Hydraulische Kraftanlage. Wenn eine Wasserkraftanlage aus einem Staubecken gespeist wird, und wenn deren elektrische Energie einem Kraftnetze zuge führt wird, welches zum Beispiel auch von Niederdruckanlagen oder wenigstens von solchen Anlagen gespeist wird, bei denen das Betriebswasser nicht beliebig zurückge halten werden kann, so empfiehlt es sich, die sonst verlorene Energie der Niederdruck anlagen oder der andern Anlagen, die keine beliebige Zurückhaltung des Betriebswassers zulassen, dadurch zu verwerten, dass sie zum Betriebe von Pumpen verwendet wird, welche bestimmt sind, eine,
der verfügbaren elek trischen Energie entsprechende Wassermenge wieder in das Staubecken zurückzufördern. Solche Anlageei werden bekanntlich Akku mulieranlagen genannt. Eine Akkurnulier- anlage besteht also aus zwei Teilen, erstens: dem Kraft erzeugenden Teil, welcher das Wasser des Staubeckens in elektrische Ener gie umwandelt, und zweitens: dem Kraft aufspeichernden Teil, welcher mit Hilfe ver fügbarer elektrischer Energie wiederum Kraft aufspeichert im Staubecken.
Die zu einer solchen Anlage niitigen Maschinen sind also Eine Turbine (oder hydraulischer Motor irgend welcher Art), ein Generator, welcher auch als Motor verwendbar sein muh, und eine von diesem Motor getriebene Pumpe, mithin drei individuelle Maschinen, wenn es sich um eine gemeinsame Gruppe handelt, oder zwei individuelle Gruppen, nämlich Turbine und Glenerator als Kraft erzeugender Teil einerseits, und Motor und Pumpe als Kraft akkumulierender Teil anderseits.
Eine bedeutende Vereinfachung der ganzen Anlage kann dadurch erzielt werden, dass Turbine (oder Wassermotor) und Pumpe in eine Maschine so vereint werden, dar die selbe einmal, in einem Drehsinne rotierend als Krafterzeuger, Energie an den Generator abgeben kann, oder im entgegengesetzten Sinne rotierend als Kraftverbraucher h5 drau- lische Energie in potentieller Form in das Staubecken zurückgibt.
Für mässige Gefälle der Turbine bezw. Förderhöhen der Pumpe ist eine solche Lösung bereits gefunden und von anderer Seite zum Patente angemeldet worden. Wenn es sich aber um hohe Gefälle handelt, welche eine einstufige Gefällsausnutzung oder Ficrdei-- höhe nicht mehr zulassen, so muss zur zwei- stufigen Turbine und Pumpe geschritten werden.
Die hier vorliegende ht#draulische Kraft anlage zur Erzeugung elektrischer Energie besitzt nun erfindungsgemäss einen als Motor und als Generator verwendbaren elektrischen Teil und einen finit diesem gekuppelten, als zweistufige Turbine und zweistufige Pumpe verwendbaren hydraulischen Teil.
Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungs gegenstandes ist in der beiliegenden Zeich nung dargestellt.
Fig. 1 stellt den Grundriss einer Generator- Turbinen-Pumpenanlage dar; Fig. ? ist eine Frontansicht der Hoch druckstufe der Turbinen-Pumpe; Fig. 3 ist eine entsprechende Frontan sicht der Niederdruckstufe der Turbinen Pumpe;
Fig. =1 stellt das Cleschwindigkeitsdiagranini dar in einem Leit- und Laufrad der Turbine bezw. in einem Diffuser Lind Pumpenrad ; Fig. 5 ist ein schematischer Schnitt durch Leit- und Laufrad bezw. Diffuser und Pumpen rad, aus welchem die im Geschwindigkeits diagramme enthaltenen Winkel und (-T'e- schwindigkeiten erkannt werden können.
Die in den Fig. 1, :3 und 3 dargestellte Einheit besteht aus eirein Generator bezw. Motor A, einer Erregermaschine bezw. An laufmotor B, einer Hochdruckturbinenstufe bezw. Hochdruckpumpenstufe C und einer Niederdruckturbinenstufe bezw. Niederdruck- punipenstufe D.
Der Rotor (Polrad) a) des Generators ist auf einer Hauptwelle a.: befestigt, welche in zwei Traglagern au und cri rotieren kann, welche das Gesamtgewicht aller rotierenden Teile der Einheit aufnehmen. Die Haupt welle a:, trägt ebenfalls den Rotor der Er regermaschine B, welche zwischen dein Ro tor des (lenerators und dein einen oder andern der zwei Traglager angeordnet ist.
Die Haupt welle reicht über beide Traglager hinaus und trägt dort je ein Laufrad bezw. Pumpen rad der Turbinen- bezw. Pumpenstufen C und D.
Wenn die Einheit als Krafterzeuger ar beitet, so wird das Betriebswasser von einem Staubecken durch die Druckrohrleitung <B>ei,</B> das Absperrorgan es und das Gehäuse c:, dein Leitapparat der Turbinenstufe C und dem Lauft-ade auf dein Wellenende e4 zugeführt, wo ein Teil des zur Verfügung stehenden Gefällsdruckes in Geschwindigkeit und mecha nische Energie umgewandelt wird, welche an den Generator abgegeben wird.
Das vom Laufrad abfliessende Wasser passiert sodann einen Krümmer c' und wird durch eine Zwischenrohrleitung c - d dem Gehäuse ds der Niederdruckturbinenstufe D zugeführt, wo es in deren Leitapparat wiederum einen Teil des noch übriggebliebenen Gefälles in Ge schwindigkeit umwandelt und im Laufrade auf dein Wellenende d, den zweiten Teil der dein Generator zuzuführenden Energie abgibt.
Das vom Laufrade abfliessende Wasser wird durch ein Saugrohr d:, in den Unter wassergraben, oder in das Unterwasser-Sam- melbecken abgeführt.
Die soeben beschriebene Anordnung soll nur als Beispiel einer ganzen Anzahl von Anordnungen geltet). Es bleibt sich zum Beispiel gleichgültig, ob das Wasser unter halb oder oberhalb des Maschinenbodens den Trri-binengehäusen zugeführt wird, und ob die Zwischenrohrleitung c-d oberhalb oder unterhalb des Bodens auf der dein Einlaufe entgegengesetzten oder gleichen Seite ange ordnet ist.
Ebenso kann zum Beispiel die Form der (lehäuse c:, und d:, und der Ablaufteile c:, und d., beliebig gewählt werden.
Wird nun der Drehsinn dieser (;Puppe geändert und ist der Generator so gebaut, dass er in diesem Falle als Kraft abgebender Motor arbeitet, wenn ihm elektrische Energie zugeführt wird, dann können die Turbinen stufen C und h als Pumpenstufen arbeiten. vorausgesetzt, dass die Laufräder bei e4 und d4 und deren zugehörige Leitapparate auch als Pumpenräder und Diffuser durchkonstruiert sind.
Das Wasser wird dann durch das im ersten Fall als Saugrohr dienende Rohr rl:@ angesaugt, vom Puinpenrade bei d4 durch dessen Diffuser in das Gehäuse da gefördert, von wo es durch. die Zwischenrohrleitung c-d in das Punnpenrad bei er gelaugt, in welchem es die zweite Förderhöhe erreicht und von welchem es durch den Diffuser und das Gehäuse e:
, in die Druckrohrleitung- e, abfliesst.
Die rinkehrbarkeit des hydraulischen Vor ganges, das heisst die Verwendbarkeit der Turbinenstufen C und D als Pumpenstufen, kann ermöglicht werden durch zweckmässige Wahl der Winkel der Laufrad- oder der Punipenrad-Schaufeln und der Leitalrp < rr,at oder Diffuser-Schaufeln, in der Weise näm lich, dass das der Konstruktion zugrunde liegende Geschwindigkeitsdiagran,in in dem einen oder andern Sinne anwendbar gemacht wird.
Zur besseren Erläuterung des oben ange führten sei im folgenden auf die Fig. 4 und 5 hingewiesen.
Der hydraulische Vorgang in je einer als Turbine wirkenden Stufe ist folgender: Das dein Leitapparat zuströmende Be triebswasser wird in demselben auf die ab solute Geschwindigkeit zi gebracht und flieht aus demselben unter dein Winkel u durch den Spalt in das Laufrad. Hier wird es im Durchflusse durch die von Laufradschaufeln gebildeten Zellen aus seiner absoluten Rich tung a abgelenkt und in die Richtung und Geschwindigkeit u_ übergeführt.
Zu gleich geht die relative Geschwindigkeit in des Wassers beim Eintritt in die Laufrad zellen in die relative Austrittsgeschwindig keit ivs über, unter einer Richtungsänderung des Wasserstrahles von rar auf i32. Die Um lenkung der in den Laufradzellen geführten Wasserstrahlen und die Verzögerung der ab soluten Geschwindigkeiten von ri auf r;_ er zeugen eine Umfangsgeschwindigkeit des Rades, mithin eine gewisse Drehzahl der Einheit, ebenso eine Umfangskraft am Rade, mithin eine Energieabgabe, welche dem G@rene- rator zugeführt wird.
Der hydraulische Vorgang in je einer als Pumpe wirkenden Stufe ist folgender: Der in diesem Falle nun als Motor ar beitende (-Tenerator rotiert in einen. Sinne, welcher demjenigen bei der Erzeugung elek- trischen Stromes durch den Generator ent gegengesetzt ist.
Es bewegt sich mithin jedes Laufrad in einer dein früheren Vor gange entgegengesetzten Drehrielrtung. Die Pumpen-Laufradschaufeln kommen also dein im Zulaufrohre (Saugrohre) d., oder c-d be- findlichen Wasser entgegen und veranlassen dasselbe, mit einer relativen Geschwindigkeit 11,12 in den Radzellen anzusteigen.
Dort wird es in seinem Durchflusse abgelenkt, gemäss den Winkeln 1,92 und 13, und verlässt das Rad rnit der relativen Geschwindigkeit 1c',. Die absolute Eintrittsgeschwindigkeit r'_ in das Rad wird dabei auf r', erhöht, unter welcher dann das Wasser in den stillstehenden Dif fuser (Leitapparat) eintritt.
Hier wird es in seiner Geschwindigkeit verzögert von c', auf z' und durch das Gehäuse d:, oder c:, abge führt in die Zwischenrohrleitung c-d oder in die Druckleitung ei.
Wie im ersten Vorgange die Urilenkung und Verzögerung des durch das Laufrad fliessenden Wassers eine Energieabgabe an die Welle zur Folge Tratte, so wird für zweiten Vor,gange die Umlenkung und die Beschleuni gung des durch das Pumpenrad fliessender. Wassers einen Energieverbrauch bewirken, welcher vorn Motor geliefert wird.
Es ist nun eine reine Erfahrungssache des Konstrukteurs, die Winkel a, rü und #gz der Laufräder und Leitapparate bezw. Punnpen- räder und Diffuser so zu wählen, dass das Wasser dein hydraulischen 'feil der Anlage demjenigen Geschwindigkeitsdiagramm gemäss durchströmt, welches im einen Falle die ge wünschte (-sefällsausi,ützung,
Leistung und Umlaufzahl der Einheit ergibt, und im andern Falle die gewünschte Förderhöhe und Förder menge bei gegebener Umlaufzahl des Motors.
Die beschriebene, in der Zeichnung darge stellte Anlage ermöglicht also die Umkehrung des Arbeitsprozesses der Turbine im Leit- apparate und Laufrade in denjenigen einer Pumpe rnit Diffuser und -Pumpenrad, sowie die Ausnützung des Gesamtgefälles der Tur bine in zwei getrennten Stufen, bezw. Ver teilung der Gesamtfürderhöhe auf zwei ge trennte Förderstufen.
' Die beiden Stufen des hydraulischen Teiles sind direkt am Ende der Generator- bezw. Motor-Welle a2 angeordnet, wobei jedes der beiden Turbinen- bezw. Pumpenräder fliegend auf je einem Wellenende aufgesetzt ist.
Der zugleich als Motor im entgegenge setzten Drehsinne verwendbare Generator erhält seine Erregung von einer Gleichstrom maschine B, welche zwischen dem Motor (Polrad des Generators und einem der zwei Traglager angeordnet ist, so daf,') die ganze Einheit ein in sich geschlossenes Ganzes bildet. zwei Stufen des lrvdraulischen Teiles zrr beiden Seiten des Generators bezw. des Motors angeordnet sind.
2. Hydraulische Kraftanlage nach Patentan spruch, dadurch gekennzeichnet, dar die zwei Laufräder des hydraulischen Teiles direkt auf eine nur in zwei Hauptlagern abgestützte Welle des Generators bezw. des Motors aufgesetzt sind.
3. Hydraulische Kraftanlage nach Patentan spruch, dadurch gekennzeichnet, dah sich der elektrische Teil zwischen den zwei Stufen der Turbine bezw. der Pumpe be findet und dass er als Generator in einem Drehsinne und als Motor im entgegenge setzten Drehsinne arbeiten kann.
1. Hydraulische Kraftanlage nach Patentan spruch mit einer Erregermaschine und einer auf zwei Traglagern abgestützten Hauptwelle, dadurch gekennzeichnet, dah die Erregermaschine direkt auf die Haupt welle aufgesetzt ist und zwar zwischen dem Eotor des Generators bezw. des Motors und einem der zwei Traglager.
5. Hydraulische Kraftanlage nach Patentan spruch mit einer Erregermaschine, da durch gekennzeichnet, dass die Erreger maschine zugleich auch als Gleichstrorn- Anlaufmaschine der ganzen Anlage dienen kann.