Anstieg der Leistungsaufnahme unerwünscht hoch und springt dass der Lenker (27) der aus dem synchronen Verband herausge- dann plötzlich bei weiterem Öffnen zu einer verhältnismässig nommenen Leitschaufel (12) längenveränderbar ausgebildet ist. grossen Leistungsabgabe im Turbinenbetrieb über.
6. Leiteinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren dass der Regelring (7) auf einen lose um die Leitschaufelzapfen- anzugeben und Leiteinrichtungen zur Durchführung des Verfah-achse schwenkbaren Hebel (15) wirkt, der über einen gesondert 30 rens zu schaffen, durch welche die Kennlinien beim Anfahren auf steuerbaren hydraulischen Servomotor (16) den fest mit dem eine stabile Charakteristik geändert werden können, d.h. auf Leitschaufelzapfen (14) verbundenen Leitschaufelhebel (17) ver- eine Charakteristik, bei welcher jedem n'j-Wert einer Kennlinie schwenkt. im nVQVDiagramm nur ein einziger Q'rWert zugeordnet ist.
7. Leiteinrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Das erfindungsgemässe Verfahren löst das Problem dadurch, einem der Ansprüche 1 bis 3, mit Einzelservomotorregelung der 35 dass wenigstens vorübergehend wenigstens eine Leitschaufel aus Leitschaufeln, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung dem synchronen Verstellverband herausgenommen und vorge-(31) zum Aufaddieren eines zusätzlichen Voröffnungssollwertes öffnet wird. Es werden also von den entweder starr durch einen (30) auf den Öffnungssollwert (28) für sämtliche Einzelleitschau- Regelring oder bei Einzelservomotoren durch eine entspre-felöffnungsregler vorgesehen ist. chende Gleichlaufsteuerung synchron bewegten Leitschaufeln

40 eine oder mehrere bewusst aus dem synchronen Verband heraus-

genommen und unterschiedlich zu den übrigen Leitschaufeln vorgeöffnet und dadurch Einfluss auf die Kennlinien genommen.