Kreisehnaschinenaggregat für hydraulische Speicherung. Die Erfindung betrifft ein Kreisel maschinenaggregat für hydraulische Spei cherung, welches aus abwechselnd betrie bener Pumpe und Turbine besteht. Die Er- findung besteht darin, dass ein der Pumpe und der Turbine gemeinsamer Laufradboden vorgesehen ist, der an seinem Umfang die druckseitigen Räume der Pumpe gegen die druckseitigen Räume der Turbine abdichtet. Vorteilhaft ist zwischen dem Druckraum der Pumpe und dem Druckraum der Turbine eine Trennwand vorgesehen.
Ferner kann ausser den mit der Pumpe und den mit der Turbine verbundenen Regelorganen den Druckräumen ein Abschlussorgan vorgeschaltet sein, das wahlweise je einen der den Laufrädern zuge ordneten Druckräume abschliesst.
Auf der Zeichnung sind zwei Ausfüh rungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes schematisch dargestellt.
Fig. 1 erläutert eine Ausführungsform mit senkrechter Welle; Fig. 2 zeigt einen Schnitt nach der Linie I-I der Fig. 1; Fig. 3 veranschaulicht eine %veitere Aus führungsform mit wagrechter Welle und mit gemeinsamem Druckraum für Turbine und Pumpe.
Nach Fig. 1 ist eine elektrische Maschine 1 mit senkrechter Welle im Maschinensaal des Krafthauses 3 aufgestellt. Im Funda ment des Krafthauses 3 befindet sich das Kreiselmaschinenaggregat 4, das durch die Welle 5 mit der elektrischen Maschine 1 ver bunden ist.
Das greiselmaschinenaggregat 4 besteht aus abwechselnd betriebener Pumpe und Turbine. Im Gehäuse 6, das ein- oder mehr teilig sein kann, ist zwischen dem Druck raum 8 der Pumpe und dem Druckraum 9 der Turbine eine Trennwand 7 vorgesehen. Die Druckräume 8 und 9 sind gemeinsam an das Druckrohr 10, das zu einem nicht ein gezeichneten Speicherbecken führt, ange schlossen. Ihnen ist das Abschlussorgan 11 vorgeschaltet, das wahlweise je einen der Druckräume 8, 9 vom Druckrohr 10 ab schliesst.
Dass Gehäuse 6 umschliesst das Pumpen- leitrad 12, das mit dem Pumpendruckraum 8 in Verbindung steht, und das Turbinenleit- rad 13, das mit dem Turbinendruckraum 9 in Verbindung steht. Innerhalb der Leiträder 12, 13 befinden sich die auf der Welle 5 be festigten Laufräder 14 für die Pumpe und 15 für die Turbine, die einen gemeinsamen Laufradboden 2;9 aufweisen, der an seinem Umfang die druckseitigen Räume der Pumpe gegen die druckseitigen Räume der Turbine abdichtet.
Diese druckseitigen Räume um fassen alle Räume von den Laufradaustritten bis und mit dem gemeinsamen Druckraum 21 (Fig. 3) oder den getrennten Druckräumen 8 und 9 (Fig. 1). An das Pumpenlaufrad 14 ist das Pumpensaugrohr 16, und an das Tur binenlaufrad 15 das Turbinensaugrohr 17 angeschlossen.
Beim Turbinenbetrieb wird die Klappe 11 zum Abschluss des Pumpendruckraumes 8 in die gestrichelte Lage umgelegt. Hierauf wer den der Druckraum 8 und das Saugrohr 16 in der Nähe der Pumpe in bekannter Weise, zum Beispiel mittelst Druckluft, Auspumpen oder dergleichen, entleert. Dabei wird das Saugrohr 1-6 je nach der Lage des Unter wasserspiegels gegenüber den Laufrädern des Kreiselmaschinenaggregates 4 für das Aus pumpen mittelst eines Abschlussorganes 19 abgeschlossen.
Wird nun das Abschlussorgan 18 geöffnet und durch das zufliessende Was ser das Kreiselmaschinenaggregat 4 als Tur bine in Betrieb gesetzt, wobei es die elek trische Maschine 1 antreibt, so läuft das Pumpenlaufrad 14 ohne wesentliche Lei stungsverluste in einem mit Luft gefüllten Raum leer mit.
Beim Pumpenbetrieb muss die elektrische Maschine 1, sofern sie eine Synchron maschine ist, auf die Betriebsdrehzahl ge bracht werden, bevor sie als Motor auf das Netz geschaltet werden kann. Hierfür lässt man zum Beispiel das Kreiselmaschinen aggregat 4 in der oben beschriebenen Weise als Turbine laufen. Läuft die elektrische Maschine als Motor, so wird das Abschluss- organ 18 geschlossen und die Umschaltklappe 11 zum Abschluss des Turbinendruckraumes 9 in die gezeichnete Lage umgelegt. Gleich zeitig wird das Abschlussorgan 19 geöffnet und der Pumpendruckraum 8 in bekannter Weise entlüftet, so dass er sich mit Wasser anfüllt.
Saugt nun die Pumpe an, so kann das Abschlussorgan 18 geöffnet werden. Mit dem Entlüften des Piimpendruckraumes 8 werden der Druckraum 9 und das Saugrohr 17 der Turbine in bekannter Weise entleert, so dass! das Turbinenlaufrad in einem Luft raum leer mitlaufen kann.
Der Druckraum 8 nach Fig. 2 hat die Form eines Spiralgehäuses mit einem in Richtung entgegen dem Uhrzeigersinn ab nehmenden Querschnitt und der darüber be findliche Druckraum 9 diejenige eines Spiral- gehäuses mit einem im Uhrzeigersinn abneh menden Querschnitt. Diese Gehäuseanord nung ergibt sich infolge der Zuleitung des Betriebsmittels in den Druckraum der Pumpe und der Ableitung des Betriebsmittels aus dem Druckraum der Turbine, die derart er folgen, dass sowohl während des Pumpen betriebes, als auch während des Turbinen betriebes die Welle der Kreiselmaschine den gleichen Drehsinn hat.
Bei der Ausführungsform des Erfin dungsgegenstandes nach Fig. 3 ist eine wag rechte Welle 20 und ein nicht unterteilter Druckraum 21 für Pumpe und Turbine vor gesehen. Beim Turbinenbetrieb erfolgt der Abschluss der Pumpe vom Druckraum 21 durch den Ringschieber 22, der gleichzeitig als Regelorgan der Pumpe dienen kann, wo bei ein von einem nicht eingezeichneten Hilfsmotor verstellbares Gestänge 23 zur An wendung kommt. Beim Pumpenbetrieb er folgt der Abschluss der Turbine vom Druck raum 21 durch die drehbaren Leitschaufeln 24, die in bekannter Weise durch Hebel 25 und das Zwischenstück 26 mit dem Regulier ring 27, der durch das Gestänge 28 verstellt wird, verbunden sind und zur Leistungsrege lung der Turbine dienen.
Die Abdichtung am Umfang des Laufradbodens 29 dichtet je weils die druckseitigen Räume des im Be- trieb befindlichen Teils vom Laufradaustritt an bis und mit dem gemeinsamen Druckraum 21 gegen die druckseitigen Räume des leer laufenden Teils zwischen dem Austritt des Laufrades dieses Teils und dem geschlosse nen Regelorgan 22 oder 24.
Die Entleerung des nicht im Betrieb be findlichen Teils erfolgt in an sich bekannter Weise. Dabei können das Pumpenlaufrad 14 und das Turbinenlaufrad 15 auf der Druck seite gegenseitig mittelst einer Labyrinth dichtung abgedichtet sein. Bei gleicher Leit- schaufelzahl für Pumpe und Turbine kann die Verstellung einer Leitschaufel der Pumpe und einer Leitschaufel der Turbine mittelst derselben Welle erfolgen und diese die gleiche, beiden Leitschaufeln gemeinsame Drehachse aufweisen. Auch können für die Turbine oder für die Pumpe oder für beide Ringschieber sowohl als Abschlussorgan, als auch als Regelorgan verwendet werden.
Durch den der Pumpe und der Turbine gemeinsamen Laufradboden 29 ergibt sich der Vorteil, dass das im Betrieb befindliche Laufrad das andere wirksam kühlt, und dass ausserdem auch das Spaltwasser, das aus dem im Betrieb befindlichen Teil durch die ge meinsame Abdichtung zwischen den druck- seitigen Räumen der beiden Laufräder hin durchtritt, zur Kühlung des leerlaufenden Laufrades beiträgt. Auch wird vorteilhafter weise unter Beibehaltung der sowohl für Pumpe als für Turbine günstigsten Strö mungsführung eine gedrängte Bauart, insbe sondere eine günstige Länge erhalten.
Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die dargestellten Ausführungen. Anstatt, dass ein der Pumpe und der Turbine gemein samer Laufradboden durch die Ausbildung von Pumpen- und Turbinenlaufrad als Dop pelrad in einem Stück hergestellt ist, kann der gemeinsame Laufradboden zwei- oder mehrteilig ausgeführt sein, und ein Teil mit dem Pumpenlaufrad, ein anderer Teil mit dem Turbinenlaufrad verbunden und das Ganze durch Verschraubung oder derglei chen zum gemeinsamen Laufradboden zu- sammengestellt sein.
Es können die Stirn wände des Gehäuses in einer senkrechten Ebene zur Wellenachse verlaufen, während die spiralförmig ausgebildeten Druckräume für Pumpe und Turbine durch eine in der Richtung der Wellenachse ungefähr schrau benförmige Wand getrennt werden. Ferner kann das Gehäuse als Kesselgehäuse ausge bildet sein. Bei entgegengesetztem Drehsinn für Pumpe und Turbine kann der gemein same Druckraum die Form eines Spiral- gehäuses haben. Das Pumpenlaufrad und das Turbinenlaufrad können derart verschie dene Durchmesser haben, dass unter Anpas sung an die für sie massgebenden Betriebs verhältnisse beim Pumpenbetrieb und beine Turbinenbetrieb die gleiche Drehzahl ermög licht ist.
Schliesslich kann eine zwischen dem Druckraum und dem Laufrad der Pumpe be findliche Abschliessvorrichtung und eine zwi schen dem Druckraum und dem Laufrad der Turbine befindliche Abscbliessvorrichtung von demselben Hilfsmotor bedient werden.
Rotary machine aggregate for hydraulic storage. The invention relates to a centrifugal machine unit for hydraulic storage, which consists of alternately operated bener pump and turbine. The invention consists in providing an impeller base which is common to the pump and the turbine and which seals the pressure-side spaces of the pump from the pressure-side spaces of the turbine on its circumference. A partition is advantageously provided between the pressure chamber of the pump and the pressure chamber of the turbine.
In addition to the control elements connected to the pump and the turbine, a closing element can be connected upstream of the pressure chambers, which optionally closes off one of the pressure chambers assigned to the impellers.
In the drawing, two Ausfüh approximately examples of the subject invention are shown schematically.
Fig. 1 illustrates a vertical shaft embodiment; Fig. 2 shows a section along the line I-I of Fig. 1; Fig. 3 illustrates a% further imple mentation form with a horizontal shaft and with a common pressure chamber for turbine and pump.
According to FIG. 1, an electrical machine 1 with a vertical shaft is set up in the machine room of the power house 3. In the funda ment of the power house 3 is the centrifugal machine unit 4, which is ver through the shaft 5 with the electrical machine 1 connected.
The gyratory machine unit 4 consists of an alternately operated pump and turbine. In the housing 6, which can be one or more parts, a partition 7 is provided between the pressure chamber 8 of the pump and the pressure chamber 9 of the turbine. The pressure chambers 8 and 9 are jointly connected to the pressure pipe 10, which leads to a storage tank not shown. They are preceded by the closing element 11, which optionally closes one of the pressure chambers 8, 9 from the pressure pipe 10.
The housing 6 encloses the pump stator 12, which is connected to the pump pressure chamber 8, and the turbine stator 13, which is connected to the turbine pressure chamber 9. Inside the guide wheels 12, 13 are the impellers 14 for the pump and 15 for the turbine, which are fastened to the shaft 5 and have a common impeller base 2; 9, which on its periphery the pressure-side spaces of the pump against the pressure-side spaces of the turbine seals.
These pressure-side spaces include all spaces from the impeller outlets up to and including the common pressure space 21 (Fig. 3) or the separate pressure spaces 8 and 9 (Fig. 1). The pump suction pipe 16 is connected to the pump impeller 14, and the turbine suction pipe 17 is connected to the turbine impeller 15.
When the turbine is in operation, the flap 11 is turned into the dashed position to close off the pump pressure chamber 8. Then who the pressure chamber 8 and the suction pipe 16 in the vicinity of the pump in a known manner, for example by means of compressed air, pumping or the like, emptied. The suction pipe 1-6 is completed by means of a closing element 19 for pumping off depending on the position of the under water level compared to the impellers of the centrifugal machine unit 4.
If the closing element 18 is now opened and the centrifugal machine unit 4 is put into operation as a tur bine through the inflowing water, it drives the electric machine 1, the pump impeller 14 runs with no significant losses in performance in an air-filled space.
During pump operation, the electrical machine 1, if it is a synchronous machine, must be brought to the operating speed before it can be connected to the mains as a motor. For this purpose, for example, the centrifugal machine unit 4 can run as a turbine in the manner described above. If the electrical machine is running as a motor, the closing element 18 is closed and the switchover flap 11 is folded over into the position shown to close off the turbine pressure chamber 9. At the same time the closing element 19 is opened and the pump pressure chamber 8 is vented in a known manner, so that it fills with water.
If the pump is now sucking in, the closing element 18 can be opened. With the venting of the pressure chamber 8, the pressure chamber 9 and the suction pipe 17 of the turbine are emptied in a known manner, so that! the turbine runner can run empty in an air space.
The pressure chamber 8 according to FIG. 2 has the shape of a spiral housing with a cross-section decreasing in the counterclockwise direction and the pressure chamber 9 above it that of a spiral housing with a cross-section decreasing in the clockwise direction. This housing arrangement results from the supply of the operating medium in the pressure chamber of the pump and the discharge of the operating medium from the pressure chamber of the turbine, which he follows in such a way that the shaft of the centrifugal machine is the same both during pumping and during turbine operation Has the sense of rotation.
In the embodiment of the invention according to FIG. 3, a wag right shaft 20 and an undivided pressure chamber 21 for the pump and turbine is seen before. When the turbine is in operation, the pump is closed off from the pressure chamber 21 by the ring slide 22, which can also serve as a control element for the pump, where an adjustable linkage 23, which is not shown by an auxiliary motor, is used. When pumping he follows the completion of the turbine from the pressure chamber 21 through the rotatable guide vanes 24, which are connected in a known manner by lever 25 and the intermediate piece 26 with the regulating ring 27, which is adjusted by the linkage 28, and the development of power regulation Serve turbine.
The seal on the circumference of the impeller base 29 seals the pressure-side spaces of the part in operation from the impeller outlet to and with the common pressure space 21 against the pressure-side spaces of the idle part between the outlet of the impeller of this part and the closed control element 22 or 24.
The part that is not in operation is emptied in a manner known per se. The pump impeller 14 and the turbine impeller 15 can be mutually sealed on the pressure side by means of a labyrinth seal. With the same number of guide vanes for pump and turbine, a guide vane of the pump and a guide vane of the turbine can be adjusted by means of the same shaft and these have the same axis of rotation that is common to both guide vanes. It is also possible to use ring slides for the turbine or for the pump or for both as a closing element as well as a control element.
The impeller base 29 common to the pump and the turbine results in the advantage that the one in operation effectively cools the other, and that also the gap water that comes from the part in operation through the joint seal between the pressure-side Clearance of the two impellers passes through, contributes to the cooling of the idling impeller. Also, a compact design, in particular a special special length, is advantageously obtained while maintaining the most favorable flow guide for both the pump and the turbine.
The invention is not limited to the embodiments shown. Instead of an impeller base common to the pump and the turbine being made in one piece by designing the pump and turbine impeller as a double wheel, the common impeller base can be made in two or more parts, and one part with the pump impeller, another part connected to the turbine wheel and the whole thing can be put together by screwing or the like to form a common wheel base.
The end walls of the housing can run in a plane perpendicular to the shaft axis, while the spiral pressure chambers for the pump and turbine are separated by a wall approximately screwed in the direction of the shaft axis. Furthermore, the housing can be designed as a boiler housing. If the pump and turbine rotate in opposite directions, the common pressure chamber can be in the form of a volute. The pump impeller and the turbine impeller can have different diameters in such a way that the same speed is made possible when the pump is operated and when the turbine is operated when the operating conditions are relevant.
Finally, a closing device located between the pressure chamber and the impeller of the pump and a closing device located between the pressure chamber and the impeller of the turbine can be operated by the same auxiliary motor.